王秀清

微波干燥法快速測(cè)定香菇培養(yǎng)料水分研究

王秀清

（河北平泉食用菌產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院，河北 平泉 067500）

為快速準(zhǔn)確測(cè)定培養(yǎng)料水分含量，指導(dǎo)菇農(nóng)生產(chǎn)，借鑒微波爐測(cè)定糧食、飼料等水分含量的方法，通過分析比較微波爐不同檔位、培養(yǎng)料失水曲線及料面溫度的變化趨勢(shì)得出：采用微波爐（型號(hào)美的M1-235E），高火（功率1 300 W）3 min后轉(zhuǎn)中火（功率650 W）3 min，測(cè)定濕重20 g、水分含量40%～60%的香菇培養(yǎng)料，可獲得較準(zhǔn)確的水分含量結(jié)果，對(duì)比烘箱恒重法、水分測(cè)定儀的測(cè)定結(jié)果無顯著差異。微波干燥法簡(jiǎn)便、快捷、實(shí)用，可解決常規(guī)測(cè)定方法投入大、時(shí)間長的問題。

微波干燥；食用菌培養(yǎng)料；水分測(cè)定；烘箱恒重法

培養(yǎng)料水分含量對(duì)于食用菌菌絲生長和出菇至關(guān)重要，含水量充足才能形成子實(shí)體[1]，但過多，又影響料內(nèi)空氣流通，導(dǎo)致菌絲生長受阻，以木屑為主料的香菇栽培培養(yǎng)料含水量以50%～60%為宜，高于60%，菌種雖然能正常萌發(fā)，但吃料速度會(huì)顯著減緩[2]。

測(cè)定培養(yǎng)料水分含量的方法主要有3種：（1）烘箱恒重法：GB5009.3—2016食品中水分的測(cè)定第一法采用的是直接干燥法，101～105 ℃，烘箱干燥后測(cè)定恒重[3]；（2）使用商品化水分測(cè)定儀測(cè)定，常見的失重法水分儀有鹵素水分測(cè)定儀、紅外水分測(cè)定儀；（3）經(jīng)驗(yàn)法，憑借技術(shù)人員經(jīng)驗(yàn)，培養(yǎng)料攪拌均勻后，以手握成團(tuán)，指縫中有水滴出時(shí)，含水量約60%[4]，該法操作簡(jiǎn)便，運(yùn)用廣泛，但結(jié)論的主體性、主觀性強(qiáng)，存在不確定性。

微波加熱干燥以高頻電磁波直接作用于物料中的水分子，使之在轉(zhuǎn)換運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的過程中產(chǎn)生劇烈摩擦、碰撞、擠壓而迅速升溫，從而使物料內(nèi)的水分子加熱并蒸發(fā)。這使得微波爐加熱干燥優(yōu)于其他干燥方法。其干燥過程被干燥物升溫和水分蒸發(fā)是在整個(gè)物料中進(jìn)行，且溫度梯度、傳熱方向、蒸氣壓方向均為由內(nèi)部向外層（與傳統(tǒng)烘箱干燥法相反），較其他方法具有物體表里同時(shí)均勻加熱，干燥更迅速、更節(jié)能高效、易控制等特點(diǎn)。微波爐被廣泛應(yīng)用于小麥粉[5]、大米、小米[6]、細(xì)粒土[7]、白面、大豆[8]、飼料[9]、蘆葦[10]、玉米[11]等水分含量的測(cè)定。

香菇培養(yǎng)料成分復(fù)雜，采用國標(biāo)烘箱法，雖然結(jié)果準(zhǔn)確，但耗時(shí)長，無法運(yùn)用于實(shí)際生產(chǎn)；商品化水分測(cè)定儀雖然測(cè)定快速，但儀器價(jià)格昂貴，難以廣泛推廣應(yīng)用；憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行估測(cè)，誤差大。本研究借鑒微波爐測(cè)定糧食、飼料等水分含量的研究，將其用于香菇培養(yǎng)料水分測(cè)定，并與烘箱恒重法、水分測(cè)定儀法進(jìn)行比較。由于微波爐烘干過程中培養(yǎng)料容易出現(xiàn)焦化現(xiàn)象，因此有必要探索家用微波爐快速測(cè)定香菇培養(yǎng)料水分含量方法的最佳參數(shù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)備與材料

紅外線測(cè)溫儀BENETECH GM320（–50～380 ℃）；分析天平，上海良平電子天平MP500B；水分測(cè)定儀（型號(hào)DSH-50-5，上海越平科學(xué)儀器制造有限公司）；鼓風(fēng)干燥箱（型號(hào)101-1AB，天津市泰斯特儀器有限公司）；美的微波爐（型號(hào)M1-235E），總功率為1 300 W，火力檔位有高火（100%）、中高火（70%）、中火（50%）、低火（30%）4檔；瓷盤直徑20 cm。供試香菇菌棒配方：硬雜木屑78%（顆粒大小0.5～1 cm）、麥麩20%、石膏2%，未滅菌。

1.2 試驗(yàn)方法

（1）微波爐不同檔位下試樣的失水曲線測(cè)定。由于微波爐不能控制溫度，且不同檔位干燥的速率差別較大，所以要先對(duì)微波爐加熱烘干香菇培養(yǎng)料的最佳檔位及時(shí)間進(jìn)行試驗(yàn)。稱取20 g培養(yǎng)料試樣，含水量60%左右（香菇培養(yǎng)料含水量超過60%，水分會(huì)從培養(yǎng)料內(nèi)溢出），不同檔位加熱1 min后稱量試樣重量。

（2）不同檔位下培養(yǎng)料的料面溫度測(cè)定。由于實(shí)際操作過程存在培養(yǎng)料烘燃、烘焦的現(xiàn)象，會(huì)影響測(cè)試結(jié)果，所以先進(jìn)行料面溫度檢測(cè)。選擇微波爐不同檔位加熱，每隔1 min用紅外線測(cè)溫儀迅速測(cè)定培養(yǎng)料的料面溫度。

（3）微波爐測(cè)定方法的選擇。選擇低檔位，水分散失慢、耗時(shí)長；采用高檔位，則部分試樣會(huì)出現(xiàn)燒焦現(xiàn)象，試樣越多，燒焦現(xiàn)象越頻發(fā)。因此，我們以快速便捷為目標(biāo)，比較了單一檔位加熱至恒重及通過料面溫度選擇組合火力的方式，最終選擇組合型烘干法。

水分測(cè)定儀法：稱取平鋪至稱量盤的培養(yǎng)料重量為0，設(shè)定溫度為105 ℃，自動(dòng)測(cè)定水分含量。每個(gè)試樣測(cè)定3個(gè)重復(fù)。

（5）稱量范圍的選擇。分析天平的精度會(huì)影響水分測(cè)量的準(zhǔn)確性，稱量試樣越少，對(duì)準(zhǔn)確性影響越大。此次實(shí)驗(yàn)室為了適應(yīng)農(nóng)法生產(chǎn)，選擇的分析天平精度偏低，為0.01 g。選擇直徑為20 cm的瓷盤，試樣重量2～50 g，采用微波爐快速測(cè)定法（高火3 min轉(zhuǎn)中火3 min）測(cè)定不同重量試樣的水分含量。每個(gè)試樣測(cè)定3個(gè)技術(shù)重復(fù)。

（6）水分測(cè)定范圍的選擇。選取培養(yǎng)料20 g，配制不同含水量，以微波爐高火3 min轉(zhuǎn)中火3 min為實(shí)驗(yàn)方案，測(cè)定水分含量。每個(gè)試樣測(cè)定4個(gè)平行，與用水分測(cè)定儀測(cè)得的水分含量進(jìn)行比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 微波爐不同檔位試樣的失水曲線

微波爐是物體內(nèi)外同時(shí)均勻加熱，功率越高，失水速率越快；反之功率越低，失水速率越慢。不同功率檔位的失水效果不同，如圖1所示，20 g培養(yǎng)料試樣在高火檔位下3 min即可失去87.5%的水分，而要達(dá)到同樣的效果，中高火需5 min、中火需8 min、低火需16 min；高火6 min能在不出現(xiàn)試樣烘焦的情況下水分基本達(dá)到重量恒定，而中高火需8 min、中火需12 min、低火需18 min。

2.2 不同檔位下培養(yǎng)料的料面溫度

為了確定適宜加熱檔位，利用紅外線溫度計(jì)對(duì)料面溫度進(jìn)行趨勢(shì)測(cè)定，結(jié)果為高火和中高火溫度持續(xù)升高，且波動(dòng)較大（圖2），與采用高火及中高火檔位進(jìn)行加熱容易出現(xiàn)燒焦現(xiàn)象的現(xiàn)實(shí)相符。高火加熱過程中的溫度曲線也解釋了實(shí)驗(yàn)中用高火連續(xù)加熱4 min及以上時(shí)，試樣部分焦化比例增高的現(xiàn)象。而采用中火檔位進(jìn)行加熱，溫度不會(huì)持續(xù)升高，一般情況下不會(huì)發(fā)生燒焦現(xiàn)象，但是失水速率較慢。采用低火進(jìn)行加熱，溫度一直在100 ℃以下徘徊，不能完全失水。

圖1 微波爐不同檔位下試樣的失水曲線

圖2 微波爐不同檔位下培養(yǎng)料的料面溫度

2.3 微波爐測(cè)定方法的選擇

采用不同方法測(cè)定含水量的結(jié)果：水分測(cè)定儀法為0.5210±0.00084；微波爐法，高火加熱6 min結(jié)果為0.5315±0.00725；中火加熱12 min結(jié)果為0.5251±0.00255；火力組合（高火加熱3 min轉(zhuǎn)中火加熱3 min）結(jié)果為0.5204± 0.00482。對(duì)以上數(shù)據(jù)進(jìn)行單樣本T檢驗(yàn)，以烘箱法的測(cè)定結(jié)果0.5316±0.00184為給定平均值，在0.05顯著性水平下，微波爐高火加熱6 min和微波爐火力組合法與烘箱法無顯著性差異。

3種微波爐測(cè)定培養(yǎng)料水分的方法利弊如下：

（1）培養(yǎng)料試樣20 g，中火加熱12 min。缺點(diǎn)是加熱時(shí)間較長；優(yōu)點(diǎn)是不會(huì)燒焦，且結(jié)果穩(wěn)定。因?yàn)槭俾瘦^低，所以水分測(cè)定結(jié)果會(huì)偏低。

（2）培養(yǎng)料試樣10 g，高火加熱6 min。缺點(diǎn)是連續(xù)加熱極易出現(xiàn)局部焦化，且這種焦化具有不確定性，試樣越多，越容易焦化，因此選取試樣較少（10 g）；優(yōu)點(diǎn)是快速，測(cè)定結(jié)果更接近實(shí)際。

（3）火力組合方式。培養(yǎng)料試樣20 g，先高火加熱3 min，再轉(zhuǎn)中火加熱3 min。缺點(diǎn)是水分測(cè)定結(jié)果會(huì)偏低，且待測(cè)的水分含量不能超過60%，否則不準(zhǔn)確；優(yōu)點(diǎn)是在溫度未升高至焦化時(shí)即降低火力為中火，可避免焦化，且快速。

2.4 微波爐法、水分測(cè)定儀和烘箱法間的比較

為了檢驗(yàn)微波爐快速測(cè)定法（高火3 min轉(zhuǎn)中火3 min）、水分測(cè)定儀法和烘箱法間的差異性，隨機(jī)抽取3個(gè)農(nóng)戶的出菇菌棒樣品測(cè)定其水分含量，結(jié)果三者無顯著差異（圖3）。

圖3 3種方法測(cè)定含水量的結(jié)果

2.5 稱量范圍的選擇

30 g是正常水分含量在50%左右的培養(yǎng)料平鋪一層的重量，超過30 g則易發(fā)生因局部溫度過高而出現(xiàn)偶然性焦化的現(xiàn)象。因此，本試驗(yàn)選擇20 g培養(yǎng)料（瓷盤底部薄薄平鋪一層）進(jìn)行失水曲線測(cè)定，一旦超過20 g，水分含量就開始下降。經(jīng)SPSS多重比較分析可知，2～35g稱量范圍內(nèi)的差異顯著性為0.283>0.05，不存在顯著差異（表1）。

表1 培養(yǎng)料試樣稱量范圍的選擇

2.6 水分測(cè)定范圍的限定

微波爐不同檔位下試樣的失水曲線（圖1）的初始條件是培養(yǎng)料試樣20 g，水分含量為60%左右。一旦水分含量增大，采用微波爐高火加熱3 min轉(zhuǎn)中火3 min的方法會(huì)造成失水不夠，含水量測(cè)定值就會(huì)偏低。

表2為水分含量在40%～60%區(qū)間的微波爐法與水分測(cè)定儀測(cè)定含水量的差異驗(yàn)證結(jié)果：含水量超過60%時(shí)，微波爐法測(cè)定結(jié)果較水分測(cè)定儀低。原因是香菇培養(yǎng)料采用的木屑顆粒度大，當(dāng)水分含量超過60%時(shí)，水分外溢，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確。

表2 不同樣品微波測(cè)定與水分儀測(cè)定含水量的結(jié)果 （單位：g/1g料）

3 結(jié) 論

微波爐高檔位（功率1 300 W）加熱可使物料快速失水，在料面溫度快速升高之前，換成中檔位（功率650 W）進(jìn)行加熱，可快速測(cè)定培養(yǎng)料含水量，同時(shí)避免培養(yǎng)料焦化。采用本試驗(yàn)型號(hào)微波爐，高火檔位（功率1 300 W）3 min轉(zhuǎn)中火（功率650 W）3 min測(cè)定濕重20 g、水分含量40%～60%的香菇培養(yǎng)料水分含量，可獲得較為準(zhǔn)確的結(jié)果，與烘箱恒重法、水分測(cè)定儀測(cè)定結(jié)果對(duì)比，無顯著差異，表明其不失為一種測(cè)量培養(yǎng)料水分含量的快速可行、低成本、高準(zhǔn)確度的方法。

農(nóng)法生產(chǎn)香菇對(duì)料棒水分含量精確性要求不高，所以菇農(nóng)一直采用經(jīng)驗(yàn)法進(jìn)行測(cè)定。微波法測(cè)定培養(yǎng)料水分含量具有操作簡(jiǎn)便，可重復(fù)性好，設(shè)備易得，且人為因素影響小的特點(diǎn)，具有較高的推廣價(jià)值。家用微波爐應(yīng)用十分普遍，因不同廠家微波爐功率具有差異性，在實(shí)際運(yùn)用時(shí)，應(yīng)因“爐”制宜，靈活調(diào)節(jié)。選擇高低檔位配合快速檢測(cè)方案，可節(jié)省測(cè)定時(shí)間，快速便捷，利于指導(dǎo)生產(chǎn)試驗(yàn)，為高產(chǎn)高效提供有力支撐。

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王秀清（1988—），女，碩士，主要從事食用菌栽培相關(guān)工作。E-mail：April2417@163.com。

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