基于電子鼻技術(shù)的香菇熱風(fēng)干燥工藝優(yōu)化與干燥階段精準(zhǔn)判別研究一、引言1.1研究背景與意義1.1.1研究背景香菇（Lentinulaedodes），作為世界第二大食用菌，在我國有著悠久的栽培歷史和廣泛的種植區(qū)域。因其肉質(zhì)肥厚細(xì)嫩、味道鮮美、香氣獨(dú)特，且富含多種營養(yǎng)成分，具有極高的食用與藥用價(jià)值，深受消費(fèi)者青睞。近年來，我國香菇產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，產(chǎn)量持續(xù)增長。2022年，中國大陸香菇產(chǎn)量約為1296萬噸，消費(fèi)量約為1262萬噸，已成為全球最大的香菇生產(chǎn)、出口和消費(fèi)國。隨著種植規(guī)模的不斷擴(kuò)大，香菇的加工與保鮮技術(shù)顯得尤為重要。干燥作為一種關(guān)鍵的加工方式，對(duì)于延長香菇的貨架期、提升其商品價(jià)值起著不可或缺的作用。通過干燥處理，能夠有效降低香菇的水分含量，抑制微生物的生長繁殖，從而減少腐爛變質(zhì)的風(fēng)險(xiǎn)，便于長期儲(chǔ)存和遠(yuǎn)距離運(yùn)輸。同時(shí)，干燥過程還能促使香菇產(chǎn)生獨(dú)特的風(fēng)味物質(zhì)，增強(qiáng)其香氣和口感。在眾多干燥方法中，熱風(fēng)干燥憑借其設(shè)備簡單、操作便捷、成本低廉等優(yōu)勢，成為目前香菇干燥領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的技術(shù)之一。它是將熱空氣作為干燥介質(zhì)，通過對(duì)流換熱的方式將熱量傳遞給香菇，使香菇內(nèi)部的水分不斷蒸發(fā)并被熱空氣帶走，從而實(shí)現(xiàn)干燥的目的。然而，當(dāng)前的香菇熱風(fēng)干燥技術(shù)仍存在諸多不足之處。一方面，熱風(fēng)干燥過程中，由于干燥條件難以精準(zhǔn)控制，常常導(dǎo)致香菇的品質(zhì)下降。例如，過高的干燥溫度會(huì)使香菇表面的色澤變深，甚至出現(xiàn)焦糊現(xiàn)象，嚴(yán)重影響其外觀品質(zhì)；同時(shí)，高溫還會(huì)加速營養(yǎng)成分的降解和損失，降低香菇的營養(yǎng)價(jià)值。另一方面，干燥時(shí)間過長不僅會(huì)增加能耗和生產(chǎn)成本，還可能導(dǎo)致香菇的風(fēng)味和口感變差。此外，傳統(tǒng)的熱風(fēng)干燥方式難以實(shí)時(shí)監(jiān)測干燥過程中的關(guān)鍵參數(shù)，無法根據(jù)香菇的干燥狀態(tài)及時(shí)調(diào)整干燥條件，進(jìn)一步影響了干燥效果和產(chǎn)品質(zhì)量。電子鼻作為一種新興的智能檢測技術(shù)，近年來在食品品質(zhì)檢測領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。它模擬生物嗅覺系統(tǒng)的工作原理，通過傳感器陣列對(duì)揮發(fā)性氣體進(jìn)行感知，并結(jié)合先進(jìn)的模式識(shí)別算法對(duì)檢測結(jié)果進(jìn)行分析處理，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)氣味的定性和定量分析。在食品加工過程中，電子鼻能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測食品的氣味變化，準(zhǔn)確判斷食品的新鮮度、品質(zhì)狀況以及加工階段。由于干燥過程中香菇會(huì)釋放出具有特定特征的揮發(fā)性氣體，這些氣體的成分和含量會(huì)隨著干燥時(shí)間和干燥條件的變化而發(fā)生改變，因此利用電子鼻對(duì)這些揮發(fā)性氣體進(jìn)行檢測，有望為香菇干燥階段的判別提供一種快速、準(zhǔn)確的方法。1.1.2研究目的本研究旨在深入探究香菇熱風(fēng)干燥過程中的關(guān)鍵影響因素，通過優(yōu)化熱風(fēng)干燥工藝參數(shù)，在降低能耗、提高干燥效率的同時(shí)，最大程度地保留香菇的營養(yǎng)成分、色澤、香氣和口感等品質(zhì)特性。同時(shí)，利用電子鼻技術(shù)對(duì)香菇干燥過程中釋放的揮發(fā)性氣體進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，建立基于電子鼻檢測數(shù)據(jù)的干燥階段判別模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)香菇干燥階段的精準(zhǔn)判斷，為香菇熱風(fēng)干燥過程的智能化控制提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。具體研究目標(biāo)如下：確定關(guān)鍵工藝參數(shù)：系統(tǒng)研究熱風(fēng)干燥過程中溫度、風(fēng)速、相對(duì)濕度等工藝參數(shù)對(duì)香菇干燥特性、品質(zhì)特性（包括色澤、營養(yǎng)成分、香氣成分等）以及能耗的影響規(guī)律，明確各參數(shù)的關(guān)鍵作用和相互關(guān)系。優(yōu)化干燥工藝參數(shù)：運(yùn)用響應(yīng)面法等優(yōu)化方法，以干燥時(shí)間、能耗、綜合品質(zhì)評(píng)分為評(píng)價(jià)指標(biāo)，建立熱風(fēng)干燥工藝參數(shù)的優(yōu)化模型，確定最佳的干燥工藝參數(shù)組合，實(shí)現(xiàn)香菇熱風(fēng)干燥過程的高效、節(jié)能和優(yōu)質(zhì)。建立干燥階段判別模型：利用電子鼻技術(shù)實(shí)時(shí)采集香菇在不同干燥階段釋放的揮發(fā)性氣體信號(hào)，結(jié)合主成分分析（PCA）、線性判別分析（LDA）、偏最小二乘判別分析（PLS-DA）等模式識(shí)別算法，對(duì)電子鼻檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，建立準(zhǔn)確、可靠的香菇干燥階段判別模型，并對(duì)模型的性能進(jìn)行評(píng)估和驗(yàn)證。驗(yàn)證模型準(zhǔn)確性和實(shí)用性：通過實(shí)際干燥實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證優(yōu)化后的熱風(fēng)干燥工藝參數(shù)的有效性以及干燥階段判別模型的準(zhǔn)確性和實(shí)用性，為香菇熱風(fēng)干燥技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)參考。1.1.3研究意義本研究對(duì)于優(yōu)化香菇熱風(fēng)干燥工藝、提高香菇干制品品質(zhì)以及推動(dòng)香菇產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的理論和實(shí)踐意義。理論意義：深入研究香菇熱風(fēng)干燥過程中品質(zhì)特性和揮發(fā)性氣體成分的變化規(guī)律，揭示干燥工藝參數(shù)對(duì)香菇品質(zhì)的影響機(jī)制，為香菇干燥理論的進(jìn)一步完善提供了新的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論依據(jù)。同時(shí)，將電子鼻技術(shù)應(yīng)用于香菇干燥階段的判別，拓展了電子鼻在食品加工領(lǐng)域的應(yīng)用范圍，豐富了食品干燥過程監(jiān)測與控制的研究方法。實(shí)踐意義：通過優(yōu)化熱風(fēng)干燥工藝參數(shù)，能夠有效提高香菇的干燥效率，降低能耗，減少生產(chǎn)成本，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，優(yōu)化后的干燥工藝可以顯著提升香菇干制品的品質(zhì)，更好地滿足消費(fèi)者對(duì)高品質(zhì)香菇產(chǎn)品的需求，增強(qiáng)我國香菇產(chǎn)品在國際市場上的競爭力。此外，基于電子鼻的干燥階段判別模型能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)香菇干燥過程的實(shí)時(shí)監(jiān)測和精準(zhǔn)控制，為香菇熱風(fēng)干燥設(shè)備的智能化升級(jí)改造提供了技術(shù)支持，有助于推動(dòng)香菇產(chǎn)業(yè)朝著高效、節(jié)能、智能化的方向發(fā)展。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1香菇熱風(fēng)干燥工藝研究現(xiàn)狀熱風(fēng)干燥作為香菇干燥的常用方法，其工藝參數(shù)對(duì)香菇品質(zhì)有著顯著影響。眾多研究聚焦于溫度、風(fēng)速、相對(duì)濕度等關(guān)鍵參數(shù)，以揭示它們對(duì)香菇干燥特性、營養(yǎng)成分、色澤、香氣等品質(zhì)指標(biāo)的作用規(guī)律。在干燥特性方面，溫度是影響干燥速率的關(guān)鍵因素。一般而言，溫度升高，干燥速率加快，但過高的溫度會(huì)導(dǎo)致物料表面水分迅速蒸發(fā)，形成硬殼，阻礙內(nèi)部水分的擴(kuò)散，進(jìn)而延長干燥時(shí)間，還可能引發(fā)品質(zhì)劣變。胡如響、孫東亮等研究構(gòu)建了物料-干燥箱一體化的香菇熱風(fēng)干燥模擬方法，通過模擬結(jié)果分析了香菇干燥過程中的干燥不均勻性，研究發(fā)現(xiàn)，在實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)過程中，香菇熱風(fēng)干燥的溫度多為50-60℃，風(fēng)速多為2-4m/s。盧可可等人研究了幾種不同熱風(fēng)干燥方式對(duì)香菇多酚等活性物質(zhì)的影響，結(jié)果表明保持干燥溫度55℃時(shí)香菇多酚損失相對(duì)較小，可達(dá)2.69mgGAE/gDW，但耗能最大。薛榮研究發(fā)現(xiàn)香菇快速干燥和慢速的干燥效果幾乎無差別，品質(zhì)卻以慢速干燥的為佳。熱風(fēng)干燥對(duì)香菇的營養(yǎng)成分也有較大影響。芮漢明等人研究發(fā)現(xiàn)干燥對(duì)鮮香菇揮發(fā)性八碳醇的破壞很大，經(jīng)過50℃干燥12h內(nèi)即可完全破壞。郭凱等人研究發(fā)現(xiàn)熱風(fēng)干燥溫度對(duì)香氣形成也有極其重要的作用，高溫有利于美拉德反應(yīng)，而低溫有利于香味前驅(qū)體的形成，所以，香菇的干燥過程宜采用初期低溫（50℃），后期（含水量40%）高溫（70℃）。上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院食用菌研究所楊焱研究員課題組分析了香菇干燥過程中質(zhì)地特征、滋味物質(zhì)含量和關(guān)鍵酶活性的變化，研究揭示，香菇50℃熱風(fēng)干燥過程中體積收縮、顏色加深、咀嚼性和黏度先增大后減??；整體品質(zhì)和滋味物質(zhì)都得到了顯著提升，其水分含量、質(zhì)構(gòu)特性與味覺成分的積累顯著相關(guān)。干燥前期呼吸作用引起的酶促反應(yīng)和后期持續(xù)加溫引起的美拉德反應(yīng)是引起其外觀和滋味物質(zhì)變化的重要原因。此外，風(fēng)速和相對(duì)濕度同樣不可忽視。適宜的風(fēng)速能夠增強(qiáng)熱傳遞和質(zhì)傳遞效率，加快干燥進(jìn)程；而相對(duì)濕度則影響著干燥介質(zhì)的吸濕能力，進(jìn)而對(duì)干燥效果產(chǎn)生作用。然而，目前關(guān)于風(fēng)速和相對(duì)濕度對(duì)香菇品質(zhì)影響的研究相對(duì)較少，且在實(shí)際生產(chǎn)中，各工藝參數(shù)之間相互關(guān)聯(lián)、相互制約，如何實(shí)現(xiàn)多參數(shù)的協(xié)同優(yōu)化，以達(dá)到最佳的干燥效果和品質(zhì)保障，仍有待進(jìn)一步深入研究。1.2.2電子鼻技術(shù)在食品檢測中的應(yīng)用電子鼻技術(shù)作為一種新興的檢測手段，在食品檢測領(lǐng)域展現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用潛力，其在食品風(fēng)味檢測、品質(zhì)評(píng)價(jià)、新鮮度監(jiān)測等方面均取得了顯著成果。在食品風(fēng)味檢測方面，電子鼻能夠快速、準(zhǔn)確地識(shí)別和分析食品中的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，從而為食品風(fēng)味的研究和評(píng)價(jià)提供有力支持。例如，在酒類檢測中，電子鼻可區(qū)分不同品種、產(chǎn)地和釀造工藝的葡萄酒，通過檢測揮發(fā)性成分的差異，準(zhǔn)確判斷葡萄酒的品質(zhì)和風(fēng)格。在茶葉檢測中，電子鼻能夠識(shí)別不同種類的茶葉，如綠茶、紅茶、烏龍茶等，還能對(duì)茶葉的等級(jí)進(jìn)行初步劃分，為茶葉的品質(zhì)評(píng)價(jià)提供客觀依據(jù)。在食品品質(zhì)評(píng)價(jià)中，電子鼻與其他分析技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)食品品質(zhì)的全面評(píng)估。趙立艷教授的研究團(tuán)隊(duì)基于電子鼻、GC-MS和GC-IMS建立了揮發(fā)性物質(zhì)指紋圖譜，用于分析不同干燥方式對(duì)香菇揮發(fā)性物質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)VFD香菇的揮發(fā)性含硫化合物（VSCs）含量最低；VFD-HD提高了香菇VSCs、呈香酯類以及醇類物質(zhì)的含量；變溫HD（40-50-60℃）干制香菇有最大干燥效率和VSCs生成總量。在肉類品質(zhì)評(píng)價(jià)中，電子鼻可通過檢測肉類在貯藏過程中產(chǎn)生的揮發(fā)性物質(zhì)，判斷肉類的新鮮度和變質(zhì)程度，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的質(zhì)量問題。在食品新鮮度監(jiān)測方面，電子鼻能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測食品在貯藏和銷售過程中的新鮮度變化。以水果為例，通過檢測水果釋放的乙烯氣體濃度以及其他揮發(fā)性代謝產(chǎn)物，電子鼻可以準(zhǔn)確判斷水果的成熟度和新鮮度，為水果的采摘、貯藏和銷售提供科學(xué)依據(jù)。浙江工商大學(xué)食品與生物工程學(xué)院的學(xué)生團(tuán)隊(duì)研發(fā)的“智能電子鼻”儀器，能快速準(zhǔn)確地分辨食品的新鮮度，操作人員將豬肉樣本密封后提取的氣體注入到“智能電子鼻”，儀器中的傳感器將檢測信號(hào)傳輸?shù)诫娔X，通過數(shù)據(jù)采集軟件得到樣品的新鮮度結(jié)果，全過程只需5至10分鐘，準(zhǔn)確率在95%及以上。1.2.3電子鼻在香菇干燥階段檢測的研究進(jìn)展利用電子鼻檢測香菇干燥階段的研究逐漸受到關(guān)注，現(xiàn)有研究主要集中在通過分析干燥過程中香菇釋放的揮發(fā)性氣體成分變化，來實(shí)現(xiàn)對(duì)干燥階段的判別。一些研究表明，香菇在干燥過程中，揮發(fā)性氣體的種類和含量會(huì)發(fā)生顯著變化。這些變化與干燥時(shí)間、溫度等因素密切相關(guān)，為電子鼻檢測提供了依據(jù)。通過電子鼻采集不同干燥階段香菇的氣味信息，并結(jié)合模式識(shí)別算法進(jìn)行分析，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)干燥階段的初步分類。例如，有研究采用主成分分析（PCA）對(duì)電子鼻數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，發(fā)現(xiàn)不同干燥階段的香菇在PCA得分圖上能夠明顯區(qū)分開來，從而為干燥階段的判斷提供了一種直觀的方法。然而，目前該領(lǐng)域的研究仍存在一些不足之處。一方面，電子鼻檢測結(jié)果易受環(huán)境因素（如溫度、濕度）的影響，導(dǎo)致檢測的穩(wěn)定性和重復(fù)性有待提高。不同品牌和型號(hào)的電子鼻傳感器性能存在差異，對(duì)揮發(fā)性氣體的響應(yīng)特性也不盡相同，這給研究結(jié)果的可比性和通用性帶來了挑戰(zhàn)。另一方面，現(xiàn)有的模式識(shí)別算法在處理復(fù)雜的電子鼻數(shù)據(jù)時(shí)，還存在準(zhǔn)確率不夠高、模型泛化能力弱等問題。此外，對(duì)于香菇干燥過程中揮發(fā)性氣體成分變化的內(nèi)在機(jī)制，以及這些變化與香菇品質(zhì)之間的深層次關(guān)系，尚缺乏深入系統(tǒng)的研究。1.3研究內(nèi)容與方法1.3.1研究內(nèi)容香菇熱風(fēng)干燥特性及品質(zhì)影響因素研究：系統(tǒng)探究熱風(fēng)干燥過程中，溫度（設(shè)置40℃、50℃、60℃等不同梯度）、風(fēng)速（如1m/s、2m/s、3m/s）、相對(duì)濕度（30%、40%、50%等）等關(guān)鍵工藝參數(shù)對(duì)香菇干燥特性的影響。通過實(shí)驗(yàn)測定不同參數(shù)組合下香菇的干燥曲線、干燥速率曲線，分析各參數(shù)對(duì)干燥時(shí)間、干燥速率的具體影響規(guī)律。同時(shí)，全面研究這些工藝參數(shù)對(duì)香菇品質(zhì)特性的作用，包括對(duì)色澤（采用色差儀測定L*、a*、b*值來量化色澤變化）、營養(yǎng)成分（如多糖、蛋白質(zhì)、維生素含量的測定）、香氣成分（利用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀GC-MS分析揮發(fā)性香氣物質(zhì)的種類和含量）等方面的影響，明確各參數(shù)對(duì)香菇品質(zhì)的作用機(jī)制和關(guān)鍵影響因素。香菇熱風(fēng)干燥工藝參數(shù)優(yōu)化：運(yùn)用響應(yīng)面法等優(yōu)化方法，以干燥時(shí)間、能耗、綜合品質(zhì)評(píng)分為評(píng)價(jià)指標(biāo)，建立熱風(fēng)干燥工藝參數(shù)的優(yōu)化模型。綜合品質(zhì)評(píng)分通過對(duì)色澤、營養(yǎng)成分、香氣、口感等多個(gè)品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行加權(quán)計(jì)算得到，其中色澤權(quán)重可設(shè)為0.2，營養(yǎng)成分權(quán)重0.3，香氣權(quán)重0.3，口感權(quán)重0.2等（具體權(quán)重根據(jù)實(shí)際重要性通過專家打分或數(shù)據(jù)分析確定）。通過實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)分析，確定最佳的干燥工藝參數(shù)組合，如溫度為55℃、風(fēng)速2.5m/s、相對(duì)濕度45%等，實(shí)現(xiàn)香菇熱風(fēng)干燥過程的高效、節(jié)能和優(yōu)質(zhì)。同時(shí)，對(duì)優(yōu)化后的干燥工藝進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，對(duì)比優(yōu)化前后香菇的干燥效果和品質(zhì)指標(biāo)，評(píng)估優(yōu)化工藝的實(shí)際應(yīng)用效果和優(yōu)勢?；陔娮颖菣z測的香菇干燥階段判別研究：利用電子鼻技術(shù)實(shí)時(shí)采集香菇在不同干燥階段釋放的揮發(fā)性氣體信號(hào)。在干燥過程中，按照一定時(shí)間間隔（如每30分鐘）采集一次電子鼻數(shù)據(jù)，同時(shí)記錄對(duì)應(yīng)時(shí)間點(diǎn)香菇的水分含量、干燥時(shí)間等參數(shù)。結(jié)合主成分分析（PCA）、線性判別分析（LDA）、偏最小二乘判別分析（PLS-DA）等模式識(shí)別算法，對(duì)電子鼻檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析處理。通過PCA分析，將高維的電子鼻數(shù)據(jù)降維，直觀地展示不同干燥階段數(shù)據(jù)在主成分空間中的分布情況，觀察各階段數(shù)據(jù)的聚類特征和差異；利用LDA算法，尋找能夠最大化區(qū)分不同干燥階段的線性判別函數(shù)，提高判別準(zhǔn)確率；運(yùn)用PLS-DA算法，建立干燥階段與電子鼻數(shù)據(jù)之間的偏最小二乘回歸模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)干燥階段的定量預(yù)測和判別。建立準(zhǔn)確、可靠的香菇干燥階段判別模型，并對(duì)模型的性能進(jìn)行全面評(píng)估和驗(yàn)證，包括模型的準(zhǔn)確率、召回率、F1值等指標(biāo)的計(jì)算和分析，以確保模型的有效性和實(shí)用性。干燥階段判別模型的驗(yàn)證與應(yīng)用：通過實(shí)際干燥實(shí)驗(yàn)，將建立的干燥階段判別模型應(yīng)用于不同批次的香菇熱風(fēng)干燥過程中，驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性和實(shí)用性。在實(shí)際應(yīng)用中，實(shí)時(shí)采集電子鼻數(shù)據(jù)，輸入到判別模型中，預(yù)測香菇的干燥階段，并與實(shí)際干燥情況進(jìn)行對(duì)比分析。根據(jù)驗(yàn)證結(jié)果，進(jìn)一步優(yōu)化和完善判別模型，提高模型的穩(wěn)定性和適應(yīng)性。同時(shí)，探討將基于電子鼻的干燥階段判別模型與熱風(fēng)干燥設(shè)備相結(jié)合的可行性，為實(shí)現(xiàn)香菇熱風(fēng)干燥過程的智能化控制提供技術(shù)支持和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，如根據(jù)模型預(yù)測的干燥階段自動(dòng)調(diào)整干燥溫度、風(fēng)速等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)干燥過程的精準(zhǔn)控制和優(yōu)化。1.3.2研究方法實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法：采用單因素實(shí)驗(yàn)和響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法。在單因素實(shí)驗(yàn)中，分別固定其他因素，研究溫度、風(fēng)速、相對(duì)濕度等單一因素對(duì)香菇干燥特性和品質(zhì)的影響，確定各因素的大致取值范圍。例如，在研究溫度對(duì)干燥特性的影響時(shí)，將風(fēng)速固定為2m/s，相對(duì)濕度固定為40%，設(shè)置溫度梯度為40℃、45℃、50℃、55℃、60℃，進(jìn)行干燥實(shí)驗(yàn)并測定相關(guān)指標(biāo)。在響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)中，根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果，選取合適的因素水平，采用Box-Behnken設(shè)計(jì)或CentralCompositeDesign等實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，構(gòu)建實(shí)驗(yàn)方案，全面考察各因素及其交互作用對(duì)干燥時(shí)間、能耗、綜合品質(zhì)評(píng)分等響應(yīng)指標(biāo)的影響，為工藝參數(shù)優(yōu)化提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理方法：運(yùn)用Origin、SPSS等數(shù)據(jù)分析軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析。對(duì)于干燥特性數(shù)據(jù)，如干燥曲線、干燥速率曲線等，采用繪圖功能直觀展示數(shù)據(jù)變化趨勢，通過曲線擬合和統(tǒng)計(jì)分析，確定干燥動(dòng)力學(xué)模型參數(shù)，評(píng)估模型的擬合優(yōu)度。對(duì)于品質(zhì)指標(biāo)數(shù)據(jù)，進(jìn)行方差分析（ANOVA），判斷不同工藝參數(shù)對(duì)品質(zhì)指標(biāo)的影響是否顯著，確定各因素的主次順序和交互作用情況。利用相關(guān)性分析，研究不同品質(zhì)指標(biāo)之間的內(nèi)在聯(lián)系，如色澤與營養(yǎng)成分、香氣與干燥時(shí)間之間的相關(guān)性。對(duì)于電子鼻數(shù)據(jù)，結(jié)合模式識(shí)別算法進(jìn)行處理，利用PCA、LDA、PLS-DA等算法在相應(yīng)軟件中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)降維、判別分析和模型建立，通過交叉驗(yàn)證等方法評(píng)估模型性能，優(yōu)化模型參數(shù)。模型建立方法：在工藝參數(shù)優(yōu)化方面，根據(jù)響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立二次多項(xiàng)式回歸模型，描述干燥時(shí)間、能耗、綜合品質(zhì)評(píng)分與溫度、風(fēng)速、相對(duì)濕度等工藝參數(shù)之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。例如，對(duì)于綜合品質(zhì)評(píng)分Y，可建立如下回歸模型：Y=β0+β1X1+β2X2+β3X3+β11X12+β22X22+β33X32+β12X1X2+β13X1X3+β23X2X3，其中β0為常數(shù)項(xiàng)，β1-β3為一次項(xiàng)系數(shù)，β11-β33為二次項(xiàng)系數(shù)，β12-β23為交互項(xiàng)系數(shù)，X1、X2、X3分別代表溫度、風(fēng)速、相對(duì)濕度。通過求解回歸模型，得到最佳工藝參數(shù)組合。在干燥階段判別模型建立方面，基于電子鼻檢測數(shù)據(jù)，利用主成分分析（PCA）、線性判別分析（LDA）、偏最小二乘判別分析（PLS-DA）等模式識(shí)別算法建立判別模型。如在PLS-DA模型中，通過建立電子鼻傳感器響應(yīng)值與干燥階段之間的偏最小二乘回歸關(guān)系，確定模型的回歸系數(shù)和潛變量，實(shí)現(xiàn)對(duì)干燥階段的預(yù)測和判別。1.4技術(shù)路線本研究的技術(shù)路線如圖1-1所示，首先進(jìn)行文獻(xiàn)調(diào)研，全面了解香菇熱風(fēng)干燥工藝和電子鼻技術(shù)在食品檢測中的研究現(xiàn)狀，明確研究方向和重點(diǎn)。隨后開展香菇熱風(fēng)干燥特性及品質(zhì)影響因素實(shí)驗(yàn)，通過單因素實(shí)驗(yàn)確定溫度、風(fēng)速、相對(duì)濕度等關(guān)鍵工藝參數(shù)對(duì)香菇干燥特性和品質(zhì)的影響規(guī)律。接著利用響應(yīng)面法進(jìn)行工藝參數(shù)優(yōu)化，以干燥時(shí)間、能耗、綜合品質(zhì)評(píng)分為評(píng)價(jià)指標(biāo)，建立優(yōu)化模型，確定最佳工藝參數(shù)組合，并進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。在基于電子鼻檢測的香菇干燥階段判別研究中，利用電子鼻實(shí)時(shí)采集不同干燥階段香菇釋放的揮發(fā)性氣體信號(hào)，結(jié)合PCA、LDA、PLS-DA等模式識(shí)別算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，建立干燥階段判別模型，并對(duì)模型性能進(jìn)行評(píng)估和驗(yàn)證。最后將判別模型應(yīng)用于實(shí)際干燥實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證其準(zhǔn)確性和實(shí)用性，為香菇熱風(fēng)干燥過程的智能化控制提供技術(shù)支持。圖1-1技術(shù)路線圖二、香菇熱風(fēng)干燥工藝原理及影響因素2.1熱風(fēng)干燥工藝原理2.1.1傳熱傳質(zhì)理論熱風(fēng)干燥作為一種常見的干燥方式，其核心原理基于傳熱傳質(zhì)理論。在熱風(fēng)干燥過程中，熱量從高溫的熱空氣傳遞至低溫的香菇物料，同時(shí)香菇內(nèi)部的水分則從物料內(nèi)部向外部擴(kuò)散，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)水分的蒸發(fā)與干燥。從傳熱角度來看，熱空氣與香菇之間主要通過對(duì)流換熱的方式進(jìn)行熱量傳遞。熱空氣在風(fēng)機(jī)的作用下，以一定的速度流過香菇表面，由于熱空氣與香菇表面存在溫度差，熱量會(huì)從熱空氣傳遞給香菇，使香菇的溫度升高。根據(jù)牛頓冷卻定律，對(duì)流換熱的熱流量可表示為：q=hA(T_{g}-T_{s})，其中q為熱流量（W），h為對(duì)流換熱系數(shù)（W/(m^{2}\cdotK)），A為換熱面積（m^{2}），T_{g}為熱空氣溫度（K），T_{s}為香菇表面溫度（K）。對(duì)流換熱系數(shù)h受到熱空氣流速、香菇的形狀與表面特性等多種因素的影響，熱空氣流速越大，h值越大，傳熱效率越高。在傳質(zhì)方面，香菇內(nèi)部的水分在濃度差和溫度梯度的作用下，以擴(kuò)散的方式從內(nèi)部向表面遷移。當(dāng)香菇表面的水分獲得足夠的能量后，便會(huì)汽化為水蒸氣，進(jìn)入周圍的熱空氣中。這一過程可視為菲克定律的應(yīng)用，菲克第一定律描述了穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散時(shí)的傳質(zhì)通量：J=-D\frac{dC}{dx}，其中J為傳質(zhì)通量（kg/(m^{2}\cdots)），D為擴(kuò)散系數(shù)（m^{2}/s），\frac{dC}{dx}為濃度梯度（kg/m^{4}）。擴(kuò)散系數(shù)D與香菇的物料特性、溫度等有關(guān)，溫度升高，分子熱運(yùn)動(dòng)加劇，D值增大，水分?jǐn)U散速度加快。在熱風(fēng)干燥過程中，熱空氣不斷帶走香菇表面蒸發(fā)的水蒸氣，使香菇表面與內(nèi)部始終保持一定的水分濃度差，從而維持水分的持續(xù)擴(kuò)散與蒸發(fā)。2.1.2香菇熱風(fēng)干燥過程分析在香菇熱風(fēng)干燥過程中，隨著干燥時(shí)間的推進(jìn)，香菇的水分含量不斷下降，其物理特性也發(fā)生著顯著變化。干燥初期，香菇內(nèi)部含有大量的自由水，水分主要存在于細(xì)胞間隙和細(xì)胞內(nèi)部。此時(shí)，熱空氣與香菇之間的傳熱傳質(zhì)作用強(qiáng)烈，熱量迅速傳遞至香菇內(nèi)部，使水分溫度升高并開始蒸發(fā)。由于香菇表面的水分蒸發(fā)速率較快，水分含量迅速降低，而內(nèi)部水分由于擴(kuò)散速度相對(duì)較慢，仍保持較高的含量，從而在香菇內(nèi)部形成了較大的水分梯度。在這一階段，香菇的質(zhì)量迅速減輕，干燥速率較高且基本保持恒定，主要受表面水分汽化控制。隨著干燥的進(jìn)行，香菇內(nèi)部的水分逐漸減少，自由水大部分被蒸發(fā)，此時(shí)水分的擴(kuò)散成為干燥過程的主要控制因素。由于內(nèi)部水分需要克服更大的阻力才能擴(kuò)散到表面，干燥速率逐漸下降。同時(shí)，香菇的體積開始收縮，細(xì)胞壁逐漸失去水分而變得緊實(shí)，導(dǎo)致香菇的質(zhì)地變硬，顏色也逐漸加深。在這個(gè)階段，香菇的營養(yǎng)成分開始發(fā)生變化，如多糖、蛋白質(zhì)等大分子物質(zhì)可能會(huì)因?yàn)槭軣岫l(fā)生部分降解，維生素等熱敏性成分也會(huì)有一定程度的損失。干燥后期，香菇內(nèi)部的水分含量已經(jīng)很低，只剩下少量的結(jié)合水與細(xì)胞物質(zhì)緊密結(jié)合。此時(shí)，水分的擴(kuò)散變得更加困難，干燥速率急劇下降。繼續(xù)升高溫度或延長干燥時(shí)間，不僅對(duì)干燥效果的提升作用有限，反而可能導(dǎo)致香菇的品質(zhì)進(jìn)一步下降，如顏色過度加深、產(chǎn)生焦糊味等。當(dāng)香菇的水分含量達(dá)到安全儲(chǔ)存標(biāo)準(zhǔn)（一般為濕基含水率13%以下）時(shí)，干燥過程結(jié)束。在整個(gè)干燥過程中，干燥條件（如溫度、風(fēng)速、相對(duì)濕度）的不同，會(huì)對(duì)香菇的水分變化和物理特性改變產(chǎn)生顯著影響，進(jìn)而影響香菇的干燥品質(zhì)和干燥效率。2.2影響香菇熱風(fēng)干燥效果的因素2.2.1溫度溫度作為熱風(fēng)干燥過程中的關(guān)鍵因素，對(duì)干燥速率和香菇品質(zhì)有著至關(guān)重要的影響。在一定范圍內(nèi)，溫度升高能夠顯著加快干燥速率。這是因?yàn)闇囟壬邥?huì)使熱空氣的焓值增加，提供更多的熱量用于水分的蒸發(fā)，同時(shí)也能增強(qiáng)水分子的熱運(yùn)動(dòng)能力，使水分更容易從香菇內(nèi)部擴(kuò)散到表面，進(jìn)而加速干燥進(jìn)程。當(dāng)干燥溫度從40℃升高到50℃時(shí)，香菇的干燥時(shí)間明顯縮短，干燥速率大幅提高。然而，過高的溫度會(huì)對(duì)香菇的品質(zhì)造成諸多不利影響。從色澤方面來看，高溫會(huì)促使香菇表面的酶促褐變和非酶褐變反應(yīng)加劇，導(dǎo)致香菇的顏色迅速加深，甚至變黑，嚴(yán)重影響其外觀品質(zhì)。在60℃以上的高溫干燥條件下，香菇的L值（亮度）顯著降低，a值（紅度）和b*值（黃度）明顯增大，表明香菇的色澤變差。高溫還會(huì)導(dǎo)致香菇營養(yǎng)成分的損失。研究表明，香菇中的多糖、蛋白質(zhì)、維生素等營養(yǎng)成分在高溫下會(huì)發(fā)生不同程度的降解和變性。維生素C等熱敏性維生素在高溫干燥過程中會(huì)大量損失，多糖和蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)也會(huì)遭到破壞，從而降低香菇的營養(yǎng)價(jià)值。高溫還可能引發(fā)香菇風(fēng)味物質(zhì)的分解和變化，使其失去原有的獨(dú)特香氣和風(fēng)味。2.2.2風(fēng)速風(fēng)速對(duì)香菇熱風(fēng)干燥效率和干燥均勻性有著重要影響。風(fēng)速的增加可以增強(qiáng)熱空氣與香菇之間的對(duì)流換熱作用，使熱量更快速地傳遞到香菇表面，同時(shí)也能更有效地帶走香菇表面蒸發(fā)的水蒸氣，從而提高干燥效率。當(dāng)風(fēng)速從1m/s增加到2m/s時(shí)，香菇的干燥時(shí)間明顯縮短，干燥速率顯著提高。風(fēng)速的增大還可以使熱空氣在干燥室內(nèi)更均勻地分布，減少局部溫度和濕度的差異，從而提高香菇的干燥均勻性，避免出現(xiàn)部分香菇干燥過度，而部分干燥不足的情況。但是，風(fēng)速過大也會(huì)帶來一些問題。一方面，過高的風(fēng)速會(huì)導(dǎo)致熱空氣在干燥室內(nèi)停留時(shí)間過短，無法充分與香菇進(jìn)行熱質(zhì)交換，反而降低了干燥效率。風(fēng)速過快還可能使香菇表面的水分迅速蒸發(fā)，形成硬殼，阻礙內(nèi)部水分的進(jìn)一步擴(kuò)散，導(dǎo)致干燥不均勻，甚至出現(xiàn)“夾生”現(xiàn)象。另一方面，風(fēng)速過大還會(huì)增加能耗，提高干燥成本，同時(shí)可能對(duì)香菇的物理結(jié)構(gòu)造成一定的破壞，影響其品質(zhì)。2.2.3相對(duì)濕度相對(duì)濕度在香菇熱風(fēng)干燥過程中，對(duì)干燥時(shí)間以及香菇的色澤和風(fēng)味起著關(guān)鍵作用。干燥環(huán)境的相對(duì)濕度越低，熱空氣的吸濕能力越強(qiáng)，能夠更快地吸收香菇表面蒸發(fā)的水蒸氣，維持較高的水分?jǐn)U散驅(qū)動(dòng)力，從而加快干燥速度，縮短干燥時(shí)間。在相對(duì)濕度為30%的條件下進(jìn)行干燥，相比50%相對(duì)濕度時(shí)，香菇的干燥時(shí)間明顯縮短。相對(duì)濕度對(duì)香菇的色澤和風(fēng)味也有顯著影響。如果相對(duì)濕度較高，干燥過程中香菇表面的水分蒸發(fā)緩慢，容易導(dǎo)致微生物滋生，引發(fā)霉變，使香菇的色澤變暗，產(chǎn)生異味，嚴(yán)重影響其品質(zhì)。相對(duì)濕度還會(huì)影響香菇風(fēng)味物質(zhì)的形成和保留。在適宜的相對(duì)濕度條件下，干燥過程中香菇內(nèi)部的酶促反應(yīng)和非酶反應(yīng)能夠合理進(jìn)行，有助于形成獨(dú)特的風(fēng)味物質(zhì)；而相對(duì)濕度過高或過低，都可能干擾這些反應(yīng)的進(jìn)行，導(dǎo)致風(fēng)味物質(zhì)的損失或產(chǎn)生不良風(fēng)味。2.2.4其他因素香菇的初始含水率是影響干燥效果的重要因素之一。初始含水率越高，香菇內(nèi)部所含的水分越多，干燥過程中需要蒸發(fā)的水分量就越大，從而導(dǎo)致干燥時(shí)間延長，能耗增加。新鮮采摘的香菇初始含水率可達(dá)85%以上，相比初始含水率較低的香菇，其干燥時(shí)間會(huì)明顯增長，所需的能量也更多。初始含水率還會(huì)影響香菇在干燥過程中的收縮程度和品質(zhì)變化。含水率過高的香菇在干燥過程中容易出現(xiàn)過度收縮、變形等問題，影響其外觀品質(zhì)，并且可能導(dǎo)致營養(yǎng)成分的流失加劇。裝載量同樣對(duì)干燥效果有著不可忽視的影響。如果裝載量過大，香菇在干燥設(shè)備內(nèi)堆積過厚，會(huì)阻礙熱空氣的流通，導(dǎo)致熱量傳遞不均勻，部分香菇無法充分與熱空氣接觸，從而降低干燥效率，延長干燥時(shí)間。裝載量過大還可能使香菇之間的水分相互影響，增加局部環(huán)境的相對(duì)濕度，進(jìn)一步影響干燥效果，甚至可能引發(fā)微生物滋生，影響香菇的品質(zhì)。相反，裝載量過小則會(huì)造成干燥設(shè)備的空間浪費(fèi)，降低生產(chǎn)效率，同時(shí)也會(huì)增加單位產(chǎn)品的能耗成本。三、香菇熱風(fēng)干燥工藝優(yōu)化實(shí)驗(yàn)3.1實(shí)驗(yàn)材料與設(shè)備3.1.1實(shí)驗(yàn)材料本實(shí)驗(yàn)選用的香菇品種為[具體品種名稱]，該品種在市場上具有廣泛的種植和消費(fèi)基礎(chǔ)，以其肉質(zhì)緊實(shí)、香氣濃郁而受到消費(fèi)者的喜愛。香菇采自[產(chǎn)地名稱]的專業(yè)種植基地，該基地采用綠色、科學(xué)的種植管理模式，確保了香菇的品質(zhì)優(yōu)良、無污染。采摘后的香菇在4℃的低溫環(huán)境下運(yùn)輸至實(shí)驗(yàn)室，以最大程度地保持其新鮮度和品質(zhì)。在預(yù)處理階段，首先將香菇置于流動(dòng)的清水中，輕輕沖洗表面的泥沙、雜質(zhì)以及可能附著的微生物，確保清洗后的香菇表面潔凈。隨后，使用不銹鋼刀具小心地去除香菇的菇柄，保留約1cm的蒂根，以保證香菇在干燥過程中的結(jié)構(gòu)完整性。接著，將處理后的香菇均勻地單層平鋪于干燥架隔板上，每一層平板按照9列13行的布局進(jìn)行擺放，總共設(shè)置12層，以確保在干燥過程中，香菇能夠充分接觸熱空氣，實(shí)現(xiàn)均勻干燥。在擺放過程中，注意香菇之間保持適當(dāng)?shù)拈g距，避免相互擠壓，影響干燥效果。3.1.2實(shí)驗(yàn)設(shè)備熱風(fēng)干燥設(shè)備：選用[品牌及型號(hào)]熱風(fēng)干燥箱，該設(shè)備具有精準(zhǔn)的溫度控制系統(tǒng)，溫度控制范圍為30-80℃，精度可達(dá)±1℃，能夠滿足不同干燥溫度的實(shí)驗(yàn)需求。風(fēng)速調(diào)節(jié)范圍為0.5-5m/s，可通過內(nèi)置的風(fēng)機(jī)和調(diào)速裝置進(jìn)行精確調(diào)控，以研究風(fēng)速對(duì)干燥過程的影響。設(shè)備配備了濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，相對(duì)濕度可在20%-60%之間進(jìn)行調(diào)節(jié)，通過加濕器和除濕器協(xié)同工作，確保干燥環(huán)境的相對(duì)濕度穩(wěn)定在設(shè)定值。干燥箱內(nèi)部空間寬敞，尺寸為[長×寬×高，單位：cm]，能夠容納足夠數(shù)量的香菇樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，同時(shí)保證熱空氣在箱內(nèi)均勻流通，實(shí)現(xiàn)良好的干燥效果。檢測儀器：采用[品牌及型號(hào)]電子分析天平，其稱重精度可達(dá)0.001g，能夠準(zhǔn)確測量香菇在干燥過程中的質(zhì)量變化，為干燥動(dòng)力學(xué)研究提供精確的數(shù)據(jù)支持。使用[品牌及型號(hào)]色差儀，通過測定L*（亮度）、a*（紅度）、b*（黃度）值，對(duì)香菇干燥前后的色澤變化進(jìn)行量化分析，評(píng)估干燥條件對(duì)香菇色澤品質(zhì)的影響。利用[品牌及型號(hào)]氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（GC-MS），對(duì)香菇中的營養(yǎng)成分（如多糖、蛋白質(zhì)、維生素等）和香氣成分進(jìn)行定性和定量分析，深入探究干燥過程中營養(yǎng)成分的保留率以及香氣成分的變化規(guī)律。為了實(shí)時(shí)監(jiān)測香菇在干燥過程中釋放的揮發(fā)性氣體，使用[品牌及型號(hào)]電子鼻，該電子鼻配備了[具體數(shù)量及型號(hào)]的傳感器陣列，能夠?qū)Χ喾N揮發(fā)性氣體進(jìn)行快速、靈敏的檢測，為基于電子鼻檢測的干燥階段判別研究提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。3.2實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)3.2.1單因素實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)溫度對(duì)香菇熱風(fēng)干燥的影響：固定風(fēng)速為2m/s，相對(duì)濕度為40%，設(shè)置干燥溫度分別為40℃、45℃、50℃、55℃、60℃。每個(gè)溫度水平下，將預(yù)處理后的香菇樣品放入熱風(fēng)干燥箱中進(jìn)行干燥實(shí)驗(yàn)。每隔30分鐘，使用電子分析天平精確稱取香菇的質(zhì)量，記錄其質(zhì)量變化，直至香菇的濕基含水率達(dá)到GB7096—2014《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食用菌及其制品》規(guī)定的安全貯存標(biāo)準(zhǔn)（不高于13%）以下。同時(shí)，在干燥結(jié)束后，立即使用色差儀測定香菇的L*、a*、b*值，以評(píng)估溫度對(duì)香菇色澤的影響；采用蒽酮-硫酸法測定香菇多糖含量，考馬斯亮藍(lán)法測定蛋白質(zhì)含量，高效液相色譜法測定維生素含量，分析溫度對(duì)營養(yǎng)成分的影響；利用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（GC-MS）分析香菇的香氣成分，探究溫度對(duì)香氣物質(zhì)的作用。風(fēng)速對(duì)香菇熱風(fēng)干燥的影響：將干燥溫度設(shè)定為50℃，相對(duì)濕度保持在40%，風(fēng)速分別設(shè)置為1m/s、1.5m/s、2m/s、2.5m/s、3m/s。按照上述相同的實(shí)驗(yàn)步驟和檢測方法，進(jìn)行不同風(fēng)速條件下的干燥實(shí)驗(yàn)，測定香菇的干燥曲線、干燥速率曲線以及干燥前后的色澤、營養(yǎng)成分、香氣成分等指標(biāo)的變化，分析風(fēng)速對(duì)香菇熱風(fēng)干燥效果的影響規(guī)律。相對(duì)濕度對(duì)香菇熱風(fēng)干燥的影響：控制干燥溫度為50℃，風(fēng)速為2m/s，相對(duì)濕度分別設(shè)置為30%、35%、40%、45%、50%。在各相對(duì)濕度水平下進(jìn)行干燥實(shí)驗(yàn)，監(jiān)測香菇的質(zhì)量變化，記錄干燥時(shí)間，并在干燥結(jié)束后檢測香菇的各項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)，研究相對(duì)濕度對(duì)香菇熱風(fēng)干燥特性和品質(zhì)的影響。3.2.2正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選取對(duì)香菇熱風(fēng)干燥效果影響顯著的溫度、風(fēng)速、相對(duì)濕度作為正交實(shí)驗(yàn)的因素，每個(gè)因素設(shè)定三個(gè)水平，具體因素水平如表3-1所示。采用L9(3?)正交表進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，以干燥時(shí)間、能耗、綜合品質(zhì)評(píng)分為評(píng)價(jià)指標(biāo)，全面考察各因素及其交互作用對(duì)香菇熱風(fēng)干燥效果的影響。綜合品質(zhì)評(píng)分通過對(duì)色澤、營養(yǎng)成分、香氣、口感等多個(gè)品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行加權(quán)計(jì)算得到，其中色澤權(quán)重設(shè)為0.2，營養(yǎng)成分權(quán)重0.3，香氣權(quán)重0.3，口感權(quán)重0.2（具體權(quán)重根據(jù)實(shí)際重要性通過專家打分或數(shù)據(jù)分析確定）。每個(gè)實(shí)驗(yàn)重復(fù)三次，取平均值作為實(shí)驗(yàn)結(jié)果，以確保實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。通過正交實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)分析，確定最佳的干燥工藝參數(shù)組合，實(shí)現(xiàn)香菇熱風(fēng)干燥過程的高效、節(jié)能和優(yōu)質(zhì)。表3-1正交實(shí)驗(yàn)因素水平表因素水平1水平2水平3溫度（℃）[具體溫度1][具體溫度2][具體溫度3]風(fēng)速（m/s）[具體風(fēng)速1][具體風(fēng)速2][具體風(fēng)速3]相對(duì)濕度（%）[具體相對(duì)濕度1][具體相對(duì)濕度2][具體相對(duì)濕度3]3.3指標(biāo)測定3.3.1含水率測定本實(shí)驗(yàn)采用直接干燥法測定香菇的含水率，該方法依據(jù)GB5009.3-2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中水分的測定》，能夠準(zhǔn)確測量香菇中的水分含量。具體操作步驟如下：首先，使用電子分析天平準(zhǔn)確稱取3-5g預(yù)處理后的新鮮香菇樣品，記為m_0，精確至0.001g。將樣品均勻地?cái)偡旁谝押阒氐姆Q量瓶中，打開瓶蓋，將稱量瓶及樣品一同放入設(shè)定溫度為105℃的電熱鼓風(fēng)干燥箱中。干燥過程中，定期觀察樣品的干燥狀態(tài)。干燥2-3h后，取出稱量瓶，迅速蓋上瓶蓋，放入干燥器中冷卻至室溫，再次使用電子分析天平稱取稱量瓶及樣品的總質(zhì)量，記為m_1。隨后，將稱量瓶再次放入干燥箱中繼續(xù)干燥30-60min，重復(fù)上述冷卻、稱重步驟，直至前后兩次稱量的質(zhì)量差不超過0.002g，此時(shí)記稱量瓶及樣品的最終質(zhì)量為m_2。香菇的濕基含水率X按照公式（1）進(jìn)行計(jì)算：X=\frac{m_0-(m_2-m_{???})}{m_0}\times100\%\tag{1}式中：m_0為干燥前香菇樣品的質(zhì)量（g）；m_{瓶}為稱量瓶的質(zhì)量（g）；m_2為干燥后稱量瓶及樣品的最終質(zhì)量（g）。每個(gè)樣品平行測定3次，取平均值作為最終結(jié)果，以確保測定結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。3.3.2干燥速率計(jì)算干燥速率是衡量干燥過程快慢的重要指標(biāo)，它反映了單位時(shí)間內(nèi)香菇水分含量的變化情況。在熱風(fēng)干燥實(shí)驗(yàn)過程中，每隔30min使用電子分析天平精確稱取香菇的質(zhì)量，記錄其質(zhì)量變化。干燥速率U根據(jù)公式（2）進(jìn)行計(jì)算：U=\frac{m_{t1}-m_{t2}}{\Deltat}\tag{2}式中：U為干燥速率（g/min）；m_{t1}為前一時(shí)刻香菇的質(zhì)量（g）；m_{t2}為后一時(shí)刻香菇的質(zhì)量（g）；\Deltat為時(shí)間間隔（min）。通過計(jì)算不同干燥階段的干燥速率，繪制干燥速率曲線，分析干燥過程中干燥速率隨時(shí)間的變化規(guī)律，以及溫度、風(fēng)速、相對(duì)濕度等因素對(duì)干燥速率的影響。例如，在不同溫度條件下，對(duì)比干燥速率曲線的變化趨勢，觀察溫度升高或降低時(shí)，干燥速率的增減情況，從而深入了解各因素在干燥過程中的作用機(jī)制。3.3.3品質(zhì)指標(biāo)測定色澤測定：采用色差儀測定香菇的色澤，該方法能夠準(zhǔn)確量化香菇的顏色變化，為評(píng)估干燥條件對(duì)色澤品質(zhì)的影響提供科學(xué)依據(jù)。在干燥前后，分別選取具有代表性的香菇樣品，使用色差儀測定其L*（亮度）、a*（紅度）、b*（黃度）值。測定時(shí)，將色差儀的測量口徑對(duì)準(zhǔn)香菇的菌蓋表面，確保測量位置均勻分布，每個(gè)樣品測量3次，取平均值作為該樣品的色澤參數(shù)。根據(jù)L*、a*、b*值計(jì)算總色差\DeltaE，公式（3）如下：\DeltaE=\sqrt{(\DeltaL^*)^2+(\Deltaa^*)^2+(\Deltab^*)^2}\tag{3}式中：\DeltaL^*=L^*_{干}-L^*_{鮮}；\Deltaa^*=a^*_{干}-a^*_{鮮}；\Deltab^*=b^*_{干}-b^*_{鮮}；L^*_{鮮}、a^*_{鮮}、b^*_{鮮}分別為新鮮香菇的亮度、紅度、黃度值；L^*_{干}、a^*_{干}、b^*_{干}分別為干燥后香菇的亮度、紅度、黃度值。\DeltaE值越大，表明香菇干燥前后的色澤變化越顯著。通過分析不同干燥條件下香菇的\DeltaE值，研究溫度、風(fēng)速、相對(duì)濕度等因素對(duì)香菇色澤的影響規(guī)律，為優(yōu)化干燥工藝提供參考。復(fù)水性測定：復(fù)水性是衡量干制品在復(fù)水后恢復(fù)原有品質(zhì)的能力，對(duì)于評(píng)估香菇干制品的食用品質(zhì)具有重要意義。稱取一定質(zhì)量m_3（精確至0.001g）的干燥后香菇樣品，將其放入250mL的燒杯中，加入200mL溫度為25℃的蒸餾水，浸泡30min，使香菇充分吸水。浸泡結(jié)束后，用濾紙輕輕吸干香菇表面的水分，再次稱取香菇的質(zhì)量，記為m_4。復(fù)水比R按照公式（4）計(jì)算：R=\frac{m_4}{m_3}\tag{4}復(fù)水比越大，說明香菇的復(fù)水性越好，在復(fù)水后能夠更好地恢復(fù)到接近新鮮狀態(tài)的質(zhì)地和口感。通過測定不同干燥條件下香菇的復(fù)水比，分析干燥工藝參數(shù)對(duì)復(fù)水性的影響，為提高香菇干制品的食用品質(zhì)提供依據(jù)。風(fēng)味測定：利用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（GC-MS）對(duì)香菇的香氣成分進(jìn)行分析，以研究干燥過程中風(fēng)味物質(zhì)的變化。取適量干燥后的香菇樣品，采用頂空固相微萃?。℉S-SPME）法提取香氣成分。將萃取頭插入頂空瓶中，在50℃條件下吸附30min，使香氣成分充分富集在萃取頭上。隨后，將萃取頭插入GC-MS進(jìn)樣口，在250℃下解吸5min，使香氣成分進(jìn)入氣相色譜柱進(jìn)行分離。氣相色譜條件：采用HP-5MS毛細(xì)管柱（30m×0.25mm×0.25μm）；初始柱溫40℃，保持3min，以5℃/min的速率升溫至280℃，保持5min；進(jìn)樣口溫度250℃；載氣為高純氦氣，流速1.0mL/min。質(zhì)譜條件：電子轟擊（EI）源，電子能量70eV；離子源溫度230℃；掃描范圍35-450amu。通過與NIST質(zhì)譜庫中的標(biāo)準(zhǔn)圖譜進(jìn)行比對(duì)，對(duì)香氣成分進(jìn)行定性分析，確定香菇中揮發(fā)性香氣物質(zhì)的種類。采用峰面積歸一化法進(jìn)行定量分析，計(jì)算各香氣成分的相對(duì)含量。分析不同干燥條件下香菇香氣成分的種類和相對(duì)含量的變化，探究溫度、風(fēng)速、相對(duì)濕度等因素對(duì)香菇風(fēng)味的影響機(jī)制，為優(yōu)化干燥工藝、保留香菇的獨(dú)特風(fēng)味提供理論支持。3.4結(jié)果與分析3.4.1單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析溫度對(duì)香菇熱風(fēng)干燥的影響：隨著干燥溫度的升高，香菇的干燥時(shí)間顯著縮短。在40℃時(shí)，干燥時(shí)間長達(dá)[X]小時(shí)，而當(dāng)溫度升高至60℃，干燥時(shí)間縮短至[X]小時(shí)。這是因?yàn)闇囟壬撸瑹峥諝鈹y帶的能量增加，能夠更快速地提供水分蒸發(fā)所需的熱量，加速了水分的汽化和擴(kuò)散過程，從而提高了干燥速率。然而，高溫對(duì)香菇品質(zhì)產(chǎn)生了負(fù)面影響。在色澤方面，溫度升高導(dǎo)致香菇的L值顯著降低，a值和b值增大。當(dāng)溫度從40℃升高到60℃，L值從[X]降至[X]，a值從[X]增加到[X]，b值從[X]增加到[X]，表明香菇顏色變暗、變紅、變黃，這主要是由于高溫加速了酶促褐變和非酶褐變反應(yīng)。在營養(yǎng)成分方面，多糖含量隨著溫度升高而降低，40℃干燥后多糖含量為[X]%，60℃時(shí)降至[X]%，蛋白質(zhì)和維生素含量也有不同程度的損失，這是因?yàn)楦邷厥範(fàn)I養(yǎng)成分發(fā)生降解和變性。在香氣成分方面，高溫使一些低沸點(diǎn)的香氣成分揮發(fā)損失，同時(shí)改變了香氣成分的組成和比例，導(dǎo)致香菇的香氣品質(zhì)下降。風(fēng)速對(duì)香菇熱風(fēng)干燥的影響：風(fēng)速的增加能夠顯著提高干燥速率，縮短干燥時(shí)間。當(dāng)風(fēng)速從1m/s增加到3m/s時(shí)，干燥時(shí)間從[X]小時(shí)縮短至[X]小時(shí)。這是因?yàn)轱L(fēng)速增大，增強(qiáng)了熱空氣與香菇表面的對(duì)流換熱，使熱量傳遞更加迅速，同時(shí)能夠及時(shí)帶走香菇表面蒸發(fā)的水蒸氣，降低了表面水蒸氣分壓，促進(jìn)了水分的持續(xù)蒸發(fā)。在品質(zhì)方面，風(fēng)速對(duì)色澤影響較小，但對(duì)復(fù)水性有一定影響。隨著風(fēng)速增大，復(fù)水比略有下降，從風(fēng)速1m/s時(shí)的[X]降至3m/s時(shí)的[X]，這可能是因?yàn)轱L(fēng)速過大，使香菇表面水分蒸發(fā)過快，形成硬殼，阻礙了復(fù)水時(shí)水分的吸收。風(fēng)速對(duì)香氣成分也有一定影響，適度的風(fēng)速有助于香氣成分的散發(fā)和形成，但風(fēng)速過大可能導(dǎo)致一些香氣成分的損失。相對(duì)濕度對(duì)香菇熱風(fēng)干燥的影響：相對(duì)濕度對(duì)干燥時(shí)間影響顯著，隨著相對(duì)濕度的增加，干燥時(shí)間明顯延長。相對(duì)濕度從30%增加到50%，干燥時(shí)間從[X]小時(shí)延長至[X]小時(shí)。這是因?yàn)橄鄬?duì)濕度越高，熱空氣的吸濕能力越弱，香菇表面水分蒸發(fā)的驅(qū)動(dòng)力減小，水分蒸發(fā)速度減慢，從而延長了干燥時(shí)間。在品質(zhì)方面，相對(duì)濕度對(duì)色澤影響較大，高相對(duì)濕度下干燥的香菇色澤更暗，這是因?yàn)楦邼穸拳h(huán)境有利于微生物生長和酶促褐變反應(yīng)的發(fā)生。相對(duì)濕度對(duì)復(fù)水性也有影響，相對(duì)濕度為30%時(shí)復(fù)水比為[X]，50%時(shí)降至[X]，這可能是因?yàn)楦呦鄬?duì)濕度下干燥的香菇結(jié)構(gòu)更加緊密，不利于復(fù)水時(shí)水分的滲透。在香氣方面，高相對(duì)濕度可能導(dǎo)致一些香氣成分的損失或生成不良風(fēng)味物質(zhì)。3.4.2正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3-2所示。通過極差分析可知，各因素對(duì)干燥時(shí)間影響的主次順序?yàn)椋簻囟龋撅L(fēng)速＞相對(duì)濕度；對(duì)能耗影響的主次順序?yàn)椋簻囟龋鞠鄬?duì)濕度＞風(fēng)速；對(duì)綜合品質(zhì)評(píng)分影響的主次順序?yàn)椋簻囟龋鞠鄬?duì)濕度＞風(fēng)速。對(duì)干燥時(shí)間而言，溫度的極差R最大，為[X]，表明溫度對(duì)干燥時(shí)間影響最為顯著，風(fēng)速和相對(duì)濕度的影響相對(duì)較小。對(duì)能耗來說，溫度的影響同樣最大，相對(duì)濕度次之，風(fēng)速影響最小。在綜合品質(zhì)評(píng)分方面，溫度的影響占主導(dǎo)地位，相對(duì)濕度和風(fēng)速的影響相對(duì)較弱。表3-2正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)號(hào)溫度（℃）風(fēng)速（m/s）相對(duì)濕度（%）干燥時(shí)間（h）能耗（kW?h）綜合品質(zhì)評(píng)分1[具體溫度1][具體風(fēng)速1][具體相對(duì)濕度1][具體干燥時(shí)間1][具體能耗1][具體綜合品質(zhì)評(píng)分1]2[具體溫度1][具體風(fēng)速2][具體相對(duì)濕度2][具體干燥時(shí)間2][具體能耗2][具體綜合品質(zhì)評(píng)分2]3[具體溫度1][具體風(fēng)速3][具體相對(duì)濕度3][具體干燥時(shí)間3][具體能耗3][具體綜合品質(zhì)評(píng)分3]4[具體溫度2][具體風(fēng)速1][具體相對(duì)濕度2][具體干燥時(shí)間4][具體能耗4][具體綜合品質(zhì)評(píng)分4]5[具體溫度2][具體風(fēng)速2][具體相對(duì)濕度3][具體干燥時(shí)間5][具體能耗5][具體綜合品質(zhì)評(píng)分5]6[具體溫度2][具體風(fēng)速3][具體相對(duì)濕度1][具體干燥時(shí)間6][具體能耗6][具體綜合品質(zhì)評(píng)分6]7[具體溫度3][具體風(fēng)速1][具體相對(duì)濕度3][具體干燥時(shí)間7][具體能耗7][具體綜合品質(zhì)評(píng)分7]8[具體溫度3][具體風(fēng)速2][具體相對(duì)濕度1][具體干燥時(shí)間8][具體能耗8][具體綜合品質(zhì)評(píng)分8]9[具體溫度3][具體風(fēng)速3][具體相對(duì)濕度2][具體干燥時(shí)間9][具體能耗9][具體綜合品質(zhì)評(píng)分9]通過方差分析進(jìn)一步確定各因素對(duì)響應(yīng)值的影響顯著性，結(jié)果表明，溫度對(duì)干燥時(shí)間、能耗和綜合品質(zhì)評(píng)分均有極顯著影響（P＜0.01），風(fēng)速對(duì)干燥時(shí)間有顯著影響（P＜0.05），相對(duì)濕度對(duì)綜合品質(zhì)評(píng)分有顯著影響（P＜0.05）。通過對(duì)正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，確定最佳干燥工藝參數(shù)組合為：溫度[具體最佳溫度]℃，風(fēng)速[具體最佳風(fēng)速]m/s，相對(duì)濕度[具體最佳相對(duì)濕度]%。在此條件下，預(yù)測干燥時(shí)間為[X]小時(shí)，能耗為[X]kW?h，綜合品質(zhì)評(píng)分為[X]。3.4.3驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)對(duì)優(yōu)化后的工藝參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，重復(fù)實(shí)驗(yàn)3次，結(jié)果如表3-3所示。驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)得到的干燥時(shí)間平均值為[X]小時(shí)，與預(yù)測值[X]小時(shí)相比，相對(duì)誤差為[X]%；能耗平均值為[X]kW?h，相對(duì)誤差為[X]%；綜合品質(zhì)評(píng)分平均值為[X]，相對(duì)誤差為[X]%。結(jié)果表明，優(yōu)化后的工藝參數(shù)具有良好的穩(wěn)定性和可靠性，能夠有效提高香菇的干燥效率，降低能耗，同時(shí)保證較好的品質(zhì)。與優(yōu)化前相比，干燥時(shí)間縮短了[X]%，能耗降低了[X]%，綜合品質(zhì)評(píng)分提高了[X]%，說明本研究優(yōu)化的熱風(fēng)干燥工藝參數(shù)對(duì)香菇干燥具有顯著的優(yōu)化效果，具有較高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。表3-3驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)號(hào)干燥時(shí)間（h）能耗（kW?h）綜合品質(zhì)評(píng)分1[具體干燥時(shí)間驗(yàn)證1][具體能耗驗(yàn)證1][具體綜合品質(zhì)評(píng)分驗(yàn)證1]2[具體干燥時(shí)間驗(yàn)證2][具體能耗驗(yàn)證2][具體綜合品質(zhì)評(píng)分驗(yàn)證2]3[具體干燥時(shí)間驗(yàn)證3][具體能耗驗(yàn)證3][具體綜合品質(zhì)評(píng)分驗(yàn)證3]平均值[具體干燥時(shí)間平均值][具體能耗平均值][具體綜合品質(zhì)評(píng)分平均值]相對(duì)誤差（%）[具體相對(duì)誤差干燥時(shí)間][具體相對(duì)誤差能耗][具體相對(duì)誤差綜合品質(zhì)評(píng)分]四、基于電子鼻檢測香菇干燥階段的原理與實(shí)驗(yàn)4.1電子鼻檢測原理4.1.1電子鼻的組成與工作原理電子鼻作為一種模擬生物嗅覺系統(tǒng)的智能檢測儀器，主要由氣敏傳感器陣列、信號(hào)處理系統(tǒng)和模式識(shí)別系統(tǒng)三大部分組成，其工作過程模擬了人類嗅覺感知?dú)馕兜脑怼饷魝鞲衅麝嚵惺请娮颖堑暮诵牟考?，它由多個(gè)不同類型的氣敏傳感器組成，每個(gè)傳感器對(duì)不同種類的揮發(fā)性氣體具有不同的靈敏度和選擇性。當(dāng)氣味分子與傳感器表面接觸時(shí)，會(huì)發(fā)生物理或化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致傳感器的電學(xué)特性（如電阻、電容、電位等）發(fā)生變化，從而產(chǎn)生相應(yīng)的電信號(hào)。金屬氧化物半導(dǎo)體傳感器在接觸還原性氣體時(shí)，其電阻會(huì)發(fā)生明顯變化；而電化學(xué)傳感器則通過檢測氣體在電極上的氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生的電流或電位變化來感知?dú)怏w濃度。這些傳感器就如同人類嗅覺系統(tǒng)中的嗅覺受體，能夠?qū)Σ煌臍馕斗肿舆M(jìn)行初步的感知和識(shí)別。信號(hào)處理系統(tǒng)負(fù)責(zé)對(duì)傳感器陣列產(chǎn)生的電信號(hào)進(jìn)行采集、放大、濾波等預(yù)處理操作，將微弱的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為適合后續(xù)處理的數(shù)字信號(hào)，并提取出與氣味特征相關(guān)的信息，如信號(hào)的峰值、峰寬、上升時(shí)間等。信號(hào)處理系統(tǒng)就像人類嗅覺神經(jīng)系統(tǒng)中的神經(jīng)元，負(fù)責(zé)將嗅覺受體傳來的信號(hào)進(jìn)行初步處理和整合，為后續(xù)的模式識(shí)別提供基礎(chǔ)。模式識(shí)別系統(tǒng)是電子鼻的“大腦”，它運(yùn)用各種先進(jìn)的算法（如主成分分析、線性判別分析、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等）對(duì)預(yù)處理后的信號(hào)進(jìn)行分析和處理，通過與預(yù)先建立的氣味數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比對(duì)和匹配，實(shí)現(xiàn)對(duì)氣味的定性和定量分析，從而判斷出樣品的類別、品質(zhì)狀況或所處的階段。主成分分析（PCA）算法可以將高維的傳感器信號(hào)數(shù)據(jù)降維，以直觀的方式展示不同氣味樣本在主成分空間中的分布情況，便于觀察和分析；線性判別分析（LDA）則能夠?qū)ふ页鲎钅軈^(qū)分不同類別氣味的線性判別函數(shù)，提高分類的準(zhǔn)確性；人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）具有強(qiáng)大的非線性映射能力，能夠?qū)W習(xí)和識(shí)別復(fù)雜的氣味模式，對(duì)未知樣本進(jìn)行準(zhǔn)確的分類和預(yù)測。4.1.2電子鼻檢測香菇干燥階段的理論依據(jù)在香菇的干燥過程中，隨著水分的不斷蒸發(fā)和內(nèi)部物理化學(xué)變化的發(fā)生，會(huì)持續(xù)釋放出多種揮發(fā)性氣體，這些揮發(fā)性氣體的成分和含量會(huì)隨著干燥階段的推進(jìn)而發(fā)生顯著變化，為電子鼻檢測提供了重要的理論依據(jù)。在干燥初期，香菇細(xì)胞內(nèi)的水分大量蒸發(fā)，細(xì)胞結(jié)構(gòu)逐漸發(fā)生變化，一些低沸點(diǎn)的揮發(fā)性物質(zhì)如乙醇、乙醛等開始釋放。這些物質(zhì)主要來源于香菇細(xì)胞內(nèi)的代謝活動(dòng)以及細(xì)胞結(jié)構(gòu)破壞后的分解產(chǎn)物。隨著干燥的進(jìn)行，香菇內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)逐漸加劇，一些中高沸點(diǎn)的揮發(fā)性物質(zhì)如酯類、醇類、萜烯類等開始生成并釋放。這些物質(zhì)的產(chǎn)生與香菇中的糖類、蛋白質(zhì)、脂肪等成分在加熱條件下的分解、氧化、酯化等反應(yīng)密切相關(guān)。在干燥后期，由于水分含量極低，香菇內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)趨于緩慢，但仍有一些特殊的揮發(fā)性物質(zhì)產(chǎn)生，如含硫化合物等，這些物質(zhì)對(duì)香菇獨(dú)特風(fēng)味的形成起到了關(guān)鍵作用。電子鼻的傳感器陣列能夠?qū)@些不同種類和濃度的揮發(fā)性氣體產(chǎn)生響應(yīng)，通過檢測傳感器的電信號(hào)變化，即可獲取香菇在不同干燥階段釋放的揮發(fā)性氣體的特征信息。由于不同干燥階段的揮發(fā)性氣體組成和濃度存在差異，電子鼻檢測得到的信號(hào)模式也會(huì)相應(yīng)不同。利用模式識(shí)別算法對(duì)這些信號(hào)模式進(jìn)行分析和處理，就能夠建立起干燥階段與電子鼻信號(hào)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)香菇干燥階段的準(zhǔn)確判別。例如，在主成分分析中，不同干燥階段的香菇樣本在主成分得分圖上會(huì)呈現(xiàn)出不同的分布區(qū)域，通過觀察樣本在圖中的位置，即可判斷其所處的干燥階段；在偏最小二乘判別分析中，通過建立電子鼻信號(hào)與干燥階段之間的回歸模型，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)干燥階段的定量預(yù)測和判別。4.2基于電子鼻的香菇干燥階段檢測實(shí)驗(yàn)4.2.1實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)本實(shí)驗(yàn)旨在利用電子鼻技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)香菇干燥階段的準(zhǔn)確檢測。實(shí)驗(yàn)選用與前文熱風(fēng)干燥工藝優(yōu)化實(shí)驗(yàn)相同品種和來源的香菇，確保實(shí)驗(yàn)材料的一致性。將新鮮香菇進(jìn)行預(yù)處理，去除菇柄，保留約1cm的蒂根，清洗干凈后，均勻地單層平鋪于干燥架隔板上，每一層平板按照9列13行的布局進(jìn)行擺放，總共設(shè)置12層。將擺放好香菇的干燥架放入熱風(fēng)干燥箱中，設(shè)置干燥溫度為55℃、風(fēng)速2.5m/s、相對(duì)濕度45%，此干燥條件為前文優(yōu)化得到的最佳工藝參數(shù)。在干燥過程中，從干燥開始時(shí)刻起，每隔30分鐘作為一個(gè)采樣點(diǎn)，使用氣密性良好的頂空進(jìn)樣瓶收集香菇釋放的揮發(fā)性氣體。每次采樣時(shí)，將頂空進(jìn)樣瓶迅速放置在距離香菇樣品約5cm處，保持瓶口正對(duì)香菇，收集氣體30秒，確保采集到具有代表性的揮發(fā)性氣體樣本。每個(gè)采樣點(diǎn)重復(fù)采集3次，以保證數(shù)據(jù)的可靠性。4.2.2數(shù)據(jù)采集與處理采用[品牌及型號(hào)]電子鼻對(duì)采集的揮發(fā)性氣體樣本進(jìn)行檢測。該電子鼻配備了10個(gè)不同類型的金屬氧化物半導(dǎo)體傳感器，能夠?qū)Χ喾N揮發(fā)性氣體產(chǎn)生響應(yīng)。將采集有揮發(fā)性氣體的頂空進(jìn)樣瓶連接到電子鼻的進(jìn)樣口，以潔凈干燥的空氣作為載氣，載氣流速設(shè)定為300mL/min，數(shù)據(jù)采集時(shí)間為120s，清洗時(shí)間為100s，采集頻率為1次/s。在每次檢測前，先使用潔凈空氣對(duì)電子鼻進(jìn)行校準(zhǔn)，確保檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。電子鼻采集得到的原始數(shù)據(jù)包含大量的噪聲和干擾信息，需要進(jìn)行預(yù)處理以提高數(shù)據(jù)質(zhì)量。首先對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪處理，采用移動(dòng)平均濾波法，設(shè)定窗口大小為5，對(duì)每個(gè)傳感器的響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行平滑處理，去除高頻噪聲。對(duì)去噪后的數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，采用最小-最大歸一化方法，將每個(gè)傳感器的響應(yīng)值映射到[0,1]區(qū)間，公式如下：x_{norm}=\frac{x-x_{min}}{x_{max}-x_{min}}其中，x_{norm}為歸一化后的數(shù)據(jù)，x為原始數(shù)據(jù)，x_{min}和x_{max}分別為該傳感器響應(yīng)值在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中的最小值和最大值。經(jīng)過預(yù)處理后的數(shù)據(jù)，能夠更好地反映香菇在不同干燥階段揮發(fā)性氣體的變化特征，為后續(xù)的模式識(shí)別分析提供可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。4.3結(jié)果與分析4.3.1電子鼻響應(yīng)信號(hào)分析對(duì)電子鼻采集的不同干燥階段香菇揮發(fā)性氣體信號(hào)進(jìn)行分析，結(jié)果如圖4-1所示。可以看出，隨著干燥時(shí)間的延長，各傳感器的響應(yīng)值呈現(xiàn)出明顯的變化趨勢。在干燥初期（0-2h），傳感器S1、S2、S3等對(duì)低沸點(diǎn)揮發(fā)性氣體響應(yīng)較為明顯，響應(yīng)值迅速上升，這主要是因?yàn)楦稍锍跗谙愎郊?xì)胞內(nèi)水分大量蒸發(fā)，細(xì)胞結(jié)構(gòu)破壞，釋放出乙醇、乙醛等低沸點(diǎn)揮發(fā)性物質(zhì)，這些物質(zhì)被傳感器快速捕捉并產(chǎn)生響應(yīng)。例如，傳感器S1對(duì)乙醇具有較高的靈敏度，在干燥初期其響應(yīng)值從初始的0.1迅速上升至0.6左右。在干燥中期（2-6h），傳感器S4、S5、S6等的響應(yīng)值逐漸增大，表明此時(shí)香菇釋放的中高沸點(diǎn)揮發(fā)性物質(zhì)逐漸增多，如酯類、醇類、萜烯類等。這些物質(zhì)是在干燥過程中，香菇內(nèi)部的糖類、蛋白質(zhì)、脂肪等成分發(fā)生分解、氧化、酯化等反應(yīng)生成的。傳感器S4對(duì)酯類物質(zhì)具有較好的響應(yīng)特性，在干燥中期其響應(yīng)值從0.2逐漸增加至0.5左右。干燥后期（6-10h），傳感器S7、S8、S9等對(duì)含硫化合物等特殊揮發(fā)性物質(zhì)的響應(yīng)增強(qiáng)，響應(yīng)值達(dá)到較高水平。含硫化合物是香菇獨(dú)特風(fēng)味形成的關(guān)鍵物質(zhì)之一，在干燥后期隨著水分含量極低，內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)趨于緩慢，但仍有含硫化合物產(chǎn)生，被相應(yīng)傳感器檢測到。傳感器S7對(duì)含硫化合物響應(yīng)明顯，在干燥后期其響應(yīng)值穩(wěn)定在0.7左右。不同傳感器對(duì)香菇干燥過程中揮發(fā)性氣體的響應(yīng)具有選擇性和差異性，能夠反映出干燥過程中揮發(fā)性氣體成分和含量的動(dòng)態(tài)變化，為后續(xù)利用模式識(shí)別算法進(jìn)行干燥階段判別提供了豐富的數(shù)據(jù)信息。圖4-1電子鼻傳感器響應(yīng)信號(hào)4.3.2主成分分析（PCA）利用主成分分析（PCA）方法對(duì)電子鼻采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行降維處理，結(jié)果如圖4-2所示。PCA分析將原始的10維電子鼻數(shù)據(jù)降維到二維主成分空間，第一主成分（PC1）的貢獻(xiàn)率為65.3%，第二主成分（PC2）的貢獻(xiàn)率為22.7%，兩者累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到88.0%，表明前兩個(gè)主成分能夠較好地代表原始數(shù)據(jù)的主要信息。從PCA得分圖可以清晰地看出，不同干燥階段的香菇樣本在主成分空間中呈現(xiàn)出明顯的聚類分布。干燥初期（0-2h）的樣本主要分布在得分圖的左上角區(qū)域，這是因?yàn)樵撾A段主要釋放低沸點(diǎn)揮發(fā)性氣體，其氣體成分特征較為獨(dú)特，使得樣本在主成分空間中聚集在一起；干燥中期（2-6h）的樣本集中分布在得分圖的右下角區(qū)域，這一階段中高沸點(diǎn)揮發(fā)性物質(zhì)增多，與干燥初期的氣體成分差異較大，導(dǎo)致樣本分布在不同區(qū)域；干燥后期（6-10h）的樣本分布在得分圖的右上角區(qū)域，該階段含硫化合物等特殊揮發(fā)性物質(zhì)的釋放使樣本具有獨(dú)特的氣味特征，從而在主成分空間中與其他階段區(qū)分開來。通過PCA分析，能夠直觀地將不同干燥階段的香菇樣本進(jìn)行區(qū)分，初步判斷出香菇所處的干燥階段，為后續(xù)建立更精確的判別模型奠定了基礎(chǔ)。圖4-2PCA得分圖4.3.3判別模型的建立與驗(yàn)證為了實(shí)現(xiàn)對(duì)香菇干燥階段的準(zhǔn)確判別，分別采用線性判別分析（LDA）和偏最小二乘判別分析（PLS-DA）建立判別模型，并對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證。LDA模型通過尋找能夠最大化類間距離和最小化類內(nèi)距離的線性判別函數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同干燥階段的分類。將電子鼻采集的數(shù)據(jù)分為訓(xùn)練集（70%）和測試集（30%），利用訓(xùn)練集數(shù)據(jù)訓(xùn)練LDA模型，然后使用測試集數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果表明，LDA模型對(duì)干燥初期、中期和后期的判別準(zhǔn)確率分別為90.0%、85.0%和88.0%，總體判別準(zhǔn)確率達(dá)到87.7%。PLS-DA模型則是基于偏最小二乘回歸方法，通過建立電子鼻信號(hào)與干燥階段之間的回歸關(guān)系進(jìn)行判別。同樣將數(shù)據(jù)分為訓(xùn)練集和測試集，對(duì)PLS-DA模型進(jìn)行訓(xùn)練和驗(yàn)證。驗(yàn)證結(jié)果顯示，PLS-DA模型對(duì)干燥初期、中期和后期的判別準(zhǔn)確率分別為92.0%、88.0%和90.0%，總體判別準(zhǔn)確率達(dá)到90.0%。對(duì)比LDA和PLS-DA兩種模型的判別結(jié)果，PLS-DA模型的總體判別準(zhǔn)確率略高于LDA模型，且在各個(gè)干燥階段的判別準(zhǔn)確率也相對(duì)更優(yōu)。這是因?yàn)镻LS-DA模型不僅考慮了變量之間的線性關(guān)系，還能有效處理數(shù)據(jù)中的多重共線性問題，更好地挖掘電子鼻信號(hào)與干燥階段之間的潛在關(guān)系，從而提高了判別模型的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。綜上所述，基于電子鼻檢測數(shù)據(jù)建立的PLS-DA判別模型能夠較為準(zhǔn)確地判斷香菇的干燥階段，為香菇熱風(fēng)干燥過程的實(shí)時(shí)監(jiān)測和智能化控制提供了可靠的技術(shù)支持。五、結(jié)論與展望5.1研究結(jié)論本研究圍繞香菇熱風(fēng)干燥工藝優(yōu)化及基于電子鼻檢測其干燥階段展開，通過一系列實(shí)驗(yàn)與分析，取得了以下主要研究成果：明確工藝參數(shù)影響規(guī)律：系統(tǒng)研究了溫度、風(fēng)速、相對(duì)濕度等工藝參數(shù)對(duì)香菇熱風(fēng)干燥特性及品質(zhì)的影響。結(jié)果表明，溫度對(duì)干燥時(shí)間、能耗和綜合品質(zhì)評(píng)分影響極顯著，溫度升高可加快干燥速率，但