黃克昌，郭剛軍，鄒建云

（云南省熱帶作物科學(xué)研究所，云南景洪666100）

澳洲堅果帶殼果洞道干燥特性及品質(zhì)變化研究

黃克昌，郭剛軍，鄒建云

（云南省熱帶作物科學(xué)研究所，云南景洪666100）

研究澳洲堅果帶殼果的洞道干燥特性，測定其在干燥過程中的水分、酸價和過氧化值，建立干燥動力學(xué)方程。結(jié)果表明：熱風(fēng)溫度越高，干燥越快，干燥速率也越高；帶殼果的酸價和過氧化值無顯著變化，澳洲堅果帶殼果的產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)良。以Page模型對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得到描述澳洲堅果帶殼果洞道干燥特性的數(shù)學(xué)方程，為澳洲堅果帶殼果干燥生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

澳洲堅果帶殼果；干燥特性；品質(zhì)

澳洲堅果（Macadamia spp.）是山龍眼科（Proteaceae）澳洲堅果屬（Macadamia F.Muell.）常綠喬木果樹。原產(chǎn)于澳大利亞昆士蘭州東南部和新西蘭威爾士州東北部（南緯25°～29°）的亞熱帶雨林，是世界著名的堅果[1]。澳洲堅果果仁營養(yǎng)豐富，脂肪含量高達(dá)78%，富含蛋白質(zhì)、碳水化合物、鈣、磷、鐵、B族維生素和煙酸，經(jīng)常食用可降低膽固醇、改善血液循環(huán)、增強(qiáng)記憶力的作用，素有“干果皇后”的美稱[2]。我國澳洲堅果種植區(qū)域主要分布在云南、廣西、貴州和四川，全國種植面積65 166.67 hm2，其中，云南種植面積60 980 hm2[3]。

澳洲堅果帶殼果干燥是澳洲堅果產(chǎn)品加工的重要環(huán)節(jié)，是澳洲堅果加工工藝選擇和技術(shù)參數(shù)配備的依據(jù)[4]，可避免果仁氧化變質(zhì)，提高澳洲堅果質(zhì)量，延長儲藏期[5]，為澳洲堅果原料及產(chǎn)品的流通運(yùn)輸提供保障。目前，對澳洲堅果的干燥處理，主要采用網(wǎng)篩自然干燥、微波輔助熱空氣干燥[6]、射頻干燥[7]、熱風(fēng)干燥[8]、風(fēng)機(jī)強(qiáng)制風(fēng)干和熱風(fēng)為一體的二步干燥[9]等多種干燥方法。網(wǎng)篩自然干燥占地面積大，需要大量的人工，干燥費(fèi)用大，干燥周期長。微波輔助熱空氣干燥、射頻干燥還沒有廣泛地用于商業(yè)生產(chǎn)。熱風(fēng)干燥因干燥速率快、設(shè)備工藝成熟，是目前最為常用的干燥方法。本文采用數(shù)字型洞道干燥裝置對澳洲堅果帶殼果進(jìn)行了干燥，研究了熱風(fēng)溫度對澳洲堅果帶殼果干燥速率的影響及酸價和過氧化值的變化。同時，運(yùn)用干燥速率數(shù)學(xué)模型對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得到適用于描述澳洲堅果帶殼果洞道干燥特性的數(shù)學(xué)方程。

1 材料和方法

1.1 材料與試劑

澳洲堅果帶殼果：云南省熱帶作物科學(xué)研究所澳洲堅果景哈種植基地；乙醚：汕頭市達(dá)濠精細(xì)化學(xué)品公司；乙醇、冰乙酸：天津市風(fēng)船化學(xué)試劑科技有限公司；氫氧化鉀：上海試四赫維化工有限公司；碘化鉀：天津市東麗區(qū)天大化學(xué)試劑廠；三氯甲烷：上海申博化工有限公司；硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液：天津市致遠(yuǎn)化學(xué)試劑有限公司；酚酞指示劑：天津市北聯(lián)精細(xì)化學(xué)品開發(fā)有限公司；淀粉指示劑：汕頭市西隴化工廠。

1.2 試驗裝置

試驗用的數(shù)字型洞道干燥裝置（JK-GZDD/Ⅱ）為湘潭金凱化工裝備技術(shù)有限公司產(chǎn)品，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 JK-GZDD/Ⅱ數(shù)字型洞道干燥試驗裝置Fig.1 JK-GZDD/Ⅱdigital tunnel drying experiment device

1.3 方法

1.3.1 澳洲堅果帶殼果預(yù)處理

將采摘的帶皮堅果人工去脫果皮，及時進(jìn)入洞道干燥裝置干燥；脫果皮后的堅果，讓其自然風(fēng)干至含水率10%左右。

1.3.2 澳洲堅果帶殼果干燥方法

1.3.2.1 澳洲堅果帶殼果恒溫干燥

對剛采摘的新鮮澳洲堅果帶殼果采用40、50、60、70、80℃進(jìn)行恒溫干燥，每隔1 h測定其含水率。

1.3.2.2 澳洲堅果帶殼果逐級升溫干燥

對含水率10%左右的澳洲堅果帶殼果采用以下3種逐級升溫方式進(jìn)行干燥：1）40℃2h→50℃2h→60℃2 h→70℃2 h→80℃2 h；2）40℃3 h→50℃3 h→60℃3 h→70℃3 h→80℃3 h；3）40℃4 h→50℃4 h→60℃ 4 h→70℃4 h→80℃4 h，干燥過程中每隔1 h測定一次含水率。

1.3.3 澳洲堅果含水率與含水率比的計算

將澳洲堅果帶殼果放置于洞道干燥裝置中，設(shè)定風(fēng)量為0.055 m3/s，分別在溫度40、50、60、70、80℃條件下干燥，設(shè)備自動記錄干燥時間和質(zhì)量。分別用公式（1）、（2）計算含水率和含水率比。

式中：Xi為ti時刻含水率，g/g；mi為物料ti時刻對應(yīng)的質(zhì)量，g；mg為絕干物料質(zhì)量，g。

式中：MR為含水率比；Mi為干燥中ti時刻的含水率，%；Me為試樣平衡含水率，%；Mo為試樣初始含水率，%；mi為試樣在干燥中ti時刻的質(zhì)量，g；me為試樣平衡質(zhì)量，g；mo為試樣初始質(zhì)量，g；md為干物質(zhì)質(zhì)量，g。1.4 洞道干燥過程中澳洲堅果帶殼果質(zhì)量指標(biāo)分析

將帶殼果在40、50、60、70、80℃不同恒溫條件下干燥25 h，每間隔5 h取一次樣測其對應(yīng)的酸價和過氧化值；在間隔2、3、4 h，以40、50、60、70、80℃逐級升溫，在每一個溫度段上依次取一次樣，測其對應(yīng)的酸價和過氧化值。檢測方法：酸價測定參考 GB 5009.229—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中酸價的測定》[10]，過氧化值測定參考GB 5009.227—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中過氧化值的測定》[11]。

2 結(jié)果與分析

2.1 熱風(fēng)溫度對澳洲堅果帶殼果干燥特性的影響

2.1.1 恒溫對澳洲堅果帶殼果含水率的影響

風(fēng)量為0.055 m3/s時，澳洲堅果新鮮帶殼果在40、50、60、70、80℃恒溫干燥條件下含水率的變化曲線如圖2所示。

由圖2可知，含水率隨著時間的增加，不斷下降；開始階段含水率曲線陡峭，隨著時間的延長，曲線變平緩。在40、50、60℃時，達(dá)到平衡含水率的干燥時間是17 h；在70、80℃時，達(dá)到平衡含水率的干燥時間是13 h，比40、50、60℃時縮短4 h，表明高溫能縮短干燥的平衡時間。風(fēng)溫越高，相同時間內(nèi)澳洲堅果新鮮帶殼果的含水率就越低。這是由于風(fēng)溫越高，傳熱推動力溫度差越大，達(dá)到一定含水率所需時間就越短。但是溫度過高，干燥過程能耗較大，在新鮮澳洲堅果含水率高時，起始干燥溫度高，其還原糖含量也隨之升高，果仁的中部比外部含還原糖高，果仁中心會變成暗褐色，使干燥產(chǎn)品的品質(zhì)變差，同時初始干燥溫度過高，果殼與果仁容易破裂，果仁油易氧化，引起果仁變質(zhì)[12]。因此選擇干燥溫度50℃～60℃左右較適宜。

2.1.2 逐級升溫對澳洲堅果帶殼果含水率的影響

逐級升溫對澳洲堅果帶殼果含水率的影響見圖3。

圖2 新鮮澳洲堅果帶殼果恒溫干燥曲線Fig.2 Constant temperature drying curve for fresh macadamia in-shell nuts

圖3 澳洲堅果帶殼果逐級升溫干燥曲線Fig.3 Stepwise heating drying curve for macadamia in-shell nuts

由圖3可看出，澳洲堅果帶殼果3種逐級升溫方式均隨著溫度的不斷提升，含水率不斷下降，下降的斜率大；隨著時間的延長，含水率也越低，間隔2 h升溫＜間隔3 h升溫＜間隔4 h升溫。間隔2 h升溫干燥結(jié)束時的含水率為3.1%，沒有達(dá)到目標(biāo)含水率（1.5%＜目標(biāo)含水率＜2%），間隔3 h升溫與間隔4h升溫的含水率分別為1.6%、1.5%，均達(dá)到目標(biāo)含水率，但間隔4 h升溫的干燥時間20 h較長，故間隔3 h升溫為適宜的澳洲堅果帶殼果逐級升溫方式。

2.2 不同熱風(fēng)干燥方式對澳洲堅果品質(zhì)的影響

由于澳洲堅果含有約78%的脂肪類物質(zhì)，主要為不飽和脂肪酸[13]。不飽和脂肪酸氧化是澳洲堅果品質(zhì)劣化的主要原因。因此對于澳洲堅果來說，過氧化值（PV）和游離脂肪酸（FFA）是最重要的品質(zhì)指標(biāo)[14]。

2.2.1 澳洲堅果帶殼果恒溫和逐級升溫干燥過程中酸價變化

澳洲堅果帶殼果恒溫和逐級升溫干燥過程中酸價變化見表1、表2。

由表1與表2可以看出，恒溫和逐級升溫干燥對澳洲堅果帶殼果酸價的變化影響差異不顯著。在恒溫干燥中，各個溫度段的酸價變化很小（在0.05 mg/g～0.25 mg/g），不同溫度段的酸價沒有明顯變化規(guī)律，每個值在對照值0.10 mg/g附近，酸價幾乎保持不變，說明恒溫干燥前后產(chǎn)品質(zhì)量保持不變。在逐級升溫中，各個溫度段的酸價變化也很小（在0.09mg/g～0.29mg/g），同一溫度段不同間隔時間的酸價接近在一起，數(shù)值非常接近在0.1 mg/g左右，每個酸價符合NY/T 1521-2007《澳洲堅果帶殼果》[15]產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求。表明澳洲堅果帶殼果在不同間隔時段的逐級升溫中，產(chǎn)品質(zhì)量保持不變。

表1 新鮮澳洲堅果帶殼果恒溫干燥過程中的酸價Table 1 The acid value for fresh macadamia in-shell nuts during the constant temperature drying

表2 澳洲堅果帶殼果逐級升溫干燥過程中酸價Table 2 The acid value for macadamia in-shell nuts during the stepwise heating drying

2.2.2 澳洲堅果帶殼果恒溫和逐級升溫干燥過程中過氧化值變化

澳洲堅果帶殼果恒溫和逐級升溫干燥過程中過氧化值變化見表3、表4。

表3 新鮮澳洲堅果帶殼果恒溫干燥過程中的過氧化值Table 3 The peroxide value for fresh macadamia in-shell nuts during the constant temperature drying

表4 澳洲堅果帶殼果逐級升溫干燥過程中的過氧化值Table 4 The peroxide value for macadamia in-shell nuts during the stepwise heating drying

由表3、表4可以看出，恒溫和逐級升溫干燥對澳洲堅果帶殼果過氧化值的變化影響很小。恒溫干燥中，多數(shù)樣品的過氧化值未檢測出，只有少數(shù)樣檢出，并且非常低，小于0.26（meq/kg）。表明帶殼果的質(zhì)量沒有顯著變化，穩(wěn)定良好。在逐級升溫中，除80℃溫度段的樣外，其它各樣均未檢測出，檢出樣的過氧化值也低，小于0.36 meq/kg，符合NY/T 1521-2007《澳洲堅果帶殼果》[15]產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求過氧化值≤6（meq/kg）要求。因此，在恒溫和逐級升溫干燥條件下，帶殼果的質(zhì)量保持穩(wěn)定。

2.3 澳洲堅果帶殼果洞道熱風(fēng)干燥動力學(xué)方程的確定

物料的干燥過程是一個復(fù)雜的熱量和質(zhì)量傳遞過程，期望通過模型來描述和預(yù)測干燥過程中的含水率變化，了解澳洲堅果干燥特性，指導(dǎo)生產(chǎn)應(yīng)用。本研究考察了Page模型描述澳洲堅果帶殼果熱風(fēng)干燥過程的適應(yīng)性。采用Page模型對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，Page方程：MR=（M-Me）/（Mo-Me）=exp（-rtn），對其進(jìn)行對數(shù)處理，得ln（-lnMR）=nlnt+lnr。式中：MR為水分比，t為干燥時間，n為與干燥條件有關(guān)的系數(shù)，r為系數(shù)。

2.3.1 柔澳洲堅果帶殼果熱風(fēng)干燥動力學(xué)方程

不同溫度下澳洲堅果帶殼果的ln（-lnMR）-lnt曲線，如圖4所示。

圖4 不同溫度澳洲堅果帶殼果的ln（-lnMR）-lnt曲線Fig.4 Different temperature ln（-lnMR）-lnt curve for macadamia in-shell nuts

從圖4可以看出澳洲堅果帶殼果洞道熱風(fēng)干燥條件下，試驗數(shù)據(jù)均接近線性關(guān)系，說明新鮮澳洲堅果帶殼果洞道熱風(fēng)干燥過程可以使用Page模型描述。對圖4曲線進(jìn)行線性回歸，得干燥溫度為40、50、60、70、80℃澳洲堅果帶殼果的回歸方程及相關(guān)檢驗，如表5所示。

干燥數(shù)學(xué)模型系數(shù)的確定：不同風(fēng)溫下的帶殼果干燥方程系數(shù)如表6所示。

從表6可看出，不同溫度下，Page模型的r、n值不同，說明參數(shù)r、n與溫度有關(guān)，利用Excel軟件將它們分別進(jìn)行線性擬合。令：r=aT+b和n=cT+d，式中：T為風(fēng)溫，a、b、c、d為待定模型系數(shù)。經(jīng)線性回歸后待定干燥方程系數(shù)r、n為：r=0.004 9T+0.014 2；n=0.001 2T+ 0.103 8；

表5 不同溫度澳洲堅果帶殼果的Page模型線性回歸方程及參數(shù)Table 5 Linear regression equations and parameters of the Page model for macadamia in-shell nuts at different temperatures

表6 不同溫度澳洲堅果帶殼果的干燥方程系數(shù)Table 6 The equation coefficient of macadamia in-shell nuts at different temperatures

從而得不同溫度新鮮帶殼果洞道干燥動力學(xué)方程為：

對于熱風(fēng)干燥條件下澳洲堅果帶殼果干燥特性，在實際生產(chǎn)過程中可用Page模型來預(yù)測熱風(fēng)干燥過程中澳洲堅果帶殼果含水率的變化。

3 結(jié)論

澳洲堅果帶殼果的洞道干燥速率與溫度有關(guān)，溫度越高，干燥時間越短。澳洲堅果帶殼果適宜的恒溫干燥條件是50℃～60℃、17 h，達(dá)到平衡含水率；澳洲堅果帶殼果逐級升溫最佳方式是：40℃3h→50℃3h→60℃3 h→70℃3 h→80℃3 h，干燥時間即短又能達(dá)到目標(biāo)含水率。恒溫與逐級升溫干燥后的澳洲堅果帶殼果的酸價和過氧化值的變化很小，質(zhì)量保持穩(wěn)定良好。澳洲堅果帶殼果干燥方程符合Page干燥模型，其干燥方程為：MR=exp[-（0.004 9T+0.014 2）t(0.0012T+0.1038)]。

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Research on Quality and Drying Characteristics of Macadamia In-shell Nuts by Hot Air Drying

HUANG Ke-chang，GUO Gang-jun，ZOU Jian-yun
（Yunnan Institute of Tropical Crops，Jinghong 666100，Yunnan，China）

The hot air drying experiments for macadamia in-shell nuts were performed，the moisture content，acid value and peroxide value were described by hot air temperature on Macadamia in-shell nuts，drying dynamics equation was established.The results showed that the hot air temperature was higher，the faster the drying，the higher the drying rate.The acid value and peroxide value of in-shell nuts were not significant changed，nut products were good quality.The experimental data were fitted to the Page model，tunnel drying characteristics were described for Macadamia in-shell nuts，using the mathematical equations.This was provided a theoretical basis for Macadamia in-shell nuts drying production.

Macadamia in-shell nuts；drying characteristics；quality

2016-11-15

黃克昌（1970—），男（漢），副研究員，學(xué)士，研究方向：農(nóng)產(chǎn)品加工與品質(zhì)控制。

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.16.004