王 童 楊 慧 朱廣成 王招招 謝永康 韓俊豪 翟辰璐 路風(fēng)銀

(河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)副產(chǎn)品加工研究中心，河南 鄭州 450008)

花生是我國重要的經(jīng)濟作物、食用作物和油料作物，是人們飲食中植物油脂和蛋白質(zhì)的重要來源[1]。然而新收獲的花生含水量高達50%以上，且收獲時多遇陰雨天氣，常因未能及時晾曬導(dǎo)致霉變，嚴重影響花生的貯藏安全性。據(jù)統(tǒng)計，我國每年因霉變而失去食用價值和商品價值的花生損失占全國總產(chǎn)量的10%～20%[2－3]。目前我國花生干燥方式多以田間自然晾曬為主，該方法存在干燥效率低、勞動強度大、對天氣依賴程度大等諸多問題。因此，尋求一種滿足產(chǎn)地實際生產(chǎn)需求且經(jīng)濟高效的花生快速干燥技術(shù)對于我國花生產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展至關(guān)重要。

目前國內(nèi)外學(xué)者對花生干燥開展了一系列的探索，盧映潔等[4－5]和渠琛玲等[6]利用核磁分析和電鏡觀察技術(shù)研究了熱風(fēng)干燥過程中花生內(nèi)部水分變化規(guī)律。顏建春等[7]、林子木等[8]、渠琛玲等[9]和王招招等[10]分別對固定床花生通風(fēng)干燥、熱風(fēng)干燥、常溫通風(fēng)干燥、微波熱風(fēng)耦合干燥的干燥特性及工藝進行了研究和優(yōu)化。微波是近幾年發(fā)展起來的一種新型干燥技術(shù)，具有干燥速度快、熱損失小、干燥效率高、清潔無污染等優(yōu)點，微波干燥技術(shù)以及微波與熱風(fēng)、真空等聯(lián)合干燥技術(shù)已成功應(yīng)用于多種農(nóng)產(chǎn)品的干燥加工。國內(nèi)外研究者針對不同干燥技術(shù)對物料品質(zhì)的影響進行了一系列研究?？v偉等[11]采用熱風(fēng)干燥、真空干燥、微波干燥和微波結(jié)合真空干燥對花生蛋白進行干燥處理，比較不同干燥方式對花生蛋白功能特性的影響，結(jié)果表明，微波真空干燥的花生蛋白不僅干燥時間短，而且花生蛋白具有較好的功能特性。Song 等[12]利用空氣干燥、微波－真空干燥、微波－熱風(fēng)耦合干燥以及冷凍干燥4 種不同干燥方式對荔枝進行研究，發(fā)現(xiàn)微波－熱風(fēng)聯(lián)合干燥效率明顯高于其他3 種干燥方式，且具有較高的還原糖保留率。Deva 等[13]和Talens等[14]對比了熱風(fēng)干燥和微波熱風(fēng)聯(lián)合干燥對農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)與熱風(fēng)干燥相比，熱風(fēng)微波聯(lián)合干燥能耗較小，對產(chǎn)品品質(zhì)的影響較小，產(chǎn)品加工特性和營養(yǎng)品質(zhì)較好。在實際生產(chǎn)中單一的熱風(fēng)干燥或常溫通風(fēng)干燥方式存在干燥效率低、干燥周期長、干燥品質(zhì)較差等問題，在遭遇極端天氣需要大規(guī)?？焖俑稍飼r存在諸多限制，針對花生干燥的這些問題，將微波與熱風(fēng)聯(lián)合干燥也是一種很好的嘗試。而目前對于花生干燥的研究多集中在干燥工藝、干燥特性、設(shè)備等方面，關(guān)于干燥對花生營養(yǎng)、感官等內(nèi)在品質(zhì)變化以及干燥后花生的品質(zhì)優(yōu)勢及缺陷的研究鮮有報道。

本試驗以新采收花生為研究對象，系統(tǒng)研究熱風(fēng)干燥、微波干燥以及微波熱風(fēng)聯(lián)合干燥3 種干燥方式對花生蛋白、氨基酸、脂肪、脂肪酸、酸價、過氧化值和感官品質(zhì)特性的影響，以期為提高收獲后花生的加工品質(zhì)提供數(shù)據(jù)參考，為花生產(chǎn)地機械化干燥提供理論技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與試劑

試驗所用原料為新鮮花生，品種為天府9 號，購于鄭州市農(nóng)科路棗莊蔬菜市場，花生平均濕基含水率為50%±0.5%。

鹽酸、甲醇鈉、氯化鈉、硫酸、石油醚等試劑為分析純，購于國藥集團。

1.2 儀器與設(shè)備

實驗室自制微波－熱風(fēng)聯(lián)合干燥試驗臺(圖1)；K1100 型全自動凱式定氮儀、SOX500 型脂肪測定儀、SH220N 型石墨消解儀，山東海能科學(xué)儀器有限公司；L－8800 氨基酸分析儀，日本日立公司；6890BN 氣相色譜儀，美國安捷倫公司；202 型電熱恒溫干燥箱，天津市泰斯特儀器有限公司；PEN3 便攜式電子鼻，德國AIRSENSE 公司；TXM－120-HR 快速水分測定儀，瑞士PrecisaGravimetricsAG 公司；304 型多功能粉碎機，永康市鉑歐五金制品有限公司；YP-N 型電子分析天平，上海精密儀器儀表有限公司。

1.3 試驗設(shè)計

根據(jù)前期對3 種干燥方式工藝優(yōu)化的結(jié)果，將新鮮花生莢果均干燥至安全水分范圍內(nèi)(濕基含水量≤10%)。3 種干燥方式干燥處理如下[10]:

熱風(fēng)干燥:風(fēng)溫40℃，風(fēng)速0.5 m·s－1，物料厚度10 cm，物料干燥溫度40±0.5℃。

微波干燥:微波強度1.0 W·g－1，采用間歇干燥法，微波每次加熱10 s，間隔1 min，直至安全貯藏水分10%以下，停止干燥，物料厚度10 cm，物料干燥溫度40±2℃(微波難以精確控溫)。

微波熱風(fēng)聯(lián)合干燥:在上述熱風(fēng)干燥的同時加入間歇微波干燥，微波強度1.0 W·g－1，每加熱10 s，間隔1 min，直至安全貯藏水分10%以下，停止干燥，物料厚度10 cm，物料干燥溫度40±2℃(微波難以精確控溫)。

在干燥過程中每隔2 h 取樣一次，測定花生莢果濕基含水率以及花生仁的粗蛋白含量、粗脂肪含量、氨基酸含量、脂肪酸含量、酸價、過氧化值及感官品質(zhì)。

1.4 試驗方法

1.4.1 濕基含水率測定 花生濕基含水率測定參照GB 5009.3－2016[15]。

1.4.2 營養(yǎng)成分測定 粗脂肪含量的測定參照GB 5009.6－2016[16]索氏抽提法；粗蛋白含量的測定參照GB 5009.5－2016[17]凱氏定氮法；氨基酸含量的測定參照GB 5009.124－2016[18]；脂肪酸含量的測定參照GB 5009.168 － 2016[19]； 酸價的測定參照GB 5009.229 － 2016[20]； 過氧化值的測定參照 GB 5009.227－2016[21]。

1.4.3 電子鼻測定 樣品制備:參考Wei 等[22]的方法并進行適當(dāng)修改。將樣品粉碎后，精確稱取5.00±0.01 g 樣品，粉碎后過10 目篩，裝入20 mL 頂空瓶中，于40℃平衡20 min，充分產(chǎn)生頂空揮發(fā)氣體。樣品密封備用；

檢測條件:電子鼻傳感器陣列包括10 個高靈敏度加熱型金屬氧化物檢測器，載氣為干燥空氣，流速為300 mL·min－1，清洗時間為120 s，樣品測試時間為80 s，通過軟件記錄每秒的響應(yīng)值，然后用Winmuster 1.6.2 軟件進行主成分分析。

1.4.4 感官評價 本試驗由專門培訓(xùn)過的10 位感官評價員，根據(jù)表1 的評價標(biāo)準(zhǔn)和感官屬性強度進行評分[23－24]，對數(shù)據(jù)進行整理，將10 組每個屬性的分數(shù)相加，取平均值，并以市售某品牌干花生作為參照樣品。

表1 花生的感官鑒定評分標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Standard for sensory quality of peanuts

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Origin 9.1、Excel 2016 軟件對數(shù)據(jù)進行處理，并繪制圖表，為方便分析數(shù)據(jù)，將新鮮花生用Fresh表示，經(jīng)熱風(fēng)干燥、微波干燥、微波熱風(fēng)聯(lián)合干燥的花生樣品分別用AD、MD、 MWAD 表示。每組進行3 次重復(fù)試驗，取平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同干燥方式下花生濕基含水量和干燥速率隨干燥時間的變化

由圖2-A 可知，熱風(fēng)(AD)、微波(MD)及熱風(fēng)微波聯(lián)合干燥(MWAD)將花生干燥至安全水分耗時分別為24、14 和10 h。微波干燥和微波熱風(fēng)聯(lián)合干燥所需的干燥時間分別為熱風(fēng)干燥的58.3%和41.6%，相比熱風(fēng)干燥，微波熱風(fēng)聯(lián)合干燥和微波干燥在很大程度上縮短了干燥時間。由圖2-B 可知，3 種干燥方式的干燥速率也呈現(xiàn)出十分明顯的差異，干燥前期(0～4 h)微波熱風(fēng)聯(lián)合干燥和微波干燥速率高于熱風(fēng)干燥，其中微波熱風(fēng)聯(lián)合干燥效率最高，微波干燥次之。

2.2 不同干燥方式對花生仁粗蛋白和粗脂肪含量的影響

蛋白和脂肪是花生仁的主要營養(yǎng)成分，兩者約占干燥花生總質(zhì)量的80%，其中蛋白質(zhì)量分數(shù)約為24%～36%，脂肪約占44%～52%[25]。蛋白和脂肪含量是花生營養(yǎng)評價的重要指標(biāo)。由圖3-A 可知，不同處理下花生粗蛋白含量差異不顯著(P>0.05)，表明干燥方式對花生仁粗蛋白含量無顯著影響。由圖3-B 可知，微波熱風(fēng)聯(lián)合干燥花生粗脂肪含量高達45.76%，雖顯著低于新鮮花生，但顯著高于微波干燥花生和熱風(fēng)干燥花生(P<0.05)；熱風(fēng)干燥花生粗脂肪含量為43.02%，微波干燥花生粗脂肪含量最低。

2.3 不同干燥方式對花生脂肪酸含量的影響

脂肪酸組成和含量是評價花生營養(yǎng)品質(zhì)、油料品質(zhì)及加工特性的重要指標(biāo)，尤其是花生中的不飽和脂肪酸(以油酸和亞油酸為主)含量，在降低血液中膽固醇和低密度脂蛋白含量、預(yù)防心腦血管疾病、增強記憶力、延緩衰老等方面具有較好的效果[25]。由表2 可知，新鮮花生中不飽和脂肪酸占總脂肪酸比例超過80%，這與Abbas 等[26]的研究結(jié)果一致。干燥后花生的不飽和脂肪酸(unsaturated fatty acids，UFA)總量顯著低于新鮮花生，其中單不飽和脂肪酸(monounsaturated fatty acids，MUFA)和多不飽和脂肪酸(polyunsaturated fatty acid，PUFA)均顯著降低(P<0.05)，PUFA 降低更明顯。經(jīng)熱風(fēng)、微波、微波熱風(fēng)聯(lián)合干燥處理后，飽和脂肪酸(saturated fatty acid，SFA)含量無顯著變化(P>0.05)，機械干燥過程中的溫度、氧氣、水分、微波等條件變化都會引起花生脂肪酸發(fā)生不同程度的化學(xué)反應(yīng)，含有碳碳雙鍵的MUFA 和PUFA(尤其是含有2 個以上碳碳雙鍵的PUFA)穩(wěn)定性遠低于SFA，極易發(fā)生氧化反應(yīng)而損失[27－28]。

經(jīng)3 種干燥方式干燥后的花生樣品，微波熱風(fēng)花生的UFA 含量相對較高，微波干燥花生的UFA 含量最低。因為單一的微波干燥往往存在局部過熱和排濕較慢等問題，高溫高濕環(huán)境使得UFA 更易被氧化，故微波干燥花生的UFA 損失最多；而微波熱風(fēng)聯(lián)合干燥綜合了微波快速升溫和熱風(fēng)干燥均勻的優(yōu)勢，干燥時間較短，減少了干燥過程中對脂肪酸的破壞，故微波熱風(fēng)聯(lián)合干燥花生的UFA 含量保存最多，這也與2.1 的結(jié)論具有一致性。PUFA/SFA 值是評價油脂營養(yǎng)價值的重要指標(biāo)，1994年英國衛(wèi)生部發(fā)布的營養(yǎng)建議認為食品中的PUFA/SFA 值不應(yīng)低于0.45[29]。由表2 可知，新鮮花生和干燥后花生的PUFA/SFA 值均遠大于推薦值，干燥后花生的PUFA/SFA 值顯著低于新鮮花生(P<0.05)，因為干燥后花生的PUFA 含量下降更多。而微波熱風(fēng)聯(lián)合干燥花生的PUFA/SFA 值顯著高于微波干燥花生和熱風(fēng)干燥花生(P<0.05)，說明在3 種干燥方式中，微波熱風(fēng)聯(lián)合干燥花生油脂的營養(yǎng)價值相對較好。

表2 不同干燥方式對花生脂肪酸含量的影響Table 2 Effects of different drying methods on fatty acid of peanuts /%

2.4 不同干燥方式對花生氨基酸含量的影響

由表3 可知，花生樣品中共檢測到16 種氨基酸，花生中含量較多的氨基酸主要是谷氨酸、精氨酸、天冬氨酸、亮氨酸、甘氨酸、苯丙氨酸，與Latif 等[30]的研究結(jié)果一致。相比于新鮮花生，經(jīng)熱風(fēng)、微波、微波熱風(fēng)聯(lián)合干燥處理后，花生的氨基酸總含量分別降低了8.91%、8.60%、6.21%。干燥后花生果的必需氨基酸含量顯著下降(P<0.05)。干燥樣品中，微波熱風(fēng)聯(lián)合干燥花生果的氨基酸總量和必需氨基酸含量最高，熱風(fēng)干燥花生果與微波干燥花生果差異不顯著?；ㄉ稍锖蟀被岷拷档涂赡芘c氨基酸在加熱條件下發(fā)生氧化反應(yīng)或是與還原糖發(fā)生美拉德反應(yīng)而造成的損失有關(guān)[31－33]。微波熱風(fēng)聯(lián)合干燥的干燥時間最短且溫度較為均勻，在一定程度上減少了氨基酸的損失。

表3 不同干燥方式對花生氨基酸(干基)含量的影響Table 3 Effects of different drying methods on amino acid of peanuts(dry base content) /(g·100g－1)

2.5 不同干燥方式對花生酸價和過氧化值的影響

花生仁中的油脂在加工和貯藏過程中受光、熱、微波等作用極易被氧化、水解，產(chǎn)生過氧化物和游離脂肪酸，導(dǎo)致油脂酸價和過氧化值升高，油脂氧化生成的脂肪酸氫過氧化物是油脂氧化酸敗的關(guān)鍵產(chǎn)物，其進一步氧化分解會生成低級脂肪酸、醛、酮等小分子化合物，導(dǎo)致食品酸敗[34－35]，故酸價和過氧化值是評價花生油脂品質(zhì)的重要指標(biāo)。由圖4、5 可知，熱風(fēng)干燥和微波干燥花生仁的酸價和過氧化值顯著高于新鮮花生(P<0.05)，由2.2 和2.3 結(jié)果可知，熱風(fēng)和微波處理加速了花生中油脂的水解，隨之引起花生中游離脂肪酸和過氧化物含量升高，故干燥后花生的酸價和過氧化值顯著升高。干燥樣品中，微波干燥花生果的酸價最高，熱風(fēng)干燥花生果次之，微波熱風(fēng)聯(lián)合干燥花生果酸價最低。熱風(fēng)干燥花生果過氧化值最高，微波干燥花生果次之，而微波熱風(fēng)聯(lián)合干燥花生果的過氧化值最低。

2.6 不同干燥方式的花生電子鼻及感官評價結(jié)果

電子鼻是通過模擬人類嗅覺工作原理對氣味進行分析。與其他分析方法不同的是，電子鼻不是對樣品中某一種或幾種成分的定性定量結(jié)果，而是反映了樣品整體的風(fēng)味信息，且具有低成本、高精度、無損、快速和環(huán)保的檢測能力，已逐漸成為各種農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量分析判定的重要手段[36]。由圖6 可知，第1 和第2 主成分貢獻率分別為95.72%和2.87%，貢獻率超過85%，說明2 個主成分可以很好的反映樣品的主要特征信息。新鮮花生和不同干燥方式得到的花生風(fēng)味都存在差異，且新鮮花生和干花生的差異遠大于不同干燥方式花生樣品之間的差異。新鮮花生和干燥花生的差異性主要表現(xiàn)在橫軸上，不同干燥樣品的差異主要表現(xiàn)在縱軸上。干燥時間最短的微波熱風(fēng)聯(lián)合干燥花生風(fēng)味與新鮮花生的差異最小，干燥時間最長的熱風(fēng)干燥花生風(fēng)味與新鮮花生差異最大。說明干燥時間與風(fēng)味差異可能存在一定的相關(guān)性，隨著干燥時間延長樣品風(fēng)味差異逐漸增大。

由圖7 可知，在色澤方面，熱風(fēng)干燥和微波干燥花生殼顏色偏暗黃、果仁偏暗紅，微波干燥花生仁表面有少量褐色斑點，可能是受微波長時間輻射，加上微波干燥的不均勻性而造成局部過熱，使得一些還原糖類和氨基酸發(fā)生美拉德反應(yīng)，生成了少量黑色素[37]。干燥樣品中，微波熱風(fēng)聯(lián)合干燥花生殼、花生仁整體顏色的鮮艷程度最高，無褐色色素產(chǎn)生，殼、仁顏色與新鮮花生最接近。在形態(tài)方面，熱風(fēng)干燥花生仁硬度最小，有輕微的皺縮和紅衣脫落現(xiàn)象；微波干燥花生仁硬度適中，皺縮明顯，紅衣脫落嚴重，這可能是因為微波促使花生急速脫水，難以恢復(fù)到原有形態(tài)[38]；相比于熱風(fēng)干燥和微波干燥花生，微波熱風(fēng)聯(lián)合干燥花生仁硬度最大，皺縮程度最小，且紅衣較完整，無明顯脫落現(xiàn)象。在風(fēng)味方面，與新鮮花生相比，熱風(fēng)干燥、微波干燥和微波熱風(fēng)聯(lián)合干燥花生仁樣品在咀嚼過程中的花生香味更加濃郁，滋味更香甜，這可能與干燥加熱過程中產(chǎn)生的一些風(fēng)味物質(zhì)有關(guān)。

3 討論

本研究發(fā)現(xiàn)3 種干燥方式的干燥速率呈較相似的變化，前期干燥速率較高而后期逐漸降低。這與花生的物理特性有關(guān)，在干燥前期，首先干燥的是花生殼中的水分，花生殼中的水分主要是自由水，且花生殼質(zhì)構(gòu)疏松，與空氣接觸面積大，易干燥，干燥速率較高；而干燥后期干燥速率則取決于花生仁的干燥效率，相比花生殼，花生仁內(nèi)含有較多的結(jié)合水和半結(jié)合水，而去除這部分水的難度遠大于自由水；且花生仁的干燥速率還與其內(nèi)部水分的擴散速度有關(guān)，隨著干燥時間延長，花生含水率不斷下降，水分遷移距離不斷增大，也使得花生干燥速率下降[39]。微波熱風(fēng)聯(lián)合干燥和微波干燥的干燥速率遠高于熱風(fēng)干燥，在干燥前期微波可以快速加熱，縮短物料預(yù)熱時間，快速干燥花生殼的水分，在干燥后期，微波從物料內(nèi)部快速加熱，縮短了花生仁和花生殼之間熱傳遞的時間，通過提高水分蒸發(fā)的速率進而提高干燥效率[40]。熱風(fēng)在一定程度上加速了干燥箱體的排濕速度，故微波熱風(fēng)聯(lián)合干燥效率最高。

本研究發(fā)現(xiàn)，微波熱風(fēng)聯(lián)合干燥花生的脂肪、氨基酸和不飽和脂肪酸含量均顯著高于熱風(fēng)、微波2 種干燥方式。研究表明，熱風(fēng)、微波處理都會加速蛋白和脂肪的氧化和水解，隨著干燥時間的延長，組成蛋白和脂肪的氨基酸和脂肪酸也因氧化而不斷損失[41]。其中微波干燥往往存在加熱不均勻、局部過熱、輻照的非熱效應(yīng)等問題，故微波干燥后花生脂肪及脂肪酸損失較大，酸價相對較高。而熱風(fēng)具有一定的流動性，干燥溫度相對均勻但干燥速率較低，花生油脂氧化程度較高，過氧化值偏高。微波熱風(fēng)聯(lián)合干燥兼具干燥時間短、干燥溫度均勻的優(yōu)點，故其干燥后的花生仁營養(yǎng)價值較高，且酸價和過氧化值較低，品質(zhì)較好。新鮮花生和干燥后花生風(fēng)味的差異遠大于不同干燥方式花生樣品之間的差異，干燥過程中花生中會發(fā)生一些化學(xué)反應(yīng)，包括還原糖和氨基酸發(fā)生的美拉德反應(yīng)、蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物的降解，這是造成新鮮花生和干燥花生風(fēng)味和感官差異的主要原因[42－43]。本研究表明，不同干燥方式對花生感官品質(zhì)的影響并不相同，但具體的差異及相關(guān)機制還需要進一步探究。

4 結(jié)論

本研究發(fā)現(xiàn)，微波熱風(fēng)聯(lián)合技術(shù)干燥花生的干燥時間最短，兼具干燥溫度均勻和干燥效率高的優(yōu)點，干燥后花生中油脂和蛋白氧化水解程度相對較小，營養(yǎng)價值更高，感官品質(zhì)優(yōu)于其他2 種干燥方式得到的花生仁，綜上，本研究認為微波熱風(fēng)聯(lián)合干燥在花生干燥領(lǐng)域中具有較好的應(yīng)用前景。今后研究還需要對干燥后花生蛋白和脂肪的結(jié)構(gòu)、功能變化以及風(fēng)味成分變化進行更深入的研究。