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(jiān)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(jiān)果帶殼果的洞道干燥特性，測(cè)定其在干燥過程中的水分、酸價(jià)和過氧化值，建立干燥動(dòng)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(jià)和過氧化值無顯著變化，澳洲堅(jiān)果帶殼果的產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)良。以Page模型對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得到描述澳洲堅(jiān)果帶殼果洞道干燥特性的數(shù)學(xué)方程，為澳洲堅(jiān)果帶殼果干燥生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

澳洲堅(jiān)果帶殼果；干燥特性；品質(zhì)

澳洲堅(jiān)果（Macadamia spp.）是山龍眼科（Proteaceae）澳洲堅(jiān)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(jiān)果[1]。澳洲堅(jiān)果果仁營(yíng)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(guó)澳洲堅(jiān)果種植區(qū)域主要分布在云南、廣西、貴州和四川，全國(guó)種植面積65 166.67 hm2，其中，云南種植面積60 980 hm2[3]。

澳洲堅(jiān)果帶殼果干燥是澳洲堅(jiān)果產(chǎn)品加工的重要環(huán)節(jié)，是澳洲堅(jiān)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(jiān)果質(zhì)量，延長(zhǎng)儲(chǔ)藏期[5]，為澳洲堅(jiān)果原料及產(chǎn)品的流通運(yùn)輸提供保障。目前，對(duì)澳洲堅(jiān)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(zhǎng)。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(duì)澳洲堅(jiān)果帶殼果進(jìn)行了干燥，研究了熱風(fēng)溫度對(duì)澳洲堅(jiān)果帶殼果干燥速率的影響及酸價(jià)和過氧化值的變化。同時(shí)，運(yùn)用干燥速率數(shù)學(xué)模型對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得到適用于描述澳洲堅(jiān)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(jiān)果帶殼果：云南省熱帶作物科學(xué)研究所澳洲堅(jiān)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(yàn)裝置

試驗(yàn)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(yàn)裝置Fig.1 JK-GZDD/Ⅱdigital tunnel drying experiment device

1.3 方法

1.3.1 澳洲堅(jiān)果帶殼果預(yù)處理

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

1.3.2 澳洲堅(jiān)果帶殼果干燥方法

1.3.2.1 澳洲堅(jiān)果帶殼果恒溫干燥

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

1.3.2.2 澳洲堅(jiān)果帶殼果逐級(jí)升溫干燥

對(duì)含水率10%左右的澳洲堅(jiān)果帶殼果采用以下3種逐級(jí)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(cè)定一次含水率。

1.3.3 澳洲堅(jiān)果含水率與含水率比的計(jì)算

將澳洲堅(jiān)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(dòng)記錄干燥時(shí)間和質(zhì)量。分別用公式（1）、（2）計(jì)算含水率和含水率比。

式中：Xi為ti時(shí)刻含水率，g/g；mi為物料ti時(shí)刻對(duì)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(shí)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(shí)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(jiān)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(cè)其對(duì)應(yīng)的酸價(jià)和過氧化值；在間隔2、3、4 h，以40、50、60、70、80℃逐級(jí)升溫，在每一個(gè)溫度段上依次取一次樣，測(cè)其對(duì)應(yīng)的酸價(jià)和過氧化值。檢測(cè)方法：酸價(jià)測(cè)定參考 GB 5009.229—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中酸價(jià)的測(cè)定》[10]，過氧化值測(cè)定參考GB 5009.227—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中過氧化值的測(cè)定》[11]。

2 結(jié)果與分析

2.1 熱風(fēng)溫度對(duì)澳洲堅(jiān)果帶殼果干燥特性的影響

2.1.1 恒溫對(duì)澳洲堅(jiān)果帶殼果含水率的影響

風(fēng)量為0.055 m3/s時(shí)，澳洲堅(jiān)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(shí)間的增加，不斷下降；開始階段含水率曲線陡峭，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，曲線變平緩。在40、50、60℃時(shí)，達(dá)到平衡含水率的干燥時(shí)間是17 h；在70、80℃時(shí)，達(dá)到平衡含水率的干燥時(shí)間是13 h，比40、50、60℃時(shí)縮短4 h，表明高溫能縮短干燥的平衡時(shí)間。風(fēng)溫越高，相同時(shí)間內(nèi)澳洲堅(jiān)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(dòng)力溫度差越大，達(dá)到一定含水率所需時(shí)間就越短。但是溫度過高，干燥過程能耗較大，在新鮮澳洲堅(jiān)果含水率高時(shí)，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(huì)變成暗褐色，使干燥產(chǎn)品的品質(zhì)變差，同時(shí)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(jí)升溫對(duì)澳洲堅(jiān)果帶殼果含水率的影響

逐級(jí)升溫對(duì)澳洲堅(jiān)果帶殼果含水率的影響見圖3。

圖2 新鮮澳洲堅(jiān)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(jiān)果帶殼果逐級(jí)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(jiān)果帶殼果3種逐級(jí)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(shí)間的延長(zhǎng)，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(shí)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(shí)間20 h較長(zhǎng)，故間隔3 h升溫為適宜的澳洲堅(jiān)果帶殼果逐級(jí)升溫方式。

2.2 不同熱風(fēng)干燥方式對(duì)澳洲堅(jiān)果品質(zhì)的影響

由于澳洲堅(jiān)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(jiān)果品質(zhì)劣化的主要原因。因此對(duì)于澳洲堅(jiān)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(jiān)果帶殼果恒溫和逐級(jí)升溫干燥過程中酸價(jià)變化

澳洲堅(jiān)果帶殼果恒溫和逐級(jí)升溫干燥過程中酸價(jià)變化見表1、表2。

由表1與表2可以看出，恒溫和逐級(jí)升溫干燥對(duì)澳洲堅(jiān)果帶殼果酸價(jià)的變化影響差異不顯著。在恒溫干燥中，各個(gè)溫度段的酸價(jià)變化很?。ㄔ?.05 mg/g～0.25 mg/g），不同溫度段的酸價(jià)沒有明顯變化規(guī)律，每個(gè)值在對(duì)照值0.10 mg/g附近，酸價(jià)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(jí)升溫中，各個(gè)溫度段的酸價(jià)變化也很?。ㄔ?.09mg/g～0.29mg/g），同一溫度段不同間隔時(shí)間的酸價(jià)接近在一起，數(shù)值非常接近在0.1 mg/g左右，每個(gè)酸價(jià)符合NY/T 1521-2007《澳洲堅(jiān)果帶殼果》[15]產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求。表明澳洲堅(jiān)果帶殼果在不同間隔時(shí)段的逐級(jí)升溫中，產(chǎn)品質(zhì)量保持不變。

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

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

2.2.2 澳洲堅(jiān)果帶殼果恒溫和逐級(jí)升溫干燥過程中過氧化值變化

澳洲堅(jiān)果帶殼果恒溫和逐級(jí)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(jiān)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(jiān)果帶殼果逐級(jí)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(jí)升溫干燥對(duì)澳洲堅(jiān)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(cè)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(jí)升溫中，除80℃溫度段的樣外，其它各樣均未檢測(cè)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(jiān)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(jí)升溫干燥條件下，帶殼果的質(zhì)量保持穩(wěn)定。

2.3 澳洲堅(jiān)果帶殼果洞道熱風(fēng)干燥動(dòng)力學(xué)方程的確定

物料的干燥過程是一個(gè)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(cè)干燥過程中的含水率變化，了解澳洲堅(jiān)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(jiān)果帶殼果熱風(fēng)干燥過程的適應(yīng)性。采用Page模型對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，Page方程：MR=（M-Me）/（Mo-Me）=exp（-rtn），對(duì)其進(jìn)行對(duì)數(shù)處理，得ln（-lnMR）=nlnt+lnr。式中：MR為水分比，t為干燥時(shí)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(jiān)果帶殼果熱風(fēng)干燥動(dòng)力學(xué)方程

不同溫度下澳洲堅(jiān)果帶殼果的ln（-lnMR）-lnt曲線，如圖4所示。

圖4 不同溫度澳洲堅(jiān)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(jiān)果帶殼果洞道熱風(fēng)干燥條件下，試驗(yàn)數(shù)據(jù)均接近線性關(guān)系，說明新鮮澳洲堅(jiān)果帶殼果洞道熱風(fēng)干燥過程可以使用Page模型描述。對(duì)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(jiān)果帶殼果的回歸方程及相關(guān)檢驗(yàn)，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(jiān)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(jiān)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(dòng)力學(xué)方程為：

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

3 結(jié)論

澳洲堅(jiān)果帶殼果的洞道干燥速率與溫度有關(guān)，溫度越高，干燥時(shí)間越短。澳洲堅(jiān)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(jiān)果帶殼果逐級(jí)升溫最佳方式是：40℃3h→50℃3h→60℃3 h→70℃3 h→80℃3 h，干燥時(shí)間即短又能達(dá)到目標(biāo)含水率。恒溫與逐級(jí)升溫干燥后的澳洲堅(jiān)果帶殼果的酸價(jià)和過氧化值的變化很小，質(zhì)量保持穩(wěn)定良好。澳洲堅(jiān)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