微波辅助板栗脱壳去皮的技术研究

杨浣漪，张国华，吴诗榕，何国庆

(浙江大学生物系统工程与食品科学学院，浙江杭州310058)

板栗，又名栗子，属山毛榉科(Fagaceae)栗属坚果类植物，原产于中国，素有“铁杆庄稼”、“干果之王”之美称，可以作为高级的木本粮食，生食、炒食、蒸煮、烹饪等无不相宜。中医认为，栗果有养胃健脾，补肾强筋，活血止血，散痕消肿等功效，其中的不饱和脂肪酸对高血压、冠心病、动脉硬化患者具有调养的功能［1］。

但是，由于板栗含水率高，呼吸作用强，淀粉水解快，容易腐烂变质而不耐贮存。据调查，我国每年板栗贮藏的损耗率在30%以上［2］，严重影响了板栗产业的发展。可见，开发可行的板栗加工与贮藏技术是提高板栗商品价值的重要途径，如脱壳的栗仁、栗子饮料、栗子粉、栗子罐头等方便食品日益走俏，而板栗深加工的前提条件就是对板栗进行脱壳。

目前板栗脱壳方法主要有:手工法、化学法、物理法、机械法等［3-4］。手工剥壳生产效率低，栗仁破碎率高;化学法，虽然整仁率高，但工艺复杂，成本高，会产生大量有机废水，且影响风味，产生食品安全问题;物理法包括能量法和真空爆壳法［5-6］，虽然生产效率高，但设备一次性投资大，操作控制条件要求高;机械法脱壳成本低，但栗仁的破损率和损失率大。

近年来有人提出板栗微波去壳的方法。杨芙莲等［7］通过单因素和正交实验，得出板栗微波破壳的最佳工艺，即在微波功率为720W的条件下，微波时间分别为60s(大)，55s(中)，40s(小)。由于微波加热效率高，升温速度快，很容易造成栗仁熟化甚至出现炸裂，该条件下栗仁的熟化度可达到30%，影响板栗的品质和生产率。为了克服此缺陷，本文采取间歇微波加热的方式对板栗进行脱壳处理，并通过正交实验，确定板栗脱壳去皮的最佳工艺参数及方法。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

板栗:市售，果粒饱满，大小在17～40mm之间。

YP600电子天平 上海第二天平厂;BSA124S电子天平 赛多利斯科学仪器(北京)有限公司;DGX-9073B-1电热恒温鼓风干燥箱 上海福玛实验设备有限公司;微波炉 美的MM721AAU-PW。

1.2 实验方法

1.2.1 原料挑选 对原料板栗进行挑选，除去虫蛀、霉变等坏板栗。

1.2.2 板栗分级 大小不同的板栗在微波能作用下产生的效果不一样。板栗越大，要达到理想的破壳率所需的时间越长，因此在利用微波能对板栗进行脱壳去衣之前，需对板栗进行分级［7］。将板栗按其径向尺寸分为大、中、小三类，具体参数见表1。

表1 板栗分级参数Table 1 Chinese chestnut classification parameters

1.2.3 切口 将板栗外壳切口后，栗仁受热产生的蒸汽在切口处受到的阻力较小，易从切口处逸出，促使蒸汽逸出速率增大，利于后续微波及冷却处理［7］。经预实验，发现“V”字型切口的脱壳率最高，所以对板栗外壳按“V”字型进行切口处理。

1.2.4 微波处理 实验所用的微波炉功率为800W。针对不同大小的板栗，分别设计了正交实验来进行工艺的确定，共设立四个因素，分别为板栗加入量、第一次微波时间、冷却时间、第二次微波时间。通过预实验，对大、中、小板栗的因素水平分别进行设定，如表2～表4。

表2 大板栗因素水平Table 2 Factors and levels for the big size of Chinese chestnuts

表3 中板栗因素水平Table 3 Factors and levels for the medium size of Chinese chestnuts

1.2.5 数据测定 按设定的因素水平对各组样品进行处理，重复3次实验。确定各组板栗总粒数以及脱壳、破仁的板栗数，计算脱壳率和破仁率。并分别随机选取3粒大、中、小板栗以及各组处理后的脱壳板栗进行含水量测定，计算失水率。另外，板栗熟化度判断依据见表5。

表4 小板栗因素水平Table 4 Factors and levels for the small size of Chinese chestnuts

表5 板栗熟化度判断依据Table 5 The cooked degree judgment of Chinese chestnuts

1.2.6 结果评定 从板栗的脱壳率、破仁率、熟化度、失水率等方面对实验结果进行综合评定(综合评定值=10×脱壳率-10×破仁率-熟化度-10×失水率)［7］，从而确定微波使板栗脱壳去皮的最佳工艺参数。

2 结果与分析

2.1 大板栗正交实验分析

按设定的方案对大板栗进行微波处理，测定脱壳率，破仁率，熟化度及失水率，计算综合评定值，并进行极差分析，结果如表6。

利用极差分析方法对实验结果进行分析，从极差值可以看出，B＞C＞A＞D，即在实验选定的4个因素中，各因素对综合评定值的影响大小为:第一次微波时间＞冷却时间＞板栗加入量＞第二次微波时间。其中最优组合为A3B3C3D2，即板栗加入量300g，第一次微波25s，冷却7min，第二次微波15s。其中第一、二次微波单位质量大板栗吸收的微波总能量分别为133.34J/g、80J/g。经验证，该条件下板栗的综合评定值为6.93，其中脱壳率达到91.33%，破仁率和熟化度分别为14.75%和15%。

2.2 中板栗正交实验分析

按设定的因素及水平对中板栗进行微波处理，测定脱壳率，破仁率，熟化度及失水率，计算综合评定值，并进行极差分析，结果如表7。

表6 大板栗正交实验结果Table 6 The results of orthogonal test for the big size of Chinese chestnuts

表7 中板栗正交实验结果Table 7 The results of orthogonal test for the medium size of Chinese chestnuts

从极差值可以看出，B＞D＞A＞C，即在实验选定的4个因素中，各因素对综合评定值的影响大小为:第一次微波时间＞第二次微波时间＞板栗加入量＞冷却时间。可得最优组合为A2B2C2D3，即板栗加入量250g，第一次微波15s，冷却6min，第二次微波20s。其中第一、二次微波单位质量中板栗吸收的微波总能量分别为96、128J/g。该条件下，板栗的综合评定值为7.37，脱壳率可达到84.39%，而破仁率和熟化度仅为7.56%和5%。

2.3 小板栗正交实验分析

按设定的因素水平对小板栗进行微波处理，测定脱壳率，破仁率，熟化度及失水率，计算综合评定值，并进行极差分析，结果如表8。

从极差值可以看出，B＞D＞C＞A，即在实验选定的4个因素中，各因素对综合评定值的影响大小为:第一次微波时间＞第二次微波时间＞冷却时间＞板栗加入量。确定最优组合为A3B2C3D2，即板栗加入量250g，第一次微波15s，冷却6min，第二次微波10s。其中第一、二次微波单位质量小板栗吸收的微波总能量分别为96J/g、64J/g。该组合条件下，板栗的综合评定值为6.30，其中脱壳率为86.17%，而破仁率和熟化度仅为13.89%和10%。

3 结论

微波技术作为一项高新技术，近年来在食品工程研究与应用方面得到了较高发展，应用范围不断扩展［8］。本研究将微波技术引入板栗脱壳过程。微波作用于板栗时，栗仁内的极性分子在交变电磁场的作用下极性取向改变而高频振动，内能升高，栗仁中的部分水分汽化逸出，栗仁收缩，同时汽化逸出的水分以一定压力作用于板栗内皮，破坏了栗仁和内皮间的贴合;另一方面，内皮和外壳在微波能作用下水分亦减少，纤维组织韧性下降、强度降低。这样，板栗的栗仁、内皮和外壳在微波能作用下的变形不一，促使栗仁与内皮间的分离［9-10］。同时为了克服微波加热效率过高造成板栗熟化的缺陷，采用间歇微波加热的方式对板栗进行脱壳处理。通过正交实验发现，针对大、中、小三类板栗，各因素对综合评定值的影响大小略有不同，但影响最大的均为第一次微波时间。当微波功率为800W时，板栗微波脱壳去皮的最佳工艺分别为:大板栗，加入量300g，第一次微波25s，冷却7min，第二次微波15s;中板栗，加入量250g，第一次微波15s，冷却6min，第二次微波20s;小板栗，板栗加入量250g，第一次微波15s，冷却6min，第二次微波10s。其中最优工艺下第一次和第二次微波单位质量板栗吸收的微波总能量分别为:大板栗，133.34J/g，80J/g;中板栗，96J/g，128J/g;小板栗，96J/g，64J/g。该工艺参数下，板栗脱壳率均可达到80%以上，破仁率和熟化度则小于15%，从而为板栗产品的深加工开拓了新思路、新方法。

表8 小板栗正交实验结果Table 8 The results of orthogonal test for the small size of Chinese chestnuts

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