澳洲坚果带壳果洞道干燥特性及品质变化研究

黄克昌，郭刚军，邹建云

（云南省热带作物科学研究所，云南景洪666100）

澳洲坚果带壳果洞道干燥特性及品质变化研究

黄克昌，郭刚军，邹建云

（云南省热带作物科学研究所，云南景洪666100）

研究澳洲坚果带壳果的洞道干燥特性，测定其在干燥过程中的水分、酸价和过氧化值，建立干燥动力学方程。结果表明：热风温度越高，干燥越快，干燥速率也越高；带壳果的酸价和过氧化值无显著变化，澳洲坚果带壳果的产品质量优良。以Page模型对试验数据进行拟合，得到描述澳洲坚果带壳果洞道干燥特性的数学方程，为澳洲坚果带壳果干燥生产提供理论依据。

澳洲坚果带壳果；干燥特性；品质

澳洲坚果（Macadamia spp.）是山龙眼科（Proteaceae）澳洲坚果属（Macadamia F.Muell.）常绿乔木果树。原产于澳大利亚昆士兰州东南部和新西兰威尔士州东北部（南纬25°～29°）的亚热带雨林，是世界著名的坚果[1]。澳洲坚果果仁营养丰富，脂肪含量高达78%，富含蛋白质、碳水化合物、钙、磷、铁、B族维生素和烟酸，经常食用可降低胆固醇、改善血液循环、增强记忆力的作用，素有“干果皇后”的美称[2]。我国澳洲坚果种植区域主要分布在云南、广西、贵州和四川，全国种植面积65 166.67 hm2，其中，云南种植面积60 980 hm2[3]。

澳洲坚果带壳果干燥是澳洲坚果产品加工的重要环节，是澳洲坚果加工工艺选择和技术参数配备的依据[4]，可避免果仁氧化变质，提高澳洲坚果质量，延长储藏期[5]，为澳洲坚果原料及产品的流通运输提供保障。目前，对澳洲坚果的干燥处理，主要采用网筛自然干燥、微波辅助热空气干燥[6]、射频干燥[7]、热风干燥[8]、风机强制风干和热风为一体的二步干燥[9]等多种干燥方法。网筛自然干燥占地面积大，需要大量的人工，干燥费用大，干燥周期长。微波辅助热空气干燥、射频干燥还没有广泛地用于商业生产。热风干燥因干燥速率快、设备工艺成熟，是目前最为常用的干燥方法。本文采用数字型洞道干燥装置对澳洲坚果带壳果进行了干燥，研究了热风温度对澳洲坚果带壳果干燥速率的影响及酸价和过氧化值的变化。同时，运用干燥速率数学模型对试验数据进行拟合，得到适用于描述澳洲坚果带壳果洞道干燥特性的数学方程。

1 材料和方法

1.1 材料与试剂

澳洲坚果带壳果：云南省热带作物科学研究所澳洲坚果景哈种植基地；乙醚：汕头市达濠精细化学品公司；乙醇、冰乙酸：天津市风船化学试剂科技有限公司；氢氧化钾：上海试四赫维化工有限公司；碘化钾：天津市东丽区天大化学试剂厂；三氯甲烷：上海申博化工有限公司；硫代硫酸钠标准滴定溶液：天津市致远化学试剂有限公司；酚酞指示剂：天津市北联精细化学品开发有限公司；淀粉指示剂：汕头市西陇化工厂。

1.2 试验装置

试验用的数字型洞道干燥装置（JK-GZDD/Ⅱ）为湘潭金凯化工装备技术有限公司产品，结构如图1所示。

图1 JK-GZDD/Ⅱ数字型洞道干燥试验装置Fig.1 JK-GZDD/Ⅱdigital tunnel drying experiment device

1.3 方法

1.3.1 澳洲坚果带壳果预处理

将采摘的带皮坚果人工去脱果皮，及时进入洞道干燥装置干燥；脱果皮后的坚果，让其自然风干至含水率10%左右。

1.3.2 澳洲坚果带壳果干燥方法

1.3.2.1 澳洲坚果带壳果恒温干燥

对刚采摘的新鲜澳洲坚果带壳果采用40、50、60、70、80℃进行恒温干燥，每隔1 h测定其含水率。

1.3.2.2 澳洲坚果带壳果逐级升温干燥

对含水率10%左右的澳洲坚果带壳果采用以下3种逐级升温方式进行干燥：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，干燥过程中每隔1 h测定一次含水率。

1.3.3 澳洲坚果含水率与含水率比的计算

将澳洲坚果带壳果放置于洞道干燥装置中，设定风量为0.055 m3/s，分别在温度40、50、60、70、80℃条件下干燥，设备自动记录干燥时间和质量。分别用公式（1）、（2）计算含水率和含水率比。

式中：Xi为ti时刻含水率，g/g；mi为物料ti时刻对应的质量，g；mg为绝干物料质量，g。

式中：MR为含水率比；Mi为干燥中ti时刻的含水率，%；Me为试样平衡含水率，%；Mo为试样初始含水率，%；mi为试样在干燥中ti时刻的质量，g；me为试样平衡质量，g；mo为试样初始质量，g；md为干物质质量，g。1.4 洞道干燥过程中澳洲坚果带壳果质量指标分析

将带壳果在40、50、60、70、80℃不同恒温条件下干燥25 h，每间隔5 h取一次样测其对应的酸价和过氧化值；在间隔2、3、4 h，以40、50、60、70、80℃逐级升温，在每一个温度段上依次取一次样，测其对应的酸价和过氧化值。检测方法：酸价测定参考 GB 5009.229—2016《食品安全国家标准食品中酸价的测定》[10]，过氧化值测定参考GB 5009.227—2016《食品安全国家标准食品中过氧化值的测定》[11]。

2 结果与分析

2.1 热风温度对澳洲坚果带壳果干燥特性的影响

2.1.1 恒温对澳洲坚果带壳果含水率的影响

风量为0.055 m3/s时，澳洲坚果新鲜带壳果在40、50、60、70、80℃恒温干燥条件下含水率的变化曲线如图2所示。

由图2可知，含水率随着时间的增加，不断下降；开始阶段含水率曲线陡峭，随着时间的延长，曲线变平缓。在40、50、60℃时，达到平衡含水率的干燥时间是17 h；在70、80℃时，达到平衡含水率的干燥时间是13 h，比40、50、60℃时缩短4 h，表明高温能缩短干燥的平衡时间。风温越高，相同时间内澳洲坚果新鲜带壳果的含水率就越低。这是由于风温越高，传热推动力温度差越大，达到一定含水率所需时间就越短。但是温度过高，干燥过程能耗较大，在新鲜澳洲坚果含水率高时，起始干燥温度高，其还原糖含量也随之升高，果仁的中部比外部含还原糖高，果仁中心会变成暗褐色，使干燥产品的品质变差，同时初始干燥温度过高，果壳与果仁容易破裂，果仁油易氧化，引起果仁变质[12]。因此选择干燥温度50℃～60℃左右较适宜。

2.1.2 逐级升温对澳洲坚果带壳果含水率的影响

逐级升温对澳洲坚果带壳果含水率的影响见图3。

图2 新鲜澳洲坚果带壳果恒温干燥曲线Fig.2 Constant temperature drying curve for fresh macadamia in-shell nuts

图3 澳洲坚果带壳果逐级升温干燥曲线Fig.3 Stepwise heating drying curve for macadamia in-shell nuts

由图3可看出，澳洲坚果带壳果3种逐级升温方式均随着温度的不断提升，含水率不断下降，下降的斜率大；随着时间的延长，含水率也越低，间隔2 h升温＜间隔3 h升温＜间隔4 h升温。间隔2 h升温干燥结束时的含水率为3.1%，没有达到目标含水率（1.5%＜目标含水率＜2%），间隔3 h升温与间隔4h升温的含水率分别为1.6%、1.5%，均达到目标含水率，但间隔4 h升温的干燥时间20 h较长，故间隔3 h升温为适宜的澳洲坚果带壳果逐级升温方式。

2.2 不同热风干燥方式对澳洲坚果品质的影响

由于澳洲坚果含有约78%的脂肪类物质，主要为不饱和脂肪酸[13]。不饱和脂肪酸氧化是澳洲坚果品质劣化的主要原因。因此对于澳洲坚果来说，过氧化值（PV）和游离脂肪酸（FFA）是最重要的品质指标[14]。

2.2.1 澳洲坚果带壳果恒温和逐级升温干燥过程中酸价变化

澳洲坚果带壳果恒温和逐级升温干燥过程中酸价变化见表1、表2。

由表1与表2可以看出，恒温和逐级升温干燥对澳洲坚果带壳果酸价的变化影响差异不显著。在恒温干燥中，各个温度段的酸价变化很小（在0.05 mg/g～0.25 mg/g），不同温度段的酸价没有明显变化规律，每个值在对照值0.10 mg/g附近，酸价几乎保持不变，说明恒温干燥前后产品质量保持不变。在逐级升温中，各个温度段的酸价变化也很小（在0.09mg/g～0.29mg/g），同一温度段不同间隔时间的酸价接近在一起，数值非常接近在0.1 mg/g左右，每个酸价符合NY/T 1521-2007《澳洲坚果带壳果》[15]产品标准要求。表明澳洲坚果带壳果在不同间隔时段的逐级升温中，产品质量保持不变。

表1 新鲜澳洲坚果带壳果恒温干燥过程中的酸价Table 1 The acid value for fresh macadamia in-shell nuts during the constant temperature drying

表2 澳洲坚果带壳果逐级升温干燥过程中酸价Table 2 The acid value for macadamia in-shell nuts during the stepwise heating drying

2.2.2 澳洲坚果带壳果恒温和逐级升温干燥过程中过氧化值变化

澳洲坚果带壳果恒温和逐级升温干燥过程中过氧化值变化见表3、表4。

表3 新鲜澳洲坚果带壳果恒温干燥过程中的过氧化值Table 3 The peroxide value for fresh macadamia in-shell nuts during the constant temperature drying

表4 澳洲坚果带壳果逐级升温干燥过程中的过氧化值Table 4 The peroxide value for macadamia in-shell nuts during the stepwise heating drying

由表3、表4可以看出，恒温和逐级升温干燥对澳洲坚果带壳果过氧化值的变化影响很小。恒温干燥中，多数样品的过氧化值未检测出，只有少数样检出，并且非常低，小于0.26（meq/kg）。表明带壳果的质量没有显著变化，稳定良好。在逐级升温中，除80℃温度段的样外，其它各样均未检测出，检出样的过氧化值也低，小于0.36 meq/kg，符合NY/T 1521-2007《澳洲坚果带壳果》[15]产品标准要求过氧化值≤6（meq/kg）要求。因此，在恒温和逐级升温干燥条件下，带壳果的质量保持稳定。

2.3 澳洲坚果带壳果洞道热风干燥动力学方程的确定

物料的干燥过程是一个复杂的热量和质量传递过程，期望通过模型来描述和预测干燥过程中的含水率变化，了解澳洲坚果干燥特性，指导生产应用。本研究考察了Page模型描述澳洲坚果带壳果热风干燥过程的适应性。采用Page模型对试验数据进行拟合，Page方程：MR=（M-Me）/（Mo-Me）=exp（-rtn），对其进行对数处理，得ln（-lnMR）=nlnt+lnr。式中：MR为水分比，t为干燥时间，n为与干燥条件有关的系数，r为系数。

2.3.1 柔澳洲坚果带壳果热风干燥动力学方程

不同温度下澳洲坚果带壳果的ln（-lnMR）-lnt曲线，如图4所示。

图4 不同温度澳洲坚果带壳果的ln（-lnMR）-lnt曲线Fig.4 Different temperature ln（-lnMR）-lnt curve for macadamia in-shell nuts

从图4可以看出澳洲坚果带壳果洞道热风干燥条件下，试验数据均接近线性关系，说明新鲜澳洲坚果带壳果洞道热风干燥过程可以使用Page模型描述。对图4曲线进行线性回归，得干燥温度为40、50、60、70、80℃澳洲坚果带壳果的回归方程及相关检验，如表5所示。

干燥数学模型系数的确定：不同风温下的带壳果干燥方程系数如表6所示。

从表6可看出，不同温度下，Page模型的r、n值不同，说明参数r、n与温度有关，利用Excel软件将它们分别进行线性拟合。令：r=aT+b和n=cT+d，式中：T为风温，a、b、c、d为待定模型系数。经线性回归后待定干燥方程系数r、n为：r=0.004 9T+0.014 2；n=0.001 2T+ 0.103 8；

表5 不同温度澳洲坚果带壳果的Page模型线性回归方程及参数Table 5 Linear regression equations and parameters of the Page model for macadamia in-shell nuts at different temperatures

表6 不同温度澳洲坚果带壳果的干燥方程系数Table 6 The equation coefficient of macadamia in-shell nuts at different temperatures

从而得不同温度新鲜带壳果洞道干燥动力学方程为：

对于热风干燥条件下澳洲坚果带壳果干燥特性，在实际生产过程中可用Page模型来预测热风干燥过程中澳洲坚果带壳果含水率的变化。

3 结论

澳洲坚果带壳果的洞道干燥速率与温度有关，温度越高，干燥时间越短。澳洲坚果带壳果适宜的恒温干燥条件是50℃～60℃、17 h，达到平衡含水率；澳洲坚果带壳果逐级升温最佳方式是：40℃3h→50℃3h→60℃3 h→70℃3 h→80℃3 h，干燥时间即短又能达到目标含水率。恒温与逐级升温干燥后的澳洲坚果带壳果的酸价和过氧化值的变化很小，质量保持稳定良好。澳洲坚果带壳果干燥方程符合Page干燥模型，其干燥方程为：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

黄克昌（1970—），男（汉），副研究员，学士，研究方向：农产品加工与品质控制。

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.16.004