热风、微波及其联合干燥对花生营养特性及感官品质的影响

王 童 杨 慧 朱广成 王招招 谢永康 韩俊豪 翟辰璐 路风银

(河南省农业科学院农副产品加工研究中心，河南 郑州 450008)

花生是我国重要的经济作物、食用作物和油料作物，是人们饮食中植物油脂和蛋白质的重要来源[1]。然而新收获的花生含水量高达50%以上，且收获时多遇阴雨天气，常因未能及时晾晒导致霉变，严重影响花生的贮藏安全性。据统计，我国每年因霉变而失去食用价值和商品价值的花生损失占全国总产量的10%～20%[2－3]。目前我国花生干燥方式多以田间自然晾晒为主，该方法存在干燥效率低、劳动强度大、对天气依赖程度大等诸多问题。因此，寻求一种满足产地实际生产需求且经济高效的花生快速干燥技术对于我国花生产业健康发展至关重要。

目前国内外学者对花生干燥开展了一系列的探索，卢映洁等[4－5]和渠琛玲等[6]利用核磁分析和电镜观察技术研究了热风干燥过程中花生内部水分变化规律。颜建春等[7]、林子木等[8]、渠琛玲等[9]和王招招等[10]分别对固定床花生通风干燥、热风干燥、常温通风干燥、微波热风耦合干燥的干燥特性及工艺进行了研究和优化。微波是近几年发展起来的一种新型干燥技术，具有干燥速度快、热损失小、干燥效率高、清洁无污染等优点，微波干燥技术以及微波与热风、真空等联合干燥技术已成功应用于多种农产品的干燥加工。国内外研究者针对不同干燥技术对物料品质的影响进行了一系列研究。纵伟等[11]采用热风干燥、真空干燥、微波干燥和微波结合真空干燥对花生蛋白进行干燥处理，比较不同干燥方式对花生蛋白功能特性的影响，结果表明，微波真空干燥的花生蛋白不仅干燥时间短，而且花生蛋白具有较好的功能特性。Song 等[12]利用空气干燥、微波－真空干燥、微波－热风耦合干燥以及冷冻干燥4 种不同干燥方式对荔枝进行研究，发现微波－热风联合干燥效率明显高于其他3 种干燥方式，且具有较高的还原糖保留率。Deva 等[13]和Talens等[14]对比了热风干燥和微波热风联合干燥对农产品品质的影响，发现与热风干燥相比，热风微波联合干燥能耗较小，对产品品质的影响较小，产品加工特性和营养品质较好。在实际生产中单一的热风干燥或常温通风干燥方式存在干燥效率低、干燥周期长、干燥品质较差等问题，在遭遇极端天气需要大规模快速干燥时存在诸多限制，针对花生干燥的这些问题，将微波与热风联合干燥也是一种很好的尝试。而目前对于花生干燥的研究多集中在干燥工艺、干燥特性、设备等方面，关于干燥对花生营养、感官等内在品质变化以及干燥后花生的品质优势及缺陷的研究鲜有报道。

本试验以新采收花生为研究对象，系统研究热风干燥、微波干燥以及微波热风联合干燥3 种干燥方式对花生蛋白、氨基酸、脂肪、脂肪酸、酸价、过氧化值和感官品质特性的影响，以期为提高收获后花生的加工品质提供数据参考，为花生产地机械化干燥提供理论技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料与试剂

试验所用原料为新鲜花生，品种为天府9 号，购于郑州市农科路枣庄蔬菜市场，花生平均湿基含水率为50%±0.5%。

盐酸、甲醇钠、氯化钠、硫酸、石油醚等试剂为分析纯，购于国药集团。

1.2 仪器与设备

实验室自制微波－热风联合干燥试验台(图1)；K1100 型全自动凯式定氮仪、SOX500 型脂肪测定仪、SH220N 型石墨消解仪，山东海能科学仪器有限公司；L－8800 氨基酸分析仪，日本日立公司；6890BN 气相色谱仪，美国安捷伦公司；202 型电热恒温干燥箱，天津市泰斯特仪器有限公司；PEN3 便携式电子鼻，德国AIRSENSE 公司；TXM－120-HR 快速水分测定仪，瑞士PrecisaGravimetricsAG 公司；304 型多功能粉碎机，永康市铂欧五金制品有限公司；YP-N 型电子分析天平，上海精密仪器仪表有限公司。

1.3 试验设计

根据前期对3 种干燥方式工艺优化的结果，将新鲜花生荚果均干燥至安全水分范围内(湿基含水量≤10%)。3 种干燥方式干燥处理如下[10]:

热风干燥:风温40℃，风速0.5 m·s－1，物料厚度10 cm，物料干燥温度40±0.5℃。

微波干燥:微波强度1.0 W·g－1，采用间歇干燥法，微波每次加热10 s，间隔1 min，直至安全贮藏水分10%以下，停止干燥，物料厚度10 cm，物料干燥温度40±2℃(微波难以精确控温)。

微波热风联合干燥:在上述热风干燥的同时加入间歇微波干燥，微波强度1.0 W·g－1，每加热10 s，间隔1 min，直至安全贮藏水分10%以下，停止干燥，物料厚度10 cm，物料干燥温度40±2℃(微波难以精确控温)。

在干燥过程中每隔2 h 取样一次，测定花生荚果湿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、酸价、过氧化值及感官品质。

1.4 试验方法

1.4.1 湿基含水率测定 花生湿基含水率测定参照GB 5009.3－2016[15]。

1.4.2 营养成分测定 粗脂肪含量的测定参照GB 5009.6－2016[16]索氏抽提法；粗蛋白含量的测定参照GB 5009.5－2016[17]凯氏定氮法；氨基酸含量的测定参照GB 5009.124－2016[18]；脂肪酸含量的测定参照GB 5009.168 － 2016[19]； 酸价的测定参照GB 5009.229 － 2016[20]； 过氧化值的测定参照 GB 5009.227－2016[21]。

1.4.3 电子鼻测定 样品制备:参考Wei 等[22]的方法并进行适当修改。将样品粉碎后，精确称取5.00±0.01 g 样品，粉碎后过10 目筛，装入20 mL 顶空瓶中，于40℃平衡20 min，充分产生顶空挥发气体。样品密封备用；

检测条件:电子鼻传感器阵列包括10 个高灵敏度加热型金属氧化物检测器，载气为干燥空气，流速为300 mL·min－1，清洗时间为120 s，样品测试时间为80 s，通过软件记录每秒的响应值，然后用Winmuster 1.6.2 软件进行主成分分析。

1.4.4 感官评价 本试验由专门培训过的10 位感官评价员，根据表1 的评价标准和感官属性强度进行评分[23－24]，对数据进行整理，将10 组每个属性的分数相加，取平均值，并以市售某品牌干花生作为参照样品。

表1 花生的感官鉴定评分标准Table 1 Standard for sensory quality of peanuts

1.5 数据处理

采用Origin 9.1、Excel 2016 软件对数据进行处理，并绘制图表，为方便分析数据，将新鲜花生用Fresh表示，经热风干燥、微波干燥、微波热风联合干燥的花生样品分别用AD、MD、 MWAD 表示。每组进行3 次重复试验，取平均值。

2 结果与分析

2.1 不同干燥方式下花生湿基含水量和干燥速率随干燥时间的变化

由图2-A 可知，热风(AD)、微波(MD)及热风微波联合干燥(MWAD)将花生干燥至安全水分耗时分别为24、14 和10 h。微波干燥和微波热风联合干燥所需的干燥时间分别为热风干燥的58.3%和41.6%，相比热风干燥，微波热风联合干燥和微波干燥在很大程度上缩短了干燥时间。由图2-B 可知，3 种干燥方式的干燥速率也呈现出十分明显的差异，干燥前期(0～4 h)微波热风联合干燥和微波干燥速率高于热风干燥，其中微波热风联合干燥效率最高，微波干燥次之。

2.2 不同干燥方式对花生仁粗蛋白和粗脂肪含量的影响

蛋白和脂肪是花生仁的主要营养成分，两者约占干燥花生总质量的80%，其中蛋白质量分数约为24%～36%，脂肪约占44%～52%[25]。蛋白和脂肪含量是花生营养评价的重要指标。由图3-A 可知，不同处理下花生粗蛋白含量差异不显著(P>0.05)，表明干燥方式对花生仁粗蛋白含量无显著影响。由图3-B 可知，微波热风联合干燥花生粗脂肪含量高达45.76%，虽显著低于新鲜花生，但显著高于微波干燥花生和热风干燥花生(P<0.05)；热风干燥花生粗脂肪含量为43.02%，微波干燥花生粗脂肪含量最低。

2.3 不同干燥方式对花生脂肪酸含量的影响

脂肪酸组成和含量是评价花生营养品质、油料品质及加工特性的重要指标，尤其是花生中的不饱和脂肪酸(以油酸和亚油酸为主)含量，在降低血液中胆固醇和低密度脂蛋白含量、预防心脑血管疾病、增强记忆力、延缓衰老等方面具有较好的效果[25]。由表2 可知，新鲜花生中不饱和脂肪酸占总脂肪酸比例超过80%，这与Abbas 等[26]的研究结果一致。干燥后花生的不饱和脂肪酸(unsaturated fatty acids，UFA)总量显著低于新鲜花生，其中单不饱和脂肪酸(monounsaturated fatty acids，MUFA)和多不饱和脂肪酸(polyunsaturated fatty acid，PUFA)均显著降低(P<0.05)，PUFA 降低更明显。经热风、微波、微波热风联合干燥处理后，饱和脂肪酸(saturated fatty acid，SFA)含量无显著变化(P>0.05)，机械干燥过程中的温度、氧气、水分、微波等条件变化都会引起花生脂肪酸发生不同程度的化学反应，含有碳碳双键的MUFA 和PUFA(尤其是含有2 个以上碳碳双键的PUFA)稳定性远低于SFA，极易发生氧化反应而损失[27－28]。

经3 种干燥方式干燥后的花生样品，微波热风花生的UFA 含量相对较高，微波干燥花生的UFA 含量最低。因为单一的微波干燥往往存在局部过热和排湿较慢等问题，高温高湿环境使得UFA 更易被氧化，故微波干燥花生的UFA 损失最多；而微波热风联合干燥综合了微波快速升温和热风干燥均匀的优势，干燥时间较短，减少了干燥过程中对脂肪酸的破坏，故微波热风联合干燥花生的UFA 含量保存最多，这也与2.1 的结论具有一致性。PUFA/SFA 值是评价油脂营养价值的重要指标，1994年英国卫生部发布的营养建议认为食品中的PUFA/SFA 值不应低于0.45[29]。由表2 可知，新鲜花生和干燥后花生的PUFA/SFA 值均远大于推荐值，干燥后花生的PUFA/SFA 值显著低于新鲜花生(P<0.05)，因为干燥后花生的PUFA 含量下降更多。而微波热风联合干燥花生的PUFA/SFA 值显著高于微波干燥花生和热风干燥花生(P<0.05)，说明在3 种干燥方式中，微波热风联合干燥花生油脂的营养价值相对较好。

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

2.4 不同干燥方式对花生氨基酸含量的影响

由表3 可知，花生样品中共检测到16 种氨基酸，花生中含量较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，与Latif 等[30]的研究结果一致。相比于新鲜花生，经热风、微波、微波热风联合干燥处理后，花生的氨基酸总含量分别降低了8.91%、8.60%、6.21%。干燥后花生果的必需氨基酸含量显著下降(P<0.05)。干燥样品中，微波热风联合干燥花生果的氨基酸总量和必需氨基酸含量最高，热风干燥花生果与微波干燥花生果差异不显著。花生干燥后氨基酸含量降低可能与氨基酸在加热条件下发生氧化反应或是与还原糖发生美拉德反应而造成的损失有关[31－33]。微波热风联合干燥的干燥时间最短且温度较为均匀，在一定程度上减少了氨基酸的损失。

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

2.5 不同干燥方式对花生酸价和过氧化值的影响

花生仁中的油脂在加工和贮藏过程中受光、热、微波等作用极易被氧化、水解，产生过氧化物和游离脂肪酸，导致油脂酸价和过氧化值升高，油脂氧化生成的脂肪酸氢过氧化物是油脂氧化酸败的关键产物，其进一步氧化分解会生成低级脂肪酸、醛、酮等小分子化合物，导致食品酸败[34－35]，故酸价和过氧化值是评价花生油脂品质的重要指标。由图4、5 可知，热风干燥和微波干燥花生仁的酸价和过氧化值显著高于新鲜花生(P<0.05)，由2.2 和2.3 结果可知，热风和微波处理加速了花生中油脂的水解，随之引起花生中游离脂肪酸和过氧化物含量升高，故干燥后花生的酸价和过氧化值显著升高。干燥样品中，微波干燥花生果的酸价最高，热风干燥花生果次之，微波热风联合干燥花生果酸价最低。热风干燥花生果过氧化值最高，微波干燥花生果次之，而微波热风联合干燥花生果的过氧化值最低。

2.6 不同干燥方式的花生电子鼻及感官评价结果

电子鼻是通过模拟人类嗅觉工作原理对气味进行分析。与其他分析方法不同的是，电子鼻不是对样品中某一种或几种成分的定性定量结果，而是反映了样品整体的风味信息，且具有低成本、高精度、无损、快速和环保的检测能力，已逐渐成为各种农产品质量分析判定的重要手段[36]。由图6 可知，第1 和第2 主成分贡献率分别为95.72%和2.87%，贡献率超过85%，说明2 个主成分可以很好的反映样品的主要特征信息。新鲜花生和不同干燥方式得到的花生风味都存在差异，且新鲜花生和干花生的差异远大于不同干燥方式花生样品之间的差异。新鲜花生和干燥花生的差异性主要表现在横轴上，不同干燥样品的差异主要表现在纵轴上。干燥时间最短的微波热风联合干燥花生风味与新鲜花生的差异最小，干燥时间最长的热风干燥花生风味与新鲜花生差异最大。说明干燥时间与风味差异可能存在一定的相关性，随着干燥时间延长样品风味差异逐渐增大。

由图7 可知，在色泽方面，热风干燥和微波干燥花生壳颜色偏暗黄、果仁偏暗红，微波干燥花生仁表面有少量褐色斑点，可能是受微波长时间辐射，加上微波干燥的不均匀性而造成局部过热，使得一些还原糖类和氨基酸发生美拉德反应，生成了少量黑色素[37]。干燥样品中，微波热风联合干燥花生壳、花生仁整体颜色的鲜艳程度最高，无褐色色素产生，壳、仁颜色与新鲜花生最接近。在形态方面，热风干燥花生仁硬度最小，有轻微的皱缩和红衣脱落现象；微波干燥花生仁硬度适中，皱缩明显，红衣脱落严重，这可能是因为微波促使花生急速脱水，难以恢复到原有形态[38]；相比于热风干燥和微波干燥花生，微波热风联合干燥花生仁硬度最大，皱缩程度最小，且红衣较完整，无明显脱落现象。在风味方面，与新鲜花生相比，热风干燥、微波干燥和微波热风联合干燥花生仁样品在咀嚼过程中的花生香味更加浓郁，滋味更香甜，这可能与干燥加热过程中产生的一些风味物质有关。

3 讨论

本研究发现3 种干燥方式的干燥速率呈较相似的变化，前期干燥速率较高而后期逐渐降低。这与花生的物理特性有关，在干燥前期，首先干燥的是花生壳中的水分，花生壳中的水分主要是自由水，且花生壳质构疏松，与空气接触面积大，易干燥，干燥速率较高；而干燥后期干燥速率则取决于花生仁的干燥效率，相比花生壳，花生仁内含有较多的结合水和半结合水，而去除这部分水的难度远大于自由水；且花生仁的干燥速率还与其内部水分的扩散速度有关，随着干燥时间延长，花生含水率不断下降，水分迁移距离不断增大，也使得花生干燥速率下降[39]。微波热风联合干燥和微波干燥的干燥速率远高于热风干燥，在干燥前期微波可以快速加热，缩短物料预热时间，快速干燥花生壳的水分，在干燥后期，微波从物料内部快速加热，缩短了花生仁和花生壳之间热传递的时间，通过提高水分蒸发的速率进而提高干燥效率[40]。热风在一定程度上加速了干燥箱体的排湿速度，故微波热风联合干燥效率最高。

本研究发现，微波热风联合干燥花生的脂肪、氨基酸和不饱和脂肪酸含量均显著高于热风、微波2 种干燥方式。研究表明，热风、微波处理都会加速蛋白和脂肪的氧化和水解，随着干燥时间的延长，组成蛋白和脂肪的氨基酸和脂肪酸也因氧化而不断损失[41]。其中微波干燥往往存在加热不均匀、局部过热、辐照的非热效应等问题，故微波干燥后花生脂肪及脂肪酸损失较大，酸价相对较高。而热风具有一定的流动性，干燥温度相对均匀但干燥速率较低，花生油脂氧化程度较高，过氧化值偏高。微波热风联合干燥兼具干燥时间短、干燥温度均匀的优点，故其干燥后的花生仁营养价值较高，且酸价和过氧化值较低，品质较好。新鲜花生和干燥后花生风味的差异远大于不同干燥方式花生样品之间的差异，干燥过程中花生中会发生一些化学反应，包括还原糖和氨基酸发生的美拉德反应、蛋白质、脂肪、碳水化合物的降解，这是造成新鲜花生和干燥花生风味和感官差异的主要原因[42－43]。本研究表明，不同干燥方式对花生感官品质的影响并不相同，但具体的差异及相关机制还需要进一步探究。

4 结论

本研究发现，微波热风联合技术干燥花生的干燥时间最短，兼具干燥温度均匀和干燥效率高的优点，干燥后花生中油脂和蛋白氧化水解程度相对较小，营养价值更高，感官品质优于其他2 种干燥方式得到的花生仁，综上，本研究认为微波热风联合干燥在花生干燥领域中具有较好的应用前景。今后研究还需要对干燥后花生蛋白和脂肪的结构、功能变化以及风味成分变化进行更深入的研究。