食用檳榔干燥和煙熏特性研究

吳　碩，李宗軍，譚　雅，杜　莎，黃潤庭，伍　婧（1.湖南農業大學食品科學技術學院，湖南長沙410128；2.食品科學與生物技術湖南省重點實驗室，湖南長沙410128；3.海南聯合檳榔產業工程研究中心，海南海口570100）

食用檳榔干燥和煙熏特性研究

吳碩1，2，3，李宗軍1，2，*，譚雅1，2，杜莎1，2，黃潤庭1，2，伍婧1，2
（1.湖南農業大學食品科學技術學院，湖南長沙410128；
2.食品科學與生物技術湖南省重點實驗室，湖南長沙410128；3.海南聯合檳榔產業工程研究中心，海南海口570100）

為了改善檳榔干果品質，結合新型環保檳榔烘烤爐對檳榔干燥和煙熏特性進行研究。本實驗通過對干燥溫度、濕度和風速的調控以及煙熏過程關鍵點的控制，對比質構數據和檳榔最大周長變化，得出最優烘烤工藝參數。在溫度為55℃、濕度60%RH和風速1.2 m/s的烘烤環境下能在較短的時間內獲得較好品質的檳榔干果。通過對煙熏時間的控制，在保證煙熏風味的同時能減少1/2的煙熏時間，降低有害物質殘留量和檳榔黑果的硬度，提高了食用檳榔干果的品質。

檳榔，加工，干燥，熏烤

檳榔是棕櫚科植物檳榔樹的種子，果皮纖維質、肉質堅硬不易破碎［1］。當前對檳榔的利用主要有藥用和食用兩種方式，檳榔是四大南藥（檳榔、砂仁、益智、巴戟天）之首，其種子、果皮、花等均可入藥［2］；在東南亞、南太平洋諸島及周邊地區，包括我國的臺灣、海南等省，人們普遍喜歡嚼食檳榔，因此各地所產檳榔絕大部分以咀嚼品的形式消費［3］。目前，檳榔已成為僅次于尼古丁、乙醇和咖啡因的世界第四大嗜好物品［4］。

海南檳榔成熟期為九月至十二月，檳榔鮮果經過熏烤加工成干果，干燥過程未經煙熏的為白果，經過熏烤入味的為黑果。用于初加工的主要是長橢圓形和長卵形果，此類果檳榔堿含量較高，刺激性強，容易醉人，烘干后易收縮，紋路細膩，果形漂亮，深受消費者喜愛［5］。一般來說，檳榔干果長徑比越大、紋路越深，檳榔品質越好［6］。傳統熏烤工藝采用土爐熏烤，這種熏烤模式是通過在地面砌成土灶，在土灶上鋪上一層鐵絲網，鐵絲網上放置檳榔鮮果，鐵絲網下燃燒橡膠木，產生煙霧對檳榔進行熏烤，土灶上方無遮擋，煙霧直接排入空氣中，衛生、安全生產條件較差且造成嚴重的環境污染［7］。經政府支持，檳榔初加工的出現轉型和技術升級，原始落后的土爐被機械化自動化的設備替代。目前已有關于檳榔干燥的相關研究［8］，但還未有檳榔煙熏特性的相關研究，本實驗在檳榔產地海南省萬寧市進行，結合新型環保檳榔烘烤爐進行檳榔干燥和煙熏特性的研究，分析了熏烤工藝參數包括溫度、濕度和風速等對檳榔干果品質影響和檳榔熏烤的規律，為檳榔熏烤設備參數的調整提供理論依據。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

檳榔鮮果海南省萬寧市采購；橡膠木片與木糠海南省萬寧市采購。

KW-1000DA數顯恒溫水浴鍋上海浦東物理光學儀器廠；TA.XT.plus Texture Analyser物性測試儀上海儀電科學儀器股份有限公司；EPS-302電子天平長沙湘平科技發展有限公司；實驗用環保型檳榔熏烤爐萬寧賓萃科技有限公司；實驗用環保型檳榔熏烤爐采用的是煙熱分離的熏烤方法，熱量和煙霧分為不同發生室，通過管道向爐體下方輸送熱能和煙霧，煙霧和熱能自下而上通過爐體從排煙口排出，爐體中央橫著放置旋轉滾筒，有2個果料槽，滿裝載量為15 kg見圖1。熏烤爐通過數顯溫度控制器調控溫度（精度±0.2℃），數顯濕度控制器調控濕度（精度±0.5%RH），變頻器調節風機頻率（精度±0.2 m/s）。

圖1　實驗用環保型檳榔熏烤爐Fig.1　Environmentally friendly experiment using edible betel nuts oven

1.2實驗方法

1.2.1實驗步驟檳榔初加工流程：檳榔挑選→洗凈→殺青→干燥→煙熏→包裝。

挑選產自海南省萬寧市，挑選最大周長和長度一致，顏色鮮綠，橢圓形，無霉變破敗帶果蒂的檳榔做為實驗材料。在水浴鍋中殺青，經預實驗確定殺青溫度100℃，時長為25 min，殺青時水應沒過檳榔。檳榔殺青后撈出晾干，然后放置于實驗用檳榔熏烤爐的果料槽中進行干燥，按實驗要求調節檳榔熏烤爐的溫度、濕度和風速，每組測量三個樣品，取平均數，干燥至含水率白果為20%±2%，黑果為25%±2%時取出做質構測試［9］。本次實驗選擇滿裝載量進行熏烤，滾筒每小時旋轉一周。

1.2.2單因素實驗

1.2.2.1溫度對干燥特性的影響殺青后檳榔放置于實驗用檳榔熏烤爐的果料槽中進行干燥，設定濕度60%±0.5%RH、風速（1.2±0.2）m/s，溫度分別為45、 50、55、60、65℃。

1.2.2.2濕度對干燥特性的影響殺青后檳榔放置于實驗用檳榔熏烤爐的果料槽中進行干燥，設定溫度（55±0.2）℃、風速（1.2±0.2）m/s，濕度分別為30%、40%、50%、60%、70%RH。

1.2.2.3風速對干燥特性的影響殺青后檳榔放置于實驗用檳榔熏烤爐的果料槽中進行干燥，設定溫度（55±0.2）℃、濕度60%±0.5%RH，風速分別為0、0.6、1.2、1.8、2.4 m/s。

1.2.3正交實驗正交實驗以溫度、濕度、風速為變量，考察此3個因素對檳榔品質的影響。以咀嚼性和最大周長作為評價指標，相對檳榔的高硬度，咀嚼性較低的更能給食用者帶來柔和的口，能有效減少檳榔纖維對口腔的刺激；市場普遍認為最大周長越小即長徑比越大，檳榔品質越好。

表1　正交實驗因素水平表Table 1　Factors and levels of orthogonal array design

1.2.4煙熏實驗殺青后檳榔放置于實驗用檳榔熏烤爐的果料槽中進行干燥，設定溫度（55±0.2）℃、濕度60%±0.5%RH和風速（1.2±0.2）m/s。制作黑果需要對檳榔進行煙熏，在煙霧發生室內燃燒橡膠木片與木糠，產生的煙霧由風機帶動氣流通過爐體下方的管道輸送至爐體內部。綜合干燥條件與檳榔形態變化規律，優化煙熏組是在環境濕度與檳榔濕度達到平衡狀態、檳榔干基含水率在240%左右、檳榔果蒂開始收縮時進行上煙，檳榔干基含水率降至66%左右，檳榔表面硬化后停止熏烤，煙熏時間40～45 h；全程上煙組是使用環保型檳榔熏烤爐對檳榔進行全程上煙熏烤，煙熏時間96～100 h；傳統煙熏組是使用土灶對檳榔進行熏烤［7］，煙熏時間110～120 h。實驗通過對比優化煙熏、全程上煙和傳統煙熏的檳榔干果品質證明了優化煙熏的可行性。

1.2.5檳榔的品質分析

1.2.5.1水分含量的測定參照GB/T 5009.3-2003食品中水分的測定方法［10］。每3 h測量一次，每次測量三個樣品取平均數。

1.2.5.2最大周長的測定游標卡尺測出最大周長，用棉線繞最大周長一周并標記，再用游標卡尺測量標記長度，每3 h測量一次，每次測量三個樣品取平均數。

1.2.5.3質構測量TPA模式測量，將檳榔橫置于探頭下，測量速度為5 mm/s，測量模式為strain、10%。每組測量三個樣品，取平均數。

1.2.5.4苯并（α）芘含量的測定參照GB/T 5009.27-2003食品中苯并芘的測定方法［11］。

1.2.5.5二氧化硫含量參照NY/T 1435-2007中二氧化硫總量的測定方法［12］。

1.2.5.6甲醛含量參照NY 5172-2002中甲醛的測定方法［13］。

1.2.5.7鉛含量參照GB 5009.12-2010中鉛的測定方法［14］。

1.2.6干基含水率曲線任意干燥時刻t時的干基含水率M采用式（1）計算［6］：

式（1）中：m為在任意干燥t時刻的物料質量，g；mc為物料的干物質質量，g。

1.2.7干燥速率曲線任意干燥時刻t時的干燥速率DR采用式（2）計算［6］：

式（2）中：Mt1為t1時刻的檳榔干基含水率（g/g）；Mt2為t2時刻的檳榔干基含水率（g/g）。

1.3數據處理

實驗結果數據用Excel 2007以及Origin 8.0軟件進行統計分析。

2　結果與討論

2.1溫度對干燥特性的影響

不同溫度條件下檳榔干燥曲線和檳榔最大周長收縮情況如圖2和圖3所示。

圖2　不同溫度條件干燥曲線Fig.2　Drying curves of betel nut under different temperatures注：A.干基含水率曲線，B.干燥速率曲線。

由圖2可以看出，檳榔的含水率隨著干燥時間的增長而降低，干燥溫度越高，達到相同的含水率所需的時間越短。檳榔干燥預熱時間較短，一般忽略不計。由于經過了殺青，檳榔經沸水蒸煮過后水分蒸發較快，檳榔堆積的內部濕度要高于環境濕度；檳榔堆積的內部濕度與環境濕度趨于平衡后干燥速率開始升高。由圖3可以看出，檳榔堆積的內部濕度與干燥環境濕度達到平衡這個過程檳榔最大周長變化較小，溫度越低達到平衡狀態所需時間越長，這個階段過后檳榔含水率迅速降低，干燥速率達到最高。

圖3　不同溫度最大周長變化曲線Fig.3　Maximum perimeter change curve of betel nut under different temperatures

干燥12 h后，檳榔干基含水率在240%左右，檳榔果蒂處開始出現收縮紋路，原因是檳榔果蒂與檳榔枝相連，是檳榔果成熟度最低的部位，也是檳榔纖維較軟的部位。

干燥時長12～45 h期間，檳榔最大周長和檳榔干燥速率隨著含水率的降低整體呈下降趨勢，檳榔最大周長收縮程度隨著溫度的升高而變大。檳榔干燥至60 h后，檳榔干基含水率在50%左右，不同溫度條件下干燥速率基本一致，此時檳榔形態已經不再發生變化。

檳榔烘干后進行質構測量，主要影響檳榔品質的參數是硬度、彈性和咀嚼性。

表2　不同溫度下檳榔干果質構對比Table 2　TPA test result of betel nut under different temperatures

由表2可知，在55℃的情況下，檳榔干果咀嚼性最低，檳榔品質最佳。由顯著性分析可知溫度對檳榔干果硬度、彈性有極顯著影響，對咀嚼性有顯著影響。由于45℃組干燥時間要比55℃組時間長，表皮纖維硬化，硬度和咀嚼性比55℃組要大；55℃后，溫度越高，檳榔干果硬度和咀嚼性越大，原因是檳榔干燥過程中隨著溫度的升高檳榔表皮硬化程度越高，干燥中后期內部水分還未完全排出表皮部分就已硬化，內部水分排出速率降低，干燥時間延長，表面硬度程度加劇。因此，選擇50、55、60℃作為溫度水平進行正交實驗。

2.2濕度對干燥特性的影響

不同濕度條件下檳榔溫度曲線和檳榔最大周長收縮情況如圖4和圖5所示。

圖4　不同濕度條件干燥曲線Fig.4　Drying curves of betel nut under different humidity注：A.干基含水率曲線，B.干燥速率曲線。

圖5　不同濕度條件下最大周長變化曲線Fig.5　Maximum perimeter change curve of betel nut under different humidity

如圖4所示，在相同的溫度、風速和初始含水率的條件下，濕度越高，干燥至相同含水率所需的時間越長。在環境濕度和檳榔濕度之間沒有達到平衡之前，存在一個濕度梯度差，這是推動內部水分由內向外遷移的動力之一，梯度差越大其推動力也就越大。濕度條件為70%RH時，檳榔干燥速率明顯要比其他組慢，原因是干燥環境濕度過高，檳榔內部水分不能快速排出，水分蒸發速度較慢。隨著濕度的降低，濕度梯度差逐漸加大，物料干燥時間逐漸縮短，但如果環境濕度過低，表面蒸發速度大于內部水分遷移速度，造成表面硬化，內部水分難以散發出來，如圖5所示，30%RH的濕度條件下，檳榔由于表面水分含量蒸發過快而硬化，40 h后檳榔表面已硬化，最大周長不再變化。

表3　不同濕度下檳榔干果質構對比Table 3　TPA test result of betel nut under different humidity

如表3所示，在60%RH的情況下，檳榔干果硬度和咀嚼性最低，檳榔品質最佳。由顯著性分析可知濕度對檳榔干果硬度有極顯著影響。60%RH開始，相對濕度越低，烘烤出來的檳榔干果硬度和咀嚼性越高，原因是干燥過程濕度越低，水分散失越快，檳榔表面硬化越迅速；70%RH時由于高濕度水分難以散發，干燥時間極大延長，檳榔表面經過持續烘烤硬化程度比60%RH組要高。因此，選擇50%、60%、70%RH作為濕度水平進行正交實驗。

2.3風速對干燥特性的影響

不同風速條件下檳榔干燥曲線和檳榔最大周長收縮情況如圖6和圖7所示。

圖6　不同風速條件干燥曲線Fig.6　Drying curves of betel nut under different wind speed

如圖6所示，在相同的溫度、濕度和初始含水率的條件下，隨著風速的增加，檳榔表面的水分蒸發速度加快，所需的干燥時間越短。風速過小時，由于濕度和溫度梯度差而產生的水蒸氣不能及時的被帶離干燥區域，導致干燥速率減慢，干燥時間延長；風速過大會迅速帶走干燥環境中的水蒸氣從而導致檳榔表皮硬化，內部水分難以排出，檳榔品質不佳。如圖7所示，在2.4 m/s的風速條件下，檳榔迅速收縮，表皮硬化后，最大周長變化非常的小，收縮程度相對于其他組有明顯差異。

圖7　不同風速條件下最大周長變化曲線Fig.7　Maximum perimeter change curve of betel nut under different wind speed

表4　不同風速下檳榔干果質構對比Table 4　TPA test result of betel nut under different wind speed

如表4所示，在1.2 m/s的情況下，檳榔干果硬度和咀嚼性最低，檳榔品質最佳。由顯著性分析可知風速對檳榔干果硬度、彈性和咀嚼性有極顯著影響。0 m/s條件下，風速過低難以帶走水分從而導致濕度過高，干燥時間極大延長，檳榔表面硬化程度比1.2 m/s組要高；風速在1.8 m/s時，迅速帶走了干燥環境中的水分，檳榔表面迅速硬化但內部水分還未排出，干果硬度比1.2 m/s組的高出1.4倍。因此，選擇0.6、1.2、1.8 m/s作為風速水平進行正交實驗。

2.4檳榔干燥工藝正交實驗結果

正交實驗方案及結果見表5，實驗方差分析見表6。

由表5可知，影響檳榔干果咀嚼性和最大周長收縮的因素主次順序為A＞C＞B，即溫度＞風速＞濕度，根據咀嚼性指標和最大收縮程度得到的優化水平組合為A2B2C2，即干燥條件為溫度55℃、濕度60%RH、風速1.2 m/s。在此條件下進行三次驗證實驗，得到檳榔干果咀嚼性（105N）為2.02±0.02，最大周長收縮為5.34 cm，優于表5中每一組實驗結果，因此，該優化組合為最佳選擇。

2.5檳榔煙熏條件的選擇

經過干燥特性的結果進行檳榔煙熏條件的選擇，在溫度為55℃、濕度60%RH、風速1.2 m/s的干燥條件下進行檳榔熏烤。

表5　正交實驗方案及結果Table 5　Orthogonal array design scheme and results

表6　正交實驗結果方差分析Table 6　Analysis of variance for the results of orthogonal array design

由圖8可以看出，檳榔進行煙熏的情況下干燥速率要比不進行煙熏的慢，原因是燃燒橡膠木片產生的煙霧濕度較高，達到檳榔濕度與環境濕度平衡的時間比不煙熏達到濕度平衡所需的時間長，檳榔在干燥前期由于濕度太高煙霧無法附著，上煙效果不明顯，為非必要煙熏時間。隨著含水率降低，環境濕度與檳榔濕度達到平衡狀態后，檳榔開始收縮，煙霧能快速滲透至檳榔內部，檳榔內部由于煙霧滲透呈淺棕色，煙熏風味濃郁。熏烤后期檳榔表皮硬化，表面已經布滿煙垢，繼續煙熏不能滲透入檳榔內部，只能附著于表面，不再提升檳榔黑果煙熏風味，這個階段屬于非必要煙熏時間，占全程干燥時間的1/2。由圖9可以看出，經過長時間的熏烤，檳榔表皮附著大量焦油并硬化，煙熏的組要比不進行煙熏的組最大周長更快達到穩定狀態，但最大周長變化沒有顯著性差異，不影響檳榔品質；優化煙熏組在獲得足夠的煙熏風味的前提下減少了干燥時間并獲得品質更佳的黑果。

圖8　不同煙熏條件下干燥曲線Fig.8　Drying curves of betel nut under differentsmoked conditions

圖9　不同煙熏條件下最大周長變化曲線Fig.9　Maximum perimeter change curve of betel nut under different smoked condition

為了驗證減少煙熏時長是否能提高檳榔品質，對不同煙熏條件的檳榔干果做質構測試。

表7　不同煙熏條件質構對比Table 7　TPA test result of betel nut under different smoked condition

由表7可以看出檳榔經過煙熏后硬度和咀嚼性會增加，原因是檳榔經過煙熏后表面附著的大量焦油，煙垢的附著增加了檳榔硬度和咀嚼性。全程煙熏的檳榔比優化煙熏時間的檳榔硬度高，全程煙熏的檳榔在熏烤后期煙霧已經無法滲透檳榔表面而附著在檳榔表面導致檳榔硬度增加。優化煙熏能減少煙垢的附著和減少有害物質殘留量，提升了黑果食用的安全性。由顯著性分析可知，煙熏過程對硬度、彈性和咀嚼性有極顯著性影響，對比優化煙熏與傳統煙熏的質構數據，檳榔黑果降低了近1/5的硬度和咀嚼性，減少了檳榔咀嚼時對口腔黏膜的傷害，也提升了檳榔口感，檳榔品質有較大提升。

表8　不同煙熏條件有害物質殘留量Table 8　Harmful material residues of betel nut under different smoked condition

由表8得出，減少煙熏時間能減少有害物質殘留量。苯并（α）芘、甲醛和二氧化硫是檳榔熏烤過程中附著的最主要的有害殘留物。苯并（α）芘是一種多環芳烴，通過食物或飲水進入體內，經過血液循環很快遍布于身體各個部位，是導致人體病變的誘變劑和致癌物［15］。二氧化硫對神經系統、呼吸系統、心血管系統、消化系統均有毒性［16］。甲醛的主要危害表現為對皮膚粘膜的刺激作用，烘烤過程高溫會使烘烤產品甲醛含量加大。采用煙熱分離的熏烤模式能極大的降低有害物質殘留量，由于較好的控制了溫度，優化煙熏的檳榔黑果不含有甲醛。在減少煙熏時間后檳榔干果未檢出苯并（α）芘。參照GB2762-2012《食品安全國家標準—食品污染物限量》中谷物及其制品苯并芘限量指標5.0 μg/kg［17］，傳統熏烤的檳榔干果苯并芘含量遠遠超出了標準限量，采用煙熱分離模式熏烤的檳榔干果苯并芘含量均在中國相關控制標準之內。二氧化硫和鉛由于檳榔鮮果中就有比較高的含量［18］，且由于檳榔鮮果存在個體差異，含量有所不同，熏烤過程并無大量附著，含量在DB46/T75-2007《食用檳榔》限量之內。

3　結論

實驗結果表明，影響檳榔干果咀嚼性和最大周長收縮的因素依次為：溫度、風速和濕度；溫度、風速和濕度對檳榔干果硬度和咀嚼性有顯著影響。對干燥工藝條件進行正交實驗，最終確定其工藝條件為溫度55℃、風速1.2 m/s和濕度60%RH，在此條件下檳榔干果硬度和咀嚼性最低，減少了食用者在咀嚼檳榔時檳榔纖維對口腔的傷害同時也提升了口感。

在最優干燥工藝條件下進行煙熏優化，通過減少煙熏時間從而減少有害物質的附著。優化煙熏后檳榔干果有害物質殘留量均符合相關標準，尤其是極大的降低了苯并（α）芘和甲醛含量，提高了檳榔安全品質；質構結果顯示，減少煙熏時長能降低檳榔硬度和咀嚼性，提高檳榔食用品質。

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Study on dying and smoking characteristic of betel nut

WU Shuo1，2，3，LI Zong-jun1，2，*，TAN Ya1，2，DU Sha1，2，HUANG Run-ting1，2，WU Jing1，2
（1.College of Food Science and Technology Hunan Agricultural University，Changsha 410128，China；2.Hunan Province Key Laboratory of Food Science and Biotechnology，Changsha 410128，China；3.Hainan Union Betelnut Industry Engineering Research Center，Haikou 570100，China）

To improve the quality of edible betel nuts，the edibel betel nut drying and smoking features in combination with new environmentally friendly edible betel nuts oven were studied.By controlling drying temperature，humidity and wind speed and the key point of the smoking process and by comparing TPA test results and changes of betel maximum circumference，the optimal baking process parameters were obtained. At the roasting environment：temperature at 55℃，humidity at 60%RH，and wind speed at 1.2 m/s，the betel nut could be produced with better quality in a shorter period of time.By controlling smoking time，the smoky flavor was maintained and the smoke time was reduced 1/2 as well，which reduced the amount of harmful residues and hardness of betel nut，and improved the quality of edible betel nut.

betel nut；processing；dry；smoked

TS201.1

B

1002-0306（2016）04-0288-07

10.13386/j.issn1002-0306.2016.04.049

2015－07－29

吳碩（1990-），女，碩士研究生，研究方向：食品生物技術，E-mail：momomows@163.com。

李宗軍（1968-），男，博士，教授，研究方向：食品生物技術，E-mail：hnlizongjun@163.com。