不同干燥方式對澳洲堅果品質的影響

任二芳，劉功德，艾靜汶，程三紅，羅朝丹，羅小杰

（廣西壯族自治區亞熱帶作物研究所，廣西 南寧 530001）

澳洲堅果（Macadamia ternifolia F. Muell.）屬山龍眼科澳洲堅果屬長綠喬木果樹，其果實由外殼（青皮）、果殼（木質硬殼）和果仁組成，果仁香脆可口，同時營養價值極高，享有“干果皇后”的美譽，其脂肪含量高達80%以上[1-2]，其中不飽和脂肪酸占總脂肪酸的84%，同時富含碳水化合物、鈣、磷、鐵、B 族維生素、蛋白質等。長期食用澳洲堅果，有助于降低血漿總膽固醇、防止動脈硬化、預防心血管疾病和抗衰老等[3-4]。 截至2016年底，我國澳洲堅果種植面積超過31.5 萬hm2，位居世界第一。 新鮮的澳洲堅果含水量高達約32%[5]，因其含水量較高不宜長時間放置，故需盡快進行脫皮和干燥處理，有助于延長貯藏時間[6-7]。 可見干燥是澳洲堅果主要的保存技術，同時，市場上的澳洲堅果產品也主要以烘烤即食性干果產品形式出現，因此未及時干燥或干燥方法不當使得澳洲堅果在保存和加工過程中極易遭遇發霉和發芽問題， 從而造成巨大的經濟損失。 因此，亟需探索不同的干燥方式對澳洲堅果品質的影響。

傳統上，少量的澳洲堅果采用自然晾曬的方式進行干燥，這種方式雖然經濟實用，但其存在干燥周期長、易受天氣影響等弊端。 隨著技術的發展，澳洲堅果的干燥方式日趨繁多。 目前，主要采用微波輔助熱空氣干燥[8]、射頻干燥[5]、熱風干燥[9]、風機強制風干和熱風為一體的二步干燥[10]、熱泵干燥等多種干燥方法。其中熱泵干燥是一種通過利用低品位熱能進行干燥加工的裝置，其原理與制冷機相類似，按照逆卡諾循環工作，在工作時自身消耗一部分能量，同時將環境中儲存的部分能量加以利用，借助傳熱工質循環系統提高溫度進行干燥。 因而熱泵干燥可以有效節約資源，節能環保[11]。同時熱泵干燥能較好保留干燥產品中的熱敏性物質不被破壞[12]，目前已廣泛應用于食品、藥品生產中。 熱風干燥是一種以流動的熱空氣作為干燥介質，將熱量傳遞給物料的同時帶走物料水分的干燥方式。 這種干燥方式有著操作容易、投入少、成本低、設備維修快捷、可干燥多種類型和性質的物料等優點，在各個行業得到廣泛應用， 是目前最常用的干燥方式。 熱風干燥的溫度范圍一般在60 ℃～120 ℃之間[13]。但由于新鮮澳洲堅果含水率高、 果仁含油量也極高，過高的干燥溫度會導致果仁發生褐變反應，影響果仁產品質量。 因此，一般選用低溫的干燥工藝烘干澳洲堅果。 超聲波協同干燥是將超聲波協同其它干燥方式的一種干燥手段，例如：超聲波熱風干燥、超聲波冷凍干燥和超聲波紅外干燥等[14]。 超聲波因其與物料相互作用可產生熱效應、機械效應和空化效應，從而可強化物料的干燥過程， 確保干燥物料品質的前提下，有效地提高干燥速率，目前越來越多的研究者將超聲波應用在食品干燥方面[15]。

Borompichaichartkul C 等[6]采用熱泵干燥（40 ℃）和熱風干燥（50 ℃～70 ℃）相結合的復合干燥工藝，對澳洲堅果快速干燥的可行性進行了研究。 在烘干溫度40 ℃～60 ℃， 氮氣和常壓空氣為干燥介質的試驗條件下， 研究了氣調條件下澳洲堅果多級熱泵干燥工藝，并對干燥過程的能耗、干燥動力學、干果品質（含水率、酸敗度、色澤）進行了探究。 刁卓超等[17]研究了40、50、60 ℃對澳洲堅果進行熱風干燥，建立了3 個溫度下果殼、果仁、帶殼堅果的熱風干燥動力學方程，并分析了干燥過程中果殼、果仁、帶殼堅果的干燥特性及果殼和果仁的相互影響。 王云陽[5]對澳洲堅果進行了熱風輔助射頻干燥的可行性試驗研究，并進行了大量基礎性的研究工作，為射頻干燥技術的應用提供了理論基礎。Gamboa-Santos 等[18]設計了一種超聲波熱風組合干燥試驗平臺，并以蘋果丁為試驗材料，研究發現與單獨的熱風干燥相比，超聲波熱風組合干燥時間縮短了35%，并且提高了脫水蘋果丁中維生素B1、維生素B2、維生素B3和維生素B6的含量。 不同干燥方式對澳洲堅果品質影響巨大，目前關于不同干燥方式對澳洲堅果品質影響的研究較少，因此，本文通過采用自然晾曬、熱泵干燥、熱風干燥和超聲協同熱風干燥，研究這4 種干燥方式對澳洲堅果果仁的水分、色澤、質地、酸價、過氧化值和不飽和脂肪酸的影響，旨在篩選獲得較優的澳洲堅果干燥方式，從而為澳洲堅果工業化的采后初加工提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

澳洲堅果青皮果：品種為桂熱5 號（OC），于2019年10 月采于廣西扶綏夏果種植有限責任公司； 異丙醇、乙醚、乙醇、冰乙酸、石油醚（分析純）：天津市富宇精細化工有限公司；碘化鉀（分析純）：國藥集團化學試劑有限公司；硫代硫酸鈉（分析純）：天津市大茂化學試劑廠；氯化鈉（分析純）：天津市鼎盛鑫化工有限公司；甲醇（色譜純）：德國CNW技術有限公司。

1.2 儀器與設備

DHG-9070A 電熱恒溫鼓風干燥箱：上海精宏實驗設備有限公司；L3.5TB1 熱泵干燥機：廣東威爾信實業有限公司；KQ-600DE 型數控超聲波清洗器：昆山市超聲儀器有限公司；CR-400 色彩色差計：日本柯尼卡美能達公司；TMS-Touch 質構儀：美國Food Technology公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 工藝流程

1.3.2 澳洲堅果預處理

選擇無病蟲害的澳洲堅果脫青皮，然后將脫青皮后的澳洲堅果進行自然風吹24 h， 使得澳洲堅果水分含量為12%左右。

1.3.3 超聲波處理

將預處理后的澳洲堅果進行超聲波處理，選用超聲波功率為600 W，水溫為35 ℃，處理時間為20 min。

1.3.4 干燥

1）自然晾曬：將預處理后的澳洲堅果直接放置到陽光下晾曬，晾曬的澳洲堅果厚度為一層，晾曬過程中1 d 翻動兩次澳洲堅果，以達到均勻干燥、色澤一致的效果，晾曬周期為10 d。

2）熱泵干燥：預處理后的澳洲堅果直接進行熱泵干燥，采用逐級升溫降濕干燥，先38 ℃濕度35%干燥24 h，再42 ℃濕度25%干燥24 h，最后50 ℃濕度15%干燥24 h，干燥過程中1 d 翻動一次澳洲堅果，烘盤的放置位置1 d 上下換動一次。

3）熱風干燥：預處理后的澳洲堅果直接進行熱風干燥，采用逐級升溫干燥，先38 ℃干燥24 h，再42 ℃干燥24 h，最后50 ℃干燥24 h，干燥過程中1 d翻動一次澳洲堅果，烘盤的放置位置1 d 上下換動一次。

4）超聲協同熱風干燥：將預處理后的澳洲堅果進行超聲波處理，處理后再進行熱風干燥，采用逐級升溫干燥，先38 ℃干燥24 h，再42 ℃干燥24 h，最后50 ℃干燥24 h，干燥過程中1 d 翻動一次澳洲堅果，烘盤的放置位置1 d 上下換動一次。

1.4 相關指標測定方法

1.4.1 水分含量的測定

參照GB 5009.3—2016《食品安全國家標準食品中水分的測定》。

1.4.2 色澤的測定

使用色差計測定樣品的明度值L*、紅綠值a*、黃藍值b*，樣品平行測定8 次，剔除最大值和最小值，取平均值。色差值ΔE 按以下公式計算，表示干燥后樣品與新鮮樣品的顏色差值。 公式中L*、a*、b*為干燥后樣品的測定值，L0、a0、b0為新鮮樣品的測定值。

1.4.3 硬度和脆度的測定

采用質構儀測定樣品的硬脆度，探頭型號用盤型擠壓探頭432-010，測試條件為：起始力為1.5 N，檢測速度50 mm/min，形變百分量50，探頭回升到樣品表面上面的高度為30 mm。 每個處理平行測定3 次。

1.4.4 酸價的測定

酸價的測定參照GB 5009.229—2016《食品安全國家標準食品中酸價的測定》。

1.4.5 過氧化值的測定

過氧化值的測定參照GB 5009.227—2016《食品安全國家標準食品中過氧化值的測定》。

1.4.6 油酸的測定

油酸的測定參照GB 5009.168—2016《食品安全國家標準食品中脂肪酸的測定》第三法。

1.4.7 棕櫚油酸的測定

棕櫚油酸的測定參照GB 5009.168—2016《食品安全國家標準食品中脂肪酸的測定》第三法。

1.5 數據處理

所有數據均使用OriginPro 2016 和Excel 2016 處理，并采用SPSS 22.0 數據處理軟件進行單因素方差分析（p＜0.05）。

2 結果與分析

2.1 不同干燥方式對澳洲堅果果仁水分含量的影響

不同干燥方式下澳洲堅果果仁的水分含量隨干燥時間變化的結果如圖1 所示。

圖1 不同干燥方式對澳洲堅果果仁水分含量的影響Fig.1 Effects of different drying methods on the moisture content of macadamia nuts

從圖1 可以看出在干燥72 h 內，隨著干燥時間的延長，不同干燥方式下澳洲堅果果仁的水分含量均呈現下降趨勢，在干燥初期，澳洲堅果果仁水分含量急劇下降。 干燥54 h 后，水分含量變化平緩，干燥72 h時，熱泵干燥、熱風干燥和超聲協同熱風干燥的澳洲堅果果仁水分含量分別為1.92%、2.56%、2.00%， 而自然晾曬的澳洲堅果果仁水分含量下降緩慢， 僅為5.38%，繼續晾曬10 d 后，水分含量降至2.88%。 干燥后的澳洲堅果（帶殼堅果）含水率降至3%以下，可避免果仁氧化變質，延長堅果產品的儲存時間并提高堅果仁的整仁率[19]。

2.2 不同干燥方式對澳洲堅果果仁色澤的影響

L*值表示樣品的亮度，值越大，表明樣品越亮；a*值代表樣品的紅綠度，值越大，表明樣品越紅；b*值表示樣品的黃藍度，值越大，表示樣品越黃。 4 種干燥方式對澳洲堅果果仁色澤的影響如表1 所示。

表1 不同干燥方式對澳洲堅果果仁色澤的影響Table 1 Effects of different drying methods on the color of macadamia nuts

不同干燥方式的澳洲堅果果仁L*值分布在77.80～79.22 之間， 其中自然晾曬的澳洲堅果果仁L*值為79.22±0.27 顯著高于超聲協同熱風干燥和熱風干燥的果仁（p＜0.05），超聲協同熱風干燥與熱泵干燥的果仁L*值之間無顯著差異（p＞0.05）；自然晾曬的澳洲堅果果仁a*值為3.00±0.06、b*值為25.84±0.20 均最小，且顯著低于其它3 種干燥方式的果仁（p＜0.05），其它3 種方式干燥的澳洲堅果果仁的a*值、b*值之間均不存在顯著差異（p＞0.05）；同時，自然晾曬的果仁ΔE 值為1.12±0.25 顯著低于其它3 種干燥方式的果仁（p＜0.05）， 超聲協同熱風干燥和熱泵干燥的果仁ΔE 值之間差異不顯著（p＞0.05）。 分析原因是高水分的澳洲堅果在較高溫度下干燥時易發生褐變，這主要是由于非酶促反應（美拉德反應）引起的[6]，溫度升高可促進澳洲堅果果仁中的蔗糖水解為葡萄糖和果糖，從而導致澳洲堅果果仁發生更強烈的褐變[20]。因此，從干燥前后澳洲堅果果仁色澤變化的角度來看，自然晾曬對澳洲堅果果仁的色澤影響最小。

2.3 不同干燥方式對澳洲堅果果仁質地的影響

硬度和脆度是評價干燥后澳洲堅果的重要感官指標。 不同干燥方式對澳洲堅果果仁的硬度和脆度影響分別如圖2、圖3 所示。

圖2 不同干燥方式對澳洲堅果果仁硬度的影響Fig.2 Effects of different drying methods on the hardness ofmacadamia nuts

圖3 不同干燥方式對澳洲堅果果仁脆度的影響Fig.3 Effects of different drying methods on the brittleness of macadamia nuts

從圖2 可知，4 種干燥方式干燥的澳洲堅果果仁硬度隨著干燥時間的延長均呈下降趨勢，干燥結束果仁硬度從小到大依次為熱泵干燥<超聲協同熱風干燥<熱風干燥<自然晾曬，同時4 種不同干燥方式得到的果仁硬度之間均存在顯著性差異（p＜0.05）。

從圖3 可以看出，隨著干燥時間的延長，澳洲堅果果仁脆度均逐漸增加，不同方法干燥結束時果仁的脆度大小為熱泵干燥＞超聲協同熱風干燥＞熱風干燥＞自然晾曬，其中熱泵干燥與超聲協同熱風干燥的果仁脆度差異不顯著（p＞0.05），自然晾曬的果仁脆度顯著低于其它3 種方式干燥的果仁（p＜0.05）。 這是由于自然晾曬容易受到外部環境天氣的影響，同時相較于機械干燥，自然晾曬的干燥溫度也較低。 因此自然晾曬的果仁硬度較大，脆度較小，然而熱泵干燥的澳洲堅果果仁的硬度最小，果仁最脆口，其次是超聲協同熱風干燥的果仁脆口性較好。

2.4 不同干燥方式對澳洲堅果果仁酸價和過氧化值的影響

不同干燥方式對澳洲堅果果仁酸價和過氧化值的影響如表2 所示。

表2 不同干燥方式對澳洲堅果果仁酸價和過氧化值的影響Table 2 Effects of different drying methods on acid value and peroxide value of macadamia nuts

酸價和過氧化值是評價堅果品質的重要指標。酸價反映的是脂肪水解產物的含量，即脂肪水解的程度，即酸價的大小表示的是游離脂肪酸總量的多少[21]。由表2可以看出，熱泵干燥的果仁酸價（0.03±0.005）mg/g 顯著低于其它3 種干燥方式（p＜0.05），熱風干燥的果仁酸價[（0.09±0.004）mg/g]顯著高于其它方式干燥的果仁（p＜0.05）。 過氧化值是衡量油脂早期氧化程度的重要指標，油脂氧化反應所生成的氫過氧化物是油脂氧化酸敗的關鍵產物[21]，因此過氧化值的大小可作為評定澳洲堅果品質優劣的重要指標，本試驗中熱風和熱泵干燥的果仁過氧化值顯著高于自然晾曬和超聲協同熱風干燥的果仁（p＜0.05），但經查閱GB 19300—2014《食品安全國家標準堅果與籽類食品》，本試驗中不同方法干燥的澳洲堅果果仁的酸價和過氧化值均遠低于該標準規定的最大值[酸價（KOH）≤3 mg/g，過氧化值≤0.08 mg/g]， 這是由于堅果中的油脂氧化反應包括發生、發展和終止3 個連續階段，在發生階段一旦從脂肪酸分子中產生大量的反應自由基，它們將和氧反應形成過氧化基（ROO-），這些過氧化基依次和不飽和油脂反應形成過氧化物，然而當自由基的濃度達到很高時，連鎖反應將會停止進入終止階段，自由基方向趨向反應端[10]。 因此，澳洲堅果經過干燥后，其過氧化值很低，從而使得澳洲堅果在進一步加工和保存中的質量得到保證。

2.5 不同干燥方式對澳洲堅果果仁不飽和脂肪酸的影響

澳洲堅果含油量高，不飽和脂肪酸所占比例高達80%以上，主要為油酸和棕櫚油酸，是木本堅果中含有大量棕櫚油酸的重要品種[22-24]。 不同干燥方式對澳洲堅果果仁油酸和棕櫚油酸的影響如表3 所示。

表3 不同干燥方式對澳洲堅果果仁油酸和棕櫚油酸的影響Table 3 Effects of different drying methods on oleic acid and palmitoleic acid of macadamia nuts

由表3 可知，自然晾曬、熱泵干燥、熱風干燥、超聲協同熱風干燥的澳洲堅果果仁之間的油酸和棕櫚油酸含量均呈現顯著差異（p＜0.05），這4 種方式干燥的澳洲堅果果仁的油酸含量分布在39.00 g/100 g～44.10 g/100 g 之間， 油酸含量大小依次為熱泵干燥＞超聲協同熱風干燥＞熱風干燥＞自然晾曬，棕櫚油酸含量分布在9.49 g/100 g～10.90 g/100 g 之間，棕櫚油酸含量大小順序為熱泵干燥＞超聲協同熱風干燥＞自然晾曬＞熱風干燥。 由此可見，熱泵干燥方式對澳洲堅果果仁的油酸和棕櫚油酸影響最小。

3 結論

本文對比研究了自然晾曬、熱泵干燥、熱風干燥和超聲協同熱風干燥4 種干燥方式對澳洲堅果果仁水分含量、色澤、硬度和脆度、酸價和過氧化值、油酸和棕櫚油酸的影響，結果表明經過72 h 熱泵干燥得到的澳洲堅果果仁水分含量最低，硬度與酸價最小，油酸和棕櫚油酸含量最高，與其它3 種方式干燥的果仁間，存在顯著差異，同時果仁脆度最大，但與超聲協同熱風干燥的果仁無顯著差異。 自然晾曬對澳洲堅果果仁的色澤影響最小且顯著低于其它3 種干燥方式。 超聲協同熱風干燥和自然晾曬對澳洲堅果果仁的過氧化值影響最小且顯著小于其他兩種干燥方式。 對比這4 種干燥方式可見，自然晾曬方式雖然能較好地保持澳洲堅果果仁色澤，但易受天氣影響且干燥周期長，不適合工業化生產，熱泵干燥方式不僅能提升干燥效率還能較好地保持澳洲堅果品質，同時超聲協同熱風干燥方式明顯優于熱風干燥，但超聲對澳洲堅果的作用機理還有待進一步深入研究。