干燥技術在核桃加工中的應用

劉澄諭

（長江師范學院現代農業與生物工程學院，重慶404100）

核桃又名胡桃，是國內外栽培最為廣泛的一種食物，與腰果、榛子、扁桃并稱為世界“四大干果”[1]。我國是世界六大核桃生產國之一，年產量穩居世界第1位[2]。核桃中含有鈣、鐵、磷等多種微量元素和脂肪、蛋白質等生命必需品，以及胡蘿卜素、核黃素等多種維生素[3]，具有抗氧化之“王”的稱號[4]，在抗癌、抗衰老、降低膽固醇、防治心腦血管疾病及預防糖尿病等方面均有一定療效[5]。有研究表明，中老年人定期食用核桃可降低心臟病發病率并緩解心血管系統炎癥，表明核桃對人體非常有益。近幾年來，核桃年產量和銷量都呈上升階段，可見核桃深受老百姓的喜愛。

核桃從樹上采摘后，需放置于干燥且陰涼通風的地方，使最外層的青皮脫落，然后及時清洗核桃表面的青皮殘留和其他污染物，最后需對核桃進行干燥處理。而清洗后未及時進行干燥處理的核桃會因受潮等原因發生褐變、腐敗等現象，影響產品品質和后期銷售[6]。

干燥是核桃采后加工處理的重要環節之一。工業上廣泛使用的干燥方法多種多樣，按操作壓力大小可分為常壓干燥、真空干燥；按操作方法的差異可分為連續干燥和間歇干燥；按傳熱方式不同可分為輻射干燥、對流干燥、微波干燥和傳導干燥。

綜述了干燥技術在核桃中的應用并對不同干燥方法進行了詳細描述及分析，綜合對比了許多干燥方法，得出了較為完整的干燥流程，為核桃干燥行業的發展提供了理論參考。

1 干燥技術的基本概念

干燥是利用傳熱、滲透壓和相變等方式，使物料水分完全脫去的一種單元操作。在生產過程中，一般先用機械法最大限度地去濕，再進行物料干燥。

1.1 核桃干燥目的

1.1.1 延長貨架期

干燥可減少核桃水分含量、降低其水分活度，抑制微生物的生長繁殖，還可使核桃中能發生腐敗變質的酶失活，從而延長貨架期，達到長期貯藏核桃的目的。

1.1.2 便于貯運

干燥可使核桃水分含量降低、質量減少、體積縮小，從而達到節省包裝材料、運輸費用的目的。

1.1.3 加工工藝需要

干燥幾乎是食品加工過程中的必要操作流程，不僅可以去除食品中的水分，還有形成食品特有的色、香、味、形等作用[7]。

1.2 干燥機理

當物料中的含水量大于其平衡含水量時，若與干燥物質接觸，剛開始，物料中的水分分布均勻，但濕物料表面水分會產生汽化現象，導致物料內部與表面逐漸形成濕度差，此時物料內部的水分借助擴散作用向表面移動而在表面汽化，汽化的水分被消除分解，從而達到物料干燥的目的[7]。

2 常見干燥方法

2.1 常壓干燥

指物料在大氣壓下，溫度為100℃左右時，內部水分被加熱蒸發所失去的水分含量。該方法應用范圍最廣、操作簡單，且精準度極高，但只適用于揮發成分只有水的物料。

2.2 減壓干燥

指在密閉容器中對物料進行抽真空后再進行干燥的一種方法。物料表面蒸氣壓一定要大于干燥介質中的蒸氣分壓才能使干燥順利進行，壓差越大，干燥過程進行得越快。該方法的優點是溫度不高，產品質地疏松易粉碎，降低了空氣對產品可能產生不良影響的幾率。

2.3 噴霧干燥

指用霧化器將物料水分分散成霧滴，使其與熱空氣等干燥介質相接觸，并在熱干燥介質中將溶劑迅速蒸發，加工成小顆粒粉末狀干燥產品的過程[8]。此方法可降低產品產生的熱效應，能使產品的營養品質得到保障，且干燥后的產品含水量低[9]，有利于長時間貯藏。此外，干燥所需時間短、溫度較低，能簡化工藝流程，適用于連續化生產，均勻度好[10]，但該方法也存在能量消耗大、熱效率較低、占地面積大、易于黏壁、清洗困難等缺點。

2.4 沸騰干燥

沸騰干燥又名流化干燥，是流化技術在干燥領域中的新發展，適用于干燥食品、藥物等，具有產量高、干燥效率高、所得產物干燥均勻、操作簡單、占地面積較小、所需干燥溫度不高等優點，適用于同類產品的連續化生產。但干燥室內洗滌麻煩，特別注意不能用于有色顆粒的干燥，且干燥后細粉比例較大。

2.5 冷凍干燥

冷凍干燥又稱真空冷凍干燥，簡稱凍干，其干燥原理是根據熱力學中的平衡理論實現的。該方法能夠較好地保持食品的營養價值、風味、口感及組織狀態，加工過的食品有較好的復水性，能延長食品保質期，且熱能利用率較高，應用前景十分廣闊，但生產過程中需要嚴格把控溫度，且環境必需處于高度真空狀態，因此生產成本較高[11]。

2.6 紅外線干燥

紅外線干燥又稱輻射干燥，是指運用紅外線輻射的方法使物料中的水分因汽化損失而達到干燥物料的目的。該方法具有熱效率高、干燥速度快、能量利用率高、節省裝置空間等優點，但水蒸氣容易吸收紅外線而遭到損失[12]。

2.7 微波干燥

微波干燥又稱介電加熱干燥，是一種內部加熱的方法，所應用的輻射是波長大于紅外線的微波。該方法干燥時間短、穿透性強、設備體積小、節省空間[13]，可得到干燥均勻的物料，且加熱干燥過程迅速、控制靈敏[14]，但能源費用大。

2.8 真空干燥

真空干燥又名解析干燥，是一種將物料置于密封的干燥室中，用抽真空系統抽去真空部分，使物料內的水分子擴散到表面而被真空泵抽走的過程[15]。該方法速度快、時間短、通用性較好、干燥溫度低；能避免污染或氧化變質，且成本低、無污染、可靠性高、干燥較為徹底，但設備投資和動力消耗相對其他干燥技術較高[16]。

2.9 氣流干燥

氣流干燥指將濕物料粉碎后加入到干燥筒內，在高速熱氣流的輸送和分散中，與其充分混合，使濕物料中的濕分蒸發并被分散為微粒，從而獲得粉狀或粒狀干燥產品的過程[17]。該方法具有干燥時間短、干燥耗能低、所得產物品質好等優點；缺點是成本高、技術要求高，大規模化實現困難。

2.10 高頻干燥

將濕物料置于高電壓、高頻電磁場中，通過電介質發熱而使物料均勻加熱達到干燥的方法。該方法可用于羊毛、木材、橡皮、塑料等物料的干燥。能在低溫下快速干燥木材，具有干燥缺陷少、自動化程度高等特點[18]，但干燥對象有局限性。

3 干燥技術在核桃中的應用

3.1 自然干燥法

自然干燥主要是利用太陽輻射熱能或自然界的風力，在自然條件下對核桃進行干燥。該方法首先需要將核桃洗凈，然后放在簸箕上，在陰涼地晾曬半天左右，需要注意的是核桃不能立即在陽光下暴曬，否則核桃殼會爆裂，影響品質；待大量水分散失后再把核桃放到太陽下攤曬，核桃擺放的厚度不能超過2～3層，晾曬過程中需要經常翻動核桃，使其達到干燥均勻、色澤相近的效果，晚上最好收回室內以免遭到雨淋使其受潮變質，晾曬時間為7～10 d[19]。核桃若相互敲碰聲音脆響，核桃仁油乳白色變為黃褐色，則核桃已達到干燥。該方法操作簡單、成本低廉、經濟適用且不受場地限制，但受天氣影響較大，干燥程度很難控制，脫水效果差，導致核桃品質不均一，且容易受到環境污染、微生物侵蝕，進而導致核桃品質降低[20]。

3.2 人工烘干法

可將收獲后的核桃攤在干燥室內的架子上，用屋內的火爐烘干。核桃攤放厚度不能超過15 cm，過厚導致烘烤不均勻、不便于翻動，過薄則易燒焦或裂開。烘烤溫度一般設為25～30℃，在烘干過程中不能關閉天窗，否則無法將水蒸氣排除；烘烤4～5 d后將溫度上升至35～40℃，即可關閉天窗，在此過程中不要翻動核桃；待烤干至七八成干時，將溫度下降到30℃左右，繼續烘烤至核桃外殼表面無水時再慢慢翻動；越接近干燥，翻動核桃的次數越多。烘烤溫度的選擇要先低后高，并且不能超過40℃。溫度過高會使核仁內脂肪變質，導致核桃貯藏幾周后腐敗而不能食用[21]。該方法具有節約能源、操作方便、成本低等特點，但需要耗費大量人力資源，稍有不當就會影響核桃品質[22]。

3.3 熱風干燥法

指在烘干室內通入熱風使空氣流速加快，逐漸帶走物料內水分，使物料內部含水量下降而實現干燥的一種技術。將熱風爐、循環風機放置在烘干房的后側，再將核桃洗凈瀝水后均勻平鋪在網狀托盤上，用隔熱板與核桃隔離開，烘干房前側放置待烘干的核桃，用鼓風機將熱風吹入放置核桃的一側，通過流動的熱空氣，能將核桃中的水分帶走，從另一側排出[23]。在此過程中烘箱的干燥溫度不宜過高，在40～50℃，否則會使核桃果肉內的脂肪變質，烘箱的風速在0.5～2.0 m/s[24]。研究表明，該干燥方法下對核桃的主要影響因素有3個：溫度、風速、核桃種類。溫度越高，干燥時間越短；風速越大，干燥時間越短。溫度和風速對干燥過程的主要影響都在前期，因此干燥前期可以適當提高溫度和風速，干燥后期可適當降低這2個數值[25]。該方法可控性高，相對前2種方法能減少烘干時間，且操作簡單。但干燥時間較長、效率低。

3.4 射頻干燥法

射頻干燥也叫高頻干燥，是一種用頻率介于0.003～300.000 MHz的電磁波照射物料的方法。當電磁波照射物料內部時，會引起電離子運動，由于電離子在物料內部的遷移導致電能向熱能的轉換，從而達到干燥的效果[26]。將核桃放入容器中或放在堆疊的4層物料盤中，再將盛有核桃的容器或物料盤擺放在射頻腔中，通過設定參數條件來達到干燥核桃的目的。用頻率為27 MHz，功率為6 kW的射頻系統對核桃進行射頻干燥，一段時間后，核桃的水分含量下降，趨近于絕干物質[27]。在頻率相同的情況下，核桃隨溫度的升高，介電常數和穿透深度升高，介電損耗因子下降；隨著頻率的升高，介電常數和穿透深度下降，而介電損耗因子升高[28]。該方法能量穿透深度大、設備投資相對較小，且干燥過程可以附帶比較明顯的殺蟲和滅菌效果[29]，但存在熱偏移現象[30]。

3.5 遠紅外干燥法

遠紅外干燥技術是利用波長范圍在25～1 000 um的紅外線照射物料[31]，分子的熱振動產生的輻射能將能量傳遞到物料上，利用空氣作為介質帶走物料表面的水分，使物體溫度升高，內外濕度差推動內部水分往外擴散，使其在表面汽化，從而達到干燥物料的目的[32]。用遠紅外干燥機對核桃進行干燥，首先設置好遠紅外干燥機的參數。遠紅外干燥機的加熱腔溫度設置不超過60℃[33]，所以可設置加熱腔溫度為60℃，遠紅外發射管功率可設為800 W[34]。將核桃平鋪在架板上，打開加熱開關，核桃由進料口送入加熱腔體后均勻輸送到出料口，然后將托盤再次放入到進料口對其進行加熱，重復這一過程直至核桃的干燥濕基含水率不超過1.5%[35]。該方法具有節約能源、干燥速度快、干燥效率高、物料吸熱均勻、化學分解作用小和食品原料不易變性等優點，干燥過程中能較好地保持核桃中的營養成分不被破壞，使核桃有較長的保質期。但該方法在堅果類食品中應用較多，在核桃領域研究較少，所以參數條件設置還有待進一步研究和完善。

3.6 氣體射流沖擊干燥法

將具有一定壓力的加熱氣體，經某種形狀的噴嘴噴出，并直接沖擊到需干燥物料表面的一種干燥技術[36]。首先，需建立一個氣體射流沖擊干燥設備，具體結構及原理可參考文獻[37]。其次，將核桃均勻單層平鋪于金屬篩網中，設置干燥參數。干燥溫度為40，50，60℃，由溫度控制器調節，干燥介質風速為11，12，13 m/s[38]，通過初試驗，得到最佳干燥效果的參數為溫度50℃，介質風速13 m/s。要注意的是在核桃的干燥過程中，需將其盛放在一個薄層帶蓋的金屬網篩中并且要擺放均勻，以免物料被高速氣流吹散[39]。溫度對核桃氣體射流沖擊干燥的各個階段影響較大，溫度越低，水分比下降越慢，干燥速率越低。風速對干燥時長基本無影響，但對于表面水分汽化階段的速率具有一定影響，能在這一階段使干燥速率加快，但對內部水分轉移階段的干燥速率幾乎無影響。判斷干燥標準：將金屬篩網從干燥室中取出，用天子天平稱質量，稱質量用時少于20 s。具體稱質量時間為前5 h內每30 min測定，之后每1 h測定，直至樣品含水率降到8%左右為止[40]。該方法具有傳熱性好、熱效率高、對流換熱系數大、產品質量高、節能、耗能低等優點，在核桃干燥方面應用前景較為廣闊[41]。

3.7 微波干燥法

收獲核桃后，用專用錘子敲擊核桃至外殼裂而不碎的程度，可防止干燥過程中因核桃的爆殼而引起核桃外觀品質下降[42]，且便于干燥后核桃的剝殼。然后將一定量的核桃單層平鋪于耐熱的微波器皿中，再放入微波爐干燥腔內對其進行干燥處理。通過設置參數對核桃進行干燥，以確定微波干燥核桃各因素適宜范圍。用單因素試驗和二次回歸正交試驗與分析，確定微波干燥核桃的最佳參數條件，即前期微波功率密度設置為6.5 kW/kg，而微波功率密度在后期需調整為3.3 kW/kg[43]。若微波功率密度較大，核桃在干燥前期極易出現爆殼現象，且干燥后果殼呈焦黑色，導致感官品質明顯下降；若微波功率密度較低，則干燥所需時間長，干燥效率低。試驗過程中每隔1 min取出核桃，用分析天平測定其質量，再放回微波爐內繼續干燥，直至物料含水率達到干基含水量以下。微波干燥技術具有高效率、高品質、節省能源、清潔衛生和易實現自動化控制等優點，在干燥領域得到了普遍應用[44]。

4 結語

影響微生物生長和酶作用的關鍵因素是水，農產品或新鮮食品會因為水分含量過高而很快變質[45]。若是在陰雨天氣或一些其他因素的影響條件下收獲核桃容易導致核桃的霉變，影響核桃的品質。因此，加速核桃干燥技術的普及應用有利于解放我國農村生產力，提高我國核桃的產量和市場競爭力。

4.1 存在問題

目前，核桃研究人才缺乏，急需大量科技型人才，加上干燥設備和技術的不成熟，導致干燥技術一直未能有很大進步，且核桃加工技術難以實現自動化生產、核桃殼破碎率高、干燥均勻性差、干燥條件控制精準度低等也是干燥核桃技術中的難題[46]。

4.2 未來展望

核桃作為一種農業經濟作物，具有超高的營養價值和豐富的營養素，深受廣大消費者的喜愛[47]。核桃的市場還在不斷擴大，需不斷完善各項技術。我國目前需要更專業化、工廠化、規模化、自動化的生產與加工，就核桃干燥技術的發展而言，還需考慮以下2個方面。

（1）完善各干燥技術。通過查閱各文獻，發現現有的核桃干燥技術條件還有許多不足之處，包括干燥流程、設備、干燥參數等還需進一步提高和完善。

（2）研發新型干燥技術。目前，工業上干燥的方法有許多，且技術也相對較為成熟，可把這些干燥方法運用到干燥核桃這一領域。