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(qū)亞熱帶作物研究所,廣西 南寧 530001)
澳洲堅(jiān)果(Macadamia ternifolia F. Muell.)屬山龍眼科澳洲堅(jiān)果屬長(zhǎng)綠喬木果樹,其果實(shí)由外殼(青皮)、果殼(木質(zhì)硬殼)和果仁組成,果仁香脆可口,同時(shí)營(yíng)養(yǎng)價(jià)值極高,享有“干果皇后”的美譽(yù),其脂肪含量高達(dá)80%以上[1-2],其中不飽和脂肪酸占總脂肪酸的84%,同時(shí)富含碳水化合物、鈣、磷、鐵、B 族維生素、蛋白質(zhì)等。長(zhǎng)期食用澳洲堅(jiān)果,有助于降低血漿總膽固醇、防止動(dòng)脈硬化、預(yù)防心血管疾病和抗衰老等[3-4]。 截至2016年底,我國(guó)澳洲堅(jiān)果種植面積超過31.5 萬hm2,位居世界第一。 新鮮的澳洲堅(jiān)果含水量高達(dá)約32%[5],因其含水量較高不宜長(zhǎng)時(shí)間放置,故需盡快進(jìn)行脫皮和干燥處理,有助于延長(zhǎng)貯藏時(shí)間[6-7]。 可見干燥是澳洲堅(jiān)果主要的保存技術(shù),同時(shí),市場(chǎng)上的澳洲堅(jiān)果產(chǎn)品也主要以烘烤即食性干果產(chǎn)品形式出現(xiàn),因此未及時(shí)干燥或干燥方法不當(dāng)使得澳洲堅(jiān)果在保存和加工過程中極易遭遇發(fā)霉和發(fā)芽問題, 從而造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。 因此,亟需探索不同的干燥方式對(duì)澳洲堅(jiān)果品質(zhì)的影響。
傳統(tǒng)上,少量的澳洲堅(jiān)果采用自然晾曬的方式進(jìn)行干燥,這種方式雖然經(jīng)濟(jì)實(shí)用,但其存在干燥周期長(zhǎng)、易受天氣影響等弊端。 隨著技術(shù)的發(fā)展,澳洲堅(jiān)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(fēng)干燥[9]、風(fēng)機(jī)強(qiáng)制風(fēng)干和熱風(fēng)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(jìn)行干燥加工的裝置,其原理與制冷機(jī)相類似,按照逆卡諾循環(huán)工作,在工作時(shí)自身消耗一部分能量,同時(shí)將環(huán)境中儲(chǔ)存的部分能量加以利用,借助傳熱工質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)提高溫度進(jìn)行干燥。 因而熱泵干燥可以有效節(jié)約資源,節(jié)能環(huán)保[11]。同時(shí)熱泵干燥能較好保留干燥產(chǎn)品中的熱敏性物質(zhì)不被破壞[12],目前已廣泛應(yīng)用于食品、藥品生產(chǎn)中。 熱風(fēng)干燥是一種以流動(dòng)的熱空氣作為干燥介質(zhì),將熱量傳遞給物料的同時(shí)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(shè)備維修快捷、可干燥多種類型和性質(zhì)的物料等優(yōu)點(diǎn),在各個(gè)行業(yè)得到廣泛應(yīng)用, 是目前最常用的干燥方式。 熱風(fēng)干燥的溫度范圍一般在60 ℃~120 ℃之間[13]。但由于新鮮澳洲堅(jiān)果含水率高、 果仁含油量也極高,過高的干燥溫度會(huì)導(dǎo)致果仁發(fā)生褐變反應(yīng),影響果仁產(chǎn)品質(zhì)量。 因此,一般選用低溫的干燥工藝烘干澳洲堅(jiān)果。 超聲波協(xié)同干燥是將超聲波協(xié)同其它干燥方式的一種干燥手段,例如:超聲波熱風(fēng)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(chǎn)生熱效應(yīng)、機(jī)械效應(yīng)和空化效應(yīng),從而可強(qiáng)化物料的干燥過程, 確保干燥物料品質(zhì)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(yīng)用在食品干燥方面[15]。
Borompichaichartkul C 等[6]采用熱泵干燥(40 ℃)和熱風(fēng)干燥(50 ℃~70 ℃)相結(jié)合的復(fù)合干燥工藝,對(duì)澳洲堅(jiān)果快速干燥的可行性進(jìn)行了研究。 在烘干溫度40 ℃~60 ℃, 氮?dú)夂统嚎諝鉃楦稍锝橘|(zhì)的試驗(yàn)條件下, 研究了氣調(diào)條件下澳洲堅(jiān)果多級(jí)熱泵干燥工藝,并對(duì)干燥過程的能耗、干燥動(dòng)力學(xué)、干果品質(zhì)(含水率、酸敗度、色澤)進(jìn)行了探究。 刁卓超等[17]研究了40、50、60 ℃對(duì)澳洲堅(jiān)果進(jìn)行熱風(fēng)干燥,建立了3 個(gè)溫度下果殼、果仁、帶殼堅(jiān)果的熱風(fēng)干燥動(dòng)力學(xué)方程,并分析了干燥過程中果殼、果仁、帶殼堅(jiān)果的干燥特性及果殼和果仁的相互影響。 王云陽[5]對(duì)澳洲堅(jiān)果進(jìn)行了熱風(fēng)輔助射頻干燥的可行性試驗(yàn)研究,并進(jìn)行了大量基礎(chǔ)性的研究工作,為射頻干燥技術(shù)的應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)。Gamboa-Santos 等[18]設(shè)計(jì)了一種超聲波熱風(fēng)組合干燥試驗(yàn)平臺(tái),并以蘋果丁為試驗(yàn)材料,研究發(fā)現(xiàn)與單獨(dú)的熱風(fēng)干燥相比,超聲波熱風(fēng)組合干燥時(shí)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(duì)澳洲堅(jiān)果品質(zhì)影響巨大,目前關(guān)于不同干燥方式對(duì)澳洲堅(jiān)果品質(zhì)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(fēng)干燥和超聲協(xié)同熱風(fēng)干燥,研究這4 種干燥方式對(duì)澳洲堅(jiān)果果仁的水分、色澤、質(zhì)地、酸價(jià)、過氧化值和不飽和脂肪酸的影響,旨在篩選獲得較優(yōu)的澳洲堅(jiān)果干燥方式,從而為澳洲堅(jiān)果工業(yè)化的采后初加工提供理論參考。
澳洲堅(jiān)果青皮果:品種為桂熱5 號(hào)(OC),于2019年10 月采于廣西扶綏夏果種植有限責(zé)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(xì)化工有限公司;碘化鉀(分析純):國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;硫代硫酸鈉(分析純):天津市大茂化學(xué)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(guó)CNW技術(shù)有限公司。
DHG-9070A 電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱:上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司;L3.5TB1 熱泵干燥機(jī):廣東威爾信實(shí)業(yè)有限公司;KQ-600DE 型數(shù)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(jì):日本柯尼卡美能達(dá)公司;TMS-Touch 質(zhì)構(gòu)儀:美國(guó)Food Technology公司。
1.3.1 工藝流程
1.3.2 澳洲堅(jiān)果預(yù)處理
選擇無病蟲害的澳洲堅(jiān)果脫青皮,然后將脫青皮后的澳洲堅(jiān)果進(jìn)行自然風(fēng)吹24 h, 使得澳洲堅(jiān)果水分含量為12%左右。
1.3.3 超聲波處理
將預(yù)處理后的澳洲堅(jiān)果進(jìn)行超聲波處理,選用超聲波功率為600 W,水溫為35 ℃,處理時(shí)間為20 min。
1.3.4 干燥
1)自然晾曬:將預(yù)處理后的澳洲堅(jiān)果直接放置到陽光下晾曬,晾曬的澳洲堅(jiān)果厚度為一層,晾曬過程中1 d 翻動(dòng)兩次澳洲堅(jiān)果,以達(dá)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(yù)處理后的澳洲堅(jiān)果直接進(jìn)行熱泵干燥,采用逐級(jí)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(dòng)一次澳洲堅(jiān)果,烘盤的放置位置1 d 上下?lián)Q動(dòng)一次。
3)熱風(fēng)干燥:預(yù)處理后的澳洲堅(jiān)果直接進(jìn)行熱風(fēng)干燥,采用逐級(jí)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(dòng)一次澳洲堅(jiān)果,烘盤的放置位置1 d 上下?lián)Q動(dòng)一次。
4)超聲協(xié)同熱風(fēng)干燥:將預(yù)處理后的澳洲堅(jiān)果進(jìn)行超聲波處理,處理后再進(jìn)行熱風(fēng)干燥,采用逐級(jí)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(dòng)一次澳洲堅(jiān)果,烘盤的放置位置1 d 上下?lián)Q動(dòng)一次。
1.4.1 水分含量的測(cè)定
參照GB 5009.3—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中水分的測(cè)定》。
1.4.2 色澤的測(cè)定
使用色差計(jì)測(cè)定樣品的明度值L*、紅綠值a*、黃藍(lán)值b*,樣品平行測(cè)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(jì)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(cè)定值,L0、a0、b0為新鮮樣品的測(cè)定值。
1.4.3 硬度和脆度的測(cè)定
采用質(zhì)構(gòu)儀測(cè)定樣品的硬脆度,探頭型號(hào)用盤型擠壓探頭432-010,測(cè)試條件為:起始力為1.5 N,檢測(cè)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(gè)處理平行測(cè)定3 次。
1.4.4 酸價(jià)的測(cè)定
酸價(jià)的測(cè)定參照GB 5009.229—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中酸價(jià)的測(cè)定》。
1.4.5 過氧化值的測(cè)定
過氧化值的測(cè)定參照GB 5009.227—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中過氧化值的測(cè)定》。
1.4.6 油酸的測(cè)定
油酸的測(cè)定參照GB 5009.168—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中脂肪酸的測(cè)定》第三法。
1.4.7 棕櫚油酸的測(cè)定
棕櫚油酸的測(cè)定參照GB 5009.168—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中脂肪酸的測(cè)定》第三法。
所有數(shù)據(jù)均使用OriginPro 2016 和Excel 2016 處理,并采用SPSS 22.0 數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行單因素方差分析(p<0.05)。
不同干燥方式下澳洲堅(jiān)果果仁的水分含量隨干燥時(shí)間變化的結(jié)果如圖1 所示。
圖1 不同干燥方式對(duì)澳洲堅(jiān)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(nèi),隨著干燥時(shí)間的延長(zhǎng),不同干燥方式下澳洲堅(jiān)果果仁的水分含量均呈現(xiàn)下降趨勢(shì),在干燥初期,澳洲堅(jiān)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(shí),熱泵干燥、熱風(fēng)干燥和超聲協(xié)同熱風(fēng)干燥的澳洲堅(jiān)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(jiān)果果仁水分含量下降緩慢, 僅為5.38%,繼續(xù)晾曬10 d 后,水分含量降至2.88%。 干燥后的澳洲堅(jiān)果(帶殼堅(jiān)果)含水率降至3%以下,可避免果仁氧化變質(zhì),延長(zhǎng)堅(jiān)果產(chǎn)品的儲(chǔ)存時(shí)間并提高堅(jiān)果仁的整仁率[19]。
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(lán)度,值越大,表示樣品越黃。 4 種干燥方式對(duì)澳洲堅(jiān)果果仁色澤的影響如表1 所示。
表1 不同干燥方式對(duì)澳洲堅(jiān)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(jiān)果果仁L*值分布在77.80~79.22 之間, 其中自然晾曬的澳洲堅(jiān)果果仁L*值為79.22±0.27 顯著高于超聲協(xié)同熱風(fēng)干燥和熱風(fēng)干燥的果仁(p<0.05),超聲協(xié)同熱風(fēng)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(jiān)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(jiān)果果仁的a*值、b*值之間均不存在顯著差異(p>0.05);同時(shí),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(xié)同熱風(fēng)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(jiān)果在較高溫度下干燥時(shí)易發(fā)生褐變,這主要是由于非酶促反應(yīng)(美拉德反應(yīng))引起的[6],溫度升高可促進(jìn)澳洲堅(jiān)果果仁中的蔗糖水解為葡萄糖和果糖,從而導(dǎo)致澳洲堅(jiān)果果仁發(fā)生更強(qiáng)烈的褐變[20]。因此,從干燥前后澳洲堅(jiān)果果仁色澤變化的角度來看,自然晾曬對(duì)澳洲堅(jiān)果果仁的色澤影響最小。
硬度和脆度是評(píng)價(jià)干燥后澳洲堅(jiān)果的重要感官指標(biāo)。 不同干燥方式對(duì)澳洲堅(jiān)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(duì)澳洲堅(jiān)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(duì)澳洲堅(jiān)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(jiān)果果仁硬度隨著干燥時(shí)間的延長(zhǎng)均呈下降趨勢(shì),干燥結(jié)束果仁硬度從小到大依次為熱泵干燥<超聲協(xié)同熱風(fēng)干燥<熱風(fēng)干燥<自然晾曬,同時(shí)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(shí)間的延長(zhǎng),澳洲堅(jiān)果果仁脆度均逐漸增加,不同方法干燥結(jié)束時(shí)果仁的脆度大小為熱泵干燥>超聲協(xié)同熱風(fēng)干燥>熱風(fēng)干燥>自然晾曬,其中熱泵干燥與超聲協(xié)同熱風(fēng)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(huán)境天氣的影響,同時(shí)相較于機(jī)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(jiān)果果仁的硬度最小,果仁最脆口,其次是超聲協(xié)同熱風(fēng)干燥的果仁脆口性較好。
不同干燥方式對(duì)澳洲堅(jiān)果果仁酸價(jià)和過氧化值的影響如表2 所示。
表2 不同干燥方式對(duì)澳洲堅(jiān)果果仁酸價(jià)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(jià)和過氧化值是評(píng)價(jià)堅(jiān)果品質(zhì)的重要指標(biāo)。酸價(jià)反映的是脂肪水解產(chǎn)物的含量,即脂肪水解的程度,即酸價(jià)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(jià)(0.03±0.005)mg/g 顯著低于其它3 種干燥方式(p<0.05),熱風(fēng)干燥的果仁酸價(jià)[(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(biāo),油脂氧化反應(yīng)所生成的氫過氧化物是油脂氧化酸敗的關(guān)鍵產(chǎn)物[21],因此過氧化值的大小可作為評(píng)定澳洲堅(jiān)果品質(zhì)優(yōu)劣的重要指標(biāo),本試驗(yàn)中熱風(fēng)和熱泵干燥的果仁過氧化值顯著高于自然晾曬和超聲協(xié)同熱風(fēng)干燥的果仁(p<0.05),但經(jīng)查閱GB 19300—2014《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)堅(jiān)果與籽類食品》,本試驗(yàn)中不同方法干燥的澳洲堅(jiān)果果仁的酸價(jià)和過氧化值均遠(yuǎn)低于該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最大值[酸價(jià)(KOH)≤3 mg/g,過氧化值≤0.08 mg/g], 這是由于堅(jiān)果中的油脂氧化反應(yīng)包括發(fā)生、發(fā)展和終止3 個(gè)連續(xù)階段,在發(fā)生階段一旦從脂肪酸分子中產(chǎn)生大量的反應(yīng)自由基,它們將和氧反應(yīng)形成過氧化基(ROO-),這些過氧化基依次和不飽和油脂反應(yīng)形成過氧化物,然而當(dāng)自由基的濃度達(dá)到很高時(shí),連鎖反應(yīng)將會(huì)停止進(jìn)入終止階段,自由基方向趨向反應(yīng)端[10]。 因此,澳洲堅(jiān)果經(jīng)過干燥后,其過氧化值很低,從而使得澳洲堅(jiān)果在進(jìn)一步加工和保存中的質(zhì)量得到保證。
澳洲堅(jiān)果含油量高,不飽和脂肪酸所占比例高達(dá)80%以上,主要為油酸和棕櫚油酸,是木本堅(jiān)果中含有大量棕櫚油酸的重要品種[22-24]。 不同干燥方式對(duì)澳洲堅(jiān)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(duì)澳洲堅(jiān)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(fēng)干燥、超聲協(xié)同熱風(fēng)干燥的澳洲堅(jiān)果果仁之間的油酸和棕櫚油酸含量均呈現(xiàn)顯著差異(p<0.05),這4 種方式干燥的澳洲堅(jiān)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(xié)同熱風(fēng)干燥>熱風(fēng)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?yàn)闊岜酶稍铮境晠f(xié)同熱風(fēng)干燥>自然晾曬>熱風(fēng)干燥。 由此可見,熱泵干燥方式對(duì)澳洲堅(jiān)果果仁的油酸和棕櫚油酸影響最小。
本文對(duì)比研究了自然晾曬、熱泵干燥、熱風(fēng)干燥和超聲協(xié)同熱風(fēng)干燥4 種干燥方式對(duì)澳洲堅(jiān)果果仁水分含量、色澤、硬度和脆度、酸價(jià)和過氧化值、油酸和棕櫚油酸的影響,結(jié)果表明經(jīng)過72 h 熱泵干燥得到的澳洲堅(jiān)果果仁水分含量最低,硬度與酸價(jià)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(shí)果仁脆度最大,但與超聲協(xié)同熱風(fēng)干燥的果仁無顯著差異。 自然晾曬對(duì)澳洲堅(jiān)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(xié)同熱風(fēng)干燥和自然晾曬對(duì)澳洲堅(jiān)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(duì)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(jiān)果果仁色澤,但易受天氣影響且干燥周期長(zhǎng),不適合工業(yè)化生產(chǎn),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(jiān)果品質(zhì),同時(shí)超聲協(xié)同熱風(fēng)干燥方式明顯優(yōu)于熱風(fēng)干燥,但超聲對(duì)澳洲堅(jiān)果的作用機(jī)理還有待進(jìn)一步深入研究。