熱風輔助射頻烘烤處理對葵花籽品質和風味的影響

王丹鳳，蔣晨菲，廖梅吉，徐圓融，焦順山

（上海交通大學農業與生物學院，上海 200240）

熱風輔助射頻烘烤處理對葵花籽品質和風味的影響

王丹鳳，蔣晨菲，廖梅吉，徐圓融，*焦順山

（上海交通大學農業與生物學院，上海 200240）

優化了熱風輔助射頻加熱技術烘烤葵花籽的工藝，并對烘烤產品進行品質研究。優化所得的最佳射頻工藝條件為射頻電極板間距8.2 cm，物料距下極板1.0 cm，射頻加熱5 min后（葵花籽溫度上升到90℃）加入熱風（70℃），之后熱風輔助射頻烘烤30 min。該工藝不僅節約能耗，且烘烤所得葵花籽品質優良，水分、酸價及過氧化值均符合國家標準，風味更佳。

葵花籽；熱風輔助射頻；烘烤；品質；風味

0 引言

向日葵（HelianthusannuusL.）是一種菊科（Compositae）草本植物，在我國的栽培歷史已有近400年之久。葵花籽為向日葵的籽實，截至2016年，我國的葵花籽年產量已達251×104t?？ㄗ呀浐婵竞笙愦嗫煽冢切蓍e飲食佳品。傳統葵花籽多以手工炒制、燃煤轉爐烘烤等小作坊形式進行生產，存在加工工具和設備簡陋、生產周期長、耗時耗能、難以規?；I化生產、產品存在質量和安全等諸多隱患。

射頻是一種頻率在3 kHz～300 MHz的高頻交流電磁波[1]，是一種極具潛力的新型食品加熱技術[2]。與傳統加熱方式相比，射頻加熱更快速均勻，減少了食品中營養物質的損失。目前，射頻加熱技術在農產品和食品加工中的研究和應用主要集中在干燥、滅蟲、殺菌等幾個方面。單獨采用射頻加熱系統雖然加熱速率快，但由于熱偏移現象[3]和邊角效應[4]的存在，易因加熱過度或加熱不均而導致產品品質的下降，采用熱風輔助射頻加熱可有效提高加熱的均勻性，并可大幅提高干燥速率。張麗[5]利用熱風輔助射頻加熱技術對紅棗進行了干燥，在相同溫度條件下比熱風、洞道干燥在時間上縮短了2/3。Jiao S等人[6]利用熱風輔助射頻烘烤技術制備咸干花生，結果顯示，在110～130℃條件下烘烤45 min所得的咸干花生不僅品質良好，更將貨架期由傳統熱風烘烤時的26周延長至31周，是一種極具潛力的咸干花生烘烤技術。王云陽[7]采用熱風輔助射頻干燥澳洲堅果，并與熱風干燥堅果進行比較，結果顯示熱風干燥澳洲堅果需要750 min，而熱風輔助射頻干燥澳洲堅果只需要360 min，產品水分含量可降至3.0%，果仁水分含量降低至1.5%，堅果的自由脂肪酸、過氧化值含量均在工業標準范圍內，說明熱風輔助射頻加熱具有應用于澳洲堅果工業干燥中的潛力。目前，尚未見熱風輔助射頻加熱技術應用于葵花籽的烘烤。

試驗通過電極板間距、熱風溫度及熱風開始時間的優化，獲得射頻烘烤葵花籽的最優工藝，以傳統熱風烘烤作為對照，對經熱風輔助射頻烘烤后葵花籽的酸價、過氧化值及風味進行評價，探討熱風輔助射頻烘烤對葵花籽品質的影響及其應用于葵花籽烘烤的潛力。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

生葵花籽產自甘肅蘭州，經過初步篩選，剔除蟲蝕、干癟籽粒，清洗后晾曬0.5 h瀝干水分后待用。

7890A-5975C型氣相色譜-質譜聯用儀（GCMS），美國安捷倫公司產品；DB-wax型色譜柱（30m×0.25 mm×0.25 μm），美國Supelco公司產品；PDMS/DVB型固相微萃取頭（50/30 μm），美國Supelco公司產品；GZX-9240 MBE型熱風干燥箱，上海博訊實業有限公司醫療設備廠產品。

試驗使用頻率為27.12 MHz的射頻設備，最大功率18 kW，射頻加熱系統包含2個平行電極板（長75 cm×寬55 cm），可通過調節頂部電極板的位置以獲得不同的射頻加熱速率。射頻加熱系統還包括內置熱風系統和嵌入式傳送帶系統，熱風機最大功率為6 kW，加熱產生的熱空氣經風機加壓，從下極板上的均布小孔穿過進入射頻加熱腔內，熱風溫度在20～70℃可調。射頻加熱過程中采用ThermAgile熒光光纖測溫儀來監測溫度實時變化。采用耐高溫的聚丙烯（PP） 長方體塑料容器（13.0 cm×9.0 cm×5.2 cm）盛放葵花籽物料。容器上表面敞開，側面和底部開有直徑為0.2 cm，且均勻分布的圓形小孔，以確保熱風可以較好地穿透物料。

1.2 試驗方法

1.2.1 烘烤工藝優化

射頻處理時，每次取晾曬好的葵花籽約150 g（占容器總體積的6/7），置于高度為5.2 cm的聚丙烯長方體塑料容器中進行熱風輔助射頻烘烤處理，處理結束后將葵花籽鋪開成薄層，并采用強制空氣將樣品迅速冷卻到室溫，以盡可能減少降溫過程對樣品質量的影響。將樣品密封保存于25℃，相對濕度50%的恒溫室內待用。

工藝優化主要選擇極板間距、熱風開啟時間和溫度這3項指標。通過改變電極板間距，以期得到合適的射頻加熱速率，基于物料盒的高度和預試驗的結果，在上下兩極板間距8.0～9.0 cm區間進行梯度試驗，分析對比以得到一個最優極板間距和物料放置的垂直位置。然后，研究不同熱風溫度和加入時間對于干燥效率的影響，以確定輔助熱風的最適溫度。

1.2.2 品質測定

根據國標GB 5009.3—2016中針對糧食（水分含量低于18%）水分檢測所規定的第一法（直接干燥法），對樣品水分含量進行測定[8]；根據GB/T 22165—2008堅果炒貨食品通則中所規定的酸價、過氧化值和羰基價檢測樣品的前處理方法，對葵花籽中的油脂進行提取[9]；根據GB/T 5009.37—2003食用植物油的衛生標準，測定酸價和過氧化值[10]。

1.2.3 風味物質測定

采用固相微萃取-氣相色譜-質譜聯用技術對射頻烘烤葵花籽中的各種揮發性成分進行定性分析及定量計算。

（1）試驗條件。①固相微萃取：稱取3 g粉碎的葵花籽仁樣品于聚四氟乙烯隔膜蓋密封的15 mL的玻璃瓶中。加入5 μg/mL的2-丙酮溶液10 μL作為內標。采用CTC三位一體自動進樣器進樣：溫度50℃，振蕩15 min，萃取30 min，振蕩速度250 r/min，解析時間4 min，GC循環時間57 min采集數據，平行3次。②氣相色譜條件：進樣溫度260℃，無分流比；載氣高純氦氣（99.999%），流量1 mL/min，柱溫（程序升溫）40℃保持5 min，以5℃/min升至250℃，保持5 min。③質譜條件：接口溫度260℃，離子源溫度230℃；四級桿溫度150℃；電離方式：離子轟擊EI+，70 eV，檢測器電壓1 929 V；溶劑延遲：無；掃描范圍為全掃描，質量范圍20～400 g。

（2）試驗方法。①定性方法：將上述試驗條件下得到的質譜圖進行譜庫檢索，Match與R.Match滿分1 000，均大于800，即判斷為匹配程度較高。②定量方法：選取2-丙酮作為內標以得到葵花籽不同揮發性成分的量化數據。采用RIT積分器進行積分，必要時手動調節基線高度以得到化合物的峰面積。

揮發性化合物含量的計算公式為：

2 結果與分析

2.1 不同電極板間距對葵花籽烘烤溫度變化的影響

最佳電極板間距很大程度上由盛裝容器的高度（樣品厚度）所決定，且控制變量條件下極板間距越小，升溫速度越快。所用容器高度為5.2 cm，綜合試驗的結果后兩極板間距在8.0～9.0 cm內進行梯度試驗以期得到一個最優極板間距。

不同電極板間距射頻烘烤過程葵花籽溫度變化曲線見圖1。

由圖1可知，電極板間距為8.5 cm時，葵花籽在7 min后溫度達到60℃，但之后升溫速率極慢。推知該條件下需要較長的時間對葵花籽進行射頻烘烤，耗時耗電。電極板間距為8.0 cm時，葵花籽在4 min后溫度即達到100℃，之后仍快速攀升，5 min后達到110℃。雖然該條件下加熱效率高、省時省電，但取出物料后發現部分葵花籽表面有焦灼的痕跡，且焦香味過重。相比之下，8.2，8.3 cm電極板間距條件下葵花籽在7 min左右溫度可上升到100℃，之后升溫趨緩，能達到較高的加熱效率，又不會因升溫過快而難以控制。然而，加入熱風輔助后發現熱風溫度明顯低于目標加熱溫度，且升溫相對緩慢，射頻加熱效率有所下降，故最終選定8.2 cm為最優的電極板間距。

圖1 不同電極板間距射頻烘烤過程葵花籽溫度變化曲線

另外，Jiao S等人[11]在構建射頻處理谷物種子的溫度變化模型時得出結論，樣品量較少時，放置在底部或接近頂部的位置能獲得較好的加熱均勻性；而樣品量較大時則應置于兩極板的中央或略低于中部的位置，且樣品加熱相較于樣品量較少時更為均勻。據此，試驗將物料與下極板的距離設置為1 cm，根據試驗過程中對實時溫度的檢測，樣品溫度差在6℃以內，葵花籽受熱均勻性較好。此外，一定的溫度差更有利于提高烘烤效率。

2.2 不同熱風溫度及開啟時間對葵花籽烘烤干燥效率的影響

熱風能加強物料表面的空氣流通，使物料表面氣化而形成的水蒸氣盡快逸散到周圍環境中，以提高射頻干燥的速度。同時，熱風還起到了降溫的作用，尤其當物料溫度較高時能幫助其保持在適宜的范圍。但由于熱風溫度低于目標加熱溫度，故不宜在起始階段加入，在前述試驗的基礎上，確定在開啟射頻5 min，葵花籽溫度達到90℃左右時開啟熱風系統，并在25 min左右穩定在120～130℃，30 min后完成烘烤。根據之前低水分物料射頻加熱均勻性的研究結果[11]，在葵花籽物料內部選了溫度較低（冷點，CH1） 和較高（熱點，CH2） 的2個點，在射頻烘烤過程中檢測其溫度變化情況。

熱風輔助射頻烘烤過程中葵花籽內部溫度變化曲線見圖2。

由圖2可知，冷點和熱點溫度相差為5℃，且隨著溫度的升高和熱風的加入，溫度變化漸趨平緩，物料各部分受熱均勻性較好。

圖2 熱風輔助射頻烘烤過程中葵花籽內部溫度變化曲線

當然，不同的熱風溫度對于物料有著不同的干燥效率，選取60，65，70℃這3個溫度梯度進行比較（初始水分含量為8.3%），結果表明在70℃條件下物料的干燥效率最高。

不同熱風溫度對產品干燥效率的影響見表1。

表1 不同熱風溫度對產品干燥效率的影響

2.3 熱風輔助射頻烘烤對葵花籽水分、酸價及過氧化值的影響

采用優選的工藝條件進行葵花籽烘烤，并與行業標準（NY/T 902—2015） 中烘炒類葵花籽制品要求進行比較。熱風輔助射頻烘烤后產品水分、酸價、過氧化值均在規定范圍內（見表2和表3），且熱風輔助射頻所制得的葵花籽外觀、口感良好，含特殊風味和烘烤香味。由此可見，采用熱風輔助射頻加熱工藝較傳統烘烤工藝烘烤的葵花籽，能夠有效提高產品的風味、縮短烘烤的時間，且各項品質指標均能達到行業標準。

熱風輔助射頻烘烤前后理化指標測定見表2，熱風輔助射頻烘烤葵花籽質量分析結果見表3。

表2 熱風輔助射頻烘烤前后理化指標測定

2.4 熱風輔助射頻烘烤對葵花籽仁風味物質的影響

根據相關研究的結果可知[12]，烘烤后葵花籽的主要香氣來源于其堿性成分，故將其堿性成分進行重點定性定量對比（表4）。葵花籽頂部空間鑒定所得堿性化合物中產生了大量吡嗪類化合物，賦予了葵花籽濃郁的香氣。烘烤前共檢出2種，總相對含量為5.57%，烘烤后共檢出7種，總相對含量為32.63%，可見熱風輔助射頻烘烤工藝使得葵花籽吡嗪類風味物質的種類與占總堿性化合物含量的百分比均明顯提高。烘烤前共檢出堿性揮發性成分8種，烘烤后則共檢出15種，該結果與賈春曉等人[13]對葵花籽烘烤前后揮發性化學成分堿性部分分析對比結果具有一致性。

熱風輔助射頻烘烤前后葵花籽揮發性風味物質堿性部分分析結果見表4。

表3 熱風輔助射頻烘烤葵花籽質量分析結果

表4 熱風輔助射頻烘烤前后葵花籽揮發性風味物質堿性部分分析結果

另外，烘烤后出現了烘烤前未出現的不飽和醛類化合物，如2-癸烯醛、2-十一碳二烯醛，而這些醛類物質一般具有食品的香氣特征，它們也是烘烤后的葵花籽濃郁香氣的來源之一[13]。

2.5 熱風輔助射頻烘烤與傳統烘烤工藝的比較

熱風輔助射頻烘烤與烘箱烘烤產品品質比較見表5。

表5 熱風輔助射頻烘烤與烘箱烘烤產品品質比較

由表5可知，2種工藝烘烤產品達到相近水分含量時，酸價和過氧化值有顯著差異。烘箱烤制需在50～60℃的低溫下烘烤幾十個小時，而熱風輔助射頻烘烤僅需30 min左右，加熱時間的差異導致了產品氧化程度的不同。同時，烘箱烘烤所得的葵花籽香味明顯不如射頻烘烤成品濃郁，口感不夠酥脆。由此可見，熱風輔助射頻烘烤工藝相較傳統工藝優勢明顯。相較于葵花籽的手工炒制、燃煤轉爐烘烤等傳統烘烤工藝，熱風輔助射頻烘烤不僅在所得產品品質上更勝一籌，在烘烤時間和能源成本上也更能凸顯其優勢，而且熱風輔助射頻烘烤葵花籽因沒有任何污染和殘留，更加保障了產品的食用安全。

3 結論

近年來，大量研究表明射頻加熱技術在食品和農產品加工中具有很大的應用潛力。試驗對葵花籽的熱風輔助射頻烘烤工藝展開了初步探索，并對烘烤后葵花籽品質進行分析。研究結果表明，熱風輔助射頻加熱不僅能夠縮短葵花籽的烘烤時間、節約成本，所得產品品質及風味相較于傳統烘烤工藝更優，熱風輔助射頻烘烤技術在葵花籽烘烤加工上具有較大的應用潛力。后續研究可對烘烤工藝進一步優化，并進行中試和大規模應用研究。

[1]Ramaswamy H，Tang J．Microwave and radio frequency heating[J] ．Food Science and Technology International，2008，14 （5）：423-427．

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[3]Tang J，Chan T V.Microwave and radio frequency in sterilization and pasteurization applications[M].Heat transfer advances in food processing.Southampton：WIT Press，2007 （7）：102-157.

[4]Orfeuil M.Electric process heating[M].Columbus：Battelle Press，1987：519-573.

[5]張麗.紅棗的射頻熱風聯合干制技術研究 [D].楊凌：西北農林科技大學，2010.

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[7]王云陽.澳洲堅果射頻干燥技術研究 [D].楊凌：西北農林科技大學，2012.

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[10]中國商業聯合會商業標準中心，中國食品工業協會堅果炒貨專業委員會，合肥華泰集團股份有限公司.GB 5009.37—2003食用植物油衛生標準的分析方法 [S].北京：中國標準出版社，2004.

[11]Jiao S，Deng Y，Zhong Y，et al.Investigation of radio frequency heating uniformity of wheat kernels by using the developed computer simulation model[J].Food Research International，2015 （9）：41-49.

[12]賈春曉，毛多斌，孫曉麗，等.烘烤葵花籽的香氣成分分析及最佳烘烤條件研究 [J].食品工業科技，2006（8）：60-62.

[13]賈春曉，毛多斌，孫曉麗，等.葵花籽烘烤前后化學成分的分析及對比 [J].食品研究與開發，2008，29（7）：111-115.

Effects of Hot Air-assisted Radio Frequency Roasting on Quality and Flavor of Sunflower Seeds

WANG Danfeng，JIANG Chenfei，LIAO Meiji，XU Yuanrong，*JIAO Shunshan
（School of Agriculture and Biology，Shanghai Jiao Tong University，Shanghai 200240，China）

The roasting technology of sunflower seeds by hot air-assisted radio frequency（RF） heating was optimized and the quality of products was also studied.The optimized hot air-assisted RF roasting process were 8.2 cm electrode gap，1.0 cm distance between the sample and bottom plate；hot air（70℃） was added after 5 min RF heating（sample temperature reached to 90℃），then followed by 30 min hot air-assisted RF roasting to get the final products.This process could save energy，the quality and flavor of the roasted sunflower seeds were better，and moisture content，acid value and peroxide value were in line with the national standards.

sunflower seeds；hot air-assisted radio frequency（RF）；roasting；quality；flavor

TS255.3

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2017.11.029

1671-9646（2017） 11b-0009-04

2017-09-18

王丹鳳（1986— ），女，碩士，助理實驗師，研究方向為食品加工與包裝、食品安全。*

焦順山（1983— ），男，博士，副教授，研究方向為新型食品加工與貯藏保鮮技術。