熱風(fēng)-紅外分段組合干燥對(duì)帶殼鮮花生品質(zhì)的影響

寧陽陽,朱文學(xué),2*,白喜婷,2,羅磊,司夢(mèng)佳

1(河南科技大學(xué) 食品與生物工程學(xué)院,河南 洛陽,471023) 2(農(nóng)產(chǎn)品干燥技術(shù)與裝備河南省工程技術(shù)研究中心,河南 洛陽,471023)

花生(ArachishypogaeaL.)又稱落花生,地果和香果,屬薔薇目,豆科一年生草本植物。花生是我國重要的經(jīng)濟(jì)作物和油料作物,是可食用性植物油脂和植物蛋白質(zhì)的重要來源[1],據(jù)測(cè)定,花生中脂肪含量50%左右,較油菜籽、大豆和棉籽高[2]。此外,花生還具有延緩衰老、抗腫瘤等功效,享有“長(zhǎng)生果”之美譽(yù)[3]。然而,花生的收獲季節(jié)多是陰雨天氣,且剛收獲的花生含水率較高,常因花生晾曬不及時(shí)而發(fā)生霉變,嚴(yán)重影響花生的后續(xù)加工,大大降低了花生的利用率。據(jù)統(tǒng)計(jì),每年因干燥不及時(shí)對(duì)花生產(chǎn)業(yè)造成的損失量約占花生總產(chǎn)量的13%,損失金額高達(dá)10億元[4-5]。目前,我國花生干燥方式多以自然晾曬為主,干燥周期長(zhǎng),受天氣影響較大,且勞動(dòng)強(qiáng)度大。因此,探求更為高效的帶殼鮮花生干燥方法對(duì)提高花生綜合利用率,促進(jìn)我國花生產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展十分重要。

近年來,國內(nèi)外學(xué)者對(duì)花生干燥進(jìn)行了一系列的研究。顏建春等[6]、林子木等[7]、渠琛玲等[8]、王安建等[9]分別采用固定床通風(fēng)干燥、熱風(fēng)干燥(hot air drying,HAD)、常溫通風(fēng)干燥、熱泵干燥的方法對(duì)花生的干燥特性進(jìn)行了研究,并進(jìn)行了工藝優(yōu)化。PATIL等[10]對(duì)花生籽粒采用160 ℃、10 min熱風(fēng)處理的方法,得出蛋白質(zhì)性能得到提高的結(jié)論。然而在實(shí)際生產(chǎn)中,這些干燥方法使花生內(nèi)部水分難以向外擴(kuò)散遷移,導(dǎo)致了干燥時(shí)間長(zhǎng)、營(yíng)養(yǎng)成分損失大、能量消耗高[11-12]等問題。還有學(xué)者將聯(lián)合干燥的方法用于花生干燥。王招招等[13]、凌錚錚等[14]對(duì)花生熱風(fēng)耦合微波干燥特性及工藝優(yōu)化進(jìn)行了研究,該方法縮短了干燥時(shí)間,然而微波干燥溫度的不可控性對(duì)花生的品質(zhì)造成了很大的影響。ZENG等[15]采用疊加及變溫的手段,對(duì)花生熱風(fēng)干燥進(jìn)行了改良。紅外干燥(infrared drying,IRD)是目前干燥加工的新技術(shù),具有效率高、時(shí)間短的特點(diǎn)[16],但干燥效率與產(chǎn)品品質(zhì)無法同時(shí)兼顧[17]。因此,為充分利用熱風(fēng)和紅外干燥的優(yōu)勢(shì),對(duì)采后花生使用熱風(fēng)-紅外分段組合干燥(sequential hot air-infrared drying,HAD-IRD)技術(shù),即前期利用熱風(fēng)干燥去除大部分自由水,后期利用紅外干燥去除剩余的少量自由水和結(jié)合水的一種新型干燥技術(shù)[18],利用紅外干燥的熱量傳遞與水分遷移方向相同的優(yōu)勢(shì),促進(jìn)實(shí)現(xiàn)快速去除內(nèi)部弱結(jié)合水,縮短干燥時(shí)間,提高產(chǎn)品品質(zhì)的要求。此外,熱風(fēng)-紅外分段組合干燥技術(shù),目前國內(nèi)學(xué)者相關(guān)研究較少,鮮見報(bào)道。

本文分別對(duì)比了熱風(fēng)干燥、紅外干燥、熱風(fēng)-紅外分段組合干燥對(duì)帶殼鮮花生干燥特性的影響,及不同干燥條件下熱風(fēng)-紅外分段組合干燥帶殼鮮花生的干燥特性。并以單一熱風(fēng)干燥及單一紅外干燥為對(duì)照,研究熱風(fēng)-紅外分段組合干燥因素對(duì)花生的微觀結(jié)構(gòu)、硬度、色澤、脂肪酸組成及花生中蛋白結(jié)構(gòu)的影響,以期為帶殼鮮花生干燥向高效節(jié)能方向發(fā)展提供技術(shù)和理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

試驗(yàn)所用帶殼鮮花,購自云南紅河。選取大小均勻,顆粒飽滿的花生,去除泥沙后,用自封袋密封,并置于冰箱中4 ℃冷藏備用,試驗(yàn)前恢復(fù)至室溫(20 ℃)后使用。

溴化鉀為光譜純,正己烷、甲醇為色譜純,氫氧化鉀、氫氧化鈉、無水硫酸鈉等為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

DHG-9140A(2 050 W)電熱鼓風(fēng)干燥箱,上海一恒科學(xué)儀器有限公司;XMT-G5000(1 200 W)紅外輻射干燥箱,上海聚辰科學(xué)儀器有限公司;TM3030 Plus掃描電鏡,日立高新技術(shù)公司;SMS TA.XT食品物性分析儀,英國Stable Micro Systems公司;X-rite Color 15型色差計(jì),美國愛色麗公司;TSQ9000氣相色譜-三重四級(jí)桿串聯(lián)質(zhì)譜儀,美國賽默飛世爾公司;VERTEX70傅立葉變換中遠(yuǎn)紅外光譜儀,德國BRUKER公司;JY30002電子天平,上海良平儀器有限公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 帶殼鮮花生不同干燥方法對(duì)比試驗(yàn)

為探求更合適的干燥方式,參考花生及相關(guān)油料作物干燥的相關(guān)報(bào)道[7,19],對(duì)帶殼鮮花生采用3種不同的干燥方式進(jìn)行干燥。根據(jù)預(yù)試驗(yàn)的較優(yōu)結(jié)果,在同一溫度水平下進(jìn)行帶殼鮮花生的干燥,參數(shù)設(shè)置如表1所示。

表1 干燥方式及參數(shù)設(shè)置Table 1 Drying method and parameter setting

1.3.2 帶殼鮮花生熱風(fēng)-紅外分段組合干燥單因素試驗(yàn)

通過預(yù)試驗(yàn)及相關(guān)報(bào)道[20-21]的研究發(fā)現(xiàn),熱風(fēng)-紅外分段組合干燥中最重要的工藝參數(shù)是確定熱風(fēng)干燥后物料含水率,即2種干燥方法在何時(shí)轉(zhuǎn)換(轉(zhuǎn)換含水率)。其次,干燥溫度也會(huì)影響帶殼鮮花生干燥時(shí)間和品質(zhì)[14]。因此選取干燥溫度和轉(zhuǎn)換含水率2個(gè)因素作為組合試驗(yàn)的單因素。每次試驗(yàn)取花生(130.00±5.00)g,薄層均勻攤開。具體步驟為：a)設(shè)置干燥溫度為50 ℃,將帶殼鮮花生置于熱風(fēng)干燥箱中,分別干燥至不同的干基含水率(15%、20%、25%、30%、35%),然后轉(zhuǎn)用紅外干燥;b)將帶殼鮮花生置于不同溫度(40、50、60、70 ℃)的熱風(fēng)干燥箱中,干燥至干基含水率為30%。然后,轉(zhuǎn)用紅外干燥(紅外干燥溫度與熱風(fēng)干燥溫度相同)至目標(biāo)干基含水率為7%～8%。

1.4 分析測(cè)定方法

1.4.1 初始含水率測(cè)定

根據(jù)GB/T 144891—2008《油料水分及揮發(fā)物含量測(cè)定》測(cè)定帶殼鮮花生的初始干基含水率[22]。

1.4.2 含水率測(cè)定

干基含水率計(jì)算如公式(1)所示：

(1)

式中：Wt為干燥時(shí)間t時(shí)帶殼鮮花生的干基含水率,%;Mt為干燥時(shí)間t時(shí)帶殼鮮花生的質(zhì)量,g;Mg為帶殼鮮花生絕干時(shí)的質(zhì)量,g。

1.4.3 干燥速率的測(cè)定

干燥速率計(jì)算如公式(2)所示：

(2)

式中：U為干燥時(shí)間t時(shí)帶殼鮮花生的干燥速率,%/h;Δt為2次取樣間隔時(shí)間,h。

1.4.4 總能耗的計(jì)算

總能耗計(jì)算如公式(3)所示：

Q=P1t1+P2t2

(3)

式中：Q為帶殼鮮花生干燥過程的總能耗,kW·h;P1、P2分別為熱風(fēng)干燥設(shè)備、紅外干燥設(shè)備的功率,kW;t1、t2分別為熱風(fēng)段、紅外段的干燥時(shí)間,h。

1.4.5 微觀結(jié)構(gòu)觀察

參照相關(guān)研究[23],取干燥后花生仁樣品(厚度約1 mm),黏在載物臺(tái)雙面導(dǎo)電膠上,放大200倍觀察干燥后花生的微觀結(jié)構(gòu)。

1.4.6 硬度特性的測(cè)定

由于花生樣品具有不規(guī)則的特點(diǎn),因此選擇穿刺試驗(yàn)以方便有效地表現(xiàn)其硬度特性。穿刺試驗(yàn)參考盧映潔等[24]的試驗(yàn)方法。參數(shù)如下：探頭類型P/2 mm,測(cè)前速率0.8 mm/s,測(cè)試速率0.5 mm/s,測(cè)后速率0.8 mm/s,壓縮程度40%,觸發(fā)感應(yīng)力10 g。

1.4.7 色澤的測(cè)定

使用色差計(jì)對(duì)色度進(jìn)行測(cè)定,結(jié)果采用L*值(明/暗)、a*值(紅/綠)、b*值(黃/藍(lán))和色差ΔE值表示。每組樣品測(cè)定3次,ΔE計(jì)算如公式(4)所示：

(4)

式中：L*、a*和b*為物料干燥后的色度值;L0、a0和b0為新鮮樣品的色度值;ΔE為干燥后物料與干燥前物料之間的色度差異,其值越小表示色澤保留越好。

1.4.8 脂肪酸的測(cè)定

采用GC-MS儀對(duì)花生中的脂肪酸進(jìn)行測(cè)定。參考陳拾旸等[25]的方法,并作出修改：樣品脂肪酸甲酯化修改為：取200 mg油樣,移入10 mL具塞試管中,加入0.8 mL、2 mol/L氫氧化鉀-甲醇溶液,超聲處理10 min,加入4.0 mL正己烷,漩渦振蕩2 min后靜置片刻,加入0.5 g無水硫酸鈉,混勻,靜置分層取上層液,過0.22 μm濾膜,準(zhǔn)備進(jìn)樣。色譜條件修改為：進(jìn)樣口溫度230 ℃;進(jìn)樣量1 μL;分流比100∶1。質(zhì)譜條件修改為：傳輸線溫度280 ℃;離子源溫度240 ℃。

1.4.9 花生蛋白結(jié)構(gòu)的測(cè)定

參考嚴(yán)永紅等[26]的方法提取花生蛋白,其中提取花生蛋白原料為提油后的花生粕,以料液比1∶10溶于去離子水中,加入NaOH溶液調(diào)節(jié)pH后,室溫40 r/min磁力攪拌2 h。

花生蛋白結(jié)構(gòu)采用傅立葉變換中遠(yuǎn)紅外光譜法(Fourier transform infrared,FT-IR)：同李響等[27]的方法。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

使用OMNIC 8.2軟件及Peakkit 4.0軟件對(duì)紅外譜圖進(jìn)行處理;使用SPSS 25.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析,繪圖采用Origin 2018軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同干燥方法對(duì)帶殼鮮花生干燥特性的影響

不同干燥方法處理帶殼鮮花生的干燥曲線如圖1所示。其中,紅外干燥所需時(shí)間最短,為5.5 h;熱風(fēng)干燥所需時(shí)間最長(zhǎng),為16 h;熱風(fēng)-紅外分段組合干燥所需時(shí)間介于兩者之間,為6 h,較熱風(fēng)干燥時(shí)間節(jié)約62.5%。圖中,熱風(fēng)干燥后期干燥速率迅速減小,致使之后所耗時(shí)間約占總干燥時(shí)間的一半。這是因?yàn)闊犸L(fēng)干燥熱量傳遞方向與水分遷移方向相反,同時(shí)干燥后期花生仁表面產(chǎn)生了硬化結(jié)殼現(xiàn)象,堵塞水分遷移孔隙通道,導(dǎo)致水分難以向外擴(kuò)散遷移[28]。對(duì)比熱風(fēng)干燥而言,紅外干燥后期無明顯的緩慢干燥階段,是因?yàn)榧t外具有較強(qiáng)的穿透性,利用紅外線頻率加速物料內(nèi)部分子振動(dòng),使物料內(nèi)部摩擦產(chǎn)熱而使水分蒸發(fā)[29]。因此,選擇在熱風(fēng)干燥速率明顯降低前,轉(zhuǎn)換為紅外干燥,可縮短干燥時(shí)間。

圖1 帶殼鮮花生在3種干燥方式下的干燥曲線

按公式(3)計(jì)算不同干燥方法干燥帶殼鮮花生的總耗能,如表2所示。

表2 不同干燥方式的總耗能Table 2 Total energy consumption of different drying methods

由表2可知,相同初始含水率、相同干燥溫度的條件下,熱風(fēng)干燥總耗能32.8 kW·h,紅外干燥總耗能6.6 kW·h,熱風(fēng)-紅外分段組合干燥總耗能9.75 kW·h。總耗能方面,熱風(fēng)-紅外分段組合干燥較熱風(fēng)干燥節(jié)省能源70.27%。在當(dāng)前全世界能源較為短缺的大背景下,熱風(fēng)-紅外分段組合干燥符合資源友好型社會(huì)要求。此外,DHG-9140A電熱鼓風(fēng)干燥箱的功率為2 050 W,XMT-G5000紅外輻射干燥箱的功率為1 200 W,前者近后者功率的2倍。因此,在一定范圍內(nèi),縮短熱風(fēng)干燥時(shí)間可減少總能耗,節(jié)約能源。

2.2 不同熱風(fēng)-紅外分段組合干燥條件對(duì)帶殼鮮花生干燥特性的影響

2.2.1 轉(zhuǎn)換含水率對(duì)干燥特性的影響

不同轉(zhuǎn)換含水率下,熱風(fēng)-紅外分段組合干燥帶殼鮮花生的干燥曲線如圖2所示。干燥溫度50 ℃,轉(zhuǎn)換含水率為15%、20%、25%、30%、35%條件下干燥花生至目標(biāo)含水率,分別用時(shí)為8、7.5、7、6.5、6 h。圖2中顯示干燥時(shí)間隨轉(zhuǎn)換含水率的增加而縮短,轉(zhuǎn)換含水率15%下所用干燥時(shí)間比35%的干燥時(shí)間延長(zhǎng)了33.3%。這是因?yàn)闊犸L(fēng)可迅速帶走帶殼鮮花生表面的水分,但隨著干燥的進(jìn)行,在熱風(fēng)干燥后期出現(xiàn)硬化結(jié)殼現(xiàn)象,從而導(dǎo)致水分難以向外遷移[28];而紅外線穿透性強(qiáng),所產(chǎn)生的輻射作用可加速帶殼鮮花生內(nèi)部分子振動(dòng),從而促進(jìn)水分蒸發(fā)[29]。因此提高轉(zhuǎn)換含水率,可縮短干燥時(shí)間,比較預(yù)試驗(yàn)干燥所得花生品質(zhì),選取轉(zhuǎn)換含水率30%而進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)探究。

圖2 不同轉(zhuǎn)換含水率下的干燥曲線

2.2.2 干燥溫度對(duì)干燥特性的影響

不同干燥溫度下帶殼鮮花生的干燥曲線如圖3所示。干燥溫度為40、50、60、70 ℃,轉(zhuǎn)換含水率為30%的條件下,干燥時(shí)間隨溫度的升高而縮短,干燥至目標(biāo)含水率,分別用時(shí)12、6.5、4.5、4 h。干燥溫度70 ℃所用干燥時(shí)間比40 ℃縮短了200%。因?yàn)闊犸L(fēng)溫度增高,可加速水分子運(yùn)動(dòng),從而加快帶殼鮮花生表面水分遷移,縮短熱風(fēng)段干燥時(shí)間;紅外溫度增高,其輻射能力增強(qiáng),傳遞給物料的熱量越多,傳熱傳質(zhì)動(dòng)力增加,水分遷移及蒸發(fā)速度越快,有助于減少紅外段干燥時(shí)間[30]。從圖3可以看出,60 ℃與70 ℃干燥總時(shí)長(zhǎng)相近,結(jié)合后續(xù)試驗(yàn)結(jié)果,通過比較干燥后花生品質(zhì),推薦實(shí)際生產(chǎn)中,選擇干燥溫度不超過50 ℃,以減小能耗的同時(shí),保證花生品質(zhì)。

圖3 不同溫度下的干燥曲線

2.3 不同熱風(fēng)-紅外分段組合干燥條件對(duì)帶殼鮮花生品質(zhì)的影響

2.3.1 干燥條件對(duì)微觀結(jié)構(gòu)的影響

不同轉(zhuǎn)換含水率條件下帶殼鮮花生的微觀結(jié)構(gòu)如圖4所示。干燥初期,花生仁的細(xì)胞結(jié)構(gòu)飽滿且排列較規(guī)則,有明顯的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),網(wǎng)孔邊界清晰。干燥初期,熱風(fēng)干燥使花生內(nèi)部組織收縮變形,結(jié)構(gòu)緊密,但空腔較淺。隨著干燥的進(jìn)行,物料表面產(chǎn)生硬化現(xiàn)象[28],阻礙水分向外遷移,干燥速率減慢。當(dāng)干基含水率為15%時(shí),細(xì)胞已經(jīng)開始破裂,表面出現(xiàn)顆粒狀結(jié)構(gòu)。干燥后期,紅外輻射引起花生內(nèi)部分子強(qiáng)烈振動(dòng),水分蒸發(fā)加快,孔隙數(shù)增多[29],顆粒狀結(jié)構(gòu)增多。因花生是含油率較高的一種油料作物,顆粒狀結(jié)構(gòu)為溢出的油脂[24]。不同溫度條件下帶殼鮮花生的微觀結(jié)構(gòu)如圖5所示。干燥前期,隨著干燥溫度升高,干燥至相同含水率所需時(shí)間縮短,70 ℃較40 ℃,花生仁的細(xì)胞結(jié)構(gòu)更飽滿,排列更規(guī)則,網(wǎng)孔邊界更清晰,更有利于水分遷移,因此70 ℃干燥速率大于40 ℃。干燥后期,干燥溫度的升高加劇分子振動(dòng),水分蒸發(fā)速度增快,花生內(nèi)部孔隙數(shù)量增多,且細(xì)胞結(jié)構(gòu)變化加快。同時(shí)花生內(nèi)部孔隙數(shù)量增多有利于水分散失,因此干燥后期采用紅外干燥代替熱風(fēng)干燥提升快干燥速率。

A～E分別為轉(zhuǎn)換含水率15%、20%、25%、30%、35%;1為干燥轉(zhuǎn)換點(diǎn);2為干燥終點(diǎn)圖4 不同HAD-IRD轉(zhuǎn)換含水率對(duì)花生仁微觀結(jié)構(gòu)的影響

F～I(xiàn)分別為干燥溫度40、50、60、70 ℃;1為干燥轉(zhuǎn)換點(diǎn);2為干燥終點(diǎn)圖5 不同HAD-IRD干燥溫度對(duì)花生仁微觀結(jié)構(gòu)的影響

2.3.2 干燥條件對(duì)色澤的影響

不同干燥條件對(duì)帶殼鮮花生色澤的影響如圖6所示。與新鮮樣品相比,所有干燥后樣品的色澤均發(fā)生變化;與單一熱風(fēng)干燥及單一紅外干燥樣品對(duì)比,熱風(fēng)-紅外分段組合干燥后樣品色澤更接近新鮮樣品。相較于新鮮樣品,轉(zhuǎn)換含水率不同時(shí),a*值無顯著性差異(P>0.05),干燥后L*、b*值較新鮮樣品有差異,ΔE值有顯著性差異(P<0.05)。其中轉(zhuǎn)換含水率30%的色差值ΔE最小,顏色較新鮮樣品最為接近。干燥溫度不同時(shí),隨著溫度的升高,L*值先減小后增大,a*及b*值不斷增大。L*的先減小后增大可歸因于美拉德反應(yīng)的發(fā)生。隨著溫度升高,美拉德反應(yīng)加速[31],L*值減小,色澤變暗;同時(shí)溫度越高,酶促褐變受到的抑制越強(qiáng),L*值增大。而花生中富含蛋白質(zhì)及淀粉,在一定條件下,淀粉可轉(zhuǎn)化為還原糖,引起美拉德反應(yīng)的發(fā)生,產(chǎn)生紅棕色物質(zhì)[32],數(shù)據(jù)上表現(xiàn)為a*值增大。b*值的增大可能是因?yàn)檠趸磻?yīng)的發(fā)生,隨著溫度的升高,氧化反應(yīng)速度增快。其中干燥溫度50 ℃的色差值ΔE最小,顏色較新鮮樣品最為接近。相較于熱風(fēng)干燥及紅外干燥樣品,熱風(fēng)-紅外分段組合干燥樣品的L*、a*及b*值均明顯低于二者樣品。因?yàn)闊犸L(fēng)干燥時(shí)間較長(zhǎng),美拉德反應(yīng)及氧化反應(yīng)更完全,而紅外干燥形成的高溫高濕環(huán)境也會(huì)使美拉德反應(yīng)增強(qiáng),從而導(dǎo)致樣品色澤變暗。

a-轉(zhuǎn)換含水率;b-干燥溫度圖6 不同HAD-IRD干燥條件對(duì)花生仁色澤的影響

綜合色澤參數(shù)得出,熱風(fēng)-紅外分段組合干燥更有利于保護(hù)花生色澤,轉(zhuǎn)換含水率及干燥溫度對(duì)色澤變化有影響,干燥溫度低于50 ℃有助于更好地保護(hù)花生色澤。

2.3.3 干燥條件對(duì)硬度的影響

花生作為重要的油料作物的一種,其硬度大小是影響后期加工的重要因素之一。干燥條件對(duì)花生仁硬度的影響如圖7所示。花生作為多孔介質(zhì)物料,干燥過程中多孔介質(zhì)自然呈現(xiàn)的程度也會(huì)影響硬度的大小。熱風(fēng)干燥會(huì)產(chǎn)生硬化結(jié)殼現(xiàn)象,在花生表面形成干硬膜;紅外干燥過程,紅外輻射可穿透物料表層,使物料表面及表層的水分迅速蒸發(fā),水分遷移蒸發(fā)后易產(chǎn)生孔隙[18],有利于疏松多孔結(jié)構(gòu)的自然呈現(xiàn),但長(zhǎng)時(shí)間的紅外干燥易造成樣品表面的“結(jié)殼”現(xiàn)象[33]。隨著轉(zhuǎn)換含水率的增大,熱風(fēng)干燥時(shí)間縮短,紅外干燥時(shí)間延長(zhǎng),硬度會(huì)逐漸減小。隨著干燥溫度的升高,水分蒸發(fā)速度加快,疏松多孔結(jié)構(gòu)的呈現(xiàn)程度增大,花生硬度降低;但干燥溫度過高,會(huì)導(dǎo)致花生升溫過快而過度失水硬化,硬度增大。由于熱風(fēng)干燥時(shí)間過長(zhǎng),其表面結(jié)殼現(xiàn)象較紅外-熱風(fēng)分段組合干燥更加顯著,因此熱風(fēng)干燥所得樣品硬度更高。

2.3.4 干燥條件對(duì)脂肪酸組成的影響

脂肪酸組成及含量是評(píng)價(jià)花生營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)、油料價(jià)值及加工價(jià)值的重要指標(biāo)。花生中的脂肪酸以不飽和脂肪酸為主,其中以油酸、亞油酸含量最多[34],具有抗氧化、降低膽固醇、降血脂、預(yù)防心腦血管疾病的作用。按照1.4.8節(jié)方法,所得結(jié)果如表3、表4所示。

表3 不同轉(zhuǎn)換含水率對(duì)脂肪酸組成的影響 單位：%

表4 不同溫度對(duì)脂肪酸組成的影響 單位：%

由表3、表4可知,花生仁中含量較高的脂肪酸有8種,分別是油酸、亞油酸、棕櫚酸、山崳酸、硬脂酸、花生酸、木焦油酸、花生一烯酸。與單一熱風(fēng)干燥及單一紅外干燥相比,使用熱風(fēng)-紅外分段組合干燥所得的花生仁脂肪酸含量較高,且差異顯著。其中,飽和脂肪酸(saturated fatty acid, SFA)含量變化不大,而單不飽和脂肪酸(monounsaturated fatty acid, MUFA)、多不飽和脂肪酸(polyunsaturated fatty acid,PUFA)含量變化較大,是因?yàn)椴伙柡椭舅嶂泻刑继茧p鍵,其穩(wěn)定性遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于飽和脂肪酸[35]。受干燥過程中溫度、濕度、氧氣等因素的影響,不飽和脂肪酸會(huì)發(fā)生一定程度的氧化。相較于熱風(fēng)干燥,熱風(fēng)-紅外分段組合干燥時(shí)間短,不飽和脂肪酸與氧氣反應(yīng)時(shí)間短;相較于紅外干燥,前期物料快速升溫預(yù)熱,但排濕較慢,形成的高溫高濕的環(huán)境使不飽和脂肪酸更容易發(fā)生氧化[36]。因此熱風(fēng)-紅外分段組合干燥所得花生仁的不飽和脂肪酸含量較高。但轉(zhuǎn)換含水率與干燥溫度不同時(shí),花生仁脂肪酸含量無較大變化。因此,采用熱風(fēng)-紅外分段組合干燥作為花生油生產(chǎn)的前處理方法時(shí),不同干燥條件對(duì)不飽和脂肪酸含量的影響可忽略。

2.3.5 干燥條件對(duì)蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)的影響

花生除了油用價(jià)值外,其蛋白質(zhì)含量也很高,占20%～28%,并且所含必需氨基酸與動(dòng)物蛋白質(zhì)非常接近,且不含膽固醇。與其他植物源蛋白相比,花生蛋白的消化性較高,其有效利用率高達(dá)98%,易于人體的消化吸收[37],其中賴氨酸有效利用率高達(dá)98.8%。與大豆蛋白中賴氨酸的有效利用率78%[38]相比,花生蛋白要高出20%。為探究干燥條件對(duì)花生蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的影響,按照1.4.9節(jié)方法提取花生中的蛋白質(zhì),并利用FT-IR測(cè)定其二級(jí)結(jié)構(gòu)相對(duì)含量,結(jié)果如圖8所示。

a-轉(zhuǎn)換含水率;b-溫度圖8 不同HAD-IRD干燥條件下花生蛋白FT-IR譜圖

表5 不同轉(zhuǎn)換含水率對(duì)蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)相對(duì)含量的影響Table 5 Effects of different converted moisture content on relative content of protein secondary structure

表6 不同溫度對(duì)蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)相對(duì)含量的影響Table 6 Effects of different temperatures on relative content of protein secondary structure

由表5可知,隨著轉(zhuǎn)換含水率的升高,β-折疊相對(duì)含量增多,β-轉(zhuǎn)角相對(duì)含量減少,而無規(guī)結(jié)構(gòu)、α-螺旋相對(duì)含量無顯著差異。這是由于隨著轉(zhuǎn)換含水率的升高,干燥時(shí)間縮短,花生蛋白發(fā)生變性但未形成聚集體。轉(zhuǎn)換含水率為15%時(shí),干燥時(shí)間最長(zhǎng),花生蛋白結(jié)構(gòu)被破壞得最強(qiáng),導(dǎo)致β-折疊轉(zhuǎn)化為β-轉(zhuǎn)角最多,因此其β-折疊含量最少。與單獨(dú)熱風(fēng)干燥相比,熱風(fēng)-紅外分段組合干燥所得花生蛋白β-折疊、無規(guī)結(jié)構(gòu)相對(duì)含量明顯較低,α-螺旋含量無明顯差異、β-轉(zhuǎn)角含量明顯較高,這可能與花生干燥時(shí)長(zhǎng)有關(guān);與單一紅外干燥相比,熱風(fēng)-紅外分段組合干燥也表現(xiàn)出相同的結(jié)果,這與紅外線較強(qiáng)的穿透性有關(guān)。干燥過程中的高溫會(huì)破壞花生蛋白的結(jié)構(gòu),使氫鍵斷裂,分子間作用被破壞,β-折疊向β-轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)化[40],然而過長(zhǎng)的干燥時(shí)間或高溫高濕的環(huán)境都會(huì)使得疏水性殘基和反應(yīng)基團(tuán)的暴露,導(dǎo)致聚集反應(yīng)的發(fā)生,從而β-轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)含量減少,β-折疊結(jié)構(gòu)含量增多。

由表6可知,隨著干燥溫度的升高,β-折疊相對(duì)含量呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢(shì),β-轉(zhuǎn)角含量呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì);無規(guī)卷曲含量由40 ℃的14.89%降低到70 ℃的13.97%;α-螺旋含量由40 ℃的14.33%升高到70 ℃的15.60%。其原因是：干燥溫度升高導(dǎo)致花生蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)部分被破壞,氫鍵斷裂,β-折疊轉(zhuǎn)變?yōu)棣?轉(zhuǎn)角,而蛋白分子變性重新聚集,逐漸形成聚集體[27],β-折疊、α-螺旋含量增加,無規(guī)結(jié)構(gòu)、β-轉(zhuǎn)角含量減少。

3 結(jié)論

與單一熱風(fēng)干燥及單一紅外干燥相比：熱風(fēng)-紅外分段組合干燥時(shí)間較熱風(fēng)干燥縮短62.5%,干燥能耗減少了70.27%,與紅外干燥接近;花生仁色澤及硬度更接近新鮮花生;不飽和脂肪酸含量顯著提高(P<0.05);干燥時(shí)間及高溫導(dǎo)致花生蛋白氫鍵斷裂,蛋白分子變性重新聚集,逐漸形成聚集體,從而導(dǎo)致花生蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)相對(duì)含量有變化。研究得出熱風(fēng)-紅外分段組合干燥方法較單一熱風(fēng)干燥及單一紅外干燥更適用于帶殼鮮花生的干燥。

采用熱風(fēng)-紅外分段組合干燥,相同條件下,轉(zhuǎn)換含水率和干燥溫度越高,帶殼鮮花生干燥越快。轉(zhuǎn)換含水率和干燥溫度對(duì)色澤變化有影響,但影響較小。干燥后花生硬度隨轉(zhuǎn)換含水率和干燥溫度的升高而減小。應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中,干燥溫度最高不超過50 ℃,可減小能耗,節(jié)約資源,且有助于保護(hù)花生色澤。干燥條件的變化對(duì)脂肪酸含量影響不顯著。轉(zhuǎn)換含水率的提高顯著提高β-折疊的相對(duì)含量,有助于花生蛋白性質(zhì)的穩(wěn)定,干燥溫度對(duì)二級(jí)結(jié)構(gòu)相對(duì)含量影響不顯著(P>0.05)。