微波輔助板栗脫殼去皮的技術(shù)研究

楊浣漪，張國(guó)華，吳詩(shī)榕，何國(guó)慶

(浙江大學(xué)生物系統(tǒng)工程與食品科學(xué)學(xué)院，浙江杭州310058)

板栗，又名栗子，屬山毛櫸科(Fagaceae)栗屬堅(jiān)果類植物，原產(chǎn)于中國(guó)，素有“鐵桿莊稼”、“干果之王”之美稱，可以作為高級(jí)的木本糧食，生食、炒食、蒸煮、烹飪等無(wú)不相宜。中醫(yī)認(rèn)為，栗果有養(yǎng)胃健脾，補(bǔ)腎強(qiáng)筋，活血止血，散痕消腫等功效，其中的不飽和脂肪酸對(duì)高血壓、冠心病、動(dòng)脈硬化患者具有調(diào)養(yǎng)的功能［1］。

但是，由于板栗含水率高，呼吸作用強(qiáng)，淀粉水解快，容易腐爛變質(zhì)而不耐貯存。據(jù)調(diào)查，我國(guó)每年板栗貯藏的損耗率在30%以上［2］，嚴(yán)重影響了板栗產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。可見(jiàn)，開(kāi)發(fā)可行的板栗加工與貯藏技術(shù)是提高板栗商品價(jià)值的重要途徑，如脫殼的栗仁、栗子飲料、栗子粉、栗子罐頭等方便食品日益走俏，而板栗深加工的前提條件就是對(duì)板栗進(jìn)行脫殼。

目前板栗脫殼方法主要有:手工法、化學(xué)法、物理法、機(jī)械法等［3-4］。手工剝殼生產(chǎn)效率低，栗仁破碎率高;化學(xué)法，雖然整仁率高，但工藝復(fù)雜，成本高，會(huì)產(chǎn)生大量有機(jī)廢水，且影響風(fēng)味，產(chǎn)生食品安全問(wèn)題;物理法包括能量法和真空爆殼法［5-6］，雖然生產(chǎn)效率高，但設(shè)備一次性投資大，操作控制條件要求高;機(jī)械法脫殼成本低，但栗仁的破損率和損失率大。

近年來(lái)有人提出板栗微波去殼的方法。楊芙蓮等［7］通過(guò)單因素和正交實(shí)驗(yàn)，得出板栗微波破殼的最佳工藝，即在微波功率為720W的條件下，微波時(shí)間分別為60s(大)，55s(中)，40s(小)。由于微波加熱效率高，升溫速度快，很容易造成栗仁熟化甚至出現(xiàn)炸裂，該條件下栗仁的熟化度可達(dá)到30%，影響板栗的品質(zhì)和生產(chǎn)率。為了克服此缺陷，本文采取間歇微波加熱的方式對(duì)板栗進(jìn)行脫殼處理，并通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)，確定板栗脫殼去皮的最佳工藝參數(shù)及方法。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

板栗:市售，果粒飽滿，大小在17～40mm之間。

YP600電子天平 上海第二天平廠;BSA124S電子天平 賽多利斯科學(xué)儀器(北京)有限公司;DGX-9073B-1電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱 上海?，攲?shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司;微波爐 美的MM721AAU-PW。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 原料挑選 對(duì)原料板栗進(jìn)行挑選，除去蟲(chóng)蛀、霉變等壞板栗。

1.2.2 板栗分級(jí) 大小不同的板栗在微波能作用下產(chǎn)生的效果不一樣。板栗越大，要達(dá)到理想的破殼率所需的時(shí)間越長(zhǎng)，因此在利用微波能對(duì)板栗進(jìn)行脫殼去衣之前，需對(duì)板栗進(jìn)行分級(jí)［7］。將板栗按其徑向尺寸分為大、中、小三類，具體參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 板栗分級(jí)參數(shù)Table 1 Chinese chestnut classification parameters

1.2.3 切口 將板栗外殼切口后，栗仁受熱產(chǎn)生的蒸汽在切口處受到的阻力較小，易從切口處逸出，促使蒸汽逸出速率增大，利于后續(xù)微波及冷卻處理［7］。經(jīng)預(yù)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)“V”字型切口的脫殼率最高，所以對(duì)板栗外殼按“V”字型進(jìn)行切口處理。

1.2.4 微波處理 實(shí)驗(yàn)所用的微波爐功率為800W。針對(duì)不同大小的板栗，分別設(shè)計(jì)了正交實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行工藝的確定，共設(shè)立四個(gè)因素，分別為板栗加入量、第一次微波時(shí)間、冷卻時(shí)間、第二次微波時(shí)間。通過(guò)預(yù)實(shí)驗(yàn)，對(duì)大、中、小板栗的因素水平分別進(jìn)行設(shè)定，如表2～表4。

表2 大板栗因素水平Table 2 Factors and levels for the big size of Chinese chestnuts

表3 中板栗因素水平Table 3 Factors and levels for the medium size of Chinese chestnuts

1.2.5 數(shù)據(jù)測(cè)定 按設(shè)定的因素水平對(duì)各組樣品進(jìn)行處理，重復(fù)3次實(shí)驗(yàn)。確定各組板栗總粒數(shù)以及脫殼、破仁的板栗數(shù)，計(jì)算脫殼率和破仁率。并分別隨機(jī)選取3粒大、中、小板栗以及各組處理后的脫殼板栗進(jìn)行含水量測(cè)定，計(jì)算失水率。另外，板栗熟化度判斷依據(jù)見(jiàn)表5。

表4 小板栗因素水平Table 4 Factors and levels for the small size of Chinese chestnuts

表5 板栗熟化度判斷依據(jù)Table 5 The cooked degree judgment of Chinese chestnuts

1.2.6 結(jié)果評(píng)定 從板栗的脫殼率、破仁率、熟化度、失水率等方面對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行綜合評(píng)定(綜合評(píng)定值=10×脫殼率-10×破仁率-熟化度-10×失水率)［7］，從而確定微波使板栗脫殼去皮的最佳工藝參數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 大板栗正交實(shí)驗(yàn)分析

按設(shè)定的方案對(duì)大板栗進(jìn)行微波處理，測(cè)定脫殼率，破仁率，熟化度及失水率，計(jì)算綜合評(píng)定值，并進(jìn)行極差分析，結(jié)果如表6。

利用極差分析方法對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，從極差值可以看出，B＞C＞A＞D，即在實(shí)驗(yàn)選定的4個(gè)因素中，各因素對(duì)綜合評(píng)定值的影響大小為:第一次微波時(shí)間＞冷卻時(shí)間＞板栗加入量＞第二次微波時(shí)間。其中最優(yōu)組合為A3B3C3D2，即板栗加入量300g，第一次微波25s，冷卻7min，第二次微波15s。其中第一、二次微波單位質(zhì)量大板栗吸收的微波總能量分別為133.34J/g、80J/g。經(jīng)驗(yàn)證，該條件下板栗的綜合評(píng)定值為6.93，其中脫殼率達(dá)到91.33%，破仁率和熟化度分別為14.75%和15%。

2.2 中板栗正交實(shí)驗(yàn)分析

按設(shè)定的因素及水平對(duì)中板栗進(jìn)行微波處理，測(cè)定脫殼率，破仁率，熟化度及失水率，計(jì)算綜合評(píng)定值，并進(jìn)行極差分析，結(jié)果如表7。

表6 大板栗正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 6 The results of orthogonal test for the big size of Chinese chestnuts

表7 中板栗正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 7 The results of orthogonal test for the medium size of Chinese chestnuts

從極差值可以看出，B＞D＞A＞C，即在實(shí)驗(yàn)選定的4個(gè)因素中，各因素對(duì)綜合評(píng)定值的影響大小為:第一次微波時(shí)間＞第二次微波時(shí)間＞板栗加入量＞冷卻時(shí)間?？傻米顑?yōu)組合為A2B2C2D3，即板栗加入量250g，第一次微波15s，冷卻6min，第二次微波20s。其中第一、二次微波單位質(zhì)量中板栗吸收的微波總能量分別為96、128J/g。該條件下，板栗的綜合評(píng)定值為7.37，脫殼率可達(dá)到84.39%，而破仁率和熟化度僅為7.56%和5%。

2.3 小板栗正交實(shí)驗(yàn)分析

按設(shè)定的因素水平對(duì)小板栗進(jìn)行微波處理，測(cè)定脫殼率，破仁率，熟化度及失水率，計(jì)算綜合評(píng)定值，并進(jìn)行極差分析，結(jié)果如表8。

從極差值可以看出，B＞D＞C＞A，即在實(shí)驗(yàn)選定的4個(gè)因素中，各因素對(duì)綜合評(píng)定值的影響大小為:第一次微波時(shí)間＞第二次微波時(shí)間＞冷卻時(shí)間＞板栗加入量。確定最優(yōu)組合為A3B2C3D2，即板栗加入量250g，第一次微波15s，冷卻6min，第二次微波10s。其中第一、二次微波單位質(zhì)量小板栗吸收的微波總能量分別為96J/g、64J/g。該組合條件下，板栗的綜合評(píng)定值為6.30，其中脫殼率為86.17%，而破仁率和熟化度僅為13.89%和10%。

3 結(jié)論

微波技術(shù)作為一項(xiàng)高新技術(shù)，近年來(lái)在食品工程研究與應(yīng)用方面得到了較高發(fā)展，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)展［8］。本研究將微波技術(shù)引入板栗脫殼過(guò)程。微波作用于板栗時(shí)，栗仁內(nèi)的極性分子在交變電磁場(chǎng)的作用下極性取向改變而高頻振動(dòng)，內(nèi)能升高，栗仁中的部分水分汽化逸出，栗仁收縮，同時(shí)汽化逸出的水分以一定壓力作用于板栗內(nèi)皮，破壞了栗仁和內(nèi)皮間的貼合;另一方面，內(nèi)皮和外殼在微波能作用下水分亦減少，纖維組織韌性下降、強(qiáng)度降低。這樣，板栗的栗仁、內(nèi)皮和外殼在微波能作用下的變形不一，促使栗仁與內(nèi)皮間的分離［9-10］。同時(shí)為了克服微波加熱效率過(guò)高造成板栗熟化的缺陷，采用間歇微波加熱的方式對(duì)板栗進(jìn)行脫殼處理。通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，針對(duì)大、中、小三類板栗，各因素對(duì)綜合評(píng)定值的影響大小略有不同，但影響最大的均為第一次微波時(shí)間。當(dāng)微波功率為800W時(shí)，板栗微波脫殼去皮的最佳工藝分別為:大板栗，加入量300g，第一次微波25s，冷卻7min，第二次微波15s;中板栗，加入量250g，第一次微波15s，冷卻6min，第二次微波20s;小板栗，板栗加入量250g，第一次微波15s，冷卻6min，第二次微波10s。其中最優(yōu)工藝下第一次和第二次微波單位質(zhì)量板栗吸收的微波總能量分別為:大板栗，133.34J/g，80J/g;中板栗，96J/g，128J/g;小板栗，96J/g，64J/g。該工藝參數(shù)下，板栗脫殼率均可達(dá)到80%以上，破仁率和熟化度則小于15%，從而為板栗產(chǎn)品的深加工開(kāi)拓了新思路、新方法。

表8 小板栗正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 8 The results of orthogonal test for the small size of Chinese chestnuts

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