花生殼/仁的吸附等溫線與熱力學(xué)特性

趙 亞，張平平，石啟龍*

（山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院，山東 淄博 255000）

花生殼/仁的吸附等溫線與熱力學(xué)特性

趙 亞，張平平，石啟龍*

（山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院，山東 淄博 255000）

為了解花生殼與花生仁的含水率、水分活度（aw）與溫度的關(guān)系，提高花生的貯藏穩(wěn)定性。研究花生殼與花生仁在10、20、30 ℃時的吸附等溫線；探討花生殼與花生仁的凈等量吸附熱（qst）、微分熵（Sd）、擴(kuò)張壓力、積分熵、積分焓、熵-焓互補(bǔ)、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）等熱力學(xué)特性。結(jié)果表明，花生殼與花生仁的水分吸附呈Ⅲ型等溫線。溫度一定時，花生殼與花生仁的干基含水率隨aw增加而增加。描述花生殼與花生仁吸附特性的最適模型為GAB模型?；ㄉ鷼づc花生仁的qst與Sd均隨含水率增加而降低。擴(kuò)張壓力隨aw增加而升高，但隨溫度升高而降低。積分焓隨含水率增加而降低，而積分熵隨含水率增加而升高。花生殼的qst和Sd均高于花生仁，而同一溫度條件下花生仁的擴(kuò)張壓力高于花生殼。含水率相同時，花生仁積分焓低于花生殼，而花生仁的積分熵則高于花生殼。花生殼與花生仁水分吸附過程均為焓驅(qū)動、自發(fā)過程。花生殼與花生仁的Tg隨含水率增加而降低，相同含水率時，花生殼的Tg值高于花生仁。根據(jù)狀態(tài)圖得到溫度為10 ℃時，花生殼與花生仁的臨界水分活度與臨界含水率分別為0.80、0.175 4 g/g與0.68、0.095 5 g/g。研究結(jié)果可為花生干制工藝及其干制品貯藏穩(wěn)定性提供理論依據(jù)。

花生；吸附等溫線；熱力學(xué)性質(zhì)；玻璃化轉(zhuǎn)變溫度；狀態(tài)圖

花生屬薔薇目、豆科1 年生草本植物，是世界重要的油料作物之一，其種植面積僅次于油菜，也是我國總產(chǎn)量最高的油料作物和經(jīng)濟(jì)作物[1]?；ㄉ缓椭?、蛋白質(zhì)、維生素以及鈣、磷、鐵等元素，并具有一定的保健功能。但是花生采后依然保持原有的生物活性，極易吸收環(huán)境中的水分導(dǎo)致發(fā)芽或發(fā)霉，干燥可將其含水率降低到安全貯藏范圍內(nèi)（不大于單分子層含水率值），進(jìn)而延長其貨架期[2]。花生含水率、水分活度（aw）和貯藏溫度是影響其貯藏穩(wěn)定性的重要因素。吸附等溫線是指在特定溫度條件下物料中干基含水率與其水分活度的關(guān)系曲線[3]。水分吸附過程中的熱力學(xué)性質(zhì)包括凈等量吸附熱、微分熵、積分焓、積分熵、擴(kuò)張壓力、熵焓互補(bǔ)，熱力學(xué)性質(zhì)作為評價食品貯藏穩(wěn)定性與貨架期模型預(yù)測的標(biāo)準(zhǔn)受到了學(xué)者們的重視，并用于園藝品[4-6]、奶制品[7]、茶葉[8]、谷物[9]、種子[10-11]等農(nóng)產(chǎn)品研究。玻璃化轉(zhuǎn)變理論是指非晶態(tài)聚合物（包括晶態(tài)聚合物的非晶態(tài)部分）由玻璃態(tài)到橡膠態(tài)或者橡膠態(tài)到玻璃態(tài)的轉(zhuǎn)變，對應(yīng)的特征溫度為玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）[3,12]。狀態(tài)圖為玻璃化轉(zhuǎn)變理論的最大應(yīng)用，闡述了不同含水率的樣品在不同溫度條件下所處的物理狀態(tài)[12]。狀態(tài)圖有利于預(yù)測食品的貯藏穩(wěn)定性及確定適宜加工溫度和產(chǎn)品適宜含水率[12-13]。將水分活度保藏理論與玻璃化轉(zhuǎn)變理論結(jié)合，用于加工與貯藏過程中各種理化反應(yīng)的解釋具有非常重要的理論價值及現(xiàn)實意義[14-15]?；ㄉ芍浦饕袔じ稍锖腿じ稍? 種方式，不同處理方式對干燥過程及干制品貯藏穩(wěn)定性有一定的影響。因此，本實驗研究并比較了花生殼（peanut shell，PS）與花生仁（peanut kernel，PK）的吸附等溫線及熱力學(xué)性質(zhì)，旨在為花生干制工藝及干制品最適貯藏條件提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

花生 市售。

麝香草酚、五氧化二磷、氯化鋰、醋酸鉀、六水氯化鎂、碳酸鉀、六水硝酸鎂、亞硝酸鈉、氯化鈉、氯化鉀等均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

SPX-250B-Z生化培養(yǎng)箱 上海博迅實業(yè)有限公司；DHG-9140A電熱鼓風(fēng)干燥箱 上海精宏實驗設(shè)備有限公司；DW-FL253冷藏柜 中科美菱低溫科技有限責(zé)任公司；FD-1B-80真空冷凍干燥機(jī) 北京博醫(yī)康實驗儀器有限公司；LabSwift水分活度測定儀 瑞士Novasina公司；Q100差示掃描量熱（differential scanning calorimetry，DSC）儀 美國TA公司；AL204電子天平梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司。

1.3 方法

1.3.1 吸附等溫線測定及模型擬合

將花生去殼，分別將花生殼與花生仁置于-30 ℃的冰箱內(nèi)冷凍24 h，然后于冷凍干燥機(jī)中凍干72 h，研磨成粉。分別稱取1.000 g凍干花生殼和花生仁粉末于稱量瓶中，放入盛有不同飽和鹽溶液的干燥器，密封后分別放在10、20、30 ℃的恒溫箱中平衡。8 種飽和鹽溶液在10～30 ℃時的平衡相對濕度范圍為0.113～0.868[16]。定期測定樣品質(zhì)量直至水分吸附達(dá)到平衡（即前后2 次質(zhì)量差異≤0.002 g）。平衡后的樣品測定含水率。用于描述農(nóng)產(chǎn)品水分吸附特性的數(shù)學(xué)模型見表1[4-5,17]。

表1 用于描述農(nóng)產(chǎn)品吸附等溫線的數(shù)學(xué)模型Table 1 Mathematical models describing the water adsorption isotherms of agricultural products

采用表1所列數(shù)學(xué)模型擬合水分活度（aw）與含水率數(shù)據(jù)。模型擬合評價參數(shù)為相關(guān)系數(shù)（R2）、平均相對偏差系數(shù)（mean relative percent deviation modulus，MRPDM）、標(biāo)準(zhǔn)誤差（standard error of estimate，SEE）和殘差。R2越高、MRPDM和SEE越低、殘差呈隨機(jī)分布，擬合精度越高；反之，模型擬合精度較低[6]。

1.3.2 熱力學(xué)性質(zhì)

1.3.2.1 凈等量吸附熱和微分熵

凈等量吸附熱（qst）是吸附熱（Qst）與純水蒸發(fā)潛熱（HL）的差值。根據(jù)qst的大小可判斷水分子與固體基質(zhì)在吸附位點(diǎn)上的作用力強(qiáng)弱，可通過Clausius-Clapeyron方程計算得到[18]。

式中：qst為凈等量吸附熱/（J/mol）；X為干基含水率/（g/g）；aw為水分活度；T為絕對溫度/K；R為氣體常數(shù)，值為8.314 J/（mol·K）。

由方程（1）可知，當(dāng)含水率一定時，以lnaw與1/T作圖可得一條直線，qst可由直線斜率得到。

微分熵（Sd）與特定能級水平上固體基質(zhì)表面的水分可吸附位點(diǎn)的數(shù)量呈正相關(guān)，其值反映了水分吸附過程中水分吸附位點(diǎn)數(shù)量的變化[19]。qst與Sd的關(guān)系為：

式中：Sd為微分熵/（J/（mol·K））。

由方程（2）可知，Sd值可通過在特定含水率時以lnaw與1/T作圖所得直線的截距計算得到。

1.3.2.2 擴(kuò)張壓力

擴(kuò)張壓力（Φ）類似表面張力，指阻止被水吸附的固體基質(zhì)表面發(fā)生擴(kuò)張而需要的垂直作用于任一邊緣面積上的作用力，計算公式為[20]：

式中：Φ為擴(kuò)張壓力/（J/m2）；KB為玻爾茲曼常數(shù)，1.38×10-23J/K；Am為一個水分子的表面積，取1.06×10-19m2；Cg、K為GAB參數(shù)。

1.3.2.3 積分焓和積分熵

積分焓（ΔHin）用于定量描述水分子與固體基質(zhì)間吸附能力的大小，計算方法見式（4）[21]。積分熵（ΔSin）可定量描述水分吸附過程中水分子運(yùn)動的隨意程度，表明水分子-固體基質(zhì)與水-水之間反應(yīng)的差異程度，計算方法見式（5）[22]。

擴(kuò)張壓力一定時，以lnaw和1/T作圖，ΔHin和ΔSin可通過所得直線的斜率和截距求得。

1.3.2.4 熵-焓互補(bǔ)理論

熵-焓互補(bǔ)理論提出qst與Sd線性相關(guān)，見式（6）。它可用來評估溫度對水分吸附過程中所發(fā)生的物理化學(xué)現(xiàn)象的影響[23]。

式中：Tβ為等速溫度/K，指吸附過程中所有反應(yīng)以同一速率進(jìn)行時的溫度；ΔGβ為Tβ時的吉布斯自由能/（kJ/mol）。

繪制qst與Sd的關(guān)系圖，Tβ和ΔGβ可由線性回歸計算得到。ΔGβ常用于衡量水分吸附過程是自發(fā)（ΔGβ＜0）或非自發(fā)（ΔGβ＞0）的標(biāo)準(zhǔn)。Polato?lu等[19]指出：通過比較調(diào)和平均溫度Thm（式（7））和Tβ的大小可檢驗熵焓互補(bǔ)理論。當(dāng)Thm≠Tβ時，熵-焓互補(bǔ)適用；若Tβ＞Thm，吸附過程為焓驅(qū)動；若Tβ＜Thm，則為熵驅(qū)動。

式中：n為等溫線的數(shù)目。

1.3.3 玻璃化轉(zhuǎn)變溫度測定及模型擬合

采用DSC儀測定不同含水率樣品的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）。采用雙掃描程序[24]。樣品以10 ℃/min冷卻至-40 ℃，平衡2 min；然后以10 ℃/min升溫至30 ℃，平衡2 min；再次以10 ℃/min冷卻至-40 ℃，平衡2 min；最后以10 ℃/min升溫至100 ℃。利用DSC軟件分析熱流密度曲線，得到初始（Tgi）、中點(diǎn)（Tgm）和終點(diǎn)（Tge）的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，取中點(diǎn)值Tgm作為樣品的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。Tgm采用Gordon-Taylor方程進(jìn)行擬合[25]。

式中：Tgm、Tgs和Tgw分別為樣品、溶質(zhì)和水的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，Tgw=－135 ℃；Xs和Xw分別為溶質(zhì)濕基含量和濕基含水率/（g/g）；k為模型參數(shù)。

1.4 統(tǒng)計分析

采用Matlab 7.1和Origin 8.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 吸附等溫線

2.1.1 吸附等溫線確定

圖1 PS（a）與PK（b）的吸附等溫線Fig. 1 Moisture adsorption isotherms of PS (a) and PK (b)

溫度10、20、30 ℃時，花生殼與花生仁的吸附等溫線如圖1所示，可以看出，花生殼與花生仁的吸附等溫線均呈Ⅲ型。溫度一定時，花生殼與花生仁的干基含水率均隨aw增加而增加。aw一定時，花生仁的干基含水率隨溫度升高而降低，這是由于溫度升高導(dǎo)致水分子的動能增加，使水分子與基質(zhì)間的吸引力下降而引起其吸附能力的降低[26]。溫度升高也會引起物料內(nèi)部發(fā)生物理化學(xué)變化，致使活性位點(diǎn)數(shù)量減少而導(dǎo)致吸附的水分子數(shù)量減少[6]。而對于花生仁，當(dāng)溫度30 ℃，aw＞0.65時出現(xiàn)含水率高于10 ℃和20 ℃時含水率值的反?，F(xiàn)象，這是因為溶質(zhì)的溶解性隨aw的增加而增大所致[27]?；ㄉ械鞍踪|(zhì)、碳水化合物、脂肪等含量較高，這些成分溶解度隨著水分活度增加而增大，進(jìn)而導(dǎo)致分子中基團(tuán)結(jié)合水分子能力提高。通過比較花生殼與花生仁的吸附等溫線，可以看出，aw一定時，花生殼的干基含水率始終高于花生仁。這意味著與花生仁相比，帶殼花生干制品吸附水分子的能力更強(qiáng)，在貯藏過程中也更易吸收周圍環(huán)境的水分。

2.1.2 模型擬合

表2 模型擬合參數(shù)Table 2 Estimated parameters of different adsorption isotherm models

續(xù)表2

圖2 平衡含水率實驗值與GAB模型預(yù)測值Fig. 2 Experimental and calculated equilibrium moisture contents by GAB model

采用表1中的8 種數(shù)學(xué)模型擬合實驗數(shù)據(jù)，模型統(tǒng)計參數(shù)結(jié)果見表2。對于花生仁與花生殼，Blahovec-Yanniotis、Caurie、Chen、Hendersen和Peleg模型的殘差呈規(guī)律分布，因此模型擬合精度差。BET、GAB和Halsey模型的殘差呈隨機(jī)分布，在整個溫度和aw范圍內(nèi)，GAB模型具有較高的R2和較低的MRPDM和SEE值。因此，描述花生仁與花生殼水分吸附特性的適宜模型為GAB模型。通過比較GAB模型實驗值與預(yù)測值進(jìn)一步驗證了花生仁與花生殼模型的擬合精度（圖2）。因此，描述花生仁與花生殼水分吸附特性的最適模型為GAB模型。

2.2 熱力學(xué)特性

2.2.1 凈等量吸附熱與微分熵

圖3 凈等量吸附熱（a）、微分熵（b）與含水率關(guān)系Fig. 3 Relationships between net isosteric heat of sorption (a) and differential entropy (b) and moisture content

花生殼與花生仁的凈等量吸附熱（qst）、微分熵（Sd）與含水率關(guān)系見圖3。由圖3a可知，隨含水率的增加，花生殼與花生仁的qst分別由27.49 kJ/mol和18.24 kJ/mol下降到1.72 kJ/mol和1.35 kJ/mol，且qst下降速率逐漸減小最后趨于恒定值。其原因可能是：吸附剛開始時樣品的含水率比較低，活性位點(diǎn)的數(shù)目比較多，水分子與固體基質(zhì)表面結(jié)合緊密，成為單分子層水；但隨吸附進(jìn)程的不斷進(jìn)行，固體基質(zhì)表面可吸附位點(diǎn)逐漸被占據(jù)完全，吸附的水分子逐漸轉(zhuǎn)化為多分子層水，這使得水分子與固體基質(zhì)間的作用力急劇減弱[20,28]。當(dāng)含水率＞0.10 g/g時，花生殼與花生仁吸附的水分幾乎以自由水的形式存在，故qst變化緩慢并趨于穩(wěn)定（接近0）。花生殼的qst始終低于花生仁，說明在整個吸附過程中花生仁對傳熱、傳質(zhì)有較大的阻礙作用，需要消耗更多的活化能才可以使水分子吸附。Sd與含水率的關(guān)系見圖3b，可以看出，Sd與含水率具有較強(qiáng)的相關(guān)性。Sd隨含水率的增加呈降低趨勢，且當(dāng)含水率＜0.10 g/g時降低較為迅速，而含水率＞0.10 g/g時逐漸趨于0，表明吸附位點(diǎn)數(shù)量隨水分吸附過程的進(jìn)行逐漸減少最終趨于0?；ㄉ实腟d值始終大于花生殼，說明花生仁的吸附位點(diǎn)數(shù)量比花生殼的多，能夠吸附更多的水分?；ㄉ鷼づc花生仁吸附位點(diǎn)數(shù)量間差異可能是由于花生殼與花生仁成分不同所致。

2.2.2 擴(kuò)張壓力

圖4 擴(kuò)張壓力與水分活度之間的關(guān)系Fig. 4 Relationships between spreading pressure and aw

花生殼和花生仁的擴(kuò)張壓力（Φ）與aw的關(guān)系見圖4?？梢钥闯觯ㄉ鷼ず突ㄉ实摩抵稻Saw的增加而增大，但隨溫度的升高而降低。溫度和aw相同時，花生仁的擴(kuò)張壓力一直比花生殼高，說明阻止花生仁表面擴(kuò)張所需的作用力要明顯高于花生殼。擴(kuò)張壓力大小可代表物料表面過剩自由能的高低。擴(kuò)張壓力越低，物料表面的電勢也就越低，因此花生殼吸附位點(diǎn)活性比花生仁低，使花生殼吸濕性比花生仁低。

2.2.3 積分焓與積分熵

積分焓（ΔHin）可以理解為轉(zhuǎn)換焓或者是相變，它能夠提供理論上從物料中去除特定水分所需要的最低能量值[11]。如圖5a所示，在擴(kuò)張壓力一定時，花生仁和花生殼的ΔHin均隨含水率的增加而降低。對于花生仁，當(dāng)含水率在0.025～0.06 g/g時，ΔHin由45 kJ/mol迅速降低至13.87 kJ/mol，而當(dāng)含水率＞0.06 g/g時，ΔHin隨含水率變化平緩并逐漸趨于穩(wěn)定；對于花生殼，當(dāng)含水率在0.042～0.082 g/g時，ΔHin由40 kJ/mol迅速降低至14.90 kJ/mol，當(dāng)含水率＞0.082 g/g時，ΔHin受含水率影響不大。主要原因是在含水率較低時，高能量的活性位點(diǎn)先被吸附，直至含水率達(dá)到單分子層含水率，此時水分子與固體基質(zhì)間的吸附作用較強(qiáng)，故ΔHin值較大。隨含水率的增加，固體基質(zhì)上活性位點(diǎn)減少，吸附的水分也向多分子層結(jié)合水、自由水轉(zhuǎn)變，水與固體基質(zhì)的吸附作用逐漸減弱，從而使ΔHin降低。此外，相同含水率時，花生仁的ΔHin值明顯低于花生殼，說明干燥過程中，去除等量水分時，花生仁比花生殼所需的能量小，即花生仁更易干燥。

圖5 積分焓（a）、積分熵（b）與含水率的關(guān)系Fig. 5 Relationships between integral enthalpy (a) and integral entropy (b) and water content

積分熵（ΔSin）描述了水分吸附過程中水分子運(yùn)動的隨意程度。圖5b為花生仁和花生殼在特定擴(kuò)張壓力下的ΔSin與含水率的關(guān)系曲線，可以看出，花生仁和花生殼的ΔSin在低含水率下均為負(fù)值，且隨含水率的增加逐漸增大。對于花生仁，當(dāng)含水率為0.021～0.031 g/g時，ΔSin由-162 J/（mol·K）迅速升高到-60 J/（mol·K），當(dāng)含水率＞0.031 g/g時，ΔSin隨含水率增加緩慢并趨于穩(wěn)定；對于花生殼，含水率為0.04～0.049 g/g時，ΔSin由-151 J/（mol·K）迅速升高到-61 J/（mol·K），當(dāng)含水率＞0.049 g/g時，變化趨勢較為平緩，逐漸趨于定值。這是因為低含水率下水分子被強(qiáng)烈的吸附，其旋轉(zhuǎn)自由度和遷移能力受到限制，而隨含水率的升高，致使多層吸附現(xiàn)象的出現(xiàn)，被吸附的水分子所受的束縛力減弱而使ΔSin增大。ΔSin的這種變化還可能與水分吸附過程中固體基質(zhì)的溶脹作用所導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)變化相關(guān)[23]。另外，同一含水率下，花生仁的ΔSin值略高于花生殼，這表明花生仁吸附過程中水分子運(yùn)動的隨意程度高于花生殼。

2.2.4 熵-焓互補(bǔ)理論

物料在不同條件下水分吸附基質(zhì)以及吸附過程中涉及的物理、化學(xué)現(xiàn)象可通過熵-焓互補(bǔ)理論解釋[29]。如圖6所示，花生仁和花生殼的微分熵（Sd）與凈等量吸附熱（qst）之間存在較好的線性關(guān)系，這表明在本實驗的含水率范圍內(nèi)，熵焓互補(bǔ)理論適用于花生仁和花生殼的吸附特性的研究。通過計算得到花生仁和花生殼的Tβ值分別為343.21 K和343.21 K。由3 個實驗溫度可求得平衡溫度Thm=292.92 K，由于Thm與Tβ不相等且Tβ＞Thm，所以花生仁和花生殼的水分吸附過程均為焓驅(qū)動，同時，花生仁和花生殼的ΔGβ分別為-0.557、-0.521 kJ/mol，表明花生仁和花生殼的水分吸附過程均為自發(fā)過程（ΔGβ＜0）。

圖6 凈等量吸附熱與微分熵的關(guān)系Fig. 6 Relationships between net isosteric heat of adsorption and differential entropy

2.3 玻璃化轉(zhuǎn)變溫度與狀態(tài)圖

與含水率關(guān)系Fig. 7 Relationships between glass transition temperature and water content for PS and PK圖7 PS和PK的Tg

不同含水率樣品的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）如圖7所示，Tg隨著含水率的增加而降低?；ㄉ鷼窕视?.033 05 g/g增加至0.162 4 g/g時，Tgm由94.11 ℃降低至10.77 ℃；花生仁濕基含水率由0.022 2 g/g增加至0.122 3 g/g時，Tgm由56.38 ℃降低至－10.43 ℃。水對基質(zhì)無定形組分的塑化作用是Tg隨含水率的增加而降低的主要原因[30]。含水率相同時，花生殼的Tg總高于花生仁。

圖8 PS和PK的狀態(tài)圖Fig. 8 State diagrams of PS and PK

根據(jù)GAB模型和Gordon-Taylor方程，構(gòu)建花生殼與花生仁的狀態(tài)圖，如圖8所示。溫度為10 ℃時，花生仁保持玻璃態(tài)貯藏時對應(yīng)的臨界水分活度（CWA1）和臨界含水率（CWC1）分別為0.68和0.095 5 g/g，因此為了保證花生仁處于玻璃態(tài)，貯藏環(huán)境的相對濕度不能超過68%，對應(yīng)的臨界干基含水率為0.095 5 g/g。對于花生殼，溫度為10 ℃時，保持玻璃態(tài)貯藏時對應(yīng)的CWA2和CWC2分別為0.80和0.175 4 g/g。由此可見，帶殼花生干制品保持玻璃態(tài)貯藏時的臨界水分活度與臨界含水率均高于去殼花生干制品，進(jìn)而提高了花生干制品的貯藏穩(wěn)定性。

3 結(jié) 論

花生殼與花生仁的水分吸附進(jìn)程遵循Ⅲ型等溫線，GAB模型為描述花生殼與花生仁水分吸附特性的最適模型?；ㄉ鷼づc花生仁的凈等量吸附熱與微分熵均隨含水率增加而降低。擴(kuò)張壓力隨aw增加而升高，但隨溫度的升高而降低。積分焓隨含水率增加而降低，而積分熵隨含水率的增加而升高?；ㄉ鷼さ膬舻攘课綗岷臀⒎朱鼐哂诨ㄉ?，而同一溫度條件下花生仁的擴(kuò)張壓力高于花生殼。含水率相同時，花生仁積分焓低于花生殼，而花生仁的積分熵則高于花生殼。花生殼與花生仁的水分吸附為焓驅(qū)動、自發(fā)過程?；ㄉ鷼づc花生仁的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度隨著含水率增加而降低，相同含水率時，花生殼的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度高于花生仁。與去殼花生干制品相比，帶殼花生干制品的臨界水分活度與臨界含水率顯著提高，進(jìn)而提高了花生干制品的貯藏穩(wěn)定性。

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Moisture Adsorption Isotherms and Thermodynamic Properties of Peanut Shell and Kernel

ZHAO Ya, ZHANG Pingping, SHI Qilong*
(School of Agricultural Engineering and Food Science, Shandong University of Technology, Zibo 255000, China)

In order to reveal the relationships between temperature and moisture content and water activity (aw) of peanutshell (PS) and peanut kernel (PK) and thus to improve the storage stability of peanut, the moisture adsorption isotherms of PS and PK were investigated at 10, 20 and 30 ℃ by the static weighing method. Thermodynamic properties such as net isosteric heat of sorption (qst), differential entropy (Sd), spreading pressure, integral entropy, integral enthalpy, enthalpyentropy compensation, and glass transition temperature (Tg) of PS and PK were also discussed. The results showed that the water adsorption of PK and PS followed a typical type Ⅲ isotherm behavior, and the water contents of PK and PS increased with increasing aw. The GAB model showed the best fi t with the experimental data. The qstand Sdof PS and PK decreased with increasing moisture content. The spreading pressure increased with increasing aw, and decreased with increasing temperature. The integral enthalpy decreased with increasing moisture content, whereas reverse trend was observed for the integral entropy. Both qstand Sdof PS were higher than those of PK, while the spreading pressure of PK at the same temperature was higher than that of PS. At the same moisture content, the integral enthalpy of PK was lower than that of PS, whereas integral entropy of PK was higher than that of PS. The water adsorption processes of PS and PK were both a spontaneous process driven by enthalpy and Tgof PS and PK decreased with increasing water content, with the former being higher than the latter at the same water content. According to the state diagram, at 10 ℃, critical water activity and criticalwater content were 0.80 and 0.175 4 g/g for PS and 0.68 and 0.095 5 g/g for PK, respectively. These results can provide a theoretical basis for peanut drying and improved storage stability of dehydrated peanut.

peanut; moisture adsorption isotherms; thermodynamic properties; glass transition temperature; state diagram

10.7506/spkx1002-6630-201707010

TS255.1

A

1002-6630（2017）07-0055-08

2016-04-20

國家自然科學(xué)基金面上項目（31171708）

趙亞（1974—），女，實驗師，碩士，研究方向為農(nóng)產(chǎn)品加工與貯藏。E-mail：zy0028014@sdut.edu.cn

*通信作者：石啟龍（1974—），男，教授，博士，研究方向為果蔬、水產(chǎn)品加工與貯藏。E-mail：qilongshi@sdut.edu.cn

趙亞, 張平平, 石啟龍. 花生殼/仁的吸附等溫線與熱力學(xué)特性[J]. 食品科學(xué), 2017, 38(7): 55-62. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201707010. http://www.spkx.net.cn

ZHAO Ya, ZHANG Pingping, SHI Qilong. Moisture adsorption isotherms and thermodynamic properties of peanut shell and kernel[J]. Food Science, 2017, 38(7): 55-62. (in Chinese with English abstract)

10.7506/spkx1002-6630-201707010. http://www.spkx.net.cn