熱風(fēng)輔助射頻烘烤處理對葵花籽品質(zhì)和風(fēng)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(xué)農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院，上海 200240）

熱風(fēng)輔助射頻烘烤處理對葵花籽品質(zhì)和風(fēng)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(xué)農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院，上海 200240）

優(yōu)化了熱風(fēng)輔助射頻加熱技術(shù)烘烤葵花籽的工藝，并對烘烤產(chǎn)品進(jìn)行品質(zhì)研究。優(yōu)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(fēng)（70℃），之后熱風(fēng)輔助射頻烘烤30 min。該工藝不僅節(jié)約能耗，且烘烤所得葵花籽品質(zhì)優(yōu)良，水分、酸價(jià)及過氧化值均符合國家標(biāo)準(zhǔn)，風(fēng)味更佳。

葵花籽；熱風(fēng)輔助射頻；烘烤；品質(zhì)；風(fēng)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?？ㄗ褳橄蛉湛淖褜?shí)，截至2016年，我國的葵花籽年產(chǎn)量已達(dá)251×104t?？ㄗ呀?jīng)烘烤后香脆可口，是休閑飲食佳品。傳統(tǒng)葵花籽多以手工炒制、燃煤轉(zhuǎn)爐烘烤等小作坊形式進(jìn)行生產(chǎn)，存在加工工具和設(shè)備簡陋、生產(chǎn)周期長、耗時(shí)耗能、難以規(guī)?；I(yè)化生產(chǎn)、產(chǎn)品存在質(zhì)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(shù)[2]。與傳統(tǒng)加熱方式相比，射頻加熱更快速均勻，減少了食品中營養(yǎng)物質(zhì)的損失。目前，射頻加熱技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品和食品加工中的研究和應(yīng)用主要集中在干燥、滅蟲、殺菌等幾個(gè)方面。單獨(dú)采用射頻加熱系統(tǒng)雖然加熱速率快，但由于熱偏移現(xiàn)象[3]和邊角效應(yīng)[4]的存在，易因加熱過度或加熱不均而導(dǎo)致產(chǎn)品品質(zhì)的下降，采用熱風(fēng)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(fēng)輔助射頻加熱技術(shù)對紅棗進(jìn)行了干燥，在相同溫度條件下比熱風(fēng)、洞道干燥在時(shí)間上縮短了2/3。Jiao S等人[6]利用熱風(fēng)輔助射頻烘烤技術(shù)制備咸干花生，結(jié)果顯示，在110～130℃條件下烘烤45 min所得的咸干花生不僅品質(zhì)良好，更將貨架期由傳統(tǒng)熱風(fēng)烘烤時(shí)的26周延長至31周，是一種極具潛力的咸干花生烘烤技術(shù)。王云陽[7]采用熱風(fēng)輔助射頻干燥澳洲堅(jiān)果，并與熱風(fēng)干燥堅(jiān)果進(jìn)行比較，結(jié)果顯示熱風(fēng)干燥澳洲堅(jiān)果需要750 min，而熱風(fēng)輔助射頻干燥澳洲堅(jiān)果只需要360 min，產(chǎn)品水分含量可降至3.0%，果仁水分含量降低至1.5%，堅(jiān)果的自由脂肪酸、過氧化值含量均在工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，說明熱風(fēng)輔助射頻加熱具有應(yīng)用于澳洲堅(jiān)果工業(yè)干燥中的潛力。目前，尚未見熱風(fēng)輔助射頻加熱技術(shù)應(yīng)用于葵花籽的烘烤。

試驗(yàn)通過電極板間距、熱風(fēng)溫度及熱風(fēng)開始時(shí)間的優(yōu)化，獲得射頻烘烤葵花籽的最優(yōu)工藝，以傳統(tǒng)熱風(fēng)烘烤作為對照，對經(jīng)熱風(fēng)輔助射頻烘烤后葵花籽的酸價(jià)、過氧化值及風(fēng)味進(jìn)行評價(jià)，探討熱風(fēng)輔助射頻烘烤對葵花籽品質(zhì)的影響及其應(yīng)用于葵花籽烘烤的潛力。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

生葵花籽產(chǎn)自甘肅蘭州，經(jīng)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(zhì)譜聯(lián)用儀（GCMS），美國安捷倫公司產(chǎn)品；DB-wax型色譜柱（30m×0.25 mm×0.25 μm），美國Supelco公司產(chǎn)品；PDMS/DVB型固相微萃取頭（50/30 μm），美國Supelco公司產(chǎn)品；GZX-9240 MBE型熱風(fēng)干燥箱，上海博訊實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠產(chǎn)品。

試驗(yàn)使用頻率為27.12 MHz的射頻設(shè)備，最大功率18 kW，射頻加熱系統(tǒng)包含2個(gè)平行電極板（長75 cm×寬55 cm），可通過調(diào)節(jié)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(tǒng)還包括內(nèi)置熱風(fēng)系統(tǒng)和嵌入式傳送帶系統(tǒng)，熱風(fēng)機(jī)最大功率為6 kW，加熱產(chǎn)生的熱空氣經(jīng)風(fēng)機(jī)加壓，從下極板上的均布小孔穿過進(jìn)入射頻加熱腔內(nèi)，熱風(fēng)溫度在20～70℃可調(diào)。射頻加熱過程中采用ThermAgile熒光光纖測溫儀來監(jiān)測溫度實(shí)時(shí)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(cè)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(fēng)可以較好地穿透物料。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 烘烤工藝優(yōu)化

射頻處理時(shí)，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(jìn)行熱風(fēng)輔助射頻烘烤處理，處理結(jié)束后將葵花籽鋪開成薄層，并采用強(qiáng)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(zhì)量的影響。將樣品密封保存于25℃，相對濕度50%的恒溫室內(nèi)待用。

工藝優(yōu)化主要選擇極板間距、熱風(fēng)開啟時(shí)間和溫度這3項(xiàng)指標(biāo)。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(yù)試驗(yàn)的結(jié)果，在上下兩極板間距8.0～9.0 cm區(qū)間進(jìn)行梯度試驗(yàn)，分析對比以得到一個(gè)最優(yōu)極板間距和物料放置的垂直位置。然后，研究不同熱風(fēng)溫度和加入時(shí)間對于干燥效率的影響，以確定輔助熱風(fēng)的最適溫度。

1.2.2 品質(zhì)測定

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

1.2.3 風(fēng)味物質(zhì)測定

采用固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)對射頻烘烤葵花籽中的各種揮發(fā)性成分進(jìn)行定性分析及定量計(jì)算。

（1）試驗(yàn)條件。①固相微萃?。悍Q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(nèi)標(biāo)。采用CTC三位一體自動進(jìn)樣器進(jìn)樣：溫度50℃，振蕩15 min，萃取30 min，振蕩速度250 r/min，解析時(shí)間4 min，GC循環(huán)時(shí)間57 min采集數(shù)據(jù)，平行3次。②氣相色譜條件：進(jìn)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(zhì)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(zhì)量范圍20～400 g。

（2）試驗(yàn)方法。①定性方法：將上述試驗(yàn)條件下得到的質(zhì)譜圖進(jìn)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(nèi)標(biāo)以得到葵花籽不同揮發(fā)性成分的量化數(shù)據(jù)。采用RIT積分器進(jìn)行積分，必要時(shí)手動調(diào)節(jié)基線高度以得到化合物的峰面積。

揮發(fā)性化合物含量的計(jì)算公式為：

2 結(jié)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(yàn)的結(jié)果后兩極板間距在8.0～9.0 cm內(nèi)進(jìn)行梯度試驗(yàn)以期得到一個(gè)最優(yōu)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(shí)，葵花籽在7 min后溫度達(dá)到60℃，但之后升溫速率極慢。推知該條件下需要較長的時(shí)間對葵花籽進(jìn)行射頻烘烤，耗時(shí)耗電。電極板間距為8.0 cm時(shí)，葵花籽在4 min后溫度即達(dá)到100℃，之后仍快速攀升，5 min后達(dá)到110℃。雖然該條件下加熱效率高、省時(shí)省電，但取出物料后發(fā)現(xiàn)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(dá)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(fēng)輔助后發(fā)現(xiàn)熱風(fēng)溫度明顯低于目標(biāo)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(yōu)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(gòu)建射頻處理谷物種子的溫度變化模型時(shí)得出結(jié)論，樣品量較少時(shí)，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(shí)則應(yīng)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(shí)更為均勻。據(jù)此，試驗(yàn)將物料與下極板的距離設(shè)置為1 cm，根據(jù)試驗(yàn)過程中對實(shí)時(shí)溫度的檢測，樣品溫度差在6℃以內(nèi)，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(fēng)溫度及開啟時(shí)間對葵花籽烘烤干燥效率的影響

熱風(fēng)能加強(qiáng)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(huán)境中，以提高射頻干燥的速度。同時(shí)，熱風(fēng)還起到了降溫的作用，尤其當(dāng)物料溫度較高時(shí)能幫助其保持在適宜的范圍。但由于熱風(fēng)溫度低于目標(biāo)加熱溫度，故不宜在起始階段加入，在前述試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，確定在開啟射頻5 min，葵花籽溫度達(dá)到90℃左右時(shí)開啟熱風(fēng)系統(tǒng)，并在25 min左右穩(wěn)定在120～130℃，30 min后完成烘烤。根據(jù)之前低水分物料射頻加熱均勻性的研究結(jié)果[11]，在葵花籽物料內(nèi)部選了溫度較低（冷點(diǎn)，CH1） 和較高（熱點(diǎn)，CH2） 的2個(gè)點(diǎn)，在射頻烘烤過程中檢測其溫度變化情況。

熱風(fēng)輔助射頻烘烤過程中葵花籽內(nèi)部溫度變化曲線見圖2。

由圖2可知，冷點(diǎn)和熱點(diǎn)溫度相差為5℃，且隨著溫度的升高和熱風(fēng)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(fēng)輔助射頻烘烤過程中葵花籽內(nèi)部溫度變化曲線

當(dāng)然，不同的熱風(fēng)溫度對于物料有著不同的干燥效率，選取60，65，70℃這3個(gè)溫度梯度進(jìn)行比較（初始水分含量為8.3%），結(jié)果表明在70℃條件下物料的干燥效率最高。

不同熱風(fēng)溫度對產(chǎn)品干燥效率的影響見表1。

表1 不同熱風(fēng)溫度對產(chǎn)品干燥效率的影響

2.3 熱風(fēng)輔助射頻烘烤對葵花籽水分、酸價(jià)及過氧化值的影響

采用優(yōu)選的工藝條件進(jìn)行葵花籽烘烤，并與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（NY/T 902—2015） 中烘炒類葵花籽制品要求進(jìn)行比較。熱風(fēng)輔助射頻烘烤后產(chǎn)品水分、酸價(jià)、過氧化值均在規(guī)定范圍內(nèi)（見表2和表3），且熱風(fēng)輔助射頻所制得的葵花籽外觀、口感良好，含特殊風(fēng)味和烘烤香味。由此可見，采用熱風(fēng)輔助射頻加熱工藝較傳統(tǒng)烘烤工藝烘烤的葵花籽，能夠有效提高產(chǎn)品的風(fēng)味、縮短烘烤的時(shí)間，且各項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)均能達(dá)到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

熱風(fēng)輔助射頻烘烤前后理化指標(biāo)測定見表2，熱風(fēng)輔助射頻烘烤葵花籽質(zhì)量分析結(jié)果見表3。

表2 熱風(fēng)輔助射頻烘烤前后理化指標(biāo)測定

2.4 熱風(fēng)輔助射頻烘烤對葵花籽仁風(fēng)味物質(zhì)的影響

根據(jù)相關(guān)研究的結(jié)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(jìn)行重點(diǎn)定性定量對比（表4）?？ㄗ秧敳靠臻g鑒定所得堿性化合物中產(chǎn)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(fēng)輔助射頻烘烤工藝使得葵花籽吡嗪類風(fēng)味物質(zhì)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(fā)性成分8種，烘烤后則共檢出15種，該結(jié)果與賈春曉等人[13]對葵花籽烘烤前后揮發(fā)性化學(xué)成分堿性部分分析對比結(jié)果具有一致性。

熱風(fēng)輔助射頻烘烤前后葵花籽揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)堿性部分分析結(jié)果見表4。

表3 熱風(fēng)輔助射頻烘烤葵花籽質(zhì)量分析結(jié)果

表4 熱風(fēng)輔助射頻烘烤前后葵花籽揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)堿性部分分析結(jié)果

另外，烘烤后出現(xiàn)了烘烤前未出現(xiàn)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(zhì)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(fēng)輔助射頻烘烤與傳統(tǒng)烘烤工藝的比較

熱風(fēng)輔助射頻烘烤與烘箱烘烤產(chǎn)品品質(zhì)比較見表5。

表5 熱風(fēng)輔助射頻烘烤與烘箱烘烤產(chǎn)品品質(zhì)比較

由表5可知，2種工藝烘烤產(chǎn)品達(dá)到相近水分含量時(shí)，酸價(jià)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(gè)小時(shí)，而熱風(fēng)輔助射頻烘烤僅需30 min左右，加熱時(shí)間的差異導(dǎo)致了產(chǎn)品氧化程度的不同。同時(shí)，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(fēng)輔助射頻烘烤工藝相較傳統(tǒng)工藝優(yōu)勢明顯。相較于葵花籽的手工炒制、燃煤轉(zhuǎn)爐烘烤等傳統(tǒng)烘烤工藝，熱風(fēng)輔助射頻烘烤不僅在所得產(chǎn)品品質(zhì)上更勝一籌，在烘烤時(shí)間和能源成本上也更能凸顯其優(yōu)勢，而且熱風(fēng)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(chǎn)品的食用安全。

3 結(jié)論

近年來，大量研究表明射頻加熱技術(shù)在食品和農(nóng)產(chǎn)品加工中具有很大的應(yīng)用潛力。試驗(yàn)對葵花籽的熱風(fēng)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(zhì)進(jìn)行分析。研究結(jié)果表明，熱風(fēng)輔助射頻加熱不僅能夠縮短葵花籽的烘烤時(shí)間、節(jié)約成本，所得產(chǎn)品品質(zhì)及風(fēng)味相較于傳統(tǒng)烘烤工藝更優(yōu)，熱風(fēng)輔助射頻烘烤技術(shù)在葵花籽烘烤加工上具有較大的應(yīng)用潛力。后續(xù)研究可對烘烤工藝進(jìn)一步優(yōu)化，并進(jìn)行中試和大規(guī)模應(yīng)用研究。

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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(shí)驗(yàn)師，研究方向?yàn)槭称芳庸づc包裝、食品安全。*

焦順山（1983— ），男，博士，副教授，研究方向?yàn)樾滦褪称芳庸づc貯藏保鮮技術(shù)。