變溫熱泵干燥工藝對油茶品質的影響

劉軍，胡光華，龔麗，李浩權，龍成樹，劉清化

（廣東省現代農業(yè)裝備研究所，廣東廣州 510630）

油茶（Camellia oleifera Abel.）屬于山茶科山茶屬多年生木本植物，是我國南方丘陵地區(qū)的木本經濟油料，主要集中在湘、贛、桂、閩等南方丘陵地區(qū)，是我國最重要的木本油料樹種。油茶樹適應性強，是優(yōu)良的水土保持樹種，具有良好的生態(tài)和經濟效益。據統(tǒng)計全國油茶種植總面積為6 400 萬畝，243.16 萬噸[1-2]。油茶籽油簡稱茶油，是油茶籽仁中所含有的油脂成分，通過油茶籽壓榨法或浸提法獲得。油茶籽油脂肪酸組成可與橄欖油媲美，被盛譽為“東方橄欖油”[3]。在南方氣候條件下，新鮮油茶果或油茶籽因水分含量較高而極易霉變，不易儲藏，新鮮油茶籽應及時干燥，將至安全儲藏水分13%以下，防止霉變發(fā)生，保證初榨油茶籽油的品質[4]。而油茶籽干燥是保證初榨油茶籽油品質的關鍵工序，干燥工藝對油茶籽油品質有顯著影響，現有油茶籽常用的干燥方式有：傳統(tǒng)自然晾曬烘房干燥。烘房干燥采用熱風干燥方式，雖然提高了油茶籽干燥作業(yè)效率，但存在干燥品質不穩(wěn)定、能耗高、高污染等缺點。熱泵干燥是近年來熱泵干燥是隨著熱泵技術發(fā)展起來的一種新型干燥技術，具有能源消耗少、干燥品質高、環(huán)境污染小、適用范圍廣等優(yōu)點[5-6]。國內學者張喜梅、王鳳賀等[7-8]對油茶籽熱風干燥特性進行了研究，王亞萍、羅凡等[9-10]對不同采后處理方式對油茶籽品質影響進行了研究，但未見對油茶籽變溫熱泵干燥方面的研究。本文采用熱泵干燥針對恒溫和變溫干燥工藝對大批量生產干燥后油茶籽出仁率、出油率、酸價、過氧化值等理化指標進行分析，旨在為熱泵干燥實際生產應用提供試驗依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

油茶籽：河源市和平縣某種植基地提供。

無水乙醚：西隴化工股份有限公司；石油醚（CnH2n+2）（沸程 30 ℃～60 ℃）、三氯甲烷、乙醚、酚酞：廣州化學試劑廠；碘化鉀、95%乙醇：天津市富晨化學試劑廠；冰乙酸、異丙醇、可溶性淀粉：天津市大茂化學試劑廠；重鉻酸鉀：上海山浦化工有限公司；甲基叔丁基醚、無水硫酸鈉：國藥集團化學試劑有限公司；硫代硫酸鈉：科密歐化學試劑有限公司。以上均為分析純。

1.2 儀器與設備

熱泵干燥機：廣東省現代農業(yè)裝備所自制；MA150型水分測定儀：德國賽多利斯集團；ST310 索氏抽提器：福斯賽諾分析儀器蘇州有限公司；HWS24 恒溫水浴鍋：上海一恒科學儀器有限公司；AL104 分析天平：Mettler Toledo；DZF-6020 型電熱鼓風干燥箱：上海三發(fā)科學儀器有限公司；RE-52A 旋轉蒸發(fā)儀：上海亞榮生化儀器廠。

1.3 試驗方法

本試驗采用平鋪式干燥方式，物料篩盤尺寸為：90 cm×60 cm，設備批處理量約500 kg。采用不同熱泵干燥工藝進行試驗，隨機抽取篩盤，并標記，在干燥前期每1 h 稱重，并記錄數據，后期每2 h 稱重一次，直到油茶籽含水率小于10%，停止干燥，待物料冷卻后取樣，用于后續(xù)干燥品質分析。

1.3.1 恒溫干燥

對油茶籽熱泵干燥溫度和鋪料厚度進行單因素試驗，溫度單因素水平為45、55、65 ℃，鋪料密度單因素水平為 3.0、4.0、5.0、6.0 kg/m2。

1.3.2 變溫干燥

采用逐步升溫、逐步降溫、先升溫再降溫、先降溫再升溫4 種變溫干燥工藝進行干燥，干燥至油茶籽水分含量＜9%，記錄干燥時間，根據恒溫干燥試驗結果，確定變溫干燥工藝，具體工藝參數見表1。

表1 變溫熱泵干燥工藝參數Table 1 Variable temperature heat pump drying process parameters

1.4 油茶籽品質分析

1.4.1 出仁率的測定

取50 g 左右油茶籽，記為M（g），對其進行剝殼，對仁進行稱重，記仁重為X（g），計算殼、仁百分比以及出仁率。

1.4.2 水分含量的測定

水分含量的測定參考國標GB 5009.3-2010《食品安全國家標準食品中水分的測定》。

采用烘箱法，調節(jié)溫度至（105±2）℃，30 min 取出測量一次質量，直到前后兩次質量差不超過0.005 g，即為恒重。恒重時鋁盒的質量記為W0。分別稱取同一樣品的仁和殼各約2 g，裝進鋁盒內，精確稱量至0.001 g。分別記同一樣品的仁與殼的初始質量為W1、W2。按上述方法烘干至恒重，得到油茶籽水分含量：

式中：W1為油茶籽仁的初始質量，g；W2為油茶籽殼的初始質量，g；W1′為干燥后仁的質量，g；W2′為干燥后殼的質量，g；A 為出仁率，%。

1.4.3 油茶籽出油率測定

用天平稱取2 g～5 g 已經充分混合均勻的樣品，精確至0.001 g。采用索氏提取法，提取6 h～10 h，提取完成后，回收接收瓶里的石油醚或無水乙醚，將其水浴蒸干，再將其置于溫度為（100±5）℃的條件下干燥約1 h，而后放置于干燥器內冷卻0.5 h 后用天平進行稱重。重復上述過程直至恒重（即前后兩次重量差不超過 2 mg）。

式中：m1為恒重后接收瓶和脂肪的質量，g；m0為接收瓶的質量，g；m2為油茶籽樣品的質量，g。

1.4.4 油茶籽過氧化值（peroxide value，POV）的測定

過氧化值的測定參考國標GB 5009.227-2016《食品中過氧化值的測定》。

精確稱取1.5 g 已經提取好的油茶籽油放入250 mL碘量瓶中，加30 mL 冰乙酸-氯仿混合液使樣品完全溶解，再加入1.00 mL 飽和碘化鉀溶液，塞緊好瓶塞，振搖0.5 min，在暗處放置約3 min，加100 mL 蒸餾水，搖勻，立即用0.002 mol/L 硫代硫酸鈉標準溶液（用重鉻酸鉀標定）滴定至淡黃色，重復滴定3 次，取其平均值，并做空白試驗。

式中：V1為滴定樣品所消耗的Na2S2O3標準溶液的體積，mL；V2為空白試驗所消耗的Na2S2O3標準溶液的體積，mL；c 為 Na2S2O3標準溶液的濃度，mol/L；m 為油脂樣品的質量，g。

1.4.5 油茶籽油酸價（acid value，AV）的測定

酸價的測定參考國標GB 5009.229-2016《食品安全國家標準食品中酸價的測定》。

稱取3 g 油茶籽油置于其中。往250 mL 錐形瓶內加入50 mL 乙醚-異丙醇混合液以及酚酞指示劑3 滴～4 滴，并輕輕振蕩溶解試樣。用0.1 mol/L 標準滴定溶液滴定試樣至試樣初現微紅色，且15 s 內無明顯褪色，即為滴定終點，記為V。同時做空白試驗，所用標準滴定溶液體積記為V0。試樣稱樣量和滴定液濃度應該令滴定液用量在0.2 mL～10 mL 之間。

式中：V 為滴定試樣時所消耗的標準滴定溶液的體積，mL；V0為空白試樣時所消耗的標準滴定溶液的體積，mL；c 為標準溶液的濃度，mol/L；56.1 為氫氧化鉀的摩爾質量，g/mol；m 為油脂樣品的質量，g。

2 結果與分析

2.1 不同干燥工藝對油茶籽含水率的影響

不同干燥溫度和不同鋪料密度對油茶籽熱泵干燥曲線如圖1 和圖2 所示。

圖1 干燥溫度對油茶籽含水率的影響Fig.1 Effect of drying temperature on moisture content of Camellia oleifera seed

圖2 鋪料密度對油茶籽含水率的影響Fig.2 Effect of dressing density on moisture content of Camellia oleifera seed

圖1～圖2 表明，熱泵干燥溫度對油茶籽干燥速率影響較鋪料厚度大，45 ℃干燥條件下達到安全儲藏水分的時間是30 h，65 ℃干燥條件下達到安全水分的時間是14 h，兩者相差約2 倍，而鋪料厚度在3 kg/盤～6 kg/盤（5.56 kg/m3～11.11 kg/m3）達到安全儲藏水分時間均為20 h，與邢朝宏等[11]研究結果一致。

變溫熱泵干燥工藝對油茶籽含水率的影響如圖3所示。

圖3 表明，變溫干燥方案2 干燥時間最長，方案3、4 干燥曲線基本一致，方案1 前期干燥速率較快，后期干燥速率較慢，總體干燥時間在方案2 和方案4 之間。方案1 中，后期采用逐漸降溫方式，前期采用65 ℃干燥，由于物料溫度為室溫，前期溫度梯度較大，干燥速率較快，后期逐漸降溫，溫度梯度逐漸縮小，導致干燥速率下降，干燥曲線介于2、4 之間；方案2 采用逐漸升溫的干燥工藝，干燥曲線平緩，基本處于恒速干燥階段，但干燥結束之后油茶籽含水率最高，說明總的干燥速率最慢；方案3 和方案4 中溫度變化幅度較大，與逐步升溫（方案2）和逐步降溫（方案1）干燥速率均要快，但二者之間差異較小，說明溫度變化幅度對油茶籽熱泵干燥速率具有一定影響，可能是溫度變化幅度大，在物料溫度與干燥空氣溫度之間形成的溫度梯度越大，水分遷移的動力越大，所以干燥速率越快。

圖3 變溫干燥工藝對油茶籽含水率的影響Fig.3 Effect of variable temperature drying process on moisture content of Camellia oleifera seed

2.2 不同干燥工藝對干燥后油茶籽品質的影響

不同干燥工藝下油茶籽出仁率和油茶籽出油率如圖4 和圖5 所示。

圖4 不同干燥工藝對油茶籽出仁率的影響Fig.4 Effect of different drying processes on the kernel rate of Camellia oleifera seed

圖4 表明，不同干燥工藝對油茶籽出仁率影響最大的是55 ℃恒溫干燥工藝，出仁率為59.67%，影響最小的是變溫干燥方案1 出仁率為：62.07%，初始出仁率為62.80%；圖5 表明，不同干燥工藝對油茶籽含油率影響較小。酸值與過氧化值是評價油脂品質好壞的重要指標。

不同干燥工藝下油茶籽酸價值和過氧化值如圖6和圖7 所示。

圖5 不同干燥工藝對油茶籽出油率的影響Fig.5 Effect of different drying processes on oil yielding rate of Camellia oleifera seed

圖6 不同干燥工藝對油茶籽酸價值的影響Fig.6 Effect of different drying processes on the value of Camellia oleifera seed acid value

圖7 不同干燥工藝對油茶籽過氧化值的影響Fig.7 Effect of different drying processes on the peroxide value of Camellia oleifera seed

圖6 表明，不同干燥工藝對油茶籽酸價值具有一定的影響，其中影響最大為45 ℃恒溫干燥工藝，其酸價值為0.50 mg KOH/g，原料初始酸價值為0.20 mg KOH/g，影響最小的是變溫干燥方案3，酸價值為0.23 mg KOH/g，可能是45 ℃恒溫干燥過程中干燥溫度較低，干燥時間較長，導致油茶籽酸敗程度較大，方案3，干燥速率較快，酸敗程度較低。圖7 表明，不同干燥工藝對油茶籽過氧化值具有一定影響，其中影響最大的是55 ℃恒溫干燥工藝和變溫干燥方案4，其過氧化值分別為：0.005 9、0.005 7 g/100 g，原始油茶籽過氧化值為0.003 0 g/100 g，變溫干燥4 前段和后段均為65 ℃，其過氧化值與65 ℃恒溫干燥工藝接近，可能原因是干燥溫度過高造成油脂氧化。從圖4～圖7 表明，變溫干燥方案3 具有較高的含油率，較低的酸價值和過氧化值。

3 結論

綜上所述，不同干燥工藝對油茶籽酸價值和過氧化值影響較大，對油茶籽出仁率和出油率影響較小，干燥溫度對油茶籽干燥速率影響較鋪料厚度影響大。結合干燥曲線和品質分析結果可知：變溫干燥方案3[45 ℃（10 h），65 ℃（10 h），45 ℃（10 h）]為最優(yōu)變溫熱泵干燥方案，干燥至安全儲藏水分時間為28 h，干燥后油茶籽出仁率為60.59%，含油率為36.28%，酸價值為0.23 mg KOH/g，過氧化值為0.003 3 g/100 g。