干燥技術(shù)在核桃加工中的應(yīng)用

劉澄諭

（長江師范學(xué)院現(xiàn)代農(nóng)業(yè)與生物工程學(xué)院，重慶404100）

核桃又名胡桃，是國內(nèi)外栽培最為廣泛的一種食物，與腰果、榛子、扁桃并稱為世界“四大干果”[1]。我國是世界六大核桃生產(chǎn)國之一，年產(chǎn)量穩(wěn)居世界第1位[2]。核桃中含有鈣、鐵、磷等多種微量元素和脂肪、蛋白質(zhì)等生命必需品，以及胡蘿卜素、核黃素等多種維生素[3]，具有抗氧化之“王”的稱號(hào)[4]，在抗癌、抗衰老、降低膽固醇、防治心腦血管疾病及預(yù)防糖尿病等方面均有一定療效[5]。有研究表明，中老年人定期食用核桃可降低心臟病發(fā)病率并緩解心血管系統(tǒng)炎癥，表明核桃對(duì)人體非常有益。近幾年來，核桃年產(chǎn)量和銷量都呈上升階段，可見核桃深受老百姓的喜愛。

核桃從樹上采摘后，需放置于干燥且陰涼通風(fēng)的地方，使最外層的青皮脫落，然后及時(shí)清洗核桃表面的青皮殘留和其他污染物，最后需對(duì)核桃進(jìn)行干燥處理。而清洗后未及時(shí)進(jìn)行干燥處理的核桃會(huì)因受潮等原因發(fā)生褐變、腐敗等現(xiàn)象，影響產(chǎn)品品質(zhì)和后期銷售[6]。

干燥是核桃采后加工處理的重要環(huán)節(jié)之一。工業(yè)上廣泛使用的干燥方法多種多樣，按操作壓力大小可分為常壓干燥、真空干燥；按操作方法的差異可分為連續(xù)干燥和間歇干燥；按傳熱方式不同可分為輻射干燥、對(duì)流干燥、微波干燥和傳導(dǎo)干燥。

綜述了干燥技術(shù)在核桃中的應(yīng)用并對(duì)不同干燥方法進(jìn)行了詳細(xì)描述及分析，綜合對(duì)比了許多干燥方法，得出了較為完整的干燥流程，為核桃干燥行業(yè)的發(fā)展提供了理論參考。

1 干燥技術(shù)的基本概念

干燥是利用傳熱、滲透壓和相變等方式，使物料水分完全脫去的一種單元操作。在生產(chǎn)過程中，一般先用機(jī)械法最大限度地去濕，再進(jìn)行物料干燥。

1.1 核桃干燥目的

1.1.1 延長貨架期

干燥可減少核桃水分含量、降低其水分活度，抑制微生物的生長繁殖，還可使核桃中能發(fā)生腐敗變質(zhì)的酶失活，從而延長貨架期，達(dá)到長期貯藏核桃的目的。

1.1.2 便于貯運(yùn)

干燥可使核桃水分含量降低、質(zhì)量減少、體積縮小，從而達(dá)到節(jié)省包裝材料、運(yùn)輸費(fèi)用的目的。

1.1.3 加工工藝需要

干燥幾乎是食品加工過程中的必要操作流程，不僅可以去除食品中的水分，還有形成食品特有的色、香、味、形等作用[7]。

1.2 干燥機(jī)理

當(dāng)物料中的含水量大于其平衡含水量時(shí)，若與干燥物質(zhì)接觸，剛開始，物料中的水分分布均勻，但濕物料表面水分會(huì)產(chǎn)生汽化現(xiàn)象，導(dǎo)致物料內(nèi)部與表面逐漸形成濕度差，此時(shí)物料內(nèi)部的水分借助擴(kuò)散作用向表面移動(dòng)而在表面汽化，汽化的水分被消除分解，從而達(dá)到物料干燥的目的[7]。

2 常見干燥方法

2.1 常壓干燥

指物料在大氣壓下，溫度為100℃左右時(shí)，內(nèi)部水分被加熱蒸發(fā)所失去的水分含量。該方法應(yīng)用范圍最廣、操作簡單，且精準(zhǔn)度極高，但只適用于揮發(fā)成分只有水的物料。

2.2 減壓干燥

指在密閉容器中對(duì)物料進(jìn)行抽真空后再進(jìn)行干燥的一種方法。物料表面蒸氣壓一定要大于干燥介質(zhì)中的蒸氣分壓才能使干燥順利進(jìn)行，壓差越大，干燥過程進(jìn)行得越快。該方法的優(yōu)點(diǎn)是溫度不高，產(chǎn)品質(zhì)地疏松易粉碎，降低了空氣對(duì)產(chǎn)品可能產(chǎn)生不良影響的幾率。

2.3 噴霧干燥

指用霧化器將物料水分分散成霧滴，使其與熱空氣等干燥介質(zhì)相接觸，并在熱干燥介質(zhì)中將溶劑迅速蒸發(fā)，加工成小顆粒粉末狀干燥產(chǎn)品的過程[8]。此方法可降低產(chǎn)品產(chǎn)生的熱效應(yīng)，能使產(chǎn)品的營養(yǎng)品質(zhì)得到保障，且干燥后的產(chǎn)品含水量低[9]，有利于長時(shí)間貯藏。此外，干燥所需時(shí)間短、溫度較低，能簡化工藝流程，適用于連續(xù)化生產(chǎn)，均勻度好[10]，但該方法也存在能量消耗大、熱效率較低、占地面積大、易于黏壁、清洗困難等缺點(diǎn)。

2.4 沸騰干燥

沸騰干燥又名流化干燥，是流化技術(shù)在干燥領(lǐng)域中的新發(fā)展，適用于干燥食品、藥物等，具有產(chǎn)量高、干燥效率高、所得產(chǎn)物干燥均勻、操作簡單、占地面積較小、所需干燥溫度不高等優(yōu)點(diǎn)，適用于同類產(chǎn)品的連續(xù)化生產(chǎn)。但干燥室內(nèi)洗滌麻煩，特別注意不能用于有色顆粒的干燥，且干燥后細(xì)粉比例較大。

2.5 冷凍干燥

冷凍干燥又稱真空冷凍干燥，簡稱凍干，其干燥原理是根據(jù)熱力學(xué)中的平衡理論實(shí)現(xiàn)的。該方法能夠較好地保持食品的營養(yǎng)價(jià)值、風(fēng)味、口感及組織狀態(tài)，加工過的食品有較好的復(fù)水性，能延長食品保質(zhì)期，且熱能利用率較高，應(yīng)用前景十分廣闊，但生產(chǎn)過程中需要嚴(yán)格把控溫度，且環(huán)境必需處于高度真空狀態(tài)，因此生產(chǎn)成本較高[11]。

2.6 紅外線干燥

紅外線干燥又稱輻射干燥，是指運(yùn)用紅外線輻射的方法使物料中的水分因汽化損失而達(dá)到干燥物料的目的。該方法具有熱效率高、干燥速度快、能量利用率高、節(jié)省裝置空間等優(yōu)點(diǎn)，但水蒸氣容易吸收紅外線而遭到損失[12]。

2.7 微波干燥

微波干燥又稱介電加熱干燥，是一種內(nèi)部加熱的方法，所應(yīng)用的輻射是波長大于紅外線的微波。該方法干燥時(shí)間短、穿透性強(qiáng)、設(shè)備體積小、節(jié)省空間[13]，可得到干燥均勻的物料，且加熱干燥過程迅速、控制靈敏[14]，但能源費(fèi)用大。

2.8 真空干燥

真空干燥又名解析干燥，是一種將物料置于密封的干燥室中，用抽真空系統(tǒng)抽去真空部分，使物料內(nèi)的水分子擴(kuò)散到表面而被真空泵抽走的過程[15]。該方法速度快、時(shí)間短、通用性較好、干燥溫度低；能避免污染或氧化變質(zhì)，且成本低、無污染、可靠性高、干燥較為徹底，但設(shè)備投資和動(dòng)力消耗相對(duì)其他干燥技術(shù)較高[16]。

2.9 氣流干燥

氣流干燥指將濕物料粉碎后加入到干燥筒內(nèi)，在高速熱氣流的輸送和分散中，與其充分混合，使?jié)裎锪现械臐穹终舭l(fā)并被分散為微粒，從而獲得粉狀或粒狀干燥產(chǎn)品的過程[17]。該方法具有干燥時(shí)間短、干燥耗能低、所得產(chǎn)物品質(zhì)好等優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)是成本高、技術(shù)要求高，大規(guī)?；瘜?shí)現(xiàn)困難。

2.10 高頻干燥

將濕物料置于高電壓、高頻電磁場(chǎng)中，通過電介質(zhì)發(fā)熱而使物料均勻加熱達(dá)到干燥的方法。該方法可用于羊毛、木材、橡皮、塑料等物料的干燥。能在低溫下快速干燥木材，具有干燥缺陷少、自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)[18]，但干燥對(duì)象有局限性。

3 干燥技術(shù)在核桃中的應(yīng)用

3.1 自然干燥法

自然干燥主要是利用太陽輻射熱能或自然界的風(fēng)力，在自然條件下對(duì)核桃進(jìn)行干燥。該方法首先需要將核桃洗凈，然后放在簸箕上，在陰涼地晾曬半天左右，需要注意的是核桃不能立即在陽光下暴曬，否則核桃殼會(huì)爆裂，影響品質(zhì)；待大量水分散失后再把核桃放到太陽下攤曬，核桃擺放的厚度不能超過2～3層，晾曬過程中需要經(jīng)常翻動(dòng)核桃，使其達(dá)到干燥均勻、色澤相近的效果，晚上最好收回室內(nèi)以免遭到雨淋使其受潮變質(zhì)，晾曬時(shí)間為7～10 d[19]。核桃若相互敲碰聲音脆響，核桃仁油乳白色變?yōu)辄S褐色，則核桃已達(dá)到干燥。該方法操作簡單、成本低廉、經(jīng)濟(jì)適用且不受場(chǎng)地限制，但受天氣影響較大，干燥程度很難控制，脫水效果差，導(dǎo)致核桃品質(zhì)不均一，且容易受到環(huán)境污染、微生物侵蝕，進(jìn)而導(dǎo)致核桃品質(zhì)降低[20]。

3.2 人工烘干法

可將收獲后的核桃攤在干燥室內(nèi)的架子上，用屋內(nèi)的火爐烘干。核桃攤放厚度不能超過15 cm，過厚導(dǎo)致烘烤不均勻、不便于翻動(dòng)，過薄則易燒焦或裂開。烘烤溫度一般設(shè)為25～30℃，在烘干過程中不能關(guān)閉天窗，否則無法將水蒸氣排除；烘烤4～5 d后將溫度上升至35～40℃，即可關(guān)閉天窗，在此過程中不要翻動(dòng)核桃；待烤干至七八成干時(shí)，將溫度下降到30℃左右，繼續(xù)烘烤至核桃外殼表面無水時(shí)再慢慢翻動(dòng)；越接近干燥，翻動(dòng)核桃的次數(shù)越多。烘烤溫度的選擇要先低后高，并且不能超過40℃。溫度過高會(huì)使核仁內(nèi)脂肪變質(zhì)，導(dǎo)致核桃貯藏幾周后腐敗而不能食用[21]。該方法具有節(jié)約能源、操作方便、成本低等特點(diǎn)，但需要耗費(fèi)大量人力資源，稍有不當(dāng)就會(huì)影響核桃品質(zhì)[22]。

3.3 熱風(fēng)干燥法

指在烘干室內(nèi)通入熱風(fēng)使空氣流速加快，逐漸帶走物料內(nèi)水分，使物料內(nèi)部含水量下降而實(shí)現(xiàn)干燥的一種技術(shù)。將熱風(fēng)爐、循環(huán)風(fēng)機(jī)放置在烘干房的后側(cè)，再將核桃洗凈瀝水后均勻平鋪在網(wǎng)狀托盤上，用隔熱板與核桃隔離開，烘干房前側(cè)放置待烘干的核桃，用鼓風(fēng)機(jī)將熱風(fēng)吹入放置核桃的一側(cè)，通過流動(dòng)的熱空氣，能將核桃中的水分帶走，從另一側(cè)排出[23]。在此過程中烘箱的干燥溫度不宜過高，在40～50℃，否則會(huì)使核桃果肉內(nèi)的脂肪變質(zhì)，烘箱的風(fēng)速在0.5～2.0 m/s[24]。研究表明，該干燥方法下對(duì)核桃的主要影響因素有3個(gè)：溫度、風(fēng)速、核桃種類。溫度越高，干燥時(shí)間越短；風(fēng)速越大，干燥時(shí)間越短。溫度和風(fēng)速對(duì)干燥過程的主要影響都在前期，因此干燥前期可以適當(dāng)提高溫度和風(fēng)速，干燥后期可適當(dāng)降低這2個(gè)數(shù)值[25]。該方法可控性高，相對(duì)前2種方法能減少烘干時(shí)間，且操作簡單。但干燥時(shí)間較長、效率低。

3.4 射頻干燥法

射頻干燥也叫高頻干燥，是一種用頻率介于0.003～300.000 MHz的電磁波照射物料的方法。當(dāng)電磁波照射物料內(nèi)部時(shí)，會(huì)引起電離子運(yùn)動(dòng)，由于電離子在物料內(nèi)部的遷移導(dǎo)致電能向熱能的轉(zhuǎn)換，從而達(dá)到干燥的效果[26]。將核桃放入容器中或放在堆疊的4層物料盤中，再將盛有核桃的容器或物料盤擺放在射頻腔中，通過設(shè)定參數(shù)條件來達(dá)到干燥核桃的目的。用頻率為27 MHz，功率為6 kW的射頻系統(tǒng)對(duì)核桃進(jìn)行射頻干燥，一段時(shí)間后，核桃的水分含量下降，趨近于絕干物質(zhì)[27]。在頻率相同的情況下，核桃隨溫度的升高，介電常數(shù)和穿透深度升高，介電損耗因子下降；隨著頻率的升高，介電常數(shù)和穿透深度下降，而介電損耗因子升高[28]。該方法能量穿透深度大、設(shè)備投資相對(duì)較小，且干燥過程可以附帶比較明顯的殺蟲和滅菌效果[29]，但存在熱偏移現(xiàn)象[30]。

3.5 遠(yuǎn)紅外干燥法

遠(yuǎn)紅外干燥技術(shù)是利用波長范圍在25～1 000 um的紅外線照射物料[31]，分子的熱振動(dòng)產(chǎn)生的輻射能將能量傳遞到物料上，利用空氣作為介質(zhì)帶走物料表面的水分，使物體溫度升高，內(nèi)外濕度差推動(dòng)內(nèi)部水分往外擴(kuò)散，使其在表面汽化，從而達(dá)到干燥物料的目的[32]。用遠(yuǎn)紅外干燥機(jī)對(duì)核桃進(jìn)行干燥，首先設(shè)置好遠(yuǎn)紅外干燥機(jī)的參數(shù)。遠(yuǎn)紅外干燥機(jī)的加熱腔溫度設(shè)置不超過60℃[33]，所以可設(shè)置加熱腔溫度為60℃，遠(yuǎn)紅外發(fā)射管功率可設(shè)為800 W[34]。將核桃平鋪在架板上，打開加熱開關(guān)，核桃由進(jìn)料口送入加熱腔體后均勻輸送到出料口，然后將托盤再次放入到進(jìn)料口對(duì)其進(jìn)行加熱，重復(fù)這一過程直至核桃的干燥濕基含水率不超過1.5%[35]。該方法具有節(jié)約能源、干燥速度快、干燥效率高、物料吸熱均勻、化學(xué)分解作用小和食品原料不易變性等優(yōu)點(diǎn)，干燥過程中能較好地保持核桃中的營養(yǎng)成分不被破壞，使核桃有較長的保質(zhì)期。但該方法在堅(jiān)果類食品中應(yīng)用較多，在核桃領(lǐng)域研究較少，所以參數(shù)條件設(shè)置還有待進(jìn)一步研究和完善。

3.6 氣體射流沖擊干燥法

將具有一定壓力的加熱氣體，經(jīng)某種形狀的噴嘴噴出，并直接沖擊到需干燥物料表面的一種干燥技術(shù)[36]。首先，需建立一個(gè)氣體射流沖擊干燥設(shè)備，具體結(jié)構(gòu)及原理可參考文獻(xiàn)[37]。其次，將核桃均勻單層平鋪于金屬篩網(wǎng)中，設(shè)置干燥參數(shù)。干燥溫度為40，50，60℃，由溫度控制器調(diào)節(jié)，干燥介質(zhì)風(fēng)速為11，12，13 m/s[38]，通過初試驗(yàn)，得到最佳干燥效果的參數(shù)為溫度50℃，介質(zhì)風(fēng)速13 m/s。要注意的是在核桃的干燥過程中，需將其盛放在一個(gè)薄層帶蓋的金屬網(wǎng)篩中并且要擺放均勻，以免物料被高速氣流吹散[39]。溫度對(duì)核桃氣體射流沖擊干燥的各個(gè)階段影響較大，溫度越低，水分比下降越慢，干燥速率越低。風(fēng)速對(duì)干燥時(shí)長基本無影響，但對(duì)于表面水分汽化階段的速率具有一定影響，能在這一階段使干燥速率加快，但對(duì)內(nèi)部水分轉(zhuǎn)移階段的干燥速率幾乎無影響。判斷干燥標(biāo)準(zhǔn)：將金屬篩網(wǎng)從干燥室中取出，用天子天平稱質(zhì)量，稱質(zhì)量用時(shí)少于20 s。具體稱質(zhì)量時(shí)間為前5 h內(nèi)每30 min測(cè)定，之后每1 h測(cè)定，直至樣品含水率降到8%左右為止[40]。該方法具有傳熱性好、熱效率高、對(duì)流換熱系數(shù)大、產(chǎn)品質(zhì)量高、節(jié)能、耗能低等優(yōu)點(diǎn)，在核桃干燥方面應(yīng)用前景較為廣闊[41]。

3.7 微波干燥法

收獲核桃后，用專用錘子敲擊核桃至外殼裂而不碎的程度，可防止干燥過程中因核桃的爆殼而引起核桃外觀品質(zhì)下降[42]，且便于干燥后核桃的剝殼。然后將一定量的核桃單層平鋪于耐熱的微波器皿中，再放入微波爐干燥腔內(nèi)對(duì)其進(jìn)行干燥處理。通過設(shè)置參數(shù)對(duì)核桃進(jìn)行干燥，以確定微波干燥核桃各因素適宜范圍。用單因素試驗(yàn)和二次回歸正交試驗(yàn)與分析，確定微波干燥核桃的最佳參數(shù)條件，即前期微波功率密度設(shè)置為6.5 kW/kg，而微波功率密度在后期需調(diào)整為3.3 kW/kg[43]。若微波功率密度較大，核桃在干燥前期極易出現(xiàn)爆殼現(xiàn)象，且干燥后果殼呈焦黑色，導(dǎo)致感官品質(zhì)明顯下降；若微波功率密度較低，則干燥所需時(shí)間長，干燥效率低。試驗(yàn)過程中每隔1 min取出核桃，用分析天平測(cè)定其質(zhì)量，再放回微波爐內(nèi)繼續(xù)干燥，直至物料含水率達(dá)到干基含水量以下。微波干燥技術(shù)具有高效率、高品質(zhì)、節(jié)省能源、清潔衛(wèi)生和易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制等優(yōu)點(diǎn)，在干燥領(lǐng)域得到了普遍應(yīng)用[44]。

4 結(jié)語

影響微生物生長和酶作用的關(guān)鍵因素是水，農(nóng)產(chǎn)品或新鮮食品會(huì)因?yàn)樗趾窟^高而很快變質(zhì)[45]。若是在陰雨天氣或一些其他因素的影響條件下收獲核桃容易導(dǎo)致核桃的霉變，影響核桃的品質(zhì)。因此，加速核桃干燥技術(shù)的普及應(yīng)用有利于解放我國農(nóng)村生產(chǎn)力，提高我國核桃的產(chǎn)量和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

4.1 存在問題

目前，核桃研究人才缺乏，急需大量科技型人才，加上干燥設(shè)備和技術(shù)的不成熟，導(dǎo)致干燥技術(shù)一直未能有很大進(jìn)步，且核桃加工技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)、核桃殼破碎率高、干燥均勻性差、干燥條件控制精準(zhǔn)度低等也是干燥核桃技術(shù)中的難題[46]。

4.2 未來展望

核桃作為一種農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)作物，具有超高的營養(yǎng)價(jià)值和豐富的營養(yǎng)素，深受廣大消費(fèi)者的喜愛[47]。核桃的市場(chǎng)還在不斷擴(kuò)大，需不斷完善各項(xiàng)技術(shù)。我國目前需要更專業(yè)化、工廠化、規(guī)?；?、自動(dòng)化的生產(chǎn)與加工，就核桃干燥技術(shù)的發(fā)展而言，還需考慮以下2個(gè)方面。

（1）完善各干燥技術(shù)。通過查閱各文獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的核桃干燥技術(shù)條件還有許多不足之處，包括干燥流程、設(shè)備、干燥參數(shù)等還需進(jìn)一步提高和完善。

（2）研發(fā)新型干燥技術(shù)。目前，工業(yè)上干燥的方法有許多，且技術(shù)也相對(duì)較為成熟，可把這些干燥方法運(yùn)用到干燥核桃這一領(lǐng)域。