核桃滚筒催化红外-热风联合干燥、品质及贮藏特性研究

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核桃是世界著名坚果之一,果仁富含不饱和脂肪酸、蛋白质和多酚类抗氧化物质,对心血管疾病、糖尿病等均有较大的益处。目前核桃的干燥方式主要为热风干燥,存在干燥速率低、时间长和能耗高等缺点,严重制约干果质量和产业的发展。催化式红外干燥技术作为一种新型干燥技术,以天然气为主要能源,具有干燥效率高、节能环保等优点,与传统热风干燥(HAD)相比,可以在提升干燥速率的同时兼顾产品品质。低场核磁技术(LF-NMR)因其快速、对物料无损伤性等优点,可应用于干燥过程中水分含量变化以及迁移机制的研究中。因此本论文将滚筒催化红外干燥与传统热风干燥结合,采取恒温与变温干燥模式,优化干燥工艺和计算能耗,并考察其对干燥特性、干燥动力学以及核桃油脂、蛋白、多酚品质的影响;运用LF-NMR技术考察干燥过程中水分迁移机制,建立含水率预测模型;最后考察干燥处理后核桃的贮藏特性,并建立货架期预测模型。主要结论如下:(1)优化获得了一种恒温滚筒催化红外—热风联合干燥(CTDCIR-HAD)方法,其最佳工艺参数为:红外温度450℃、辐射距离30 cm、滚筒转速25 Hz、干燥时间9.5 min,随后转入热风温度43℃、风速3 m/s下干燥16 h,干燥总时间为16.16 h。与HAD(20 h)相比,CTDCIR-HAD处理显著提升了干燥速率,红外干燥阶段去除了10.71%的表壳水分,干燥时间缩短了19.20%,节约了11.60%的能耗,且干制核桃表壳无褐斑和裂缝,呈较好的亮红黄色(L为47.51,a为7.97,b为16.37)。CTDCIR-HAD优于HAD,是一种适宜硬壳坚果类产品干燥的新型高效节能加工方法。(2)优化获得了一种变温滚筒催化红外—热风联合干燥(VTDCIR-HAD)方法,其最佳工艺参数为:红外温度组合300+400℃、辐射距离30 cm、滚筒转速组合25+35+35 Hz、干燥时间22.50 min,随后转入热风温度43℃、风速3 m/s件下干燥14 h,干燥总时间为14.38 h。干制核桃表壳无褐斑和裂缝,呈较好的亮红黄色(L为54.24,a为10.61,b为19.89),品质良好。与HAD(20 h)相比,VTDCIR-HAD干燥时间缩短了28.10%,节约了25.04%的能耗;与CTDCIR-HAD相比,VTDCIR-HAD干燥时间缩短了11.01%,节约了15.21%的能耗。表明VTDCIR-HAD更加高效节能,更适于硬壳坚果类产品的干燥加工。此外,建立了用于预测VTDCIR-HAD干燥过程的Henderson-Pabis模型,R~2为0.99,RMSE为0.03,拟合效果良好,可以很好地预测核桃在该干燥过程中含水率以及干燥速率的变化。(3)通过基于LF-NMR的水分预测模型揭示VTDCIR-HAD和CTDCIR-HAD过程中水分迁移机理。研究发现,随着干燥时间的延长,自由水峰面积不断下降直至几近消失,弱结合水峰面积亦不断下降,强结合水和油脂峰峰面积无显著变化,说明在干燥过程中散失的主要水分为自由水以及弱结合水,强结合水和油脂含量变化不大;在相似水分比下,CTDCIR-HAD与VTDCIR-HAD处理的核桃弱结合水以及自由水弛豫时间均高于HAD组,表明红外辐射干燥可以加强核桃内部水分子的流动性,加快其从内部向表面扩散,从而提升干燥效率。此外,建立了基于LF-NMR的CTDCIR-HAD与VTDCIR-HAD干燥过程中含水量变化的预测模型,R~2均>0.92,拟合效果较好,表明LF-NMR技术能够较好地监测核桃在该干燥过程中的水分迁移状态。(4)考察3种干燥方式处理后核桃品质发现:与HAD相比,CTDCIR-HAD与VTDCIR-HAD处理的核桃油酸价分别低了17.31%和28.85%,过氧化值分别低了4%和20%,碘价、油酸、亚油酸和亚麻酸含量无显著变化,其中VTDCIR-HAD处理的核桃油品质最优;VTDCIR-HAD和CTDCIR-HAD处理的核桃蛋白结构更伸展,表现为红外吸收强度增大,α-螺旋结构含量降低了50%和18.75%,荧光强度增强,表面疏水性增加了28.27%和12.51%,游离疏水性氨基酸占比降低了19.24%和9.49%,亲水性氨基酸占比增加了9.84%和4.85%,蛋白表观结构无明显变化;CTDCIR-HAD与VTDCIR-HAD处理核桃的多酚含量分别增加了5.23%和10.92%,IC50(DPPH)与IC50(ABTS)分别降低了24.36%、11.58%和14.72%、10.60%,铁离子还原能力明显提高,其中VTDCIR-HAD处理的核桃多酚含量最高。综上得出,VTDCIR-HAD处理方式最优,可以减缓油脂的氧化酸败速度,改善蛋白质结构,提高多酚含量和抗氧化活性,更有利于保护干制核桃品质。(5)以油脂酸价、过氧化值为评价指标,考察3种干燥方式处理后核桃的贮藏特性发现:随着贮藏时间的延长,酸价与过氧化值均呈升高趋势。与HAD相比,CTDCIR-HAD与VTDCIR-HAD处理核桃的油脂酸价和过氧化值增幅较低,其中VTDCIR-HAD处理的核桃油酸价和过氧化值增幅最小,贮藏性能最好。此外建立了VTDCIR-HAD处理核桃的贮藏货架期模型,R~2均>0.96,相对误差<8.93%,表明该预测模型在5~35℃之间可较好地预测该干燥方式处理后核桃货架期。
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