热风干燥过程中带壳鲜花生水分迁移特性及品质变化

中国花生年产量可达1 728.98万t，产量居世界首位。带壳鲜花生含水量高，采摘后若不及时干燥，很快便会发霉腐败，影响食用。干制处理能延长花生的保存期，便于后期贮藏和运输。在中国，自然干燥是传统的花生干制方法，但由于其容易受天气变化的影响，干燥效果不稳定，且需要大量的晒场等资源，制约了花生产业的发展。相对于自然干燥，机械化干燥不受天气和场地的限制，能提高干燥效率，保障花生品质。

河南科技大学食品与生物工程学院的卢映洁、任广跃*、段 续等人通过低场核磁共振（LF-NMR）和核磁共振成像（MRI）技术，研究带壳鲜花生在热风干燥过程中内部水分迁移情况，同时采用扫描电子显微镜 （SEM）和质构仪研究热风干燥过程中花生仁和花生壳的微观结构、孔隙和硬度变化，探讨不同干燥阶段带壳鲜花生水分含量与信号幅值、孔隙率及硬度之间的相关性。在实际干燥过程中，通过快速测定带壳鲜花生的水分含量来预测花生品质，为花生机械化干燥提供深层次理论依据。

1、带壳鲜花生在不同温度下的热风干燥特性

带壳鲜花生的干基水分含量随着热风干燥的进行逐渐降低。当风温为40、50、60 ℃时，干燥到花生安全水分含量（干基水分含量0.1 g/g）以内所需时间分别为20、15、11 h。当干燥温度从40 ℃提升至60 ℃，干燥时间缩短45%。随着温度的提高，热风干燥曲线变陡，一方面，花生初始水分含量较高，热风温度越高，花生周围的相对湿度越低，花生与其周围环境的湿度差增大，水分可以更加快速地向外迁移，缩短干燥时间；另一方面，高温使花生中水分子的动能增大、活跃度升高，从而加速水分的迁移。温度越高，干燥速率越大。干燥过程具有明显的降速阶段，说明带壳鲜花生的干燥由内部扩散控制，而内部扩散阻力决定了传质过程的速率。

2、热风干燥过程中带壳鲜花生的LF-NMR结果

热风干燥过程中花生LF-NMR图谱中主要有3 个波峰，代表着3 种不同状态的氢质子。T2反映了样品内部氢质子所接触的化学环境，氢质子受束缚越大或自由度越小，T2越短，在T2谱上峰位置较靠左，反之则靠右。根据横向弛豫时间T2的差异将水分划分为3 种存在状态，分别为结合水T21（0.1～1.0 ms）、弱结合水T22（1～10 ms）、自由水T23（10～1 000 ms）。另外，T23信号幅值在干燥终点依然较大，可能是由于花生油脂含量丰富，除水会提供氢质子以外，油脂也会提供一部分，通过LF-NMR分析不能将脂肪与水分完全分开；所以，在T2反演谱上呈现出的T23（10～1 000 ms）为花生油脂与自由水的弛豫峰谱，其在干燥过程中由于自由水的含量降低，因此其信号幅值也会发生变化。

3、热风干燥过程中带壳鲜花生的MRI结果

刚开始干燥时，花生仁的红色部分较大，说明此时的水分含量较高、分布较广，有利于表面水分的扩散。随着干燥的进行，红色部分逐渐减少，周围黄绿色部分增多，说明热风干燥使得花生的温度升高，降低了水分所受到的束缚力，导致水分逐渐散失，且内部水分逐渐向外迁移，这也说明在干燥后期是由于内部水分需要由内向外迁移导致干燥速率缓慢。

4、热风干燥对带壳鲜花生微观结构的影响

在干燥初期，花生仁的细胞结构饱满，孔径较大，网孔边界清晰，排列相对规则。随着干燥的进行，花生仁的细胞孔径逐渐减小，即单位面积内的孔状结构增多，花生仁的结构更加紧密；干基水分含量为0.4 g/g时，花生仁的网状结构开始出现变形，且表面出现凹凸不平的颗粒状结构；到干燥后期，花生仁的网状结构变形现象严重，颗粒状结构越发明显。结合干燥曲线分析可知，花生仁细胞结构的变化与水分含量关系密切，并实时影响着花生仁的干燥过程，由于干燥过程中花生仁的组织结构不断收缩，网状细胞结构逐渐变形，增加水分扩散阻力，从而不利于水分迁移。花生是含油量较高的一种油料作物，在干燥过程中，花生仁的水分逐渐散失，油脂逐渐浮现于表面，这表明干燥过程中花生仁表面的颗粒状结构可能为油脂。在不同干燥温度下，干燥温度越高，花生仁的细胞结构变化越快，干燥至终点时，细胞结构基本全部变形。在干燥初期，花生壳的结构松散，随着干燥的进行，花生壳的结构收缩愈发明显，微观结构越来越致密，从而导致内部花生仁的水分不易扩散至表面，影响干燥效率。对比不同温度下相同干基水分含量的花生壳内部结构，发现高温使得花生壳在干燥前期内部结构就严重收缩，而40 ℃时花生壳的结构变化较为缓慢，说明温度对干燥的影响较为明显，较高的干燥温度能够加快水分散失，有利于加快脱水速率，水分脱除后结构快速收缩。

5、热风干燥对带壳鲜花生孔隙率的影响

在干燥温度为40、50、60 ℃，干基水分含量为0.1 g/g的条件下，花生仁的孔隙率分别为54.35%、57.92%、61.11%。花生仁的孔隙率随着干基水分含量的降低而增加，孔隙率与干基水分含量几乎呈线性相关，温度越高，花生仁的孔隙率变化越快且干燥终点时孔隙率越大。对于组织呈多孔结构的物料来说，在干燥过程中孔径收缩的体积几乎全部用于补偿孔隙中水分的损失。热风干燥使带壳鲜花生的水分逐渐散失，水分的去除使得花生仁的细胞进入脱水状态，孔径逐渐收缩，逐渐干瘪的细胞导致花生仁网状结构变形，孔隙逐渐增多，孔隙率持续上升，但呈现出先快后慢的增长趋势。

当干燥温度为40、50、60 ℃时，干燥终点时花生壳的孔隙率分别为90.23%、91.89%、93.64%。随着干燥时间的延长，花生壳的孔隙率逐渐增加，且温度越高花生壳的孔隙率变化越快。当干基水分含量大于0.4 g/g时，水分含量与孔隙率几乎呈线性关系，说明花生壳处于正常收缩阶段，失水体积等于收缩体积。随着干燥的进行，花生壳内部孔隙网状结构逐渐致密，花生壳的孔隙率逐渐增大，即单位面积内的孔隙增多，但通道变窄使水分迁移路径受阻，水分不易扩散，会导致干燥速率降低；当干基水分含量降至0.4 g/g后，60 ℃花生壳的孔隙率几乎不变，此时处于零收缩阶段，体积不随水分含量的减小而变化，表明花生壳的大部分水已经除去，干燥的对象主要为花生仁，而40 ℃和50 ℃的孔隙率变化程度较小。

6、热风干燥对带壳鲜花生硬度的影响

在带壳鲜花生的热风干燥过程中，在较高温度（50、60 ℃）条件下，花生仁的硬度随着干基水分含量的降低呈现出增大-减小-增大的趋势。结合SEM图分析可知，在干燥初期，花生仁孔径虽变小，但水分扩散良好，花生仁的水分含量减少，硬度增大。但随着干燥的进行，网状孔隙结构变形，水分扩散通道被阻挡，同时，花生壳作为一个保湿的重要结构，使得花生内部形成一个温度较高却潮湿的环境，花生仁开始变软，韧性增加，硬度降低。随着干燥继续进行，持续高温的环境使花生仁周围的湿度逐渐变小，花生仁的硬度又逐渐上升，直至干燥终点。

在带壳鲜花生的热风干燥过程中，花生壳的硬度先降低再升高，且鲜花生壳的硬度最高。可能是因为鲜花生壳水分含量较高，干燥使得水分含量减少，韧性增加，所以硬度降低，但干燥后期花生壳的密度增大，硬度又逐渐上升。在较高温度下，花生壳水分丢失较快，孔隙率变化快，密度迅速增大，所以硬度变化不如较低温度的明显。

7、带壳鲜花生热风干燥过程中各指标之间相关性分析结果

干基水分含量与LF-NMR信号幅值呈极显著正相关，与花生仁硬度呈显著负相关，与花生仁孔隙率和花生壳孔隙率呈极显著负相关，说明水分的丢失使得花生仁与花生壳的结构变得紧密，孔隙率升高，也使得花生仁的硬度升高。LF-NMR信号幅值与花生仁硬度和花生仁孔隙率分别呈极显著和显著负相关，说明信号幅值减小（总水分含量降低），花生仁的硬度和孔隙率上升。花生仁孔隙率与花生壳孔隙率呈极显著正相关，说明花生在干燥过程中壳与仁的干燥是同步进行的。

结 论

LF-NMR结果表明，花生在干燥过程中水分不断散失，花生内部弱结合水含量不断减少。MRI结果表明，干燥使得水分逐渐散失，且内部水分逐渐向外迁移。通过对带壳鲜花生干燥过程中微观结构的分析发现，干燥会使得花生壳与花生仁的结构变形，且孔隙率增加，油脂浮于表面，而孔隙率逐渐增大最终趋于稳定。通过穿刺实验发现，较高干燥温度下花生仁的硬度呈现出增大-减小-增大的趋势，说明花生在干燥中期内部会有不同于外界的湿度变化。花生壳的硬度在干燥过程中先快速降低再升高，说明干燥前期花生壳为主要干燥对象，后期干燥转移至花生仁。

本文《热风干燥过程中带壳鲜花生水分迁移特性及品质变化》来源于《食品科学》2019年41卷7期86-92 页，作者：卢映洁，任广跃，段续，张乐道，凌铮铮。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20190311-134。

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修改/编辑：袁艺；责任编辑：张睿梅