一种核桃的双板式红外和热风顺序干燥方法与流程

本发明属于农产品和食品加工技术领域，具体涉及一种核桃的双板式红外和热风顺序干燥技术。

背景技术：

核桃是世界著名干果之一，果仁不仅含有丰富的蛋白质和油酸、亚油酸等不饱和脂肪酸，而且富含多种人体必需的氨基酸和矿物质元素，具有较高的营养价值及药用价值，是重要的木本油料作物和药用植物，经济价值较高。目前我国核桃产量逐年增加，且收获时间较为集中，采摘后的新鲜核桃含水率较高，若不及时处理常常会导致腐烂发霉，影响食用品质，而干燥脱水是核桃安全贮藏和延长货架期最常见的加工方式之一。

对于采摘去除外层青皮后的新鲜核桃，传统干燥方式是将新鲜核桃清洗后沥干表面水分，利用热风干燥在温度40～50℃将其干燥至安全水分(8％)，达到脱水以及安全保藏的效果。该方法干燥新鲜核桃的耗时较长，且能耗较大。在不损伤新鲜核桃品质的前提下，为了缩短干燥时长与降低能耗，近年来出现了一种新型干燥方法-催化式红外辐射干燥。红外辐射是指辐射波长范围介于可见光与微波，波长为0.72～1000μm之间的电磁波。利用红外加热器发射出的红外线照射到被加热物料上，物料中的水分直接吸收红外辐射能量，从而使物料内部温度快速升高，实现物料快速脱水干燥的目的。主要影响红外干燥效果的因素有物料厚度、辐射温度、辐射时间、辐射距离等。催化式红外辐射干燥是采用天然气作为主要能源，通过钯、铂金等催化剂将天然气转化为红外辐射能，能量转化率更高，相较于传统热风干燥，能耗更低，能够显著缩短干燥时长；相较于传统电红外辐射干燥，辐射能转化率更高，更节能；相较于传统玻璃和陶瓷红外辐射干燥，不易破碎，使用寿命更长，更安全。但目前未见有采用双板式红外辐射和热风顺序干燥核桃的研究报道，亟需提供一套完整的工艺方案。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供了一种核桃的双板式红外和热风顺序干燥方法，可以充分发挥催化式红外快速加热脱水的特点，缩短干燥时间，从而实现核桃的快速干燥。

本发明所述的核桃的双板式红外和热风顺序干燥方法，按照下述步骤进行：

(1)将采摘后的新鲜核桃去除外层青皮后，清水冲洗干净，沥干表面水分，测得核桃的初始干基含水率范围为40％～55％；

(2)调节催化红外发生器的双板板距至20～40cm，开启天然气使上下两块催化红外发生器都升温至300～500℃，然后将新鲜核桃均匀平铺在位于上下两个红外发生器正中央的样品盘上，采用双板式催化红外辐射方法对新鲜核桃进行快速脱水干燥，双板红外辐射时间3～6min即停止红外辐射预干燥；

(3)将红外辐射处理后的核桃迅速转移至热风干燥设备中在风速为3m/s，温度为43℃的条件下继续干燥，待干燥至核桃达到安全水分即停止干燥，得到干基含水率达标(8％)的核桃产品。

优选的，步骤(2)中所述的双板红外辐射时间为5min；

优选的，步骤(2)中所述的双板板温为400℃；

优选的，步骤(2)中所述的双板板距为30cm；

优选的，步骤(3)中所述的热风干燥时间为16.5h。

本发明所得到的干燥核桃产品，含水率在安全范围(8％)之内；双板式红外和热风顺序干燥方法与传统热风干燥方法相比，干燥总时长缩短了17.1％，更节能。

本发明的有益效果在于：

(1)与传统干燥技术相比，红外辐射干燥具有穿透力强、处理时间短、产品质量高等优点，可应用于食品和农产品加工领域，工业化推广价值更高。出于食品安全的考虑，玻璃和陶瓷红外发生器在食品和农产品加工中的使用受到很大限制。催化式红外发生器是通过催化剂将天然气转化为辐射能，能量转化率更高；与传统热风干燥技术联合后，在不损伤产品品质的前提下，能够显著缩短干燥时长、节约能源。目前双板式红外辐射和热风顺序干燥技术在国内核桃干燥领域还是空白。使用双板式红外辐射干燥技术对新鲜核桃先进行快速加热脱水，使得产品在快速干燥阶段失去大量水分，不仅能够缩短干燥时长，还能较好地保证干燥样品的产品质量。

(2)本发明采用的双板式红外和热风顺序干燥方法，成本低、设备简易、操作步骤不繁琐、且干燥效率高，有助于应用在工业化的生产上，在技术和设备商业化、标准化、市场化方面具有很大优势。

附图说明

图1是双板式红外干燥设备结构图，其中1为压力控制阀，2为气体释放开关，3为催化式红外发生器板，4为天然气输送软管，5为距离调整螺钉，6为干燥室，7为气体压力表，8为液化气，9为样品盘。

具体实施方式

下面结合具体的实施例，并参照数据进一步详细地描述本发明。本发明的实施例只是为了举例说明本发明的技术方案，而非以任何方式限制本发明的范围。

本发明是以新鲜核桃为原料，干燥效果是考察样品的干基含水率的变化率；干燥品质是考察样品的开壳现象和色度变化值。样品的干基含水率测定方法参照gb/t5009.3-2016。样品的色度指标采用全自动色差计cr-400测定。

图1为本发明的双板式红外和热风顺序干燥方法中使用的双板式红外干燥设备，该设备配有2块催化式红外发生器板3和1个干燥室6，其中2块催化式红外发生器板3的尺寸均为宽300mm×长600mm×厚60mm。催化红外发生器板3可催化来自于天然气管道4中的天然气转化为红外射线进行催化红外预干燥。首先开启液化气8，打开气体释放开关2，释放天然气，通过控制压力控制阀门1，监控气体压力表7来控制双板板温。通过调节距离调整螺钉5来控制双板板距。然后将样品平铺在位于上下两个红外发生器正中央的样品盘9上进行双板式催化红外预干燥。

对照例：传统热风干燥

新鲜核桃的热风干燥方法，按照下述步骤进行：

(1)将采摘后的新鲜核桃去除外层青皮后，清水冲洗干净，沥干表面水分，测得初始干基含水率为40％～55％；

(2)预先开启热风干燥设备升温至43℃，然后将新鲜核桃均匀平铺在样品盘上，调节风速为3m/s，进行脱水干燥，待干燥至核桃达到安全水分即停止干燥，得到干基含水率达标(8％)的热风干燥的核桃产品，记录干燥总时长，具体结果见表4。

实施例1：双板式催化红外预干燥

新鲜核桃的双板式催化红外预干燥方法，按照下述步骤进行：

(1)将采摘后的新鲜核桃去除外层青皮后，清水冲洗干净，沥干表面水分，测得初始干基含水率为40％～55％；

(2)调节催化红外发生器的双板板距至20cm，开启天然气使上下两块催化红外发生器都升温至400℃，然后将新鲜核桃均匀平铺在位于上下两个红外发生器正中央的样品盘上，采用双板式催化红外辐射方法对新鲜核桃进行快速脱水干燥，双板红外辐射时间5min即停止红外辐射预干燥，得到预干燥的核桃产品。

(3)样品的含水率下降率和色度变化值测定：取20个核桃，分别记录样品的初始干基含水率wc0与表面色度δe0，然后进行红外辐射预干燥处理，记录干燥后样品的干基含水率wci与表面色度δei，计算含水率下降率和色度变化值，具体结果见表1。

含水率下降率计算公式：

色度变化值计算公式：色度变化值＝δei-δe0

式中wc0为样品干燥前的初始干基含水率(％)；wci为样品干燥后的干基含水率(％)；δe0为样品干燥前的表面色度；δei为样品干燥后的表面色度。

实施例2：

试验处理过程同实施例1，其不同在于双板板距为25cm，具体结果见表1。

实施例3：

试验处理过程同实施例1，其不同在于双板板距为30cm，具体结果见表1。

实施例4：

试验处理过程同实施例1，其不同在于双板板距为35cm，具体结果见表1。

实施例5：

试验处理过程同实施例1，其不同在于双板板距为40cm，具体结果见表1。

表1不同双板板距对含水率降低率和色度变化值的影响

通过表1中对比实施例1-5的样品含水率降低率可以发现，样品与红外辐射板距离越近时，含水率降低率越大。虽然从干燥的角度来讲含水率下降的越大越好，但是当双板板距为20cm时，样品的色度变化值也较大，且由于核桃表面温度过高使得核桃表面发生褐变，同时由于短时间内表层温度变化剧烈，核桃内部水分迁移速率低于表层水分迁移速率，导致核桃发生开壳现象(开壳率37.5％)，表面褐变，这严重影响了核桃的品质，因此该双板板距不合适。当双板板距为25cm和30cm时，含水率都下降的较大，干燥效果较好。虽然两者之间的含水率降低率和色度变化值没有显著差异，但是双板板距25cm处理下的核桃由于表面温度较高出现了开壳现象(开壳率12.5％)，表面褐变，而双板板距30cm处理下的核桃未出现开壳现象，因此从核桃品质来讲辐射距离30cm更合适。当双板板距为35～40cm时，含水率下降的相对较少，干燥效果较差。因此适中的红外辐射距离有利于核桃的干燥，当双板板距为30cm时，核桃干燥效果和品质最好。

实施例6：

试验处理过程同实施例1，其不同在于双板板距为30cm，双板板温为300℃，具体结果见表2。

实施例7：

试验处理过程同实施例1，其不同在于双板板距为30cm，双板板温为350℃，具体结果见表2。

实施例8：

试验处理过程同实施例1，其不同在于双板板距为30cm，具体结果见表2。

实施例9：

试验处理过程同实施例1，其不同在于双板板距为30cm，双板板温为450℃，具体结果见表2。

实施例10：

试验处理过程同实施例1，其不同在于双板板距为30cm，双板板温为500℃，具体结果见表2。

表2不同双板板温对含水率降低率和色度变化值的影响

通过表2中对比实施例6-10样品的含水率降低率可以发现，红外辐射板表面温度越高，样品的含水率降低率越大。当双板板温为450℃和500℃时，较高的温度使得样品的水分下降越大，但是表层温度过高使核桃发生褐变，同时由于短时间内表层温度变化剧烈，核桃内部水分迁移速率低于表层水分迁移速率，导致核桃表壳发生破裂，影响了核桃品质，因此这两个温度太高不利于保护核桃的品质。当双板板温为400℃时，样品的含水率降低率越大，干燥效果较好，且未发生开壳现象，因此从干燥效果和核桃品质来讲双板板温400℃合适。当双板板温为350～300℃时，样品的含水率降低率越低，干燥效果不好。双板板温越高，意味着消耗的天然气量更多。综合考虑干燥效果与节约能源来看，双板板温400℃最合适，核桃干燥效果和品质最好。

实施例11：

试验处理过程同实施例1，其不同在于双板板距为30cm，双板红外辐射时间为3min，具体结果见表3。

实施例12：

试验处理过程同实施例1，其不同在于双板板距为30cm，双板红外辐射时间为4min，具体结果见表3。

实施例13：

试验处理过程同实施例1，其不同在于双板板距为30cm，具体结果见表3。

实施例14：

试验处理过程同实施例1，其不同在于双板板距为30cm，双板红外辐射时间为6min，具体结果见表3。

表3不同双板红外辐射时间对含水率降低率和色度变化值的影响

通过表3中对比实施例11-14样品的含水率降低率可以发现，双板红外辐射时间越长，样品的含水率降低率越大。当双板红外处理时间为6min时，含水率降低率达到最高，色度变化值也最大。双板红外处理时间为5min时样品的含水率降低率与处理时间为6min时的含水率降低率之间没有显著性差别，但是处理时间6min时核桃裂壳(开壳率12.50％)，表面有棕褐色，严重影响品质，因此从干燥效果和节能来讲，双板红外处理时间5min更合适。当双板红外处理时间为3～4min时，含水率降低率较低，干燥效果较差。因此综合考虑干燥效果与节能，适度的红外辐射时间有利于核桃的干燥，当双板红外辐射时间为5min时，核桃干燥效果和品质最好。

通过对比实施例1-14发现，实施例13的核桃干燥效果和品质最好，由此确定了双板催化红外预干燥的最优条件(即实施例13的操作条件)为：双板板距为30cm、双板板温400℃、双板红外辐射时间5min。

实施例15：双板式红外辐射和热风顺序干燥

新鲜核桃的双板式红外辐射和热风顺序干燥方法，按照下述步骤进行：

(1)将采摘后的新鲜核桃去除外层青皮后，清水冲洗干净，沥干表面水分，测得核桃的初始干基含水率范围为40％～55％；

(2)按照实施例13的条件进行双板式红外预干燥，即：调节双板板距至30cm，调节双板板温至400℃，然后将新鲜核桃均匀平铺在位于上下两个红外发生器正中央的样品盘上，采用双板式催化红外辐射方法对新鲜核桃进行快速脱水干燥，红外辐射时间5min即停止红外辐射预干燥；

(3)将红外辐射处理后的核桃迅速转移至热风干燥设备中继续干燥，风速为3m/s，温度为43℃，待干燥至核桃达到安全水分即停止干燥，得到干基含水率达标(8％)的核桃产品，记录干燥总时长(即红外预干燥时间+热风干燥时间)，具体结果见表4。

表4不同干燥方式对干燥总时长的影响

通过表4发现，双板式红外辐射和热风顺序干燥(实施例15)包括两个干燥阶段：红外预干燥阶段5min和后期的热风干燥阶段16.5h，总时长为16.58h。与传统热风干燥(对照例)相比，双板式红外辐射和热风顺序干燥总时长缩短了17.1％，大大节约了能耗，由此得出双板式红外辐射和热风顺序干燥方法更节能。