J. Future Foods | 高温短时红外烘烤花生的影响

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Introduction

花生（Arachis hypogaea L.）属于豆科作物，是一种营养丰富的谷物，富含脂肪和蛋白质（蛋白质25%~30%，脂肪47%~50%），被认为是人体必需的营养物质。花生是继大豆之后第二大收获量的豆类作物。全球花生产量为每年5000万 t。根据国际生产评估部门（IPAD）的报告，中国和印度的产量合计占全球产量的49%以上。花生含有生物活性营养素，有益于血管功能，优化大脑循环功能。烘烤是坚果加工中的关键步骤，它是一个高温、时间-温度相关的过程。由于物理化学反应（类似于米拉德反应的非酶褐变）和热质传递，它可以改善坚果的颜色、风味和口感，促进整体产品的接受度。

烘烤还有助于消除不需要的挥发性酸、降低水分含量、杀灭不需要的细菌、食品污染，导致营养流失和有毒化合物的有害酶失活。烘烤坚果的最常见方法包括热空气、热锅和烤箱。这些过程通常耗时、能耗高且生产效率低。热风烘烤是最基本的对流加热方法，运行成本低廉，常用于各种坚果的烘烤。然而，由于美拉德反应，这个系统需要大量的热能和长时间的烘烤，导致产品产生不必要的变化。在传统的烘烤程序中，坚果的外部表面会被过度烘烤，而中心部分则无法完全烘烤。这可能导致不均匀的烘烤结果，造成表面烧焦、产生难闻的气味、味道和苦涩的焦味。

红外 (IR) 加热等新技术已得到普及，可改善烘焙效果并克服了烘焙不均匀以及相关的不足。与传统方法相比，红外烘烤具有加热效率高、烘烤时间短、扩散系数高等优点。与热风烘烤不同，IR烘烤过程中的加热机制有显著差异。热风烘烤过程中产生的热能通过对流传递到材料表面，然后通过热传导传递到内部。通过加热薄层材料，红外辐射可以大大缩短坚果的烘烤时间。因此，红外烘焙作为一种可能的坚果烘焙替代技术而受到关注。与传统方法相比，红外线和热风相结合可生产出质量更好的烤花生，并且能耗更低。目前关于高红外功率短时间烘烤花生的研究还很少。

因此，本研究探讨了不同水分含量和不同滚筒转速对花生烘烤的新方法。本研究的目的是研究不同水分含量和转速下的红外烘烤对花生的影响并评价其品质。

Results and discussion

水分含量

水分含量是烘烤过程中的一个重要因素。据观察，水分含量会随着转速或烘烤时间的增加而减少。转速的降低最终会导致停留时间的增加，这与更多的红外辐照时间相对应。这将导致水分含量进一步降低。在花生的红外烘烤中也观察到了类似的规律。

颜色

烘烤花生会因还原糖与氨基酸反应而形成类黑素色素而产生颜色变化。烘烤过程中L*、a*和b*的变化如表1所示，发现随着转速的降低，L*值减小，这表明花生在1 r/min下烘烤与2 r/min处理的样品相比，颜色更深。这是因为低转速时，烘烤时间较长，花生颜色变深。L*值从42.20变为52.12。

随着转速的变化，L*值存在显着差异（P < 0.05）。L*值的降低是由于糖和氨基酸的非酶促褐变反应（美拉德反应）产生棕色色素。因此，L*值是观察花生仁颜色变化、从而优化花生仁红外烘焙参数的重要参数。花生红外热风烘烤过程中，在特定的烘烤时间下，L*值随红外温度和功率变化显着。另一方面，a*值随着转速和水分含量的变化也有显着差异（P < 0.05）。a*值的增加表明褐变反应的趋势。

还发现，与2 r/min相比，1 r/min的ΔE值更高，因为较长的烘焙时间会导致更多的颜色变化（从浅到深）。烘烤过程中棕色色素的形成是由于磷脂的化学反应，这反过来又使烘烤的花生颜色更深。这表明褐变反应受到滚筒转速变化和花生含水量的影响。

表1 不同水分含量和转速下红外烘烤对花生色值变化的影响

硬度

硬度基本上是我们的臼齿施加的压力来压缩食物的力。在不同水分含量下，未经烘烤的花生的硬度在43.94~99.36 N间变化（如表2所示）。对于水分含量为7.66%和13.72%的花生，以1 r/min处理的花生硬度最低（如图2所示）；随着烘烤时间的增加，花生变得更加脆弱，更容易断裂，因为热能破坏了其内部的键合。烘烤后，花生的水分含量减少，改变了内部的微观结构，从而导致结构变脆。硬度显示出随着旋转速度降低而具有显著差异（P < 0.05）。花生的IR烘烤中也发现了类似的结果。花生仁和开心果在IR烘烤过程中的水分含量降低，断裂力减小，变得越来越脆，并迅速崩解。经过烘烤后，花生的质地得到了增强，变得更加酥脆。在1 r/min处理的情况下，断裂性也最低（如图3所示）。断裂性是材料在施加小力量时崩解、粉碎、破裂或断裂的倾向，换句话说，它是将食物碎成小块的能力。

表2 不同含水量和转速下红外烘烤对花生硬度和脆度的影响

图 2 不同MC下红外烘烤对花生硬度的影响

图 3 不同MC下红外烘烤对花生易碎性的影响

总酚含量

如表3所示，不同水分含量（7.66%、11.49%和13.72%）下生花生的总酚含量范围为2.10~3.62 mg GAE/g干物质花生样品。这些值低于优质烤花生的允许限值。在方差分析中，总酚含量的P值为0.651（P > 0.05）。这表明花生的红外烘烤导致总酚含量没有显着变化，同时又解释了酚类化合物的降解程度很小。如表3所示，IR烘烤花生的总酚含量变化非常小。当水分含量为7.66%和11.49%时，总酚含量在烘焙过程中增加，这可能是由于美拉德反应的增加。美拉德反应产物具有酚型结构，其衍生物有吡咯和呋喃，这也是总酚含量增加的原因。因此，高温短时间红外烘烤可以生产出质量更好的烘烤花生，并且可以归因于红外热能的热量分布相对均匀。

表3 不同水分含量和转速下红外烘烤对花生总酚含量和抗氧化能力的影响

抗氧化活性

抗氧化剂对花生油的稳定性有影响。如表3所示，未经处理的花生样品在含水量11.49%时具有最高的抗氧化活性，为88.17%。随着旋转速度的降低，观察到抗氧化活性降低，因为较长的烘烤时间和较高的温度会导致生物活性化合物的降解。在水分含量为7.66%和13.72%的花生样品中也发现了类似的趋势。与传统方法相比，红外烘烤样品的抗氧化活性损失相对较少。方差分析中的P值（<0.05）表明，随着IR花生转速的降低，抗氧化活性发生了一些显着的变化。

曲霉菌的净化

在含水量为13.72% db的未处理花生样品中检测到了黑曲霉（1×103 CFU/g）。这表明，红外烘烤可作为一种可行的方法，用于净化含水量在11.49%~13.72% db以上的曲霉菌，并进一步降解曲霉菌产生的黄曲霉毒素等有害毒素。在150~300 ℃的温度暴露下，花生表面去污过程中红外线可完全灭活酵母菌和霉菌。

感官分析

红外烘烤对花生感官特性的影响如表4和图4所示。外观是衡量最终产品烘烤程度的一个重要参数。水分含量13.72%、1 r/min时外观评分最高为4.2，水分含量为7.66%、转速为1 r/min时，外观评分最低为1。与 2 r/min相比，1 r/min的硬度分数更高，这是由于烘烤导致花生内部结构发生变化，花生变得更脆，口感更酥。烘烤增强了坚果的味道和香气，从而提高了产品的整体可接受性。口味评分范围为1.3~4.4。水分含量13.72%、1 r/min烘烤的花生口感感官得分最高。

同样在香气方面，水分含量13.72%、1 r/min烘烤的花生香气感官得分最高。完全接受度是最重要、最全面的感官参数。总接受度得分为1.3~4.4。水分含量13.72%、1 r/min烘烤的花生总接受度感官得分最高，为4.4。根据感官评价，烘焙参数（水分含量13.72%，1 r/min）外观、硬度、香气和总体可接受性均合格。由此可见，在含水量13.72%、1 r/min的条件下进行高温烘烤，可以得到优质的烘烤花生。

图4 红外烘烤花生感官分析图

表4 红外烘烤花生的感官数据

Conclusion

烘烤可改善花生的质地、颜色和风味。在高功率短时间烘烤过程中，水分含量对花生的品质起着重要的作用。这项研究还表明，高功率短时间红外烘焙使酚类含量和抗氧化活性的变化最小。结果发现，水分含量和红外烘焙转速显着影响L*和a*值、水分活度和抗氧化性。对于质地特性，硬度和脆度随着红外烘烤转速的降低而降低，这表明烘烤增强了花生的质地，也赋予了花生感官吸引力。在高温烘焙过程中，水分含量和转速对烘焙过程中的品质属性起着重要的作用。考虑到焙烧对所有因果关系参数都有显著或不显著的影响，得出的结论是，13.72%的水分含量和1 r/min是花生红外烘烤的最佳处理方式，它显着提高了花生的品质。因此，该方法可以用作工业规模的连续工艺，并且可以是在较短的加工时间内烘烤花生的替代方法。由于红外烘烤功率大、时间短，可分别对微生物及其毒素进行去污和降解，且不影响花生的物理、化学和生物活性特性。

Effect of high temperature short time infrared roasting of peanuts

Rahi Golania, Chinglen Leishangthema,*, Hongwei Xiaob, Qi Zhangc, P.P. Sutara,*

a Department of Food Process Engineering, National Institute of Technology Rourkela, Odisha 769008, India

b College of Engineering, China Agricultural University, Beijing 100083, China

c College of Mechanical Engineering, Yangzhou University, Yangzhou 225127, China

*Corresponding authors.

Abstract

Roasting is the most common processing method that enhances color, and texture. In this study, infrared roasting of peanuts was done using an infrared rotary dryer. Roasting was operated at 90% infrared power (630 W) with different rotating speed (1 and 2 r/min). The effect of roasting was studied at different moisture levels (7.66%, 11.49%, and 13.72% db). From the study, the color parameter, L* value, was found to be significantly different (P < 0.05), and it decreased with the decrease in rotating speed, and the ∆E value varies from 2.32 to 10.56. Results also showed that the antioxidant activity decreased with the reduction in rotating speed as lesser revolutions took longer roasting time, and the values decreased from 84.34% to 71.74%. Minimal changes in total phenolic content were found and varied from 3.62 to 2.10 mg/g GAE, an appropriate limit for good-quality roasted peanuts. The hardness of roasted peanuts ranged from 12.25 to 39.43 N. Moisture content 13.72%, and 1 r/min is the best possible treatment for infrared peanut roasting, significantly enhancing the quality of peanuts. This study concluded that high-power short-time infrared roasting could give good-quality roasted peanuts with optimum bioactive compounds.

Reference:

GOLANI R H, LEISHANGTHEM C L, XIAO H W, et al. Effect of high temperature short time infrared roasting of peanuts[J]. Journal of Future Foods, 2024, 4(2): 173-178. DOI:10.1016/j.jfutfo.2023.06.009.

翻译：冯龙斐（实习）

编辑：王佳红；责任编辑：张睿梅

封面图片来源：图虫创意

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