花生濕法脫紅衣工藝參數(shù)優(yōu)化

王京，陳偉州，劉志俠，董占偉，何鳳宇，高連興

（1.沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院，沈陽 110161；2.吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，長春 130118）

花生富含多種維生素和礦物質(zhì)，營養(yǎng)價值豐富，并對人體有保健作用[1-2]，是我國主要的食用油脂和蛋白質(zhì)來源。脫衣后的花生仁可制成花生醬、花生蛋白飲料和花生休閑食品，花生衣皮則可入藥。近幾年全球花生制品的年貿(mào)易額快速增長，幾乎占據(jù)花生貿(mào)易額總量的50%[3-6]。未經(jīng)處理的新鮮花生，籽仁與紅衣結(jié)合非常緊密，很難脫衣，直接進(jìn)行機(jī)械脫衣極易造成籽仁的損傷[7-9]。因此，花生機(jī)械脫衣前往往需要對花生進(jìn)行預(yù)處理，減小籽仁與紅衣之間的結(jié)合力。

國內(nèi)花生脫衣常用的方法有烘烤脫衣、濕法脫衣、微波脫衣、堿液脫衣[10-13]。在4種工藝方法中，微波脫衣很難實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，堿液脫衣易造成花生籽仁的腐蝕和酸敗，烘烤脫衣和濕法脫衣的可行性更高。國內(nèi)中小企業(yè)一般采用高溫烘烤法脫衣工藝，為縮短加工時間，提高脫凈率，其烘烤溫度通常高達(dá)138℃[14]。但研究表明，花生果仁中富含不飽和脂肪酸，受到高溫時易產(chǎn)生酸敗現(xiàn)象，降低花生的品質(zhì)[15]。相對而言，濕法脫衣的預(yù)處理溫度較低，可有效避免或降低酸敗現(xiàn)象，提高花生仁品質(zhì)，有利于后續(xù)加工，因此濕法脫衣是機(jī)械脫衣前常用的一種工藝方法。但如何選擇預(yù)處理工藝參數(shù)，確保機(jī)械脫衣的脫凈率和破損率達(dá)到最優(yōu)，目前尚未見文獻(xiàn)報道。本研究基于國內(nèi)普遍使用的輥式花生脫衣機(jī)械研究花生濕法脫衣工藝參數(shù)，在確保脫衣機(jī)械高脫凈率、低破損率的前提下，盡可能降低預(yù)處理溫度，縮短預(yù)處理時間，減小濕法預(yù)處理對花生仁品質(zhì)的影響。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗在沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)機(jī)實驗室進(jìn)行，選取沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)海城花生試驗基地種植的花生為試驗材料，品種為“日本豆”。測得試驗花生百粒重63.73g，百粒平均長16.34mm、寬8.52mm、厚9.30mm。

1.2 儀器設(shè)備

試驗所用儀器設(shè)備有LQ-A5003型電子天平（瑞安市樂祺貿(mào)易有限公司）、DHS-16型鹵素水分儀（上海菁海儀器有限公司）、HH-2S型數(shù)顯恒溫水浴鍋（常州恩培儀器制造有限公司）及180型花生米脫衣機(jī)（煙臺茂源食品機(jī)械制造有限公司）?；ㄉ撘聶C(jī)及脫出物如圖1。

圖1 花生脫衣機(jī)及脫出物Figure 1 Peanut peeling machine and peeled products

1.3 方法

試驗包括花生挑選、稱重、濕熱化處理、機(jī)械脫衣等環(huán)節(jié)。試驗過程中將花生按500g每份稱重，根據(jù)試驗方案設(shè)定恒溫水浴的溫度，將花生置于恒溫水浴中進(jìn)行濕熱化處理，達(dá)到預(yù)定時間后將其取出，進(jìn)行機(jī)械脫衣，最后人工對脫衣后的花生混合物分類，測量花生含水率，計算脫凈率和破損率。

試驗將脫衣后的花生混合物分為完整脫衣、破損脫衣、完整未脫衣、破損未脫衣4種（圖2）。

圖2 機(jī)械脫衣后花生混合物Figure 2 Peanut mixture after mechanical peeling

定義脫凈率為完全脫衣的花生仁質(zhì)量占花生仁總質(zhì)量的比重，破損率為破損花生仁占花生仁總質(zhì)量的比重，計算公式為：

式中：Ci為脫凈率；Di為破損率；m1、m2、m3、m4分別為完整脫衣花生質(zhì)量、破損脫衣花生質(zhì)量、完整未脫衣花生質(zhì)量及破損未脫衣花生質(zhì)量。

2 試驗方案與結(jié)果分析

濕法處理時，花生籽仁與紅衣同時吸水，在一定的溫濕度條件下，花生衣皮會發(fā)生褶皺，從而易于機(jī)械脫衣。但是濕熱化處理時間過長會使花生籽仁吸水量過大，對花生仁品質(zhì)及后期加工產(chǎn)生一定影響，因此試驗過程中盡可能縮短濕熱化處理時間，將含水率也作為評價指標(biāo)之一。先選取浸泡溫度和浸泡時間為影響因素，脫凈率、破損率及含水率為評價指標(biāo)，設(shè)計單因素試驗，分析各因素對評價指標(biāo)的影響；再以單因素試驗為基礎(chǔ)設(shè)計響應(yīng)面試驗，確定濕法脫衣的最優(yōu)工藝參數(shù)。

2.1 單因素試驗

2.1.1 試驗方案為科學(xué)確定單因素試驗的溫度和時間變化范圍，先進(jìn)行預(yù)試驗。預(yù)試驗發(fā)現(xiàn)，當(dāng)浸泡溫度低于40℃，浸泡時間低于10min時，機(jī)械脫衣的脫凈率低于90%，損傷率高于20%，脫衣效果較差，因此設(shè)定單因素試驗最低溫度為40℃，浸泡時間最小值為10min?，F(xiàn)有研究表明，64℃熱風(fēng)干燥花生時，花生仁有明顯變化[16]，因此試驗最高溫度為60℃。單因素試驗方案為：每組選取花生500g，分別置于40，45，50，55，60℃恒溫水浴鍋中，浸泡時間選取10，15，20，25，30，35，40min，分析脫凈率、破損率及含水率的指標(biāo)值。

2.1.2 浸泡時間對各試驗指標(biāo)的影響由圖3a可知，隨著浸泡時間的增加，脫凈率先上升后趨于平緩。當(dāng)浸泡時間小于15min時，脫凈率上升較快；當(dāng)浸泡時間在15～35min，浸泡溫度高于50℃時，脫凈率上升趨勢趨于平緩；當(dāng)浸泡時間在35～40min時，脫凈率無顯著變化。為盡可能縮短浸泡時間，減小對花生仁品質(zhì)的影響，將15～35min作為響應(yīng)面法分析浸泡時間的變化范圍。由圖3b可知，隨著浸泡時間的增加，含水率增加，花生仁發(fā)生彈性形變，破損率降低。由圖3c可知，浸泡時間小于30min時，含水率上升較快，浸泡時間大于30min時，含水率上升較慢。試驗證明浸泡時間對花生脫凈率、破損率和含水率均有明顯影響。

2.1.3 浸泡溫度對各試驗指標(biāo)的影響由圖4a可知，相同浸泡時間不同溫度下，隨著溫度的升高，脫凈率呈現(xiàn)上升后趨于平緩又上升的趨勢。浸泡溫度在40～50℃時，脫凈率上升較快；浸泡溫度在50～55℃時，脫凈率上升趨于平緩；浸泡溫度在55～60℃時，脫凈率又顯著上升。隨著浸泡溫度的增加，紅衣和籽仁的熱膨脹系數(shù)發(fā)生改變，紅衣的碰撞系數(shù)較小，極易出現(xiàn)褶皺破損，同時紅衣與籽仁結(jié)合力減弱，脫凈率較高。由圖4b可知，浸泡溫度在40～50℃時，隨著溫度的增加，破損率顯著下降；浸泡溫度在50～60℃時，隨著浸泡溫度的增加，破損率下降趨于平緩。由圖4c可知，隨著浸泡溫度的增加，花生的含水率整體呈上升趨勢。由以上分析可知，浸泡溫度對脫凈率、破損率和含水率均有明顯影響。當(dāng)浸泡溫度為40～45℃、浸泡時間為10min和15min時，破損率達(dá)到20%，脫衣效果較差，因此把45～60℃作為響應(yīng)面法分析浸泡溫度的變化范圍。

圖3 浸泡時間對脫凈率、破損率及含水率的影響Figure 3 Effect of soaking time on removal rate,breakage rate and moisture content

圖4 浸泡溫度對脫凈率、破損率及含水率的影響Figure 4 Effect of soaking temperature on removal rate,breakage rate and moisture content

2.2 響應(yīng)面法試驗

2.2.1 試驗指標(biāo)花生仁制品生產(chǎn)中，深加工方式不同，對脫凈率、破損率及含水率的要求往往不同?？紤]幾種常見去衣花生制品：花生醬、去皮風(fēng)味花生、花生蛋白飲料及冷榨花生油的深加工特點(diǎn)，分別使用層次分析法（AHP）對花生的脫凈率、破損率和含水率指標(biāo)進(jìn)行比較，根據(jù)權(quán)重擬定出綜合指標(biāo)，再使用響應(yīng)面法優(yōu)化最優(yōu)預(yù)處理參數(shù)。

2.2.1.1 制作花生醬的綜合指標(biāo)花生醬是通過花生去殼、烘烤、去紅衣、碾磨、添加輔料等工序制成的，富含蛋白質(zhì)、脂肪和礦物質(zhì)等營養(yǎng)元素，對促進(jìn)健康和預(yù)防疾病十分有效[6-8]。根據(jù)花生醬的制作工藝特點(diǎn)，花生的脫凈率比破損率較強(qiáng)重要，記6.00；花生的脫凈率比含水率較強(qiáng)重要，記5.00；花生的含水率比破損率稍微重要，記3.00。使用AHP法，確定制作花生醬的各項指標(biāo)權(quán)重的斷矩陣見表1，計算可得出脫凈率（Ci）、破損率（Di）和含水率（Ei）的權(quán)重系數(shù)分別為0.71，0.09，0.20，進(jìn)而確定制作花生醬的綜合指標(biāo)Y1計算公式為：

表1 Y1各項指標(biāo)權(quán)重的判斷矩陣Table 1 Y1 judgment matrix of each index weight

2.2.1.2 制作去皮風(fēng)味花生的綜合指標(biāo)去皮風(fēng)味花生普遍是將花生仁進(jìn)行去紅衣、涂料、烘烤等工序制成，制作方便，種類繁多，口味豐富[12]。通過工藝發(fā)現(xiàn)，花生的脫凈率比破損率同等重要，記2.00；花生的脫凈率比含水率較強(qiáng)重要，記6.00；花生的破損率比含水率較強(qiáng)重要，記5.00。使用AHP法，確定制作去皮風(fēng)味花生的各項指標(biāo)權(quán)重的判斷矩陣見表2，計算可得出脫凈率（Ci）、破損率（Di）和含水率（Ei）的權(quán)重系數(shù)分別為0.58，0.34，0.08，進(jìn)而確定制作去皮風(fēng)味花生的綜合指標(biāo)Y2計算公式為：

表2 Y2各項指標(biāo)權(quán)重的判斷矩陣Table 2 Y2 judgment matrix of each index weight

2.2.1.3 制作花生蛋白飲料的綜合指標(biāo)花生蛋白飲料是將花生脫衣、浸泡、磨漿、混合調(diào)制等工序制成，花生蛋白飲料可加入牛奶、銀杏等不同配料增加口感形成不同的口味，是補(bǔ)充蛋白質(zhì)的有效手段之一[9-10]。通過工藝發(fā)現(xiàn)，花生的脫凈率比破損率較強(qiáng)重要，記6.00；花生的脫凈率比含水率較強(qiáng)重要，記6.00。使用AHP法，確定制作花生蛋白飲料的各項指標(biāo)權(quán)重的判斷矩陣見表3，計算可得出脫凈率（Ci）、破損率（Di）和含水率（Ei）的權(quán)重系數(shù)分別為0.74，0.13，0.13，進(jìn)而確定制作花生蛋白飲料的綜合指標(biāo)Y3計算公式為：

表3 Y3各項指標(biāo)權(quán)重的判斷矩陣Table 3 Y3 judgment matrix of each index weight

2.2.1.4 制作冷榨花生油的綜合指標(biāo)冷榨花生油是將花生清選、烘干、脫衣和調(diào)質(zhì)等工序制成，花生進(jìn)行脫衣處理可以提高壓榨花生油的色澤和透明度并獲得優(yōu)質(zhì)花生餅，調(diào)制處理使花生含水率在5%～7%之間符合冷榨制油機(jī)的適宜溫度[14]。根據(jù)工藝發(fā)現(xiàn)，花生的脫凈率比破損率強(qiáng)烈重要，記7.00；花生的脫凈率比含水率較強(qiáng)重要，記5.00；花生的含水率比破損率稍微重要，記3.00。使用AHP法，確定制作花生醬的各項指標(biāo)權(quán)重的判斷矩陣見表4，計算可得出脫凈率（Ci）、破損率（Di）和含水率（Ei）的權(quán)重系數(shù)分別為0.72，0.08，0.20，進(jìn)而確定制作花生醬的綜合指標(biāo)Y4計算公式為：

表4 Y4各項指標(biāo)權(quán)重的判斷矩陣Table 4 Y4 judgment matrix of each index weight

2.2.2 試驗方案為進(jìn)一步研究浸泡溫度和浸泡時間對花生濕法脫衣的影響以及優(yōu)化花生濕法脫衣的工藝參數(shù)，在單因素試驗的基礎(chǔ)上采用Design-Expert V10軟件設(shè)計響應(yīng)面試驗，因素采用浸泡溫度（Ai）和浸泡時間（Bi），指標(biāo)采用由脫凈率（Ci）、破損率（Di）和含水率（Ei）按不同權(quán)重系數(shù)擬合成的綜合指標(biāo)Y1、Y2、Y3、Y4。因素水平編碼見表5，響應(yīng)面試驗設(shè)計和結(jié)果見表6。

表5 因素水平編碼Table 5 Coding of factors and levels

表6 響應(yīng)面試驗設(shè)計和結(jié)果Table 6 Design and results of surface response experiment

2.2.3 試驗結(jié)果與方差分析根據(jù)響應(yīng)面試驗方案，使用回歸分析擬合得到綜合指標(biāo)Y1、Y2、Y3和Y4的響應(yīng)面回歸方程：

對方程進(jìn)行方差分析，結(jié)果如表7。由表7可知，Y1、Y2、Y3和Y4的回歸方程模型均極顯著，且失擬項均不顯著，說明回歸方程擬合效果較好。

表7 綜合指標(biāo)Y的方差分析Table 7 Analysis of variance of comprehensive index Y

2.2.4 優(yōu)化結(jié)果對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，得到響應(yīng)面效果圖。浸泡溫度和浸泡時間對脫凈率、破損率和含水率的影響如圖5。隨著浸泡溫度的增加，Y1、Y2、Y3、Y4值逐漸升高，當(dāng)浸泡溫度接近60℃時，Y1、Y3、Y4值先增加后降低，Y2值先增加后趨于平緩。當(dāng)浸泡時間在25～30min、浸泡溫度在50～60℃時，Y值普遍較高，脫衣效果較好。

浸泡時間和浸泡溫度對4種花生制品綜合指標(biāo)的影響如圖6。隨著浸泡時間的增加，Y1、Y3、Y4值先增加后降低，Y2值先增加后趨于平緩；隨著浸泡溫度的增加，Y1、Y2、Y3、Y4值逐漸升高。當(dāng)浸泡時間在25～30min、浸泡溫度在50～60℃時，Y值普遍較高，脫衣效果較好。

響應(yīng)面試驗得出4種花生制品脫衣工藝的最優(yōu)參數(shù)如表8。4種工藝的最優(yōu)浸泡溫度55～60℃，浸泡時間25～30min。

圖5 浸泡溫度和浸泡時間對脫凈率、破損率和含水率的影響Figure 5 Effects of soaking temperature and soaking time on removal rate,breakage rate and moisture content

圖6 浸泡溫度和浸泡時間對綜合指標(biāo)的影響Figure 6 Effects of soaking temperature and soaking time on comprehensive index

表8 花生濕法脫衣工藝參數(shù)Table 8 Technological parameters of peanut wet peeling

2.3 驗證試驗

根據(jù)參數(shù)優(yōu)化結(jié)果，使用花生脫衣機(jī)械在同等條件下進(jìn)行驗證試驗。每種方案重復(fù)3次，試驗結(jié)果如表9。從表9中數(shù)據(jù)可以看出，各方案的脫凈率大于95%，破損率小于10%，含水率小于20%，綜合指標(biāo)試驗值和預(yù)測值相差較小，擬合度較高。

表9 驗證試驗結(jié)果Table 9 Verification test results

3 討論與結(jié)論

花生濕法脫衣預(yù)處理工藝參數(shù)是影響花生機(jī)械脫衣脫凈率、破損率的重要因素。目前已有學(xué)者對花生脫衣工藝進(jìn)行了研究，主要方法有恒溫浸泡、先冷浸后熱浸、先浸泡后烘干等，得到的最佳浸泡溫度為86～96℃，浸泡時間為5s～35min不等[17-20]。然而現(xiàn)有脫衣方法預(yù)處理溫度過高，研究表明溫度超過80℃會加速花生米油脂的酸敗，降低花生食品的營養(yǎng)價值、縮短其保質(zhì)期[14]。因此，研究中低溫條件下預(yù)處理工藝參數(shù)對于減小濕熱化處理對花生仁品質(zhì)的影響具有重要意義。

針對國內(nèi)常見的輥式花生脫衣機(jī)，以脫凈率、破損率、含水率為評價指標(biāo)，研究濕法脫皮最優(yōu)工藝參數(shù)。通過單因素試驗發(fā)現(xiàn)浸泡溫度和浸泡時間對脫凈率、破損率有顯著影響，隨著浸泡溫度和浸泡時間的增加，花生衣皮易出現(xiàn)褶皺，衣皮與籽仁結(jié)合力減弱，脫凈率整體呈上升趨勢，破損率整體呈下降趨勢。當(dāng)浸泡時間在35～40min時，脫凈率無顯著變化，當(dāng)浸泡時間在20～40min時，破損率下降趨勢趨于平緩。為盡可能縮短浸泡時間，減小預(yù)處理對花生籽仁品質(zhì)的影響，確定響應(yīng)面分析脫衣溫度的變化范圍為45～60℃，浸泡時間的范圍為15～35min。

通過響應(yīng)面試驗優(yōu)化得出加工花生醬、去皮風(fēng)味花生、花生蛋白飲料及冷榨花生油4種花生制品脫衣預(yù)處理最佳浸泡溫度和浸泡時間。經(jīng)試驗驗證，各方案的脫凈率大于95%，破損率小于10%，含水率小于20%，且試驗值與預(yù)測值誤差較小。試驗得出的4種花生制品的工藝參數(shù)有實際生產(chǎn)參考價值，在該工藝參數(shù)下可以獲得較高的脫凈率、較低的破損率和含水率，從而確?；ㄉ实钠焚|(zhì)不受太大影響，品相優(yōu)良，便于烘干、貯存和后續(xù)精加工。