摘 要：为了切实提高带壳腰果的蒸煮品质，通过单因素、正交试验设计研究了蒸煮温度、时间对腰果蒸煮破壳工艺的影响，采用半自动腰果脱壳机对蒸煮后的腰果进行脱壳试验。研究结果表明：腰果蒸煮的最佳工艺参数为蒸煮温度为115℃，蒸煮时间为20 min，整仁率为46.63 %，果皮颜色发白，酥脆。该蒸煮工艺对蒸煮设备的性能要求较低，节约了蒸煮成本，利于实现腰果蒸煮工艺的连续化。
关键词：腰果；脱壳；整仁率；蒸煮
腰果（Anacardium occidentale L.）漆树科腰果属常绿乔木，是我国热带重要干果和油料树种，其果仁是世界著名的四大果仁（核桃、扁桃和榛子）之一，深受世界人民喜爱。腰果浑身都是宝，腰果仁脂肪酸含量为46 %左右，蛋白质21.2 %左右，碳水化合物22.3 %左右，每食用100 g能提供2 495 kJ的能量[1]。此外其包含大量人们在正常饮食不能获取的必须氨基酸[2-3]、维生素和矿物质等。脂肪酸中不饱和脂肪酸占78 %左右，是一种优良的油炸油，已应用于果蔬的膨化、抛光等，同时也是一种工业原料。经常适量的食用有利于降低脂肪酸等疾病的发生率，有利于人体的健康。
腰果壳是腰果一层非常坚硬的外壳，其呈海绵状多孔结构，且富含丰富的壳液[4]。壳液主要含90%的腰果酸，和10 %的卡杜酚，通过黄嘌呤氧化酶试验证明，较强的抗氧化活性和清除自由基的能力[5]。腰果酸经过脱羧成腰果酚其是一种加工性能优良的化工原料，可用于黏合剂的生产，如应用于木地板，与普通黏结剂相比，具有VOCs和甲醛释放量非常少[6]。高性能酚醛树脂的合成，与传统的PF树脂相比，壳液制备的酚醛，更耐高温，且固化能更强[7-8]。
从二十世纪开始，国内外就有人不断尝试进行机械脱壳，加工设备得到了逐步提升，从机械化手动破壳，半自动破壳，全自动破壳化破壳方向发展，生产效率逐步得到提高，生产成本逐步降低，但是脱壳效率逐步降低[9]。目前腰果加工设备主要集中在印度、越南、意大利和中国，到目前为止都实现了腰果加工自动化，每个厂家都有其优缺点，越南以SONVIET INDUSTRIAL EQUIPMENT MANUFACTURING COMPANY LIMITED为代表，其加工设备便宜，但是其设备加工过程非常粗糙，不耐磨损，且零部件的更换非常困难，没有标准化的零部件。加工工艺没有进行深入系统性研究，蒸煮采用4 MPa的蒸汽蒸煮0.5 h，没有理论依据，在实际生产中造成加工困难，影响脱壳过程和后续的脱皮过程。印度以GAYATHRI INDUSTRIES公司为代表，其加工设备稳定性差，造价贵，蒸煮过程采用间歇式操作，进料容易，出料困难，采用半自动出料，而且蒸煮均匀度不高，且蒸煮工艺与越南存在相同的问题等[10]。中国以中国热带农业科学院农产品加工研究所为代表[11]，其对腰果的分级[12-14]、去石、蒸煮[15]、脱壳、脱皮、干燥进行了系统的研究，初步完善了腰果的加工工艺，并联合国内腰果加工厂宁波余姚凯圣特腰果有限公司等对腰果蒸煮[13]、脱壳等设备进行联合攻关，取得了一定的成绩。Ogunsina[1]研究结果表明：蒸煮有助于提高腰果破壳的整仁率，同时其确定了手动脱壳过程中，在700 kPa压力下，小果蒸煮最佳工艺参数为：湿度8.34 %，时间30 min；中果蒸煮最佳工艺参数为：湿度11.80 %，时间32 min；大果蒸煮最佳工艺参数为：湿度8.34 %，时间30 min，其对应的整仁率分别为91.74 %、90.94 %、87.98 %。实际生产过程中，按照Ogunsina提供的参数，开展试验发现蒸煮压力过大，壳液溢出严重，且对果仁的污染较大。蒸煮时间过长，严重影响后续的脱皮工艺，因此有必要探究一种蒸煮温度低，时间短的方法。本试验研究了不同蒸煮温度和时间对腰果脱壳过程中整仁率的影响，并采用半自动腰果脱壳机对蒸煮后的腰果进行脱壳试验，选择正交试验设计和方差分析方法对蒸煮温度和时间参数进行优化。
1.1 试验材料与仪器
腰果：西非（科特迪瓦）进口，果仁率为34 %，果仁含水率为2.71 %；LDZX-50FB高压蒸煮锅：上海申安医疗器械厂；MT-4半自动破壳机：山东安丘民生机械有限公司。
1.2 方法
1.2.1 材料的预处理
选取西非进口腰果，按照孔径分别为18.00、20.00、 22.00、24.00 mm进行尺寸分级，分别命名为D级、C级、B级、A级，未被分级的命名为E级，选择最具有代表性的B级腰果为试验研究对象，然后进行去石去铁处理。
1.2.2 单因素对整仁率的影响
从B级腰果中准确称取2.0 kg/单个样品，并进行个数的统计，然后置于高压蒸煮锅中按照试验条件对对腰果进行蒸煮，蒸煮完毕，缓慢打开放汽阀，待汽放尽，然后将腰果迅速拿出，置于室温中，冷却6 h，于半自动破壳机中进行破壳。其中蒸煮框直径为30 cm，料层厚度为15 cm。考察不同温度和时间对破壳过程中整仁率的影响。
1.2.3 正交试验优化工艺研究
以上述单因素试验条件为基础，采用L9（34）正交设计试验，考察温度和时间2因素对腰果蒸煮锅过程中整仁率的影响。
1.2.4 整仁率的计算
对每个样品进行计数N0，经过半自动腰果破壳机破壳后得到完整的果仁数为N1，则整仁率（whole kernel rate of cashew）的计算公式如公式（1）所示：
2.1 不同蒸煮时间对腰果破壳整仁率的影响
本试验考察了蒸煮时间10、15、20、25、30、35 min，蒸煮温度110℃对腰果破壳过程中整仁率的影响，如图1所示。
图1 蒸煮时间对整仁率的影响
Fig.1 Influence of cooking time on the rate of perfect kernel
从图1得知，在0～20 min内，随着蒸煮时间的增加，整仁率不断增加。在20 min～35 min内，随着蒸煮时间的继续增加，开始缓慢下降。由于随着蒸煮时间的增加，壳的膨胀不断发生变化，可在一定程度上膨胀对脱壳有力，有利于破壳，同时整仁率有所提高。时间过长，外壳蒸煮过度，壳的质构特征发生不利于破壳的趋势变化，同时壳中部分壳液开始往壳仁渗透，导致仁和颗发生粘连，因此会出现如图1所示的变化曲线。
2.2 不同蒸煮温度对腰果破壳整仁率的影响
本试验考察了蒸煮温度100、105、110、115、120、125℃，蒸煮时间20 min对腰果破壳过程中整仁率的影响，如图2所示。
图2 蒸煮温度对整仁率的影响
Fig.2 Influence of cooking temperature on the rate of perfect kernel
从图2得知，在100℃～115℃范围内，随着蒸煮温度的增加，破壳整仁率不断增加。在115℃～125℃范围内，随着蒸煮温度的增加，破壳整仁率开始急剧下降。由于温度的增加，导致外壳开始变软，外轮廓开始膨胀，果仁更易于出来。温度增加的过高，外壳的质地变得更加软烂，并朝着不利于破壳的方向发展。试验过程发现，从120℃开始，壳液溢出果壳表面，随着温度的增加，现象越严重，同时破壳后发现果仁表面的黑色壳液越来越多，导致整仁率下降，果仁的品质也急剧下降。
2.3 正交试验优化设计试验
由于蒸煮条件对整仁率的影响在一定范围内是渐变的。因此，根据单因素试验结果，在单因素最佳水平左右小范围内，可以确定正交试验的各因素水平，见表1，正交试验结果如表2，方差分析结果如表3～表6。
表1 正交试验因素水平表
Table 1 Factor levels table of orthogonal experiment
水平 A温度/℃ B时间/min C空白 D空白1 105 15 1 1 2 110 20 2 2 3 115 25 3 3
表2 正交试验结果
Table 2 Orthogonal experiment results
序号 温度 时间 空白 空白 整仁率/% 1 1 1 1 1 22.19 2 1 2 2 2 43.82 3 1 3 3 3 44.36 4 2 1 3 2 32.46 5 2 2 1 3 44.60 6 2 3 2 1 41.36 7 3 1 2 3 30.86 8 3 2 3 1 46.63 9 3 3 1 2 41.72
表3 方差分析结果
Table 3 Variance analysis results
项目 均方和 自由度 均方平均值 F值 Sig.校正模型 490 4 122 8.9 0.03截距 13 456 1 13 456 984.2 0.00 A 15.95 2 7.98 0.583 0.599 B 474 2 237 17.4 0.01误差 54.7 4 13.7 R2= 0.900（校正R2=0.799）
表4 统计平均值
Table 4 Statistical average values
水平 A因素均值 B因素均值1 36.79 28.50 2 39.47 45.02 3 39.74 42.48
表5 温度-配对检验
Table 5 Temperature-Paired comparison test
（I）A（J）A 均差（I-J） 标准误 Sig.（a） 95 %置信区间下限 上限1 2 -2.68 3.019 0.424 -11.066 5.699 3 -2.947 3.019 0.384 -11.329 5.436 2 1 2.683 3.019 0.424 -5.699 11.066 3 -0.263 3.019 0.935 -8.646 8.119 3 1 2.947 3.019 0.384 5.436 11.329 2 0.263 3.019 0.935 -8.119 8.646
表6 时间-配对检验
Table 6 Time-Paired comparison test
注：*在0.05水平上显著。
（I）B（J）B 均差（I-J） 标准误 Sig.（a） 95 %置信区间下限 上限1 2 -16.513（*） 3.019 0.005 -24.896 -8.131 3 -13.977（*） 3.019 0.010 -22.359 -5.594 2 1 16.513（*） 3.019 0.005 8.131 24.896 3 2.537 3.019 0.448 -5.846 10.919 3 1 13.977（*） 3.019 0.010 5.594 22.359 2 -2.537 3.019 0.448 -10.919 5.846
从表3得知，因素A（蒸煮温度）对整仁率的影响不显著（P=0.599,＞0.01），因素B（蒸煮时间）对整仁率的影响显著（P=0.01,＜0.05）。F（B）＞F（A），说明蒸煮时间比蒸煮温度对整仁率的影响大。从表4得知，B2A3组合为最优组合，即蒸煮温度为115℃，蒸煮时间为20 min时，破壳过程中有最大的整仁率。从表5得知，温度各水平值之间的差异不显著。从表6得知，时间水平1与2和3之间的差异极为显著，且水平2与水平3之间的差异不显著，时间的最佳水平值为2，因此最佳组合为B2A3，即蒸煮温度为115℃，时间为20 min时，获得的整仁率为46.63 %。通过2次验证性试验表明，此组合的平均值为46.54 %。
在腰果半自动脱壳过程中，研究结果表明预处理对腰果脱壳有显著的作用，国内外常采用常压和高压蒸煮对腰果进行预处理后，有助于提高腰果的脱壳率。试验发现蒸煮工艺中，蒸煮温度和蒸煮时间是最重要的两个因素影响腰果的脱壳。蒸煮温度过低，脱壳率低，破损率高。蒸煮温度过高。一方面对设备性能要求更高，不容易实现自动化蒸煮；另一方面高温促进腰果壳液的双侧溢出，果内溢出影响了果仁的品质，增加了脱皮的难度，同时果仁和果壳发生粘连，造成壳仁分离困难。果外溢出不仅污染了环境，而且当人体接触时，易造成人体过敏。蒸煮时间过短，蒸煮不透，不利于破壳；蒸煮时间过长，热传递到果仁，影响果仁的升温，果仁内淀粉发生糊化，果仁和果皮粘结严重，导致脱皮困难，研究结果表明蒸煮时间达到115℃处理20 min，果仁68.5℃。因此有必要合理控制蒸煮工艺的温度和时间，本试验确定了最佳的蒸煮参数为：蒸煮温度和时间分别为115℃，20 min，此时整仁率为46.63 %。
对于一个年产量在500 t以下加工厂，一般采用间歇式蒸汽蒸煮，每次蒸煮量为500 kg。据报道我国腰果仁年消费量在1.0万t～2.0万t，意味着腰果年加工能力3万t～6万t。根据Q吸=cpmΔt，则每吨水蒸汽蒸煮温度每提高1℃，需要2 100 kJ的能量，0.6度电，0.348元。对于一个年产300 t加工能力的厂而言，假设其采用4 MPa（250℃），如果采用0.2 MPa（120℃）供气，则减少1.4万元～2.8万元的成本。另一方面，蒸煮温度低于115℃能提高后续腰果仁脱皮10个百分点。本试验采用115℃进行蒸煮，20 min降低蒸煮工艺对蒸煮锅的硬件要求，为工艺连续化设计提供了数据支撑；降低了能源的消耗，减少了对环境的污染；同时提高了腰果仁的食用品质和外观，降低了后续腰果仁脱皮的成本，因此具有重要的应用前景。
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Effect of Different Cooking Conditions on Whole Kernel Rate of Cashew Shelling
Abstract：In order to effectively improving shell cashew cooking quality，this paper studied the effect of cooking temperature and time on the cashew nut shell process by single factor and orthogonal test design，and was used semi-automatic cashew nut sheller to conduct cashew shell experiment after cooking of cashew nuts. The results showed that the optimum temperature and time of cashew cooking were 115℃，20 min，respectively，and the whole kernel rate was 46.63 %，and the skin color was white，and the pulp was crisp. This cooking process reduced the requirements for the cooking equipment，and saved the cost of cooking，and was beneficial to achieve continuous about cashew cooking process.
Key words：cashew nut；shelling；whole kernel rate of cashew；cook
DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2016.04.025
基金项目：公益性行业（农业）科研专项经费资助（201303077）
收稿日期：2014-12-29