回顾可可干燥技术和对Bean质量参数的影响

文摘

农业,考虑干燥作为一个关键人士质量确定可可处理链中单元操作,本文综述最近的研究在可可豆的干燥方法和质量参数。开太阳,太阳能、烤箱、微波和冷冻干燥的方法研究了各级干燥的可可豆目标改善干燥特性和最终可可豆的质量。而开放的阳光干燥机采用自然被动机制,太阳能干燥方法可以采用被动和主动的结合机制。烤箱、微波和冷冻干燥方法是完全主动要求电能输入。提高干燥速率在太阳开放的方法中,干燥机干燥托盘的材料和位置参数优化,因为干燥的温度取决于太阳能强度。对太阳能烘干机、材料、高程、加热器,操纵和球迷来优化能量吸收和干燥参数。烤箱和微波炉方法、干燥空气属性是直接由电子系统控制。含水率、mouldiness bean色彩、pH值、滴定酸度,脂肪含量和醋酸浓度是最广泛的评估bean质量参数。

1。介绍

可可(Theobroma可可)豆构成全球巧克力行业的原材料,饮料,化妆品,药品,化妆品产品(1]。超过五千万人依靠可可为生为非洲全球产能的68%,亚洲17%,美洲(15%2,3]。在非洲,体积最大的cocoa-producing国家象牙海岸(19亿吨(MT) / ear)、加纳(850吨)和喀麦隆的全球供应250吨可可市场(4]。这大大有助于这些国家的国民收入。可可豆的物理和化学是非常复杂和变化在其寿命取决于处理方法和地理起源(1]。,可可豆的商业级应当符合指定的标准包括其水分含量、酸度、slatiness,多酚含量,mouldiness,霉菌毒素生产5]。

可可豆的质量取决于它的每个生产流程,从农业实践,地区的起源,和运输工业设施转换发生的地方。发酵和干燥构成关键农场(er)的单元操作,并有很强的影响在最后的可可豆和后续的产品质量过硬。最近的研究在干燥过程和影响质量的三个主要issues-method,温度,干燥时间(6]。这些干燥参数的变化对水分含量影响显著的影响,bean色彩、pH值、脂肪酸、多酚、methylxanthines,蛋白质,和芳香族化合物组成优秀的质量参数(表1(一)-1(d))6,7]。

虽然发酵和干燥互补影响bean质量,一个贫穷的干燥过程的发酵可可豆可以导致大豆质量很差因为热处理影响bean质量参数不同(8]。为了优化干燥过程,以最小的成本,获得最佳的可可豆的质量进行了干燥的几个修改参数。本文主要关注最近的创新可可干燥过程和对质量参数的影响。开头简要描述最受欢迎的干燥方法干燥的可可豆,干燥技术,最近的进步和对bean质量参数的影响,以表总结的干燥方法和质量参数。

2。可可干燥方法

任何食品干燥系统,最大限度地减少接触光(紫外线(UV)),氧化,热量会帮助保护高农产品质量[所需重要生物活性的化合物9]。

在干燥过程中,水分活度的食物减少了由于其含水量的减少通过热量的应用10]。可可豆是干燥,适合营销如果水分含量减少到5至8%(湿基)11]。审查的巴拉和海椰子12)和Naseer et al。9),五种干燥系统采用可可部门已确定,即开放的太阳,太阳能、烤箱、微波和冷冻干燥。这些下面简要综述了各种作品的基础上进行了旨在提高烘干机的干燥势和干可可豆的质量。

2.1。打开晒干

晒干是最古老,最便宜,最受欢迎的,和免费提供的方法,可以应用使用最基本的高度复杂和科学程序,特别是在热带和亚热带,太阳辐射是丰富的12]。超过60%的非洲和亚洲可可干在本地使用太阳开放(3),通常高含水率的主要原因由农民出售的时候。在可再生能源中,太阳能是被认为是不可或缺的在未来,因为它是便宜的,丰富的,取之不尽的,环境友好,nonpollutant [13]。

打开晒干广泛传播由豆木垫和塑料薄膜或混凝土地板在阳光(表1(a))。bean是手动转定期,有人需要保持吓跑生物污染物,还携带豆子树荫下,以防下雨。虽然免费,这个方法是依赖于天气,是劳动密集型,花费的时间(7-22天),和公开食品害虫和其他环境污染物(14]。这增加的风险给质量差豆子更控制干燥方法相比,较长的干燥时间公开bean模具增长(15]。一些不知情的农民干可可豆裸露的地面上(由石头暴露他们污染、土壤和表面生物)和一些柏油道路面(致癌物质暴露他们污染)(3,8]。虽然最便宜最免费提供给每一个农民,这种方法并不实际可行的期间,大雨和高湿度。

2.2。太阳能干燥

根据Fagunwa et al。16Sneha]和[17),太阳能烘干机设备使用太阳能干燥物质,特别是食品使用太阳能。恒温干燥机加热空气,用于干燥产生的热量也在干燥室和生产物品加热环境。用于干燥的空气通过一个收集器表面,加热,然后用于干燥的干燥机内的食物。生产时暴露于太阳辐射和太阳风在公开晒干,这是包含在一个封闭的空间,防止直接风能太阳能烘干机。启用通风以恒定速率通过定义空气进水口和出水口,小型太阳能通风,或温度差异,由于博览会或由于垂直高度(18]。尽管太阳能烘干机主要用于干燥的可可豆在实验和研究水平,一些农民法人团体在亚洲使用温室烘干机干燥可可豆在大规模12]。

审查的Sivakumar和拉杰什19Sneha]和[17),连同几个工人,他们已经确定了四种类型的太阳能烘干机(表1(b)):直接太阳能干燥器(例如,太阳能盒干燥机)是干的项目直接暴露于太阳辐射通过透明材料覆盖的结构。太阳能产生的热量用于干燥生产和加热环境。的间接太阳能干燥器(例如,太阳能干燥柜)太阳辐射被吸收和转化成热量由另一个表面(就像黑色的顶部)通常被称为收集器。将用于干燥的空气是经过表面加热,然后用于干燥的干燥机内的食物。的烘干机的代码(例如,太阳能隧道式干燥机)采用直接和间接的使用被动热能干燥产生的来源,而混合太阳能烘干机(例如,混合太阳能/生物质干燥柜)采用被动和主动的热能来源干燥生产。

在某种形式的干预应用于控制干燥温度,如电风扇的使用影响气流,烘干机是描述为活跃,与干燥温度的被动模式是完全依赖自然的天气。虽然它是更加昂贵和复杂的构造直接太阳能烘干机相比,它的一些优点包括来自外部的保护产生污染物,减少人类劳动,在各种不同的大小和可用性。基于系统组件的设计和太阳能的利用方式,三种类型的太阳能干燥系统了(19,20.]。

自然对流的太阳能干燥器(被动烘干机)是一种便携式直接由简单的矩形形状的透明的顶部和室内表面变黑。清晰的聚乙烯塑料热收集器允许太阳辐射加热空气。黑色的材料也由室吸收热量从地面和保持水分。另一个黑色聚乙烯板也可以放置在干燥室,以防止褪色。通风的洞可能不会提供的,而是一个开放的前面单元允许空气进入加热室,另一个在干燥室的后方允许潮湿的空气逃离空气自然对流运动的单位。这干衣机不太可能适合干燥产生的大量可口的农民,尽管它可能给接受的实验结果。

强制对流干燥器(活跃的烘干机)直接模式强制对流干燥器本质上是由风机迫使空气通过产品和室和覆盖着一个透明的单。间接模式迫使烘干机基本上由一个空气加热器,干燥室和鼓风机/风扇管热空气干燥室。干燥室可能由几个托盘包含薄层干燥生产。

第三类,混合太阳能干燥器,是上述两种类型的修改,包括太阳能干燥系统的蓄热器等强制对流温室太阳能干燥器。辅助装置的太阳能干燥系统是由一个电热收集器、干燥室,一个风扇,一个辅助加热器。混合与地热或浪费水使用干燥剂作为加热源,但可以利用太阳能、地热或浪费水,传统的来源,或常规和非常规能源。其他修改包括光伏太阳能干燥系统,太阳能与热泵干燥系统(21]。

太阳能化学热泵干燥系统包括四个意思components-solar收集器(疏散管类型),储罐、化学热泵单元和干燥室。可以选为圆筒形储罐储存柜。化学热泵单元包含了反应堆,蒸发器和冷凝器。一般的化学热泵的工作发生在两个阶段:吸附和解吸。

2.3。烘箱干燥

干燥箱是一种低温对流或强迫空气炉主要用于实验室设置。标本、工具和热敏物质被放置在一个干燥室缓慢而均匀地去除水分。电脱水器是一个独立的热源设备,循环风扇,多个托盘干燥很多食物。更好的质量脱水器也有恒温器和双壁建设更有效的能源使用22]。因此,任何人员都可以干任何生产在任何温度下实验目的(表1(c))。

当地的柴炉干燥机在Fako构造,喀麦隆,砖头和水泥和倾斜平台支持暂停加热和燃烧室地面(3]。控制吸烟的影响,燃烧室与干燥室分开了2 m /热空气输送管道(窑),在干木头燃烧产生热量。干燥垫是穿孔促进干燥室的空气自由流通。旋转速度的可可豆在干燥过程中,自由退出饱和空气的速率是相同的热/干燥的空气进入干燥室。虽然这给了令人鼓舞的结果(7%的96小时内连续干燥),很难控制吸烟和干燥温度保持在35 - 40°C和平等在热量的分布实验过程中观察到的一些风险。进一步的研究仍预期其他维度的可可豆的质量参数,如多环芳烃、酸度、模具内容,喀麦隆和OTA内容;超过40%的总可可生产力是使用柴火炉子[干3]。

2.4。微波干燥

微波干燥是一个过程,基本上可以以同样的方式当我们在微波炉加热食物。微波炉停止在同一时刻为干燥机或微波炉关掉。据冯et al。23)、微波干燥是基于一个独特的体积加热模式通过电磁辐射在915或2450 MHz。有损食品介电加热的反应导致快速的能量耦合到水分,导致快速加热和干燥。显著减少干燥时间在微波干燥往往伴随着改善产品质量,使其成为有前途的食品脱水技术。需要改进工程设计和流程优化的微波干燥刺激了计算机仿真技术的发展历史和预测温度和水分分布在产品干。尽管实验成功,该方法可达到干燥的可可豆,实际上它仅限于非常小规模的干燥,不适合unelectrified农村地区和大规模生产的可可(表1(d))。

微波干燥依赖额外的能源供应,优先吸收的溶剂蒸发过程中提高。微波是一种电磁波能量(300 mhz - 300 GHz),由磁控管的合力下垂直电场和磁场。微波加热是一种直接加热的方法。在快速交变电场产生的微波,极性材料东方和重新定位自己的方向。在2450 MHz的快速变化导致快速分子重新定位导致摩擦和热量。当暴露于微波不同的材料有不同的属性,根据能量吸收的程度,特点是损耗系数(24]。

2.5。冷冻干燥

第一次使用1949年,冷冻干燥是一种特殊形式的干燥,去除水分,少往往会影响食物的味道比正常脱水。在冷冻干燥、食品冷冻和放置在一个强大的真空。食品的冷冻水变成蒸气(升华)25,26]。虽然这种方法已被证明适合可可豆的干燥实验,看起来几乎不可能用于大规模干燥可可豆由于其高电气和技术输入。

3所示。干燥方法对一些可可豆的质量参数

可可已经品味了超过3500年的丰富的味道,提升情绪的能力,和提高能源的能力。根据Ishaq Jafri [27],Mandl [28],HerbaZest [29日可可),营养和健康的好处,其产品包括支持大脑健康,抗氧化剂的良好来源,调节血液中胆固醇水平,和治疗糖尿病和支气管哮喘;减少肥胖;调节心血管健康;治疗便秘;预防癌症;并支持皮肤健康。可可豆有资格使用的巧克力和制药公司,以下的分析质量参数是必需的:水分含量(5.5 -8%湿基),pH值(3.8 - -5.5),脂肪含量(55 - 56%),壳牌内容(15 - 17%),布朗bean的色彩,自由从模具,高的抗氧化活性,酚类化合物,OTA,滴定酸度,醋酸,多环芳烃,可可碱、咖啡因、干豆回收率,异物,豆数,干燥谷物的声音,ordour,皮分离(4,7,30.]。干燥是一个关键质量因素在可可链单元操作,不同的干燥方法,温度,干燥时间都进行了广泛的研究与对质量属性的影响(6,7]。

使用太阳能内阁、微波炉和开放太阳烘干机,可可豆的干燥特性进行了评估。虽然获得了高达94.5%的削减测试成绩在所有的烘干机,游离脂肪酸含量最高(9.42)在bean从托盘干燥pH值高于正常的太阳能内阁和微波炉烘干机(6.3和7.2)31日]。降低质量评级,可可豆的托盘干燥机是最高的,其次是太阳能的内阁,开太阳,微波炉。尽管显著减少干燥时间,微波干燥器可以被视为不适合干燥可可豆基于bean质量输出。

评估的影响,干燥方法的抗氧化活性和赭曲霉毒素A可可豆,上帝et al。1)正常干发酵bean使用四个比较太阳能dryers-one与不锈钢和塑料屋顶平台紫外线保护,第二一个木制的平台和一个人工热源(60°C),传统的干燥机在驳船木平台,通过直接日光干燥,与不锈钢混合干燥机平台和移动塑料屋顶没有防紫外线和暴露在阳光下。抗氧化活性的减少。,phenolic compound content (catechin from 0.04 mg·g¹0.02 mg·g¹从19.44到11.71毫克)和methylxanthines(可可碱·g¹)是观察到的只有一个样本显示污染通过OTA (7.1μg·公斤¹)。尽管在干燥的修改方法,传统的干燥方法显示最高的抗氧化活性,保护methylxanthines,酚类化合物的内容。这些方法花了相当长时间的七天干燥可可豆所需的7%的水分含量(湿基),因此,可能不被认为是非常适合大规模干燥由于增加质量损失的风险。

开放的表演和影响阳光、烤箱和混合太阳和烘箱干燥方法可可原料的化学质量属性进行评估(32]。开放的太阳和混合烘干机给积极降低游离脂肪酸(< 0.70%)和游离酸度的内容。可可豆从烤箱和混合烘干机更酸性pH值(3.8 - -5.2)相比更适合酸性pH值(4.5 - -5.5)从打开阳光干燥机。尽管质量可接受的bean,这些结果不是结论性的干燥时间和温度监控。

比较开放的阳光和烘箱干燥的影响(温度35岁,40岁,45岁,50岁和55°C)在发酵可可豆的质量,乙酸水平的评估,pH值,bean色彩、游离脂肪酸、酸值,进行分级14]。虽然晒干的样品给出更好的结果比烤箱烘干温度、自由脂肪酸的显著增加和乙酸水平与温度成正比增加相应的pH值下降,最佳的烤箱温度是45°C。由于所需的专业知识和较高的运营成本,这种炉方法可能不适合农民的大规模干燥。

使用太阳能温室干燥机(第21 - 52°C)的温度,发酵可可豆是干水分含量5.3%(湿基)七日内33]。虽然结果并不鼓励由于长时间的干燥时间和减少测试成绩和棕色脂肪含量低74%和50%,分别温室的封闭特性消除了模具的风险和外部的bean被雨水污染和寄生虫。这可能有利于农民如果适当地构造和干燥性能增强。

使用一批加热干燥机在55岁,70,和81°C在等温条件下,外国可可物种的干燥动力学研究在名为Abia州,尼日利亚(34]。批次的含水率降低到5,3,和4%湿基在12、6和4小时的干燥。类似的调查,在60对流热空气干燥器,70,和80°C可可豆的水分含量减少到6.3,5.7和3.6%,分别在8个小时内(35]。尽管显著减少干燥时间、干燥可可豆在温度高于60°C是气馁由于高保留醋酸和增加痛苦14,31日]。

发酵的影响和干燥材料可可豆中赭曲霉素A (OTA)内容是评估使用开放太阳架表上,混凝土楼板和黑色防水布(36]。OTA内容增加 在发酵过程中() μ克/公斤(在干燥),但没有明显的OTA水平和材料之间的关系建立了发酵和干燥。

使用直接太阳能干燥器研究不同载荷的影响(20、30和60公斤),可可豆的含水率降低到7.5%,5,7,9天的干燥,分别37]。干豆的pH值范围内(5.1、4.9和5.4),滴定酸度的减少(从25.75到17.80、18.57和13.30),并增加在mouldiness极重(轻,中度重)20、30和60公斤载荷分别。连同其他质量评估(bean颜色,气味(或酸、酒精、粪便、腐臭的干酪,和袜子),发酵指数,痛苦,和酸味),20公斤的治疗产生更好的质量bean相比其他载荷,因此建议直接太阳能干燥器。牺牲质量数量就排除了这种干燥方法供大规模农民使用。

探讨干燥方法对多环芳烃的浓度的影响在可可脂,发酵可可豆被干含水量7.5%太阳开放,电炉(80°C),和太阳和烘干15]。分析结果显示,在干燥过程中多环芳烃浓度的增加。晒干的豆子有最少的多环芳烃浓度(0.23到0.5磅)和烘干(最高(0.25到十亿分之1.18))。这些增加并不显著,因此不负责可可脂的多环芳烃的污染。由于多环芳烃浓度最高的干豆壳比子叶,他断言,多环芳烃污染的可可脂主要源自吸烟在干燥,因为它迁移从外壳到子叶在干燥。

调查的影响晶粒尺寸和热源干燥的可可豆,Onwuka和Nwachukwu38打扫和整理发酵可可豆分为四个不同的样品晶粒尺寸和干在四个不同的烘干机(阳光、烤箱、太阳能、和汗水盒干燥(400 W的灯泡))13 - 14%的水分含量(湿基)19日17日9日和6个小时。汗水盒有400和300瓦最经济和有效的时间可以用来干可可在下雨,但应考虑其他质量参数。不同的温度和湿度显示,干燥率无显著差异,颗粒大小是相同的。层的厚度而不是豆大小表现出显著影响干燥的可可豆。这个方法可以推荐供农民使用如果进一步的研究是进行大规模的干燥。

Yeboah [39]和Manoj如果[40)独立开发基于matlab数学建模和仿真预测的气流特性和平衡含水率可可豆的温室干燥器干燥。发酵可可豆被成功从50 - 7%的水分干(湿)七天。虽然一年级的bean是质量含水率、干燥周期被认为是太长,和其他质量参数同样需要评估。干燥7天增加豆由霉菌污染,OTA的机会。

评估的效率聚碳酸酯隧道式太阳能干燥器,通过强制对流干燥的可可豆,1000公斤容量抛物线屋顶温室干燥器覆盖聚碳酸酯床单和混凝土楼板构造了(41]。太阳能cell-activated球迷集成同质化内部温度。12.5公斤的发酵可可豆被成功干水分含量为56.4 - 6.6%(湿基)24小时。制片人满意度测试谷物的色彩,ordour,壳分离,模具外观,和声音的谷物给满意指数范围的8到10在所有标准,表明可可生产国批准。确保有效利用农村的农民,他建议进一步评估的建设成本和投资回收期作为一个似是而非的观点。

使用开放的阳光和一个塑料屋顶温室干燥机采用当地材料,干燥的比较研究发酵可可豆在农村进行哥伦比亚(20.]。从58含水量的减少到7%(湿基)获得在6和4天,分别指示温室干燥机的效率。豆子从外部污染物封闭,雨,建设成本低,温室干燥器更适合农民使用比传统的露天晒干。进一步研究修改提高温室干燥机的干燥温度可能会导致进一步减少干燥时间。

使用羊毛土壤过度曝光方法修改传统温室干燥机,Banboye et al。42研究发酵可可豆的干燥动力学。显著温差5.2°C以上的修改温室干燥机的传统温室干燥机减少了水分含量从48.42到5.95%到9.06%(湿基)传统温室干燥机干燥后四天。减少干燥时间,合适的bean色彩,pH值,和高削减97%的测验分数布朗bean可以符合这个烘干机使用大规模的农民,但细节造型、仿真、建设成本和投资回收期仍然需要进一步的调查。

Jewe et al。43]调查潜在的改进的微波焙烧nib可能的可可在对流烘烤质量和能源消耗。操作微波炉在820、615、410和205 W,是观察到的能量输入的应用导致更多同质可可豆的加热与合适的含水率和豆的颜色。能源消费总量降低了三分之一比对流烘烤。虽然微波可被视为有助于干燥并给予优质可可豆,它是昂贵的和完全依赖于电力和需要专业知识缺乏在大多数可可农业社区。

的造型比较薄层干燥动力学可可豆使用开放太阳和微波炉在3200年,2800年,2400 W Verdier et al。44],水分含量从53.52减少到5.5,5.6,5.6和5.7%(湿基)35小时,8日,12日和16分钟。同样,温格et al。45]使用国内微波在700 W、600 W和450 W功率的微波脉冲干燥过程中水分传输机制的可可豆。发酵大豆的水分旋转圆盘从57.35减少到7.5%(湿基)在78年,100年和180分钟,分别说明在可可豆样本质量传递更迅速,在更高的微波功率水平。

进一步研究Zamrun和Nyoman [46)采用国内微波炉在600年,300年和150年W和切片可可豆最多3毫米厚10毫米直径。从54含水率降低到7%(湿基)在4.2,5.8,和7.5分钟。这表明,切片干燥前可可豆给显著减少干燥时间(一半)和电能少6到16倍(在8分钟从3200 W到600 W在4.2分钟,在16分钟从2400 W到150 W在7.5分钟)。2450 MHz的高电磁辐射,这将是必要的为其他干豆的质量参数进行分析前的干燥方法可以确凿的可可豆。切片干燥前的可可豆限制使用这种方法进行大规模的干燥。一些挥发组分可能同样逃脱在切片过程中导致进一步的质量损失。

4所示。结论

在受欢迎程度的递减顺序,太阳能,开太阳,烤箱,微波炉,和冻结干燥器被广泛研究了干燥的可可豆,各级。打开太阳烘干机采用完全自然和被动机制,是依赖于天气。太阳能,包括温室烘干机,可以适应函数使用被动或主动机制或两者兼而有之。烤箱和微波炉方法完全活跃,需要人工能源输入一致。提高干燥速率使用太阳开放的方法,使用的材料和干燥器的位置是关键参数研究自干燥温度完全取决于自然太阳能强度。太阳能烘干机,各种材料、角度高程的收藏家,电加热器,球迷操纵优化太阳能吸收和控制干燥温度。烤箱和微波炉方法使用内部干燥空气的属性可以直接控制的电能输入。温度和干燥时间是关键参数对可可豆的质量有直接影响。的适用性和可能的使用情况由当地农民大规模干燥,太阳开放和温室烘干机是最首选由于简单,低建设和运营成本。水分含量、pH值可滴定酸度,醋酸,脂肪含量,bean色彩,mouldiness,酚类化合物,在线旅行社和多环芳烃是最常见的bean在大多数研究质量参数评估。

的利益冲突

作者声明没有任何形式的利益冲突,相对于这项工作。

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