采收时间对离地采收杏仁虫害损伤及热物理特性的影响研究及其干燥优化策略

《Food and Bioprocess Technology》：Characterization of Insect Damage, Physical and Thermal Properties of Off-Ground Harvested Almonds and Their Components as Influenced by Harvest Time

本研究针对传统杏仁地面采收存在的粉尘污染、微生物污染和虫害损伤等问题，探讨了离地采收技术在早期采收(EH)和标准采收(SH)阶段对杏仁品质的影响。研究人员通过系统测定杏仁各组分的含水率(MC)、物理特性和热特性（热导率k和比热Cp），提出基于采收阶段的分级干燥策略。结果表明离地采收使虫害率降低52%，EH杏仁整体MC达63.2%±3.1%（w.b.），需采用先高温后中温的两段干燥；SH杏仁中存在含水率差异显著的带壳杏仁(21.8%±8.6%)和去壳杏仁(8.1%±1.8%)，建议按尺寸分选后分别干燥。该研究为杏仁采后处理工艺优化提供了关键参数支持。

　　

作为全球最受欢迎的树生坚果之一，杏仁以其独特风味和营养价值占据重要地位。加州作为世界杏仁主产区，占全球供应量近80%，其采收方式却长期面临三大挑战：采收机械作业时扬起的粉尘污染、果实与土壤接触导致的微生物污染，以及杏仁长期暴露地面引发的虫害侵袭。特别是脐橙蛾（Amyelois transitella）等害虫，不仅造成杏仁蛀食损伤，更可能引入黄曲霉菌，导致黄曲霉毒素污染风险。传统采收方式需将杏仁晾晒地面1-2周，其间若遇降雨或灌溉，潮湿环境极易滋生沙门氏菌等致病菌，2001-2017年间美国发生的9起沙门氏菌疫情均溯源至生杏仁。

为突破这些瓶颈，离地采收（off-ground harvesting）技术应运而生。该技术通过机械承接架直接从树上收集杏仁，避免果实落地接触，显著降低污染风险。但随之而来的是新挑战：离地采收杏仁含水率（MC, moisture content）显著偏高，需及时进行机械干燥才能达到安全贮藏要求（水活性低于0.65，对应含水率约6%）。不同采收期杏仁的理化特性差异巨大，早期采收（EH, Early Harvest）杏仁含水率可达标准采收（SH, Standard Harvest）杏仁的3倍以上，但迄今缺乏针对离地采收杏仁系统性的物性参数研究，制约了干燥工艺的精准优化。

在此背景下，加州大学戴维斯分校Zhaokun Ning团队在《Food and Bioprocess Technology》发表研究，通过连续3年采集44个杏仁样本，系统分析离地采收杏仁的虫害损伤规律、物理特性与热特性。研究首次揭示EH杏仁完全由带壳杏仁组成，而SH杏仁则存在带壳杏仁、去壳杏仁和松散外壳三种组分，且各组分的含水率分布、热导率（k, thermal conductivity）和比热（C_p, specific heat）存在显著差异。这些发现为制定采收阶段特异性的干燥策略提供了关键科学依据。

研究采用多技术融合的研究方法：通过视觉评估法分析虫害损伤率；采用烘箱法（105°C, 24h）测定杏仁各组分的含水率分布；利用数显卡尺测量三轴尺寸并计算几何平均直径（d_g, geometric mean diameter）和球形度（φ, sphericity）；基于化学成分数据（蛋白质、脂肪、碳水化合物等），结合Choi & Okos温度依赖模型预测真实密度（ρ_t, true density）、热导率和比热。样本来源明确标注为2022年产自加州Arbuckle地区Nickels土壤实验室的Fritz品种杏仁。

虫害损伤评估结果

离地采收杏仁的虫害损伤率（IDR, insect damage ratio）显著低于传统采收方式（2.0%±1.7% vs 4.2%±3.7%）。地域分析显示，北部产区因气候冷湿更易发生虫害（IDR达6.0%±3.4%）。动态监测发现Fritz和Nonpareil品种的杏仁在采收后3-4天内虫害损伤变化（IDC, insect damage change）增幅最高达10.7%，表明这些品种需针对性加强虫害防控。

含水率分布特征

EH杏仁整体含水率达63.2%±3.1%（w.b.），其中外壳（76.3%±2.2%）>壳层（46.8%±14%）>果仁（28.5%±4.1%）。SH杏仁中，带壳杏仁整体含水率（21.8%±8.6%）显著高于去壳杏仁（8.1%±1.8%）。回归分析表明SH杏仁的整体含水率与果仁含水率呈强相关性（R²=0.8955），而EH杏仁因水分迁移不同步无显著相关。

尺寸与形态学特性

EH带壳杏仁的球形度（70.6%±3.8%）显著高于SH杏仁（65.8%±4.5%），更优的滚动性有利于加工设备设计。电镜观察显示SH杏仁外壳与壳层间存在空气间隙，而EH杏仁两者紧密贴合，该发现对建立多域传质干燥模型具有重要启示。

热物理性质解析

基于成分预测的热特性表明，EH杏仁各组分的热导率与比热均高于SH杏仁，例如EH外壳的热导率达0.553 W/m·K，比SH外壳（0.414 W/m·K）高33.6%。比热变化趋势类似（EH外壳3.419 kJ/kg·K vs SH外壳2.178 kJ/kg·K），证实高含水率物料需要更多干燥能量。

研究结论强调，离地采收技术可降低52%虫害损伤，但需根据采收阶段制定差异化干燥策略。针对EH杏仁，提出“高温-中温”两段式干燥：前期高温快速去除外壳水分，后期中温保障果仁品质，此策略已在核桃干燥中验证可节能24%。对于SH杏仁，建议按尺寸分选后分别干燥，避免高含水率带壳杏仁干燥不足和低含水率去壳杏仁过干燥并存的问题。该研究首次建立了离地采收杏仁的多组分物性数据库，为干燥模型构建、装备优化及产业升级提供了理论支撑，对推进坚果采后处理的精准化与可持续发展具有重要实践意义。