混合干燥技术对可可豆干燥效率及品质的影响：基于干燥速率、能耗与生物活性成分的综合评估

本研究针对传统可可豆干燥方法效率低、品质不稳定等问题，创新性地评估了太阳干燥(SD)与太阳能-电力混合干燥(HD)技术组合对可可豆干燥过程的影响。研究人员通过对比四种干燥方法(SD、HD、SD+HD、HD+SD)，系统分析了干燥速率、有效水分扩散系数(Deff)、能耗等效率指标，以及发酵指数(FI)、总酚含量(TPC)、抗氧化活性等品质参数。结果表明，HD+SD组合技术可降低56.6%能耗，同时保持可可豆的理化特性和生物活性成分，为中小规模可可生产者提供了高效节能的干燥解决方案。该研究发表于《Heliyon》，为可可产业可持续发展提供了重要技术参考。

　　

在热带地区，可可(Theobroma cacao L.)作为巧克力生产的主要原料，其干燥过程是决定最终品质的关键环节。然而，当前中小规模农场仍普遍采用依赖天气的太阳干燥(SD)等传统方法，存在干燥效率低、能耗高、品质不均一等突出问题。特别是在雨季，环境湿度升高会显著延长干燥时间，增加霉菌污染风险。与此同时，工业化干燥设备虽然效率较高，但高昂的能源成本和技术门槛限制了其在资源有限地区的推广应用。如何平衡干燥效率、能源消耗与产品品质，成为可可产业亟待解决的技术难题。

针对这一挑战，厄瓜多尔ESPOL理工学院的研究团队在《Heliyon》发表了一项创新研究。他们系统比较了四种干燥方法——传统太阳干燥(SD)、太阳能-电力混合干燥(HD)、先太阳后混合干燥(SD+HD)以及先混合后太阳干燥(HD+SD)，首次全面评估了组合干燥技术对可可豆干燥效率及品质的多维度影响。研究团队采用GAB模型建立水分吸附等温线，通过Henderson & Pabis动力学模型分析干燥曲线，并测定了有效水分扩散系数(D_eff)等关键参数。同时，他们还对可可豆的收缩率、发酵指数(FI)、pH值、颜色参数等理化特性，以及总酚含量(TPC)和氧自由基吸收能力(ORAC)等生物活性指标进行了系统检测。

研究采用了多项关键技术方法：1)使用气候控制室进行标准化发酵以消除环境变量干扰；2)建立薄层干燥模型(Henderson & Pabis、Page和Newton模型)分析动力学特性；3)通过Fick第二定律计算有效水分扩散系数；4)采用分光光度法测定发酵指数和抗氧化活性；5)应用CIE-Lab色度系统量化颜色变化。所有实验均在厄瓜多尔瓜亚斯省采集的CCN-51可可品种上进行，确保样本一致性。

研究结果揭示了多项重要发现：

在"干燥曲线"部分，数据显示HD和HD+SD技术表现出最高的干燥速率常数k值(0.20和0.16)，比SD方法高出55%-43.75%。有效水分扩散系数(D_eff)达到1.26×10^-10 m²/s，显著高于传统SD的6.62×10^-11 m²/s。特别值得注意的是，初始采用HD技术可使干燥速率提高20%，这归因于50±1.5°C的恒定温度控制和2.5 m/s的气流速度优化了水分迁移。

"能耗分析"结果显示，HD+SD组合技术实现了最佳能源效率，总能耗仅10.10 kWh，较纯HD降低56.6%。这种节能效果主要源于巧妙利用太阳能作为主要热源，仅在不满足温度条件时启动电加热辅助。与之相比，SD+HD组合的干燥时间长达28小时，与纯SD相当(30小时)，未能显著提升效率。

在"收缩率"方面，研究发现初始采用SD会导致更显著的豆粒收缩，SD和SD+HD处理的等效长度(a_d/a)降至0.91-0.92，而HD和HD+SD则保持在0.96-0.97。这种差异可能与SD较慢的干燥速率(35.64±3.51°C)导致的结构变化有关。

关于"发酵指数(FI)"，所有方法获得的数值相近(0.83-0.85)，表明干燥技术不影响多酚氧化酶的活性。然而，"颜色参数"分析显示HD和HD+SD处理的豆粒具有更高的b*值(11.21和11.02)，呈现更明显的黄色色调，这与多酚氧化产物积累相关。

最具突破性的发现体现在"生物活性成分"部分。纯HD技术成功保持了发酵前的总酚含量(TPC 21164.40 mg GAE/100g)，而含SD的方法导致TPC损失34-40%。类似地，HD和HD+SD仅使抗氧化活性降低5.92%和5.49%，远优于SD的16.88%损失。这证实了温和的混合干燥能更好地保留有益健康的生物活性物质。

综合研究结论，HD+SD组合干燥技术展现出显著优势：在保证品质方面，维持了理想的发酵指数(0.84)、pH值(5.57)和颜色特征，同时最大程度保留了总酚含量和抗氧化活性；在效率方面，提高了20%干燥速率并降低56.6%能耗。这种分段策略——前期利用混合干燥快速去除水分，后期借助太阳干燥完成处理——既克服了纯SD的效率瓶颈，又避免了纯HD的高能耗问题。

该研究的现实意义在于为资源有限地区提供了一种可行的技术方案。通过优化干燥流程，中小规模生产者可以显著提升可可豆品质一致性，满足国际市场对高品质可可的需求，同时降低生产成本。从可持续发展角度看，太阳能的高效利用减少了碳排放，符合当前绿色生产的趋势。未来研究可进一步探索不同可可品种的适应性，以及更大规模生产中的技术参数优化，推动这项创新技术在产业中的广泛应用。