全 文 ：第 27 卷 第 7 期 农 业 工 程 学 报 Vol.27 No.7
364 2011年 7月 Transactions of the CSAE Jul. 2011

山核桃坚果热风干燥特性及其工艺参数优化
朱德泉，曹成茂，丁正耀，刘伟伟，张念生，王继先※
（安徽农业大学工学院，合肥 230036）

摘 要：针对山核桃坚果热风干燥质量难以控制、干后品质差等问题，采用单因素试验方法，研究了热风温度、装载量
及风速对山核桃坚果干燥特性的影响。通过 3 因素 5 水平的二次回归正交试验，分析了热风温度、装载量及风速与干燥
过程单位时间干燥速率、单位质量干燥能耗以及干后物料蛋白质保存率、不饱和脂肪酸保存率、感官品质指标综合分值
的关系，建立了二次回归数学模型，分析了 3 因素对各指标影响的显著性；利用多目标非线性优化方法，确定了山核桃
坚果热风干燥的最佳工艺参数组合，即热风温度为 72℃，装载量为 0.08 kg，风速为 65 m/min。在此条件下，单位时间干
燥速率为 0.458%/min、单位质量干燥能耗为 5.986 kWh/kg、蛋白质保存率为 92.12%、不饱和脂肪酸保存率为 90.65%、
感官品质指标综合分值为 32.89 分，综合评分为 0.802。研究结果为山核桃坚果的干燥和工业化生产提供一定的理论依据。
关键词：干燥，优化，工艺，能耗，山核桃坚果
doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2011.07.064
中图分类号：TS220.45，S530 文献标志码：A 文章编号：1002-6819(2011)-07-0364-06
朱德泉，曹成茂，丁正耀，等. 山核桃坚果热风干燥特性及其工艺参数优化[J]. 农业工程学报，2011，27(7)：364
－369.
Zhu Dequan, Cao Chengmao, Ding Zhengyao, et a1. Hot-air drying characteristics and technical parameters optimization of
kernel hickory (Carya cathayensis Sarg.) [J]. Transactions of the CSAE, 2011, 27(7): 364－369. (in Chinese with English abstract)

0 引 言
山 核 桃 （ Carya cathayensis Sarg. ） 系 胡 桃 科
（Juglandaceae）山核桃属（Carya Nutt.）树种，原产中国，
其坚果是世界性著名干果，果仁不仅含有丰富的蛋白质
和油酸、亚油酸等不饱和脂肪酸，而且富含多种人体必
需的氨基酸和矿物质元素，具有较高的营养价值及药用
价值，是重要的木本油料作物和药用植物，经济价值比
较高[1,2]。山核桃主要分布于浙、皖两省交界天目山区一
带，其果实品质好、单位产量高，是开发最早、栽培面
积最大的国产山核桃属树种[1]。但山核桃坚果加工一直是
山核桃产品生产中的薄弱环节，尤其是干燥质量难以控
制，易导致果仁焦化或干燥不充分，严重制约山核桃干
果品质和产业的发展[2]。
山核桃坚果呈卵形或广椭圆形，果壳坚硬而厚，内
有多个分隔，隔膜发达，果仁位于分隔内，其结构十分
复杂[1]。干燥是山核桃坚果加工中的重要技术过程，干燥
工艺直接关系到山核桃坚果产品质量、干燥能耗及效率。
国内外已有大量关于食品、粮食等物料热风干燥特性的
研究报道[3-15]，有些已得到成功应用并取得显著的经济效

收稿日期：2010-10-25 修改日期：2011-06-20
基金项目：安徽省科技计划项目（10020203042）；安徽省高等学校省级自然
科学研究项目(KJ2010B344)
作者简介：朱德泉（1969－），男，安徽天长人，副教授，博士生，主要从
事农业机械化工程研究。合肥 安徽农业大学工学院，230036。
Email: dqzhu@sina.com
※通信作者：王继先（1950－），男，安徽萧县人，教授，主要从事农业机
械化工程研究。合肥 安徽农业大学工学院，230036。
Email: wangjixian@ahau.edu.cn.
益。但至今尚未见到有关山核桃坚果干燥特性的研究报
道，其干燥过程水分迁移机理至今尚不清楚。因此，开
展山核桃坚果热风干燥试验研究，分析热风温度、装载
量、风速对山核桃坚果干燥特性、能耗及干后品质的影
响，旨在确定山核桃坚果热风干燥工艺参数，为山核桃
坚果加工和设备设计提供科学依据和生产实践指导。
1 材料与方法
1.1 试验材料
试验材料选用山核桃坚果，产于安徽省宁国市胡乐
镇，选取大小均匀一致、直径在 19.5～20.5 mm 之间的山
核桃坚果，采收后进行真空预冷处理（真空度为 1000 Pa，
预冷终温为 5℃）并放入冷藏柜（温度为 5℃）备用。
1.2 仪器设备
热风干燥试验台（自制）；DHG-9240A 型电热恒温
鼓风干燥箱（上海恒一科技有限公司）；TG725C 型单盘
分析天平（上海天平仪器厂）；76-1A 型数显恒温水浴锅
（金坛市金城国胜实验仪器厂）；FHA696MF 型物料水分
测定仪（德国阿尔邦万能仪表公司）；ATN-300 型全自
动凯氏定氮仪（上海洪纪仪器设备有限公司）；GC900A
型高性能气相色谱仪（上海天普分析仪器有限公司）；
VCE-10 型真空预冷实验机(上海锦立保鲜科技有限公
司)。
1.3 主要试剂
氢氧化钠、硫酸、盐酸、硼酸、硫酸钾、硫酸铜、
乙醇、石油醚、氢氧化钾、乙醚、三氟化硼、甲醇，以
上均为分析纯；质量分数为 0.1%的甲基红乙醇溶液、0.1%
的溴甲酚绿乙醇溶液为指示剂；正己烷、甲苯均为色谱
第 7 期 朱德泉等：山核桃坚果热风干燥特性及其工艺参数优化

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纯；不饱和脂肪酸标准品，Sigma 公司。
1.4 试验方法
1.4.1 制作工艺
工艺流程：原料-清洗-蒸煮-浸味-破壳-干燥[1]。
操作要点：选择大小均匀一致的山核桃坚果清洗后，
在 130℃高温下蒸煮 6 h，捞起沥干水分，浸味 10 min 后
用专用锤子破壳，使山核桃坚果壳裂而不碎[1]。然后选择
大小和成熟度一致的山核桃坚果薄层摆放在器皿中，再
放入热风干燥试验台干燥腔内进行干燥。
1.4.2 试验方法
取破壳后的山核桃坚果，测出其初始含水率为 27.5%
（干基），测出其果仁初始蛋白质质量分数为 8.1%、初始
不饱和脂肪酸质量分数为 67.5%。在不同热风温度和风速
条件下，将不同装载量的山核桃坚果干燥到国家林果干
制品入库贮藏标准（山核桃坚果干基含水率为 8%）。定
时测定干燥过程中物料质量，测定干燥过程耗电量以及
干制品蛋白质含量、不饱和脂肪酸含量、感官品质指标
分值，计算出不同时刻的物料含水率和不同含水率时的
物料干燥速率，并计算出物料干燥过程单位时间干燥速
率、单位质量干燥能耗以及干后物料蛋白质保存率、不
饱和脂肪酸保存率和感官品质指标综合分值。试验中的
含水率一律用干基含水率来表示。每个处理重复 3 次，
取其平均值。
1.4.3 指标测定
物料含水率按 GB5496-1985 标准测定。
单位时间干燥速率 ∆W/∆t（干基）是指干燥全过程去
除水分百分率（干基）与干燥时间的比值，单位为%/min。
单位质量干燥能耗 ∆D/∆G 是指去除每千克水的耗电
量，单位为 kWh/kg，采用电度表测定耗电量。
采用凯氏定氮法测定蛋白质质量分数。蛋白质保存
率 PS按下式计算
PS =Ut/U0 ×100% （1）
式中，Ut为干制品蛋白质质量分数，mg/kg，U0为干制前
原料蛋白质质量分数，mg/kg。
采用气相色谱法测定不饱和脂肪酸质量分数。不饱
和脂肪酸保存率 Qa按下式计算：
Qa=Vt/V0×100% （2）
式中，Vt为干制品不饱和脂肪酸质量分数，mg/kg，V0为
干制前原料不饱和脂肪酸含量，mg/kg。
感官品质指标是山核桃坚果产品的一项重要指标，
采用有经验专家打分的方法（3 位专家打分，取其平均
值），对干制品综合考虑酸味、色泽和香味等指标，根
据表 1 评分标准进行评定。
表 1 感官品质指标评分标准表
Table 1 Scoring standard for sensory quality evaluation
评分指标 评 分 标 准 加权值
酸 味 无(4) 小(3) 一般(2) 大(1) 3
色泽（外壳） 黄棕色(4) 棕褐色(3) 黑褐色(2) 焦黑色(1) 3
色泽（果仁） 黄棕色(4) 棕褐色(3) 黑褐色(2) 焦黑色(1) 2
香 味 浓(4) 一般(3) 淡(2) 无(1) 2

2 结果与分析
2.1 单因素试验与分析
2.1.1 热风温度对干燥特性的影响
不同热风温度对含水率和干燥速率的影响如图 1 所
示。
从总体上来看，热风温度对山核桃坚果含水率和干
燥速率的影响比较大，热风温度为 120℃时，脱水比较快，
干燥速率明显高于其他温度的干燥速率。对图 1 进一步
分析可以得出，山核桃坚果热风干燥只有恒速干燥和降
速干燥 2 个阶段，没有明显的加速干燥阶段，含水率约
为 14%（干基）时干燥进入降速阶段。在恒速干燥阶段，
物料含水率比较高，物料内外水分压差大，脱水比较快，
山核桃坚果的绝大部分水分在此阶段排出；在降速干燥
阶段，山核桃坚果内部含水率比较低，热量主要用于山
核桃坚果果仁内部较少水分的蒸发，主要是一些结合水
的蒸发。但从试验结果分析来看，温度过高（120℃）山
核桃果壳色泽变成黑褐色或焦黑色，品质明显下降；温
度过低干燥速率太小（60℃），干燥效率太低。所以山
核桃坚果干燥温度在 70～110℃为宜。

注：装载量为 0.10 kg，风速为 60 m·min-1
图 1 热风温度对干燥特性的影响
Fig.1 Effects of hot air temperature on drying characteristics

2.1.2 装载量对热风干燥特性的影响
不同装载量对含水率和干燥速率的影响如图 2 所示。

注：热风温度为 80℃，风速为 60m·min-1
图 2 装载量对干燥特性的影响
Fig.2 Effects of material load on drying characteristics

从图 2 中可以看出，装载量对物料热风干燥时的含
农业工程学报 2011 年

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水率和干燥速率影响较大。装载量为 0.06 kg 时，干燥
60 min 物料含水率可以降到 8%；当装载量为 0.14 kg 时，
需要干燥 120 min 才能将物料含水率降到 8%。进一步分
析可知，随着装载量的增加，物料恒速干燥阶段有所增
加，降速干燥阶段缩短。这是因为在相同干燥条件下，
随着物料装载量增加，需要蒸发的水分量增加。但在相
同的热风温度和风速条件下，所提供的热量相同，当装
载量比较多时，单位时间内提供给单位物料的热量降低，
因此干燥时间延长，干燥速率降低。
2.1.3 风速对热风干燥特性的影响
不同风速对含水率和干燥速率的影响如图 3 所示。

注：装载量为 0.10 kg，热风温度为 80℃
图 3 风速对干燥特性的影响
Fig.3 Effects of airflow rate on drying characteristics

从图 3 中可以看出，风速对物料热风干燥时的含水
率和干燥速率有一定影响，风速越大，物料脱水越快，
干燥速率越大，但与热风温度和载物量的影响相比较，
风速的影响较小。进一步分析可知，在山核桃坚果恒速
干燥阶段，山核桃坚果含水率高，干燥速率快，水分蒸
发量大，当风速提高后，干燥腔内水蒸汽向外排除快，
山核桃坚果与周围热空气的对流换热程度提高，有利于
山核桃坚果水分的蒸发；进入降速干燥阶段，不同风速
下物料干燥速率没有明显的区别。这是因为干燥后期山
核桃坚果含水率偏小，山核桃坚果内部水分蒸发量减少，
干燥腔内空气湿度小，风速对物料干燥速率影响不大，
风速过大，导致热量损失大，用于物料内部水分蒸发的
热量减少，反而使干燥速率大幅降低。由此可见，在不
同山核桃坚果干燥阶段采用不同风速干燥即变风速干燥
方式不仅有利于物料水分的快速蒸发，而且有利于降低
干燥能耗。
2.2 二次回归正交试验结果与分析
根据上述单因素试验以及分析结果，采用二次回归
正交试验方法，选取热风温度（X1）、装载量（X2）和风
速（X3）为自变量，对干燥过程单位时间干燥速率（Y1）、
单位质量干燥能耗（Y2）以及干制品蛋白质保存率（Y3）、
不饱和脂肪酸保存率（Y4）、感官品质指标综合分值（Y5）
等 5 项指标进行考察，分析各指标与各自变量之间的量
化关系，建立数学模型。将各自变量按其水平及取值范
围进行编码，得其因素水平表，如表 2 所示。二次回归
正交试验结果如表 3 所示。
表 2 变量设计表
Table 2 Variable design
自变量 编码
X1/℃ X2/kg X3/(m·min-1)
+1.353 110 0.120 80
+1 105 0.115 75
0 90 0.100 60
-1 75 0.085 45
-1.353 70 0.080 40
注：X1 为热风温度，X2 为装载量，X3 为风速。
表 3 二次回归正交试验结果
Table 3 Results of the regression orthogonal experiments
试验
序号
X1/
℃
X2/
kg
X3/
(m·min-1)
Y1/
(%·min-1)
Y2/
(kW·h·kg-1)
Y3/
%
Y4/
%
Y5/
分
1 +1 +1 +1 0.294 6.415 83.6 79.2 21
2 +1 +1 -1 0.210 5.595 87.3 84.7 27
3 +1 -1 +1 0.369 6.548 80.2 80.1 22
4 +1 -1 -1 0.285 5.613 83.1 82.7 24
5 -1 +1 +1 0.205 5.922 85.9 85.6 28
6 -1 +1 -1 0..121 5.754 85.7 84.5 26
7 -1 -1 +1 0.281 5.659 91.2 91.4 32
8 -1 -1 -1 0.197 5.734 93.8 92.6 32
9 +1.353 0 0 0.400 5.843 87.7 84.4 26
10 -1.353 0 0 0.147 6.314 87.4 86.0 29
11 0 +1.353 0 0.161 6.812 84.5 81.2 23
12 0 -1.353 0 0.376 5.923 89.8 89.3 31
13 0 0 +1.353 0.369 6.352 83.6 82.8 24
14 0 0 -1.353 0.159 5.424 88.5 89.1 31
15 0 0 0 0.197 5.748 86.3 86.5 29
注：X1 为热风温度，X2 为装载量，X3 为风速，Y1 为单位时间干燥速率，Y2
为单位质量干燥能耗，Y3 为干制品蛋白质保存率，Y4 为不饱和脂肪酸保存
率，Y5 为感官品质指标综合分值，下同。

经回归系数计算及其显著性检验，剔除不显著项得
到单位时间干燥速率（Y1)、单位质量干燥能耗（Y2）、
干制品蛋白质保存率（Y3）、不饱和脂肪酸保存率（Y4）、
感官品质指标综合分值（Y5）等 5 项指标的回归数学模型。
Y1 =7.543+5.492X1-3.246X2+3.519X3-0.214X1X2
+0.125X2X3+0.671X12 （3）
Y2 =4.712+2.425X1+1.869X2+1.714X3-0.348X1X2
-0.252X2X3-0.184X22-0.216X32 （4）
Y3 =21.543-6.791X1-2.527X2-2.724X3-0.325X1X2
+0.272X1X3-0.389X12-0.213X22 （5）
Y4 =17.712-5.453X1-3.148X2-2.214X3-0.275X1X2
+0.252X1X3-0.354X12-0.217X32 （6）
Y5 =12.712-7.241X1-4.237X2-2.492X3-0.264X1X2
+0.215X1X3-0.372X12-0.252X32 （7）
运用数理统计分析软件对各因素与回归数学模型的
拟合情况进行分析，得到方差分析结果，通过 F 检验得
出各指标回归方程显著性，如表 4 所示。
通过对 5 项指标回归系数进行检验，得出影响单位
时间干燥速率主次顺序为热风温度（极显著）、风速（显
著）、装载量（显著）；影响单位质量干燥能耗主次顺
序为热风温度（显著）、装载量（显著）、风速（显著）；
影响干制品蛋白质保存率主次顺序为热风温度（极显
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著）、风速（显著）、装载量（显著）；影响干制品不
饱和脂肪酸保存率主次顺序为热风温度（极显著）、装
载量（显著）、风速（显著）；影响干制品感官品质指
标综合分值主次顺序为热风温度（极显著）、装载量（显
著）、风速（显著）。F 检验结果表明，试验数据与回归
数学模型拟合性比较好。对表 2 试验结果进一步分析，
可以得出，采用恒温干燥方式，如热风温度过高，不仅
干制品品质较低，而且单位质量干燥能耗也较大；如热
风温度过低，单位时间干燥速率较小，会影响干燥效率。
因此，根据山核桃坚果不同干燥阶段，可以采用分
段变温干燥方式进行干燥。
表 4 F 检验结果
Table 4 F value of variance analysis of indices
指标 F 显著性检验 显著性
Y1 26.52 F0.05(9,5)=4.77 极显著
Y2 18.46 F0.01(9,5)=14.7 极显著
Y3 7.87 显著
Y4 5.39 显著
Y5 4.98 显著

3 工艺参数的优化与分析
3.1 单目标优化
3.1.1 目标函数的确定
单位时间干燥速率、蛋白质保存率、不饱和脂肪酸
保存率和感官品质指标综合分值在各自对应的约束条件
下应达到最大值，单位质量干燥能耗应达到最小值，即
满足 Y1max，Y2min，Y3max，Y4max，Y5max。
3.1.2 约束条件
单位时间干燥速率、单位质量干燥能耗、蛋白质保
存率、不饱和脂肪酸保存率、感官品质指标综合分值等
指标的值均应大于零, 其对应的试验因素编码值限制在
试验设计范围内取值。
0;
( 1, 2,3, 4 5; 1,2,3)
1.353 1.353;
j
i
Y
j i
X
⎧⎪ = =⎨−⎪⎩
，≥ ≤ ≤
3.1.3 优化结果及分析
根据已建立的回归数学模型，利用计算机规划求解
分析方法，对模型进行优化求解。优化结果如表 5 所示。
表 5 优化结果
Table 5 Results of optimization
因 素
热风温度(X1) 装载量(X2) 风速(X3) 目标
编码值 真实值/ ℃ 编码值
真实值/
kg 编码值
真实值/
(m·min-1)
目标优
化值
Y1 +1.353 110 -1.353 0.080 +1.353 80 0.487%·min-1
Y2 +1.353 110 +1.353 0.120 +1 75
5.137
kWh·kg-1
Y3 -1.353 70 -1.353 0.080 0 60 94.86%
Y4 -1.353 70 -1.353 0.080 0 60 92.18%
Y5 -1.353 70 -1.353 0.080 0 60 34.5 分

由表 5 得，在较大热风温度、较小装载量和较大风
速的条件下，山核桃坚果单位时间干燥速率最大；对单
位质量干燥能耗来说，较高的干燥温度、较大的装载量
和适当的风速，可以使单位质量干燥能耗达到最小，从
而可以节约能耗，降低生产成本，提高经济效益；在较
小热风温度、较小装载量和适当风速的条件下，山核桃
坚果蛋白质保存率、不饱和脂肪酸保存率和感官品质指
标综合分值最高，可以有效保证物料品质。
3.2 综合优化分析
热风干燥山核桃坚果时，热风温度、装载量、风速
对各个考核指标有显著影响，虽对各个目标函数进行了
优化，但热风干燥时，应综合考虑干燥因素对 5 个目标
函数的影响，因而需对上述 5 个目标函数进行综合优化，
进而找到满足这 5 个目标函数的最佳干燥工艺参数组合。
山核桃坚果热风干燥工艺参数优化问题是一个多目
标非线性优化问题，为了得到干燥的最优工艺参数组合,
采用评价函数法将其转化为单目标的非线性优化问题，
由于单位时间干燥速率、蛋白质保存率、不饱和脂肪酸
保存率、感官品质指标综合分值越大越好，而单位质量
干燥能耗则越小越好，同时这 5 个目标函数之间各自的
量纲不同，为此先采用“线性型功效系数法”进行规范
化，求最优值的过程就是求回归方程组的极值问题[16]。
用目标函数 Y1、Y3、Y4、Y5 的最大值和 Y2 的最小值
转化为求功效系数 Z1、Z3、Z4、Z5、Z2的最大值。用线性
加权法确定综合目标函数 Y，令
Y =λ1Z1+λ2Z2+λ3Z3+λ4Z4+λ5Z5 （8）
式中，λ1、λ2、λ3、λ4、λ5分别为 Y1、Y2、Y3、Y4、Y5的加
权系数，满足 λ1>0 ， λ2>0 ， λ3>0 ， λ4>0 ， λ5>0 且
λ1+λ2+λ3+λ4+λ5=1。
首要考虑的是蛋白质保存率、不饱和脂肪酸保存率、
感官品质指标综合分值等品质指标，其次为单位质量干
燥能耗，最后是单位时间干燥速率。为此取 λ3=λ4=λ5=0.25，
λ2=0.15，λ1=0.1。
因此，目标函数为:
Fmin =-Y=- (λ1Z1+λ2Z2+λ3Z3+λ4Z4+λ5Z5) （9）
约束条件为表 1 中对应因素的编码值取值范围。
对上述优化计算结果进行综合优化，得综合优化结
果为：当热风温度为 72.4℃，装载量为 0.0825 kg，风速
为 64.7 m/min 时得到 5 个目标函数综合最优值，考虑到
实际生产上的可可控性，对各参数进行取整处理，取整
后热风温度为 72℃，装载量为 0.08 kg，风速为 65 m/min。
经试验验证，单位时间干燥速率为 0.458%/min、单位质
量干燥能耗为 5.986 kW·h/kg、蛋白质保存率为 92.12%、
不饱和脂肪酸保存率为 90.65%、感官品质指标综合分值
为 32.89 分，综合评分为 0.802。
3.3 成本分析及应用前景
采用本文研究的干燥工艺干燥 1 kg 山核桃坚果比
目前采用的干燥工艺可以节省电 2 kW·h，按现在地方
0.5 元/kW·h 计算，可以降低山核桃坚果干燥成本 1 元，
而且干燥速率高、干燥后的山核桃坚果品质好，是一种
快速、高效和节能的干燥工艺，为山核桃坚果的工业化
生产提供一定的理论依据。目前在皖南和浙西北山区山
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核桃种植面积已超过 8 万 hm2，坚果总产量达 30 000 t，
山核桃产品加工企业有 5 000 多家，因此，本文研究结果
在山核桃坚果干燥生产中具有广泛的应用前景。
4 结 论
1）通过单因素试验，确定了热风温度、装载量和风
速对山核桃坚果干燥特性的影响程度，得出山核桃坚果
热风干燥全过程分为恒速和降速干燥 2 个阶段，但物料
失水过程主要处于恒速阶段。因此，为了降低能耗，提
高干制品的质量，山核桃坚果热风干燥可以采用变温变
风速分段干燥方式。
2）经过 3 因素 5 水平二次回归正交试验与分析，确
定热风温度、装载量和风速对单位时间干燥速率、单位
质量干燥能耗、干制品蛋白质保存率、不饱和脂肪酸保
存率和感官品质指标综合分值等指标有显著影响，而且
不同干燥因素对单位时间干燥速率、单位质量干燥能耗
及不同品质指标的影响程度不同。
3）利用多目标非线性优化方法及线性功效系数法，
对干燥工艺进行综合优化，得到山核桃坚果热风干燥最
佳工艺参数组合，即在热风温度为 72℃，装载量为
0.08 kg，风速为 65 m/min 时，单位时间干燥速率为
0.458%/min，单位质量干燥能耗为 5.986 kW·h/kg，蛋白
质保存率为 92.12%，不饱和脂肪酸保存率为 90.65%，感
官品质指标综合分值为 32.89 分，综合评分为 0.802。可
确保山核桃坚果干燥后的食用价值及便于储存，而且干
燥效率高，能耗低。
[参 考 文 献]
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第 7 期 朱德泉等：山核桃坚果热风干燥特性及其工艺参数优化

369


Hot-air drying characteristics and technical parameters optimization of
kernel hickory (Carya cathayensis Sarg.)

Zhu Dequan, Cao Chengmao, Ding Zhengyao, Liu Weiwei, Zhang Niansheng, Wang Jixian※
(College of Engineering, Anhui Agricultural University, Hefei 230036, China)

Abstract: According to the proplems of difficult control for hot-air drying process and poor quality of dried hickory
kernels (Carya cathayensis Sarg.), the effects of drying temperature, material load and airflow rate on hot-air drying
characteristics of kernels were investigated by the single factor experimental method. The quadratic regression
orthogonal experimental method with three factors and five levels for each factor was employed. Drying temperature,
material load and airflow rate were the influence factors, and dehydration rate, energy consumption of drying process,
protein retention ratio, unsaturated fatty acid retention ratio and synthetic score of sensory quality indicator of dried
kernels were the experimental indices. The relationships between the experimental indices and the influence factors were
analyzed. The regression mathematical models describing the relations between the experimental indices and the
influence factors were established to analyze the influence degree of the factors on the experimental indices. The optimal
combination of technological parameters for drying materials was obtained by multi-objective nonlinear optimization
method. The optimal parameters were as follows: hot-air temperature 72℃, material load 0.08 kg, and airflow rate 65
m/min. Under these conditions, dehydration rate was 0.458%/min, energy consumption was 5.986 kW·h/kg, protein
retention ratio was 92.128%, unsaturated fatty acid retention ratio was 90.65%, comprehensive score for sensory quality
indicator was 32.89, and overall score was 0.802. The results can provide a theoretical basis for drying and industrialized
production of hickory kernels.
Key words: drying, optimization, processing, energy consumption, hickory kernel