和許多其他農作物一樣，椰棗的品質相當受農藝措施的影響。在阿拉伯的突尼斯，農藝措施減少了這些可食用軟果的天然水分含量。熱加工是改善椰棗品質的方法之一，其關鍵的操作流程是水化。結合試驗研究和模擬分析的優勢，科研團隊力爭優化水化過程，提高工藝效率和可靠性。

椰棗的起源和種植

椰棗樹被廣泛引種并種植于許多熱帶和亞熱帶地區，是公認的高價值資源。它的樹干可以用來修建房屋、橋梁和水槽，成熟后的葉子可以制作墊子、紗窗和籃子。但最廣為人知的還是它結出的甜甜的果實：椰棗。

椰棗樹，圖像由 Madhif 拍攝，已獲  CC BY 3.0  許可，通過  Wikimedia Commons 共享。

自古代開始，從美索不達米亞到埃及，很多地區一直在種植椰棗。古埃及人曾用它們來釀酒，也會在收獲時節食用。后來商人們將這些水果帶到了其他地區，椰棗的種植區域逐漸擴展到了北非、西班牙、墨西哥和美國，并受到廣泛歡迎。

今天，椰棗通常作為零食食用，也是很多風味菜肴的配料，還可以釀醋、制造糖漿，與糧食混合充當工業原料。

持續產出優質產品

突尼斯是椰棗種植業的領導者，這些甜蜜的水果是突尼斯的重要食物來源和經濟資源，受到當地的高度重視。Deglet Nour 椰棗是同類中的佼佼者。Deglet Nour 椰棗生長在內陸綠洲區，擁有透亮的顏色和蜂蜜般的滋味，一眼就能辨識。

Deglet Nour 椰棗。圖像由 M. Dhifallah 拍攝，已獲  CC BY-SA 3.0 許可，通過  Wikimedia Commons 共享。

農藝措施對椰棗的化學成分——特別是水分含量——有著很大的影響，因此間接影響了水果的整體品質。近年來，隨著干椰棗的比例增加，突尼斯開始推廣使用熱加工，力求產出的水果更加柔軟、外表美觀、特征改善。為了保證熱加工的效果，掌控關鍵的水化操作十分重要。如果水化時間太長，水果的儲存穩定性會降低；另一方面，如果水化時間太短，最終產物的質量可能難以令人接受。

為了解決這一憂慮，并且優化水化過程，一組科研團隊求助于實驗測試和仿真分析。我們將在下一節中探討他們研究成果。

針對椰棗熱加工中水化操作的實驗研究

針對實驗研究，科研人員選取了 2014 年收獲的 Deglet Nour 椰棗作為樣本，樣本儲存在溫度為 4°C 和相對濕度為 65% 的環境中。他們將這些椰棗投入實驗室規模的水化試驗中。為了接近工業條件，椰棗被放置在溫度范圍為 50°C ~ 65°C、標準大氣壓下的密閉環境中。

研究人員準備了一個金屬腔體，腔內注滿水，并使用溫控加熱板加熱。椰棗置于腔體的頂部空間中，本身不會與水接觸。此外，為了防止超壓，維持大氣壓強，金屬腔的封蓋沒有密封。

試驗裝置示意圖。圖像由 S. Curet、A. Lakou 和 M. Hassouna 提供，摘自他們在  COMSOL 用戶年會 2015 格勒諾布爾站發表的論文。

在水化過程中，每隔一段時間要稱量一次椰棗。研究人員將 3 克椰棗放入 105°C 的烤箱內至少烘干了 18 個小時，借此確定果肉的平均水分含量。他們監測了不同水化時間下的椰棗溫度，最終確定可以視其溫度為均勻分布。

通過仿真研究分析水化操作

實驗完成后，研究小組改為利用仿真分析椰棗的水化過程。下圖展示了小組的二維幾何模型設計。幾何模型包含了棗肉、棗核和促使椰棗成功水化的飽和空氣。

二維幾何模型。圖像由 S. Curet、A. Lakou 和 M. Hassouna 提供，摘自他們在 COMSOL 用戶年會 2015 格勒諾布爾站發表的論文。

利用該模型，研究人員計算了水化過程中椰棗果肉內的水分分布，并計算出了平均水分濃度與時間的函數關系。需要注意一點，由于研究人員視溫度為均勻分布，因此他們只考慮了質量傳遞現象。

經過對多個椰棗品種進行了實驗，研究人員重點選取了一種 Deglet Nour 椰棗的兩個樣本的結果數據，這種棗子比其它品種的椰棗稍微堅硬、干燥一些。下面的繪圖組對比了椰棗 1 和椰棗 2 的平均水分濃度。仿真曲線與試驗數據非常吻合。我們還能從繪圖中看出水分吸收率沒有降低。一種可能的原因是與最大工業加工時間相比，水化作用的時間太短。

在實驗和仿真中，椰棗 1（左）和椰棗 2（右）的內部平均水分濃度對比圖。圖像由 S. Curet、A. Lakou 和 M. Hassouna 提供，摘自他們在 COMSOL 用戶年會 2015 格勒諾布爾站發表的論文。

下圖模型顯示了經歷 14640 秒（約 4 小時）的水化作用后，椰棗果肉中的水分濃度分布。如繪圖所示，越靠近與空氣接觸的表面，水分濃度的梯度就越高。從表面開始，朝向椰棗果肉中心方向濃度梯度逐漸減少為零，椰棗果肉中心的水分濃度保持初始值不變。這一特性表明水化過程中擴散主要發生在椰棗的外表面。

仿真繪圖顯示了經過四小時的水化作用后，椰棗內的水分分布濃度。圖像由 S. Curet、A. Lakou 和 M. Hassouna 提供，摘自他們在 COMSOL 用戶年會 2015 格勒諾布爾站發表的論文。

一種更加高效、可靠的椰棗水化方法

任何食品加工技術的目標都是平衡效率和整體質量。在椰棗的熱加工過程中，優化水化方法是實現平衡、節約能源、保證優質產品的關鍵環節。

本文介紹的基于仿真的方法有利于研究人員洞察水化作用中的傳質現象，獲取有價值的信息。因此，此方法的理論模型是優化椰棗水化環節的可靠資源，它可以預測達到期望水分所需的時間，縮短總體的加工時間。