大蒜干燥技術研究進展

郝啟棟，宮明杰，盧曉明*

(1.山東農業大學 食品科學與工程學院，山東省高校食品加工技術與質量控制重點實驗室，山東 泰安 271018；2.龍大食品集團有限公司，山東 煙臺 265200)

大蒜是百合科蔥屬調味蔬菜[1]，含有礦物質、氨基酸、碳水化合物、脂肪、膳食纖維等營養成分和大蒜素類活性成分[2]，并具有抗癌、提高免疫力、降血糖、防治心血管疾病等功能[3]。中國的大蒜種植面積居世界首位，占世界總種植面積的1/3[4]。

2017年大蒜產量達到了632.80萬噸。目前，每年近30%的大蒜由于微生物呼吸作用在貯藏過程中品質發生劣變。大蒜深加工是提高大蒜利用的有效途徑，目前的加工方式有脫水干燥技術、提取技術、防綠變技術、脫臭技術等[5]。其中，大蒜脫水干燥技術是大蒜長期保存常用的有效加工方法，不僅可以保留大蒜原有的風味，同時可抑制微生物的生長繁殖[6]，從而延長保藏時間，增加產品的附加值。

目前工業生產中常用的大蒜干燥技術有熱風干燥、微波干燥、熱泵干燥等。隨著技術的進步，一些聯合干燥技術逐步應用于食品行業中。本文對大蒜的干燥技術和進展了進行總結，為大蒜干燥的進一步研究提供了依據。

1 大蒜干燥技術的研究現狀

1.1 熱風干燥

熱風干燥是用風機將熱空氣吹入烘干室內，使樣品表面的水分汽化，從而達到干燥的效果[7]。郭浪等[8]通過正交實驗得到大蒜的熱風干燥最優工藝條件，蒜片在0.3% Na2SO3和0.1% L-半胱氨酸溶液中浸泡30 min，在45 ℃下干燥2 h，然后在55 ℃下干燥，得到的干燥蒜片中的大蒜素保留率為84.8%，預處理和梯度干燥結合的產品品質優于單一熱風干燥。李瑜等通過響應面分析得到最佳熱風干燥工藝為：干燥溫度45 ℃，蒜片厚度2.7 mm，大蒜素含量會隨著干燥溫度的升高而降低，在該工藝下得到的蒜片硫代亞磺酸酯含量為13.5096 mg/g。

熱風干燥具有操作簡單、成本低等優點，同時熱風干燥也有干燥時間長、能耗大、干燥后產品的復水性和風味差等缺點。因此，為了提高熱風干燥制品的品質和效率，可展開優化干燥工藝參數或者與其他干燥技術聯用。

1.2 熱泵干燥技術

熱泵干燥是利用制冷劑吸熱和放熱，將濕熱空氣變成低溫干空氣，從而完成干燥的過程[9]。閆丹丹[10]通過正交實驗得到熱泵干燥大蒜的最優工藝為：裝樣量2.0 kg/m2,切片厚度3 mm，干燥溫度50 ℃。該工藝下得到的大蒜復水率為2.59，大蒜素保留率為54.8%。姜啟興等[11]將裝載量、干燥溫度和干燥風速作為實驗單因素，得到熱泵干燥蒜片的最優工藝：干燥溫度65 ℃，干燥風速1.8 m/min，裝載量2.6 kg/m2,干燥時間6.0 h。該工藝條件下得到的蒜片的含水量均值為5.6%，顏色與干燥前的蒜片相差不大，形狀完整，復水率為91.66%，理化指標均滿足出口指標。

熱泵干燥具有高效、環保節能、產品品質好等優點。在相同的干燥溫度下，熱泵干燥比傳統干燥節省60%～80%的能耗，在色澤和風味上，熱泵干燥后的農產品比傳統干燥方式的保存性更好[12]。熱泵干燥存在干燥時間長、變溫運行較困難和占地空間大等缺陷。

1.3 微波干燥

微波干燥的原理是樣品中的水分能夠將吸收的微波轉化成熱能，進而使樣品的溫度升高，達到干燥的效果。Sharma等[13]對大蒜在微波對流干燥中水分的遷移情況進行了研究，微波功率的范圍為10～40 W，風速為1.0～2.0 m/s，溫度范圍為40～70 ℃。結果表明限制微波干燥的主要因素是水分擴散，同時發現有效水分擴散率在1.29×10-10～31.68×10-10m2/s范圍時，隨著微波功率的增加干燥速率也增加。文獻[14]通過提高微波功率(180,360,540 W)，蒜泥的干燥時間從8.5 h降到了4 min，并發現Page模型更適合擬合微波干燥過程，并利用Arrhenius型方程計算微波干燥的活化能為21.96 W/g。

微波干燥具有加熱均勻、操作簡便、干燥效率高、對大蒜顏色有較好保護以及能耗相對較低等優點，但存在溫控不靈敏、產品易發生形變、不好控制干燥終點，容易干燥過度等缺點[15]。

1.4 紅外干燥

紅外干燥的原理是將電磁波的頻率與樣品中水分子的頻率設置一致，水分子振動使樣品升溫，進而完成樣品干燥[16]。Thuwapanichayanan等[17]用遠紅外輻射輔助熱泵干燥大蒜，再與傳統熱風干燥比較，熱泵干燥和熱風干燥溫度為50 ℃，遠紅外輻射輔助熱泵干燥的功率為250,350,450 W。實驗結果表明，干燥后的大蒜中的大蒜素含量并沒有因干燥功率的增加而增加，與未處理的新鮮大蒜中的大蒜素含量相近，比熱泵和熱風干燥損失的大蒜素少，而且紅外干燥的干制大蒜色澤最好。Younis等[18]設置紅外輻射強度范圍為0.075～0.3 W/cm2，空氣流速范圍為0.75～1.25 m/s，結果表明蒜片隨紅外強度的增加和空氣流速的降低，干燥速率增加，Henderson和Pabis模型能夠擬合大蒜的紅外干燥曲線，使用Fick擴散方程獲得有效水分擴散系數，范圍為5.837×10-11～7.663×10-10m2/s。

紅外干燥具有干燥效率高、操作便捷、升溫快、品相好和干燥均勻等優點；缺點為干燥的設備昂貴、能耗較大，導致干制品的成本升高。

1.5 噴霧干燥

噴霧干燥是將物料的霧滴與熱空氣接觸，瞬間使水分汽化，從而完成物料干燥的過程。張培旗等[19]用正交實驗得到了噴霧干燥大蒜粉的最優工藝：可溶性固形物含量18%，β-環糊精含量6%，熱風溫度210 ℃，進料速度28 mL/min。該工藝條件下得到的黑蒜粉溶解性好、蒜香味濃、不沾壁。Balasubramani等[20]使用麥芽糖糊精作為壁材料，通過噴霧干燥技術將大蒜素微膠囊化，用響應面實驗對進風溫度、壁材料濃度和核心材料濃度進行了優化，得到最優工藝：進風溫度202 ℃，壁材料濃度60%，核心材料濃度10%，制得的微膠囊中的大蒜素含量為94.02%，干基含水量為4.62%。

噴霧干燥得到的產品具有復水性好、營養成分破壞少、含水量低和溶解性好等優點，而且噴霧干燥設備操作簡便。但噴霧干燥也存在一些不足，例如設備昂貴、能耗大、占地面積大等[21]。

1.6 真空冷凍干燥技術

真空冷凍干燥是將凍結的樣品放到真空環境中，使用升華原理使樣品完成干燥[22]。劉業鳳等[23]對真空冷凍干燥蒜丁生產的能耗進行了研究，發現單位除濕量能耗為0.32 kg/(kW·h)，單位脫水量能耗為1.19(kW·h)/kg。凍干溫度若從-35 ℃調節到-33 ℃，能夠節約400 kW·h的電量，若把真空度從100 Pa調整到130 Pa，能夠節約48 kW·h的電量，表明降低溫度和增加真空壓力可以減少凍干蒜丁過程中的能耗。胡晗艷等[24]通過對比實驗得到黑大蒜粉的真空冷凍干燥的最優工藝：預凍溫度-18 ℃，預凍時間12 h，打漿時料液比為1∶5，蒜漿裝盤厚度6 mm，真空度30～100 Pa，溫度60 ℃，時間2 h，在該工藝下得到黑大蒜粉總酚保留率為96.1%。

真空冷凍干燥能夠很好地保留大蒜的風味、色澤和質構，還能抑制微生物的生長繁殖。但是真空冷凍干燥也存在能耗大、干燥時間長、凍干設備昂貴等缺陷[25]。因此，將真空冷凍干燥技術與其他干燥技術相結合，合理地優化參數，利用真空冷凍干燥的優點，來提高干燥速度，降低干燥過程中的能耗，具有重要的實際意義。

2 聯合干燥技術

聯合干燥技術是把兩種或兩種以上的單一干燥技術的優勢相結合共同完成對樣品的干燥。常見的有微波熱風聯合干燥、真空冷凍和微波聯合干燥、熱風熱泵聯合干燥，微波真空串聯聯合干燥、聯合干燥技術具有節能、提高干燥速度、提高產品質量、環保等特點，是干燥行業發展的趨勢[26]。

2.1 微波與熱風串聯式聯合干燥

微波干燥具有環保、干燥均勻、能耗低以及干燥速度快等優點，熱風干燥具有裝樣量大、成本低和操作簡單等優點。微波與熱風聯合干燥是將微波與熱風的優點相結合，分階段對物料進行干燥。李湘利等[27]通過正交實驗優化，得到微波-熱風聯合干燥大蒜粒的最優工藝為：微波功率密度9.2 W/g，轉換點干基含水量1.200 g/g，熱風溫度60 ℃，終點水分含量0.100 g/g，得到干制蒜粒的大蒜素含量為0.956 mg/g，白度83.130，感官評分83.00，復水比2.699，與單一的微波干燥和熱風干燥相比，微波-熱風干燥得到的干制蒜粒大蒜素含量更高，耗時更短，品相更好。Sharma等[28]在40,50,60,70 ℃的溫度下，以1.0，2.0 m/s的風速，使用40 W的連續微波功率，對大蒜進行微波-熱風聯合干燥，并在60 ℃和70 ℃以及2.0 m/s的風速下進行單一熱風干燥，得出在干燥時間上熱風干燥比熱風微波聯合干燥多80%～90%，熱風微波聯合干燥的蒜瓣風味和色澤都好于單一熱風干燥。

2.2 微波真空干燥

微波真空干燥是一種并聯式干燥技術，將微波干燥與真空干燥相結合，具有對物料中的營養物質破壞小、產品的質量好、環保、干燥速度快、占地少等優點。Adam[29]考察了240,480,720 W 3個微波功率下的微波真空聯合干燥效果，真空中的蒜片溫度達到了50 ℃，蒜片在干燥終點的水分含量為0.6 g/g，720 W微波下的脫水蒜片蒜素保留性好，比新鮮蒜片的顏色深；同時發現干燥速率隨功率的增加而增加，符合S形函數擬合的干燥過程。微波真空干燥有滅菌的效果，在果蔬干制方面有巨大的潛力。

2.3 真空冷凍和微波真空聯合干燥

真空冷凍和微波真空聯合干燥具有營養損失少、復水率高、產品品質好、干燥速度快和能耗低等優點。單心心[30]通過正交實驗得到真空冷凍和微波聯合干燥的最優工藝：兩層蒜粒，水分轉換點30%，微波功率420 W，得到真空冷凍和微波真空串聯聯合干燥大蒜粒的品質與真空冷凍干燥蒜粒的品質相近，且干燥速度快、能耗低于傳統真空冷凍干燥；通過對真空冷凍和微波聯合干燥的動力學進行研究，選取了Henderson and Pabis，Page，Lewis 3種模型對聯合干燥中的水分含量變化進行模擬，結果表明Page模型的擬合效果最優。

3 展望

我國干制大蒜行業仍以熱風干燥為主，熱風干燥操作簡便、成本低，應用廣泛，但存在耗時長，產品品質差等問題，已無法滿足行業要求。大蒜干燥技術的發展方向應以高效、節能、品質為核心，將兩種或兩種以上的干燥技術相結合，發揮各技術的優勢，彌補單一干燥技術的不足；同時深入研究干燥理論，完善干燥模型，改進設備，優化工藝參數。通過整合現有干燥技術以及研發新的干燥方法，來提高干制大蒜的品質，同時達到提高干燥效率和降低能耗的目的。