生姜干制技術(shù)研究進(jìn)展

孫潔如，宮俊杰，宋鵬程，鄭振佳*

1. 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，山東省高校食品加工技術(shù)與質(zhì)量控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（泰安 271018）；2. 龍大食品集團(tuán)有限公司（煙臺(tái) 265200）

生姜（Zingiber officinale Roscoe）為姜科姜屬多年生草本植物姜的根莖，是中國(guó)藥食同源的保健蔬菜之一，也是人們經(jīng)常食用的香辛料類食材[1]。生姜的芳香辛辣風(fēng)味主要來(lái)源于姜辣素及姜精油等揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)[2]。中醫(yī)將生姜?dú)w為“溫里藥”，有溫中散寒、回陽(yáng)通脈和燥濕消痰之功效[3]。現(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究證實(shí)，生姜具有健胃驅(qū)寒、化痰止咳、止嘔抑菌等作用，富含抗炎、降血脂、抗氧化及抗癌等功能成分[4-7]。中國(guó)的生姜年產(chǎn)量居于世界首位，是生姜的主要出口國(guó)之一。鮮食生姜含水量達(dá)到80%以上，在保藏過(guò)程中易出現(xiàn)失水萎縮、纖維化、冷害等現(xiàn)象，影響鮮食生姜品質(zhì)。高含水量為微生物提供適宜生存環(huán)境，致使鮮姜腐爛變質(zhì)，每年造成的鮮姜損失高達(dá)總量的20%～40%[8]。干制是生姜保藏的一種重要手段，生姜干制品在市場(chǎng)上占有很大份額，主要加工產(chǎn)品為姜片和姜粉等。生姜干制不僅解決生姜的貯藏和運(yùn)輸問(wèn)題，而且提高生姜的商品價(jià)值，延長(zhǎng)生姜加工的產(chǎn)業(yè)鏈。干燥方式主要有傳統(tǒng)熱風(fēng)干燥、熱泵干燥、微波干燥、紅外輻射干燥、真空冷凍干燥、噴霧干燥等，除此之外還有微波-熱風(fēng)聯(lián)合干燥等聯(lián)合干燥方式。生姜干燥的高效節(jié)能工藝研究，對(duì)于生姜的功能成分的保留和節(jié)能減排具有重要作用。

1 單一干燥技術(shù)

1.1 熱風(fēng)干燥技術(shù)

熱風(fēng)干燥是依據(jù)傳質(zhì)傳熱的原理，將被干燥物料中的水分在受熱后汽化轉(zhuǎn)移散失到空氣中達(dá)到干燥物料的目的[9-10]。Pati等[11]利用對(duì)流干燥機(jī)干燥姜片，獲得最佳工藝：以含水率12%為干燥終點(diǎn)，開(kāi)孔30%時(shí)，2 mm切片干燥時(shí)間6 h，經(jīng)Ca(OH)2預(yù)處理后干燥時(shí)間縮短到5.5 h，干制姜片成色明顯改善。廖芬等[12]研究發(fā)現(xiàn)熱風(fēng)干燥最適宜姜粉的量產(chǎn)加工，熱風(fēng)干燥姜粉得粉率12.6%，比冷凍干燥低0.8%；含水率7.41%、姜油含量3.78%，均優(yōu)于冷凍干燥和噴霧干燥。孟岳成等[13]以姜片厚度（2，4和6 mm）、熱風(fēng)溫度（60，70和80 ℃）、熱風(fēng)風(fēng)速（0.4，0.8和1.2 m/s）3個(gè)干燥條件為變量，研究姜片的熱風(fēng)干燥特性，干燥速率隨著干燥進(jìn)行而減小，確定Modified Page模型對(duì)姜片的熱風(fēng)干燥規(guī)律描述性最佳。

熱風(fēng)干燥過(guò)程中的生姜原有色澤難以保持，因此干燥過(guò)程中經(jīng)常使用亞硫酸氫鈉為護(hù)色劑，但在加熱過(guò)程中亞硫酸氫鈉易產(chǎn)生SO2，使成品含硫量超標(biāo)，影響生姜干制品品質(zhì)且不利于人體健康。NY/T 1073—2006《脫水姜片和姜粉》規(guī)定，干制姜片中亞硫酸鹽含量（以SO2計(jì)）應(yīng)低于30 mg/kg。近年來(lái)，復(fù)合護(hù)色工藝在果蔬干制過(guò)程中應(yīng)用范圍增加，王雪等[14]優(yōu)化干制姜絲的復(fù)合護(hù)色工藝，確定鮮姜絲采用0.3% VC、0.5%檸檬酸、0.4% L-半胱氨酸無(wú)硫復(fù)合護(hù)色后進(jìn)行55 ℃、7.5 h熱風(fēng)烘干所得產(chǎn)品品質(zhì)最好，干制后姜絲含水量低于8%，色澤均勻、呈淡黃色，姜辣素含量為2.0%。

與其他干燥方法相比，熱風(fēng)干燥以其成本低、易放大、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用，是農(nóng)產(chǎn)品現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)化干燥的一種重要方法。但是熱風(fēng)干燥速率低，僅依靠熱空氣作為介質(zhì)蒸發(fā)水分，物料表面易出現(xiàn)結(jié)殼現(xiàn)象，組織內(nèi)部水分散失緩慢，使得干燥時(shí)間延長(zhǎng)；長(zhǎng)時(shí)間加熱干燥，使生姜中揮發(fā)性物質(zhì)損失大，且干制過(guò)程中產(chǎn)品易發(fā)生褐變和變形，使品質(zhì)下降[15-16]。

1.2 熱泵干燥技術(shù)

熱泵干燥是利用熱泵從低溫?zé)嵩粗形諢崃浚瑢⑵湓谳^高溫度下釋放從而對(duì)物料進(jìn)行干燥的方法[17]。王荷蘭等[18]分析比較不同工藝參數(shù)對(duì)生姜干燥的影響，其最佳干燥條件為：干燥空氣溫度45～50 ℃，干燥空氣相對(duì)濕度42%～33%，干燥空氣流速1.0～3.0 m/s；此工藝條件下，生姜干制品呈色基本不變、干燥均勻、感官品質(zhì)較好。Chapchaimoh等[19]對(duì)比以空氣和氮?dú)鉃楦稍锝橘|(zhì)下閉式熱泵干燥生姜的效果，結(jié)果顯示，利用空氣作為介質(zhì)干燥所需總熱量11.6 MJ，而氮?dú)?2.5 MJ；空氣為介質(zhì)干燥生姜的水分提取率0.06 kg水/MJ，氮?dú)?.07 kg水/MJ；空氣干燥的能量消耗16.67 MJ/kg，氮14.29 MJ/kg；結(jié)果表明，閉式熱泵干燥機(jī)以氮?dú)鉃榻橘|(zhì)，較以空氣為介質(zhì)干燥1 kg物料可節(jié)能2.38 MJ，干燥效率更高。

熱泵干燥能有效地利用環(huán)境熱能，具有干燥條件可調(diào)節(jié)范圍寬、節(jié)約能源、環(huán)保衛(wèi)生等優(yōu)點(diǎn)[20]。生姜、大蒜等調(diào)味品采用熱泵干燥不僅節(jié)能，而且其低溫、空氣密閉循環(huán)的干燥方式不易破壞物料中的可揮發(fā)性物質(zhì)，能較好地保護(hù)生姜干制品天然的品質(zhì)和色澤。

1.3 微波干燥技術(shù)

微波干燥是指將物料置于微波高頻電場(chǎng)中，使?jié)裎锪咸幱跇O短的振蕩周期內(nèi)，部分能量轉(zhuǎn)化為分子動(dòng)能而使物料被加熱從而達(dá)到干燥目的[21]。劉紹軍等[22]確定的最佳微波干燥條件為：480 W、20 min，生姜粉得率7%、堆積密度2.288 g/10 mL、水合能力9.467 g水/g且樣品感官品質(zhì)較好。Lv等[23]通過(guò)在微波場(chǎng)中添加機(jī)械振動(dòng)自制微波流態(tài)化干燥平臺(tái)，該設(shè)備使姜片處于流動(dòng)狀態(tài)，提高生產(chǎn)效率，改善微波干燥受熱不均的缺點(diǎn)；以姜片的干基含水率低于7%為干燥終點(diǎn)，姜片在0.7 W/g微波功率下干燥所用時(shí)間1.83 h，相較于75 ℃的傳統(tǒng)熱風(fēng)干燥減少6.67 h，微波流態(tài)化干燥姜片有效縮短干燥時(shí)間，有利于姜片中姜辣素等熱敏性物質(zhì)的保留，但是該工藝下所得姜片與75 ℃熱風(fēng)干燥相比組織結(jié)構(gòu)受到破壞，成品復(fù)水性較差，干燥工藝有待優(yōu)化。Ding等[24]使用固相微萃取法和氣相色譜-質(zhì)譜法分析比較不同干燥工藝的生姜粉中揮發(fā)性提取物，試驗(yàn)以聚類分析確定微波功率60 W時(shí)所得干制品品質(zhì)最佳。

微波干燥及其相關(guān)技術(shù)由于加熱速度快、易于控制、安全衛(wèi)生等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用到果蔬干制加工領(lǐng)域。但是單純使用微波進(jìn)行干燥時(shí)局部溫度較高，難以控制，會(huì)出現(xiàn)物料邊緣或尖角部分易焦化及由于過(guò)熱引起的燒傷現(xiàn)象；物料內(nèi)部反應(yīng)劇烈，活性物質(zhì)損失較多；微波干燥時(shí)干燥終點(diǎn)不易判斷，容易產(chǎn)生干燥過(guò)度現(xiàn)象[25-27]。

1.4 紅外輻射干燥技術(shù)

紅外輻射干燥是指物料表面直接吸收紅外線并將其轉(zhuǎn)化成熱能從而達(dá)到加熱目的干燥技術(shù)[28]。王偉強(qiáng)等[29]研究了銅陵干制白姜，通過(guò)高效液相色譜法（HPLC）測(cè)定鮮姜中6-姜酚等5種姜辣素總量12.08 mg/g、冷凍干燥樣品12.07 mg/g、60 ℃紅外干燥樣品10.28 mg/g，60 ℃紅外條件下干燥時(shí)間僅需1.5 h，而冷凍干燥則需48 h；從姜辣素含量、干燥效率、成本及實(shí)用性綜合分析，60 ℃紅外干燥為最佳工藝。An等[30]檢測(cè)出紅外干燥所得干制品中可揮發(fā)性物質(zhì)47種，通過(guò)對(duì)比認(rèn)為紅外輻射干燥對(duì)姜片中可揮發(fā)性物質(zhì)保存性最好。楊健等[31]以云南羅平小黃姜為原料，分別進(jìn)行紅外干燥和熱風(fēng)干燥，采用HPLC測(cè)定樣品中6-姜酚的含量，經(jīng)紅外干燥所得姜片的6-姜酚干基含量4.69 mg/g，約為熱風(fēng)干燥的1.24倍。

紅外輻射干燥效率高、成品品質(zhì)高，相比其他干燥技術(shù)更有利于保護(hù)物料中的熱敏性物質(zhì)；另外紅外輻射干燥無(wú)排放、無(wú)污染，環(huán)保當(dāng)前，更能凸顯其綠色節(jié)能優(yōu)勢(shì)[32]。

1.5 真空冷凍干燥技術(shù)

真空冷凍干燥是指將物料冷凍至共晶點(diǎn)溫度以下，在真空狀態(tài)下使水分從固態(tài)升華為氣態(tài)，獲得疏松多孔、復(fù)水性好的干燥產(chǎn)品，可最大限度保持物料的色、香、味、形狀和有效成分的活性[33-34]。楊春雨等[35]優(yōu)化姜汁凍干工藝，姜汁在-40 ℃預(yù)凍2 h后選取隔板溫度-5 ℃、真空度0.35條件，經(jīng)13.33 h可完全凍干，測(cè)定姜汁粉復(fù)溶后姜汁中6-姜酚、8-姜酚、10-姜酚含量分別為0.535 0±0.017 5，0.079 8±0.002 1和0.118 3±0.007 3 g/L，與鮮姜汁中姜酚含量無(wú)顯著性差異。王偉強(qiáng)等[29]研究證明冷凍干燥可以最大程度地保留姜酚，提高生姜干制品品質(zhì)，采用HPLC測(cè)定鮮姜中6-姜酚等5種姜辣素，總量12.08 mg/g，冷凍干燥樣品中含量12.07 mg/g。張光杰等[36]確定最佳空冷凍干燥工藝：物料切片厚度2 mm、預(yù)冷凍溫度-36 ℃、干燥時(shí)間36 h，此條件下姜粉得率10.00%、水合能力2.25%、含水量8.65%、姜辣素含量8.83%，綜合得分最高。

高溫條件下，6-姜酚會(huì)轉(zhuǎn)化為6-姜醇等物質(zhì)，而冷凍干燥過(guò)程始終處于低溫狀態(tài)，可以最大程度提高姜辣素的保留率，經(jīng)冷凍干燥后的樣品中姜酚含量與鮮姜基本持平[29]；但是冷凍干燥所需設(shè)備要求較高，工業(yè)生產(chǎn)成本較大且裝載量有限，可考慮在高附加值的產(chǎn)品上應(yīng)用[25]。

1.6 噴霧干燥技術(shù)

噴霧干燥是利用霧化器將料液分散為細(xì)小的霧滴并在熱干燥介質(zhì)中迅速蒸發(fā)溶劑形成干粉產(chǎn)品的過(guò)程[37]。Jangam等[38]研究表明，噴霧干燥中溫度越高、空氣流速越大，6-姜酚保留率降低。葉春苗[39]以新鮮生姜為材料，在進(jìn)口溫度120 ℃、進(jìn)料速率20%條件下進(jìn)行噴霧干燥，確定麥芽糊精與環(huán)糊精質(zhì)量比11.00∶1.47時(shí)品質(zhì)最佳，姜粉得率8.30%。潘少香等[40]用氣相色譜和質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（GC-MS）檢測(cè)鮮姜及熱風(fēng)干燥、噴霧干燥所得生姜樣品中揮發(fā)性香氣物質(zhì)，在鮮姜樣品中檢測(cè)到44種香氣物質(zhì)，熱風(fēng)干燥全姜粉中檢測(cè)到38種，噴霧干燥全姜粉中檢測(cè)到36種；通過(guò)主成分分析綜合評(píng)價(jià)不同干燥方式生姜樣品中揮發(fā)性香氣成分質(zhì)量，結(jié)果表明，噴霧干燥全姜粉僅次于鮮姜樣品，優(yōu)于熱風(fēng)干燥。

噴霧干燥可將液體物料直接轉(zhuǎn)化為粉末，成品水溶性好，工序簡(jiǎn)單，干燥工藝經(jīng)濟(jì)便捷、時(shí)間短、耗電量低，其成本僅為冷凍干燥的20%～25%[41]。

2 聯(lián)合干燥技術(shù)

2.1 微波-熱風(fēng)聯(lián)合干燥技術(shù)

微波-熱風(fēng)聯(lián)合干燥是指將微波與熱風(fēng)同時(shí)作用于待干燥的物料，借助熱風(fēng)能有效地去除物料其表面的自由水分，同時(shí)利用微波加熱使物料中的水分快速排出以達(dá)到干燥目的[42]。徐艷陽(yáng)等[43]通過(guò)響應(yīng)面法優(yōu)化姜片的熱風(fēng)-微波聯(lián)合干燥工藝，在姜片厚度4 mm、前期熱風(fēng)溫度67 ℃、轉(zhuǎn)換點(diǎn)含水率36%、后期微波功率119 W條件下，總干燥時(shí)間177 min，脫水姜片姜辣素含量2.04%±0.031%。An等[30]將鮮姜片置于脈沖比2條件下，干燥后脈沖比6，干燥至終點(diǎn)，整個(gè)過(guò)程輔以熱風(fēng)干燥，干制品中6-姜酚含量3.44 mg/g，為鮮姜含量的58.2%，整個(gè)干燥過(guò)程用時(shí)1.5 h左右，耗能僅次于微波干燥3.21±0.1 kW·h/g H2O。

微波-熱風(fēng)聯(lián)合干燥充分發(fā)揮兩種干燥技術(shù)的工藝優(yōu)勢(shì)，改善單一熱風(fēng)干燥方式加熱速度慢、干燥時(shí)間長(zhǎng)及單一微波干燥加熱不均等缺點(diǎn)，所得成品品質(zhì)更高[44]。

2.2 微波-真空聯(lián)合干燥技術(shù)

微波-真空聯(lián)合干燥是指微波干燥與真空干燥聯(lián)合，利用真空條件使物料在低溫下得到干燥[45-46]。Hawlader等[47]研究發(fā)現(xiàn)真空干燥中6-姜酚保留量82.8 μg/mL，均高于熱風(fēng)干燥和冷凍干燥。李維新等[48]采用間歇式微波真空干燥糖姜，適宜條件為：微波加熱和間歇時(shí)間30 s和90 s，功率質(zhì)量比10～15 W/g，真空度-80 kPa，干燥時(shí)間15 min，此條件能有效避免糖姜焦糊和褐變。

微波-真空聯(lián)合干燥具有干燥速度快、時(shí)間短、物料溫度低等優(yōu)點(diǎn)，能較好保留物料營(yíng)養(yǎng)成分及改善干制品干燥品質(zhì)；微波可以深入物料內(nèi)部，克服真空狀態(tài)下常規(guī)熱傳導(dǎo)速率慢的缺點(diǎn)，能有效提高生產(chǎn)效率，節(jié)約能源，易實(shí)現(xiàn)連續(xù)自動(dòng)化生產(chǎn)，可有效解決食品干燥過(guò)程中產(chǎn)品品質(zhì)與經(jīng)濟(jì)效益之間矛盾[49]。

3 展望

近年來(lái)，中國(guó)生姜產(chǎn)量連年攀升，腐敗量隨之增加。市場(chǎng)上的生姜精深加工產(chǎn)品較少，主要以姜片、姜粉和姜脯為主。當(dāng)前中國(guó)生姜干制產(chǎn)業(yè)以熱風(fēng)干燥加工為主，產(chǎn)業(yè)中存在能耗高、耗時(shí)長(zhǎng)、風(fēng)味物質(zhì)損失嚴(yán)重等問(wèn)題。研究生姜的高效節(jié)能干制技術(shù)和工藝，最大化保持生姜功能成分的同時(shí)實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗是今后生姜干制過(guò)程的重要研究方向。聯(lián)合干燥工藝可將多種干燥技術(shù)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，提高干燥效率和干制品品質(zhì)，是生姜干制技術(shù)研究的重點(diǎn)方向。同時(shí)，研究與太陽(yáng)能、地?zé)崮堋L(fēng)能等新型能源相結(jié)合的新型干燥方式是生姜干制的重要發(fā)展方向。此外，開(kāi)展干燥過(guò)程中的風(fēng)味、功能成分的保持技術(shù)研究與干燥動(dòng)力學(xué)研究，最大程度保護(hù)生姜中的功能成分和風(fēng)味物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)生姜干制品的優(yōu)質(zhì)優(yōu)價(jià)，從而提高生姜產(chǎn)業(yè)加工水平。