花椒干燥技術發(fā)展思考及其研究

吳渝東，謝英杰，王明明，姚春雨，唐璇，牛坡*

1. 重慶三峽學院（重慶 404020）；2. 重慶市農業(yè)機械化技術推廣總站（重慶 404020）

花椒是蕓香科，屬于落葉灌木，原產于巴蜀，是傳統(tǒng)的調味品之一，其味道深受廣大群眾的喜愛。除此之外，在中醫(yī)典籍記載中花椒的藥用價值極高，具有健胃、驅寒、解毒、止痛等藥理特性，也曾作為香料。花椒種植簡單，成園見收速度快，栽種花椒被作為扶貧新路徑之一[1]，在全國各地廣泛栽植。花椒在夏季成熟，人工新鮮采摘的花椒含水率較高，在存放過程中，對周圍環(huán)境要求高，受外界條件影響極大，容易滋生大量微生物引起花椒的腐爛，顏色發(fā)褐發(fā)黑，氣味變酸變臭，因此不利于花椒的遠距離運輸和長時間儲存。研究顯示，干燥花椒是一種重要的解決問題的手段，當約80%[2]的新鮮花椒被干燥到含水量小于11%時，能夠有效防止花椒腐敗、褐變、品質降低，可以有效解決花椒的運輸、存儲、銷售等問題。

在花椒干燥加工中經(jīng)常使用的預處理方法[3]主要是燙漂預處理和化學試劑預處理。普遍運用的單一干燥手段分別是自然干燥、熱風干燥、微波干燥、真空干燥、熱泵干燥。常見的聯(lián)合干燥技術有熱泵-微波聯(lián)合干燥[4]、真空-微波干燥[5]、熱風-微波干燥[6]。對花椒干燥的預處理、干燥技術的特點進行研究，為未來花椒的干燥發(fā)展研究提供參考。

1 花椒干燥前的預處理

預處理[7]的技術是指在花椒干燥前，用物理、化學、生物等科學方法，對將要進行干燥的花椒進行處理，由此來保護其外觀、防止變質、達到儲存的效果和加快干燥速度等目的。

1.1 化學試劑預處理

化學試劑預處理[8]是使用一種或多種化學試劑，達到溶解物料表層的蠟質，改變物料的表皮結構，由此，達到加快干燥速度的目的。不僅如此，化學試劑還能抑制微生物的生長、抑制蛋白酶促進褐變等作用。張甫生等[9]使用異抗壞血酸鈉、抗壞血酸鈉、檸檬酸鈉等化學護色劑對花椒進行預處理，結果發(fā)現(xiàn)單一護色劑檸檬酸鈉效果最佳，異抗壞血酸鈉效果最差；但當與微波干燥技術相結合后，經(jīng)過異抗壞血酸鈉和抗壞血酸鈉液處理的花椒，具有顯著的護色增效作用，而檸檬酸鈉效果近視為零。因此，合理正確地使用化學試劑[10]進行花椒的預處理，再選擇相契合的干燥方式不僅可以加快花椒的干燥，還能夠減少花椒營養(yǎng)成分地破壞。

1.2 燙漂預處理

燙漂預處理[11]是指使用溫度高的熱水、沸水、蒸汽或微波對干燥實驗的原料進行加熱；對花椒研究的燙漂預處理方法有3種：熱水、微波和蒸汽燙漂。合理的燙漂處理可以除去花椒表面的雜質，較高的溫度使花椒產生褐變，相關酶失去活性，提高花椒整體感官品質。楊凌等[12]以不影響青花椒品質為前提研究發(fā)現(xiàn)合理的微波漂燙對提高青花椒感官品質，降低酶活性等效果明顯，當微波功率420 W、持續(xù)時間40 s時，漂燙效果最佳。吳素玲等[13]對新鮮花椒進行2 min的蒸汽處理，花椒的精油成分變化很小，幾乎沒有影響。由此可得，漂燙可以明顯提高花椒的品質且合理的漂燙工藝可以提高花椒的品質。

2 花椒干燥技術

選擇何種花椒干燥工藝決定花椒干燥水平好壞。良好的花椒干燥工藝，不僅能夠解決花椒在儲存和運輸過程中出現(xiàn)的發(fā)霉、變質還有褐變等現(xiàn)象，還能夠保證花椒的色澤、風味，延長其儲藏時間。目前，花椒運用最廣泛的單因子干燥技術分別是自然干燥、熱風干燥、微波干燥、真空干燥和熱泵干燥。

2.1 自然干燥技術

自然干燥[14]是指在自然環(huán)境下，利用陽光的曝曬或自然風等方式使花椒脫水，該方法一般不需要利用設備進行加熱和除去干燥介質，因此自然干燥具有不需要設備、節(jié)約能源、價格低廉的優(yōu)點，但只適用于少量的物料的干燥，并且干燥時間長，受天氣影響大，干燥效率低，導致干燥過程、干燥程度都難以控制。在自然干燥過程中，花椒容易受到污染，其中包含人為污染、環(huán)境污染、微生物污染導致花椒色澤變暗，香味減少甚至出現(xiàn)部分花椒變質。

2.2 熱風干燥技術

熱風干燥[15]是現(xiàn)代廣泛運用的干燥方法之一，是在烘干箱或者烘干室內通過加熱空氣，讓空氣作為干燥介質，采用自然循環(huán)或者強行對流循環(huán)的方式與花椒進行空氣循環(huán)，以此達成濕熱交換的目的。楊森等[16]研究在45，55和65 ℃的竹葉花椒干燥速率變化，結果發(fā)現(xiàn)竹葉花椒干燥過程中主要有加速期和降速期2個階段，并且花椒干燥過程中大部分時間處于降速期，研究還發(fā)現(xiàn)隨著溫度的升高，干燥速率顯著提升，但竹葉花椒各類成分均有下降趨勢。周秀梅[17]的研究不僅表明恒溫間歇熱風干燥比分階段間歇熱風干燥得到的花椒品質更好，還在干燥的能耗和速率上無明顯差異；還證明恒溫間歇熱風干燥優(yōu)于分階段熱風干燥。熱風干燥具有熱效率高、氣流干燥器結構簡單、生產力強、操作方便、成本低等優(yōu)點，因此被廣泛應用于食品干燥，與自然干燥技術相比，不受自然天氣的影響，并且熱風干燥[18]速度快、時間少，花椒干制品色澤更好。

2.3 微波干燥技術

微波干燥技術[19]是干燥花椒的常用手段，其原理是利用電磁波把能量傳遞到花椒的內部，加熱使其達到生產的要求。花椒吸收了微波的輻射，使得其內在的極性分子在微波的作用下呈現(xiàn)出方向排列的趨勢，改變花椒原有的分子結構。當電場的方向隨著時間快速發(fā)生變化時，花椒中的極性分子也會以相同的速度運動，必然會引起分子的轉動，速度越快，產生的摩擦熱能就會越多，從而由內部開始促使物料溫度升高，達到沸點溫度，水分蒸發(fā)，因此實現(xiàn)了干燥的目的。張黎驊等[20]研究表明微波輻射功率對花椒的溫度變化速度特性影響明顯，提高微波功率，溫度上升的速度加快，等溫的時間縮短。李孟樓等[21]研究發(fā)現(xiàn)旋轉式微波爐烘干鮮花椒的效率高出平板層式微波爐烘干效率，超過20.50%，但是其效率都會隨著投料量增加而降低，當投料超過一定量時，烘干效率急劇下降。

微波干燥不僅大大減少干燥的時間，而且節(jié)能環(huán)保、效率高，比熱風干燥成本更低。但是微波干燥的干花椒產品品質不理想，傳統(tǒng)的干燥設備單次干燥數(shù)量小，故不能廣泛使用。

2.4 真空干燥技術

真空干燥[22]通常也被稱作解析干燥，是一種利用在真空負壓的條件下水的沸點顯著降低，此時通過加熱達到負壓狀態(tài)下低沸點讓水分蒸發(fā)的干燥方式。真空干燥技術能夠在不破壞產物中多種不耐高溫的營養(yǎng)物質前提下，達到干燥的效果，因此被廣泛地應用于食品干燥。孟國棟等[23]研究表明，運用真空干燥技術對花椒進行干燥時，干燥的溫度、真空度和裝載量對干燥的總時間和速度影響最大，最終通過對花椒的真空干燥特性曲線分析出：花椒的干燥溫度越高，真空度越大，花椒的平均干燥速度越快，但是花椒的裝載量多，干燥速率明顯降低；溫度越低，真空度越高，花椒的色澤品質越好。

花椒的香味[24]主要來自內部大量的揮發(fā)性物質，溫度太高，破壞其揮發(fā)物質的分子結構，造成營養(yǎng)損失，而真空干燥能夠實現(xiàn)低溫干燥[25]，能夠在很大程度上保留花椒的香氣成分，是干燥花椒的理想技術之一。不過市面上真空干燥設備價格高昂、能耗大、生產效率較低，因此在實際生產中鮮有使用，多用于科研階段。

2.5 熱泵干燥技術

熱泵干燥的原理是利用熱汞排除室內的濕熱空氣，將其重新加熱與原料混合，實現(xiàn)原料干燥的技術。熱泵干燥分為中高溫熱泵干燥、高溫熱泵干燥，制熱出風溫度達到65 ℃的熱泵被稱為中高溫熱泵，高溫熱泵是指制熱出風溫度能夠達到80 ℃以上的熱泵。楊兵等[26]研究表明：熱泵干燥的干制溫度對花椒的色澤和麻味物質影響最大，其次是相對濕度，最后是鋪放的質量；干燥溫度達到59.30 ℃，鋪放花椒質量735 g和相對濕度40%時，花椒的干制品品質最優(yōu)；熱泵干燥具有能耗低，低碳環(huán)保，工作效率高等優(yōu)點，但是設備占地面積大，運輸維護成本相對較高，僅適合大規(guī)模的加工企業(yè)和大型合作社等公司。

2.6 聯(lián)合干燥技術

花椒的干燥不僅需要考慮含水量[27]，還不能破壞花椒的口感，減小色差的變化，因此單一的干燥手段難以滿足對花椒產品的需求。在不斷研究發(fā)展單一的干燥工藝的同時，還要將不同干燥技術相結合，揚長避短，加快干燥技術的發(fā)展。田冰等[28]通過對青花椒的熱泵-微波聯(lián)合干燥工藝優(yōu)化研究發(fā)現(xiàn)，在干燥初期，先采用熱泵干燥，使花椒的水分降低到一定的程度后再使用微波干燥，結果發(fā)現(xiàn)聯(lián)合干燥不僅可以提升花椒干制品的品質還可以起到節(jié)能減排，提升干燥效率；通過試驗發(fā)現(xiàn)，使用59 ℃熱泵干燥，含水率40%時，使用微波干燥（微波功率340 W）得到的花椒干制品品質最佳。張黎驊等[29]研究表明真空微波干燥技術在一定程度上優(yōu)于花椒微波干燥，真空微波干燥得到的花椒干制品品質更好。王玲等[30]研究表明熱風-微波聯(lián)合干燥技術除了有熱風干燥濕度梯度大、干燥速度快的優(yōu)點，還具備微波干燥強度大的優(yōu)點，能明顯改善花椒干制品的品質，減少花椒干燥時間，降低能耗，有利于花椒干燥工業(yè)化。

因此，聯(lián)合干燥技術較單一的干燥技術更能滿足大眾需求。不僅體現(xiàn)在干燥速度快，節(jié)省能耗，還表現(xiàn)在花椒干制品光澤，口感更好。聯(lián)合干燥技術結合不同干燥技術的優(yōu)點，對單一的干燥技術的不足之處進行改良優(yōu)化，避免單一干燥技術的缺點。未來聯(lián)合干燥技術是花椒干燥研究的熱點、重點之一。究竟選擇哪幾種技術進行聯(lián)合干燥既可以節(jié)約時間，降低能耗，又可以保證花椒干制品的品質，還需深入研究。

3 結語與展望

隨著全國花椒種植面積的日益增加，傳統(tǒng)的干燥技術難以滿足產量快速增長的需求和人民群眾對花椒品質的高要求。花椒干燥的預處理、干燥技術的選擇和工藝的優(yōu)化對花椒干燥的品質產生直接影響。未來對花椒的干燥技術研究應集中在以下幾方面。

一是尋找適用于大量花椒預處理的綠色天然、效率高的化學試劑，減少干燥過程中花椒產生的色差和花椒中的營養(yǎng)成分，進一步提高花椒的經(jīng)濟效益。二是探索新型綠色、可循環(huán)新能源干燥技術。針對花椒干燥設備能耗高、產生污染大的問題，開展節(jié)能、環(huán)保的新型干燥技術研究。三是加強對聯(lián)合干燥技術的研究。充分發(fā)揮不同干燥技術的特色及其優(yōu)勢，達到節(jié)約能源，提高花椒干燥品質的目的。四是提升花椒干燥設備的自動化、智能化的水平。促進現(xiàn)代化信息技術與干燥設備相結合，提高花椒干燥設備的工作效率。五是建立標準化干燥設備和技術，其一是減少設備成本，其二是規(guī)范技術加工過程，有利于提高花椒干制品質量。由于花椒干燥的復雜性，選擇何種的干燥技術，既能夠提高花椒的干燥品質，又能夠降低成本，還可以綠色環(huán)保，仍然需要持續(xù)深入研究。