孫潔如，宮俊杰，宋鵬程，鄭振佳*

1. 山東農業(yè)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（泰安 271018）；2. 龍大食品集團有限公司（煙臺 265200）

生姜（Zingiber officinale Roscoe）為姜科姜屬多年生草本植物姜的根莖，是中國藥食同源的保健蔬菜之一，也是人們經常食用的香辛料類食材[1]。生姜的芳香辛辣風味主要來源于姜辣素及姜精油等揮發(fā)性風味物質[2]。中醫(yī)將生姜歸為“溫里藥”，有溫中散寒、回陽通脈和燥濕消痰之功效[3]?，F代醫(yī)學研究證實，生姜具有健胃驅寒、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]。中國的生姜年產量居于世界首位，是生姜的主要出口國之一。鮮食生姜含水量達到80%以上，在保藏過程中易出現失水萎縮、纖維化、冷害等現象，影響鮮食生姜品質。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，每年造成的鮮姜損失高達總量的20%～40%[8]。干制是生姜保藏的一種重要手段，生姜干制品在市場上占有很大份額，主要加工產品為姜片和姜粉等。生姜干制不僅解決生姜的貯藏和運輸問題，而且提高生姜的商品價值，延長生姜加工的產業(yè)鏈。干燥方式主要有傳統熱風干燥、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-熱風聯合干燥等聯合干燥方式。生姜干燥的高效節(jié)能工藝研究，對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

1.1 熱風干燥技術

熱風干燥是依據傳質傳熱的原理，將被干燥物料中的水分在受熱后汽化轉移散失到空氣中達到干燥物料的目的[9-10]。Pati等[11]利用對流干燥機干燥姜片，獲得最佳工藝：以含水率12%為干燥終點，開孔30%時，2 mm切片干燥時間6 h，經Ca(OH)2預處理后干燥時間縮短到5.5 h，干制姜片成色明顯改善。廖芬等[12]研究發(fā)現熱風干燥最適宜姜粉的量產加工，熱風干燥姜粉得粉率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）、熱風溫度（60，70和80 ℃）、熱風風速（0.4，0.8和1.2 m/s）3個干燥條件為變量，研究姜片的熱風干燥特性，干燥速率隨著干燥進行而減小，確定Modified Page模型對姜片的熱風干燥規(guī)律描述性最佳。

熱風干燥過程中的生姜原有色澤難以保持，因此干燥過程中經常使用亞硫酸氫鈉為護色劑，但在加熱過程中亞硫酸氫鈉易產生SO2，使成品含硫量超標，影響生姜干制品品質且不利于人體健康。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）應低于30 mg/kg。近年來，復合護色工藝在果蔬干制過程中應用范圍增加，王雪等[14]優(yōu)化干制姜絲的復合護色工藝，確定鮮姜絲采用0.3% VC、0.5%檸檬酸、0.4% L-半胱氨酸無硫復合護色后進行55 ℃、7.5 h熱風烘干所得產品品質最好，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，熱風干燥以其成本低、易放大、操作簡單等優(yōu)點而得到廣泛應用，是農產品現代產業(yè)化干燥的一種重要方法。但是熱風干燥速率低，僅依靠熱空氣作為介質蒸發(fā)水分，物料表面易出現結殼現象，組織內部水分散失緩慢，使得干燥時間延長；長時間加熱干燥，使生姜中揮發(fā)性物質損失大，且干制過程中產品易發(fā)生褐變和變形，使品質下降[15-16]。

1.2 熱泵干燥技術

熱泵干燥是利用熱泵從低溫熱源中吸收熱量，將其在較高溫度下釋放從而對物料進行干燥的方法[17]。王荷蘭等[18]分析比較不同工藝參數對生姜干燥的影響，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、感官品質較好。Chapchaimoh等[19]對比以空氣和氮氣為干燥介質下閉式熱泵干燥生姜的效果，結果顯示，利用空氣作為介質干燥所需總熱量11.6 MJ，而氮氣12.5 MJ；空氣為介質干燥生姜的水分提取率0.06 kg水/MJ，氮氣0.07 kg水/MJ；空氣干燥的能量消耗16.67 MJ/kg，氮14.29 MJ/kg；結果表明，閉式熱泵干燥機以氮氣為介質，較以空氣為介質干燥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，具有干燥條件可調節(jié)范圍寬、節(jié)約能源、環(huán)保衛(wèi)生等優(yōu)點[20]。生姜、大蒜等調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，能較好地保護生姜干制品天然的品質和色澤。

1.3 微波干燥技術

微波干燥是指將物料置于微波高頻電場中，使?jié)裎锪咸幱跇O短的振蕩周期內，部分能量轉化為分子動能而使物料被加熱從而達到干燥目的[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且樣品感官品質較好。Lv等[23]通過在微波場中添加機械振動自制微波流態(tài)化干燥平臺，該設備使姜片處于流動狀態(tài)，提高生產效率，改善微波干燥受熱不均的缺點；以姜片的干基含水率低于7%為干燥終點，姜片在0.7 W/g微波功率下干燥所用時間1.83 h，相較于75 ℃的傳統熱風干燥減少6.67 h，微波流態(tài)化干燥姜片有效縮短干燥時間，有利于姜片中姜辣素等熱敏性物質的保留，但是該工藝下所得姜片與75 ℃熱風干燥相比組織結構受到破壞，成品復水性較差，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，試驗以聚類分析確定微波功率60 W時所得干制品品質最佳。

微波干燥及其相關技術由于加熱速度快、易于控制、安全衛(wèi)生等優(yōu)點被廣泛應用到果蔬干制加工領域。但是單純使用微波進行干燥時局部溫度較高，難以控制，會出現物料邊緣或尖角部分易焦化及由于過熱引起的燒傷現象；物料內部反應劇烈，活性物質損失較多；微波干燥時干燥終點不易判斷，容易產生干燥過度現象[25-27]。

1.4 紅外輻射干燥技術

紅外輻射干燥是指物料表面直接吸收紅外線并將其轉化成熱能從而達到加熱目的干燥技術[28]。王偉強等[29]研究了銅陵干制白姜，通過高效液相色譜法（HPLC）測定鮮姜中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、成本及實用性綜合分析，60 ℃紅外干燥為最佳工藝。An等[30]檢測出紅外干燥所得干制品中可揮發(fā)性物質47種，通過對比認為紅外輻射干燥對姜片中可揮發(fā)性物質保存性最好。楊健等[31]以云南羅平小黃姜為原料，分別進行紅外干燥和熱風干燥，采用HPLC測定樣品中6-姜酚的含量，經紅外干燥所得姜片的6-姜酚干基含量4.69 mg/g，約為熱風干燥的1.24倍。

紅外輻射干燥效率高、成品品質高，相比其他干燥技術更有利于保護物料中的熱敏性物質；另外紅外輻射干燥無排放、無污染，環(huán)保當前，更能凸顯其綠色節(jié)能優(yōu)勢[32]。

1.5 真空冷凍干燥技術

真空冷凍干燥是指將物料冷凍至共晶點溫度以下，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、復水性好的干燥產品，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 ℃預凍2 h后選取隔板溫度-5 ℃、真空度0.35條件，經13.33 h可完全凍干，測定姜汁粉復溶后姜汁中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顯著性差異。王偉強等[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，采用HPLC測定鮮姜中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、預冷凍溫度-36 ℃、干燥時間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-姜酚會轉化為6-姜醇等物質，而冷凍干燥過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備要求較高，工業(yè)生產成本較大且裝載量有限，可考慮在高附加值的產品上應用[25]。

1.6 噴霧干燥技術

噴霧干燥是利用霧化器將料液分散為細小的霧滴并在熱干燥介質中迅速蒸發(fā)溶劑形成干粉產品的過程[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，在進口溫度120 ℃、進料速率20%條件下進行噴霧干燥，確定麥芽糊精與環(huán)糊精質量比11.00∶1.47時品質最佳，姜粉得率8.30%。潘少香等[40]用氣相色譜和質譜聯用技術（GC-MS）檢測鮮姜及熱風干燥、噴霧干燥所得生姜樣品中揮發(fā)性香氣物質，在鮮姜樣品中檢測到44種香氣物質，熱風干燥全姜粉中檢測到38種，噴霧干燥全姜粉中檢測到36種；通過主成分分析綜合評價不同干燥方式生姜樣品中揮發(fā)性香氣成分質量，結果表明，噴霧干燥全姜粉僅次于鮮姜樣品，優(yōu)于熱風干燥。

噴霧干燥可將液體物料直接轉化為粉末，成品水溶性好，工序簡單，干燥工藝經濟便捷、時間短、耗電量低，其成本僅為冷凍干燥的20%～25%[41]。

2 聯合干燥技術

2.1 微波-熱風聯合干燥技術

微波-熱風聯合干燥是指將微波與熱風同時作用于待干燥的物料，借助熱風能有效地去除物料其表面的自由水分，同時利用微波加熱使物料中的水分快速排出以達到干燥目的[42]。徐艷陽等[43]通過響應面法優(yōu)化姜片的熱風-微波聯合干燥工藝，在姜片厚度4 mm、前期熱風溫度67 ℃、轉換點含水率36%、后期微波功率119 W條件下，總干燥時間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，整個過程輔以熱風干燥，干制品中6-姜酚含量3.44 mg/g，為鮮姜含量的58.2%，整個干燥過程用時1.5 h左右，耗能僅次于微波干燥3.21±0.1 kW·h/g H2O。

微波-熱風聯合干燥充分發(fā)揮兩種干燥技術的工藝優(yōu)勢，改善單一熱風干燥方式加熱速度慢、干燥時間長及單一微波干燥加熱不均等缺點，所得成品品質更高[44]。

2.2 微波-真空聯合干燥技術

微波-真空聯合干燥是指微波干燥與真空干燥聯合，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)現真空干燥中6-姜酚保留量82.8 μg/mL，均高于熱風干燥和冷凍干燥。李維新等[48]采用間歇式微波真空干燥糖姜，適宜條件為：微波加熱和間歇時間30 s和90 s，功率質量比10～15 W/g，真空度-80 kPa，干燥時間15 min，此條件能有效避免糖姜焦糊和褐變。

微波-真空聯合干燥具有干燥速度快、時間短、物料溫度低等優(yōu)點，能較好保留物料營養(yǎng)成分及改善干制品干燥品質；微波可以深入物料內部，克服真空狀態(tài)下常規(guī)熱傳導速率慢的缺點，能有效提高生產效率，節(jié)約能源，易實現連續(xù)自動化生產，可有效解決食品干燥過程中產品品質與經濟效益之間矛盾[49]。

3 展望

近年來，中國生姜產量連年攀升，腐敗量隨之增加。市場上的生姜精深加工產品較少，主要以姜片、姜粉和姜脯為主。當前中國生姜干制產業(yè)以熱風干燥加工為主，產業(yè)中存在能耗高、耗時長、風味物質損失嚴重等問題。研究生姜的高效節(jié)能干制技術和工藝，最大化保持生姜功能成分的同時實現節(jié)能降耗是今后生姜干制過程的重要研究方向。聯合干燥工藝可將多種干燥技術優(yōu)勢互補，提高干燥效率和干制品品質，是生姜干制技術研究的重點方向。同時，研究與太陽能、地熱能、風能等新型能源相結合的新型干燥方式是生姜干制的重要發(fā)展方向。此外，開展干燥過程中的風味、功能成分的保持技術研究與干燥動力學研究，最大程度保護生姜中的功能成分和風味物質，實現生姜干制品的優(yōu)質優(yōu)價，從而提高生姜產業(yè)加工水平。