大蒜干燥技术研究进展

郝启栋，宫明杰，卢晓明*

(1.山东农业大学 食品科学与工程学院，山东省高校食品加工技术与质量控制重点实验室，山东 泰安 271018；2.龙大食品集团有限公司，山东 烟台 265200)

大蒜是百合科葱属调味蔬菜[1]，含有矿物质、氨基酸、碳水化合物、脂肪、膳食纤维等营养成分和大蒜素类活性成分[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]。中国的大蒜种植面积居世界首位，占世界总种植面积的1/3[4]。

2017年大蒜产量达到了632.80万吨。目前，每年近30%的大蒜由于微生物呼吸作用在贮藏过程中品质发生劣变。大蒜深加工是提高大蒜利用的有效途径，目前的加工方式有脱水干燥技术、提取技术、防绿变技术、脱臭技术等[5]。其中，大蒜脱水干燥技术是大蒜长期保存常用的有效加工方法，不仅可以保留大蒜原有的风味，同时可抑制微生物的生长繁殖[6]，从而延长保藏时间，增加产品的附加值。

目前工业生产中常用的大蒜干燥技术有热风干燥、微波干燥、热泵干燥等。随着技术的进步，一些联合干燥技术逐步应用于食品行业中。本文对大蒜的干燥技术和进展了进行总结，为大蒜干燥的进一步研究提供了依据。

1 大蒜干燥技术的研究现状

1.1 热风干燥

热风干燥是用风机将热空气吹入烘干室内，使样品表面的水分汽化，从而达到干燥的效果[7]。郭浪等[8]通过正交实验得到大蒜的热风干燥最优工艺条件，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为84.8%，预处理和梯度干燥结合的产品品质优于单一热风干燥。李瑜等通过响应面分析得到最佳热风干燥工艺为：干燥温度45 ℃，蒜片厚度2.7 mm，大蒜素含量会随着干燥温度的升高而降低，在该工艺下得到的蒜片硫代亚磺酸酯含量为13.5096 mg/g。

热风干燥具有操作简单、成本低等优点，同时热风干燥也有干燥时间长、能耗大、干燥后产品的复水性和风味差等缺点。因此，为了提高热风干燥制品的品质和效率，可展开优化干燥工艺参数或者与其他干燥技术联用。

1.2 热泵干燥技术

热泵干燥是利用制冷剂吸热和放热，将湿热空气变成低温干空气，从而完成干燥的过程[9]。闫丹丹[10]通过正交实验得到热泵干燥大蒜的最优工艺为：装样量2.0 kg/m2,切片厚度3 mm，干燥温度50 ℃。该工艺下得到的大蒜复水率为2.59，大蒜素保留率为54.8%。姜启兴等[11]将装载量、干燥温度和干燥风速作为实验单因素，得到热泵干燥蒜片的最优工艺：干燥温度65 ℃，干燥风速1.8 m/min，装载量2.6 kg/m2,干燥时间6.0 h。该工艺条件下得到的蒜片的含水量均值为5.6%，颜色与干燥前的蒜片相差不大，形状完整，复水率为91.66%，理化指标均满足出口指标。

热泵干燥具有高效、环保节能、产品品质好等优点。在相同的干燥温度下，热泵干燥比传统干燥节省60%～80%的能耗，在色泽和风味上，热泵干燥后的农产品比传统干燥方式的保存性更好[12]。热泵干燥存在干燥时间长、变温运行较困难和占地空间大等缺陷。

1.3 微波干燥

微波干燥的原理是样品中的水分能够将吸收的微波转化成热能，进而使样品的温度升高，达到干燥的效果。Sharma等[13]对大蒜在微波对流干燥中水分的迁移情况进行了研究，微波功率的范围为10～40 W，风速为1.0～2.0 m/s，温度范围为40～70 ℃。结果表明限制微波干燥的主要因素是水分扩散，同时发现有效水分扩散率在1.29×10-10～31.68×10-10m2/s范围时，随着微波功率的增加干燥速率也增加。文献[14]通过提高微波功率(180,360,540 W)，蒜泥的干燥时间从8.5 h降到了4 min，并发现Page模型更适合拟合微波干燥过程，并利用Arrhenius型方程计算微波干燥的活化能为21.96 W/g。

微波干燥具有加热均匀、操作简便、干燥效率高、对大蒜颜色有较好保护以及能耗相对较低等优点，但存在温控不灵敏、产品易发生形变、不好控制干燥终点，容易干燥过度等缺点[15]。

1.4 红外干燥

红外干燥的原理是将电磁波的频率与样品中水分子的频率设置一致，水分子振动使样品升温，进而完成样品干燥[16]。Thuwapanichayanan等[17]用远红外辐射辅助热泵干燥大蒜，再与传统热风干燥比较，热泵干燥和热风干燥温度为50 ℃，远红外辐射辅助热泵干燥的功率为250,350,450 W。实验结果表明，干燥后的大蒜中的大蒜素含量并没有因干燥功率的增加而增加，与未处理的新鲜大蒜中的大蒜素含量相近，比热泵和热风干燥损失的大蒜素少，而且红外干燥的干制大蒜色泽最好。Younis等[18]设置红外辐射强度范围为0.075～0.3 W/cm2，空气流速范围为0.75～1.25 m/s，结果表明蒜片随红外强度的增加和空气流速的降低，干燥速率增加，Henderson和Pabis模型能够拟合大蒜的红外干燥曲线，使用Fick扩散方程获得有效水分扩散系数，范围为5.837×10-11～7.663×10-10m2/s。

红外干燥具有干燥效率高、操作便捷、升温快、品相好和干燥均匀等优点；缺点为干燥的设备昂贵、能耗较大，导致干制品的成本升高。

1.5 喷雾干燥

喷雾干燥是将物料的雾滴与热空气接触，瞬间使水分汽化，从而完成物料干燥的过程。张培旗等[19]用正交实验得到了喷雾干燥大蒜粉的最优工艺：可溶性固形物含量18%，β-环糊精含量6%，热风温度210 ℃，进料速度28 mL/min。该工艺条件下得到的黑蒜粉溶解性好、蒜香味浓、不沾壁。Balasubramani等[20]使用麦芽糖糊精作为壁材料，通过喷雾干燥技术将大蒜素微胶囊化，用响应面实验对进风温度、壁材料浓度和核心材料浓度进行了优化，得到最优工艺：进风温度202 ℃，壁材料浓度60%，核心材料浓度10%，制得的微胶囊中的大蒜素含量为94.02%，干基含水量为4.62%。

喷雾干燥得到的产品具有复水性好、营养成分破坏少、含水量低和溶解性好等优点，而且喷雾干燥设备操作简便。但喷雾干燥也存在一些不足，例如设备昂贵、能耗大、占地面积大等[21]。

1.6 真空冷冻干燥技术

真空冷冻干燥是将冻结的样品放到真空环境中，使用升华原理使样品完成干燥[22]。刘业凤等[23]对真空冷冻干燥蒜丁生产的能耗进行了研究，发现单位除湿量能耗为0.32 kg/(kW·h)，单位脱水量能耗为1.19(kW·h)/kg。冻干温度若从-35 ℃调节到-33 ℃，能够节约400 kW·h的电量，若把真空度从100 Pa调整到130 Pa，能够节约48 kW·h的电量，表明降低温度和增加真空压力可以减少冻干蒜丁过程中的能耗。胡晗艳等[24]通过对比实验得到黑大蒜粉的真空冷冻干燥的最优工艺：预冻温度-18 ℃，预冻时间12 h，打浆时料液比为1∶5，蒜浆装盘厚度6 mm，真空度30～100 Pa，温度60 ℃，时间2 h，在该工艺下得到黑大蒜粉总酚保留率为96.1%。

真空冷冻干燥能够很好地保留大蒜的风味、色泽和质构，还能抑制微生物的生长繁殖。但是真空冷冻干燥也存在能耗大、干燥时间长、冻干设备昂贵等缺陷[25]。因此，将真空冷冻干燥技术与其他干燥技术相结合，合理地优化参数，利用真空冷冻干燥的优点，来提高干燥速度，降低干燥过程中的能耗，具有重要的实际意义。

2 联合干燥技术

联合干燥技术是把两种或两种以上的单一干燥技术的优势相结合共同完成对样品的干燥。常见的有微波热风联合干燥、真空冷冻和微波联合干燥、热风热泵联合干燥，微波真空串联联合干燥、联合干燥技术具有节能、提高干燥速度、提高产品质量、环保等特点，是干燥行业发展的趋势[26]。

2.1 微波与热风串联式联合干燥

微波干燥具有环保、干燥均匀、能耗低以及干燥速度快等优点，热风干燥具有装样量大、成本低和操作简单等优点。微波与热风联合干燥是将微波与热风的优点相结合，分阶段对物料进行干燥。李湘利等[27]通过正交实验优化，得到微波-热风联合干燥大蒜粒的最优工艺为：微波功率密度9.2 W/g，转换点干基含水量1.200 g/g，热风温度60 ℃，终点水分含量0.100 g/g，得到干制蒜粒的大蒜素含量为0.956 mg/g，白度83.130，感官评分83.00，复水比2.699，与单一的微波干燥和热风干燥相比，微波-热风干燥得到的干制蒜粒大蒜素含量更高，耗时更短，品相更好。Sharma等[28]在40,50,60,70 ℃的温度下，以1.0，2.0 m/s的风速，使用40 W的连续微波功率，对大蒜进行微波-热风联合干燥，并在60 ℃和70 ℃以及2.0 m/s的风速下进行单一热风干燥，得出在干燥时间上热风干燥比热风微波联合干燥多80%～90%，热风微波联合干燥的蒜瓣风味和色泽都好于单一热风干燥。

2.2 微波真空干燥

微波真空干燥是一种并联式干燥技术，将微波干燥与真空干燥相结合，具有对物料中的营养物质破坏小、产品的质量好、环保、干燥速度快、占地少等优点。Adam[29]考察了240,480,720 W 3个微波功率下的微波真空联合干燥效果，真空中的蒜片温度达到了50 ℃，蒜片在干燥终点的水分含量为0.6 g/g，720 W微波下的脱水蒜片蒜素保留性好，比新鲜蒜片的颜色深；同时发现干燥速率随功率的增加而增加，符合S形函数拟合的干燥过程。微波真空干燥有灭菌的效果，在果蔬干制方面有巨大的潜力。

2.3 真空冷冻和微波真空联合干燥

真空冷冻和微波真空联合干燥具有营养损失少、复水率高、产品品质好、干燥速度快和能耗低等优点。单心心[30]通过正交实验得到真空冷冻和微波联合干燥的最优工艺：两层蒜粒，水分转换点30%，微波功率420 W，得到真空冷冻和微波真空串联联合干燥大蒜粒的品质与真空冷冻干燥蒜粒的品质相近，且干燥速度快、能耗低于传统真空冷冻干燥；通过对真空冷冻和微波联合干燥的动力学进行研究，选取了Henderson and Pabis，Page，Lewis 3种模型对联合干燥中的水分含量变化进行模拟，结果表明Page模型的拟合效果最优。

3 展望

我国干制大蒜行业仍以热风干燥为主，热风干燥操作简便、成本低，应用广泛，但存在耗时长，产品品质差等问题，已无法满足行业要求。大蒜干燥技术的发展方向应以高效、节能、品质为核心，将两种或两种以上的干燥技术相结合，发挥各技术的优势，弥补单一干燥技术的不足；同时深入研究干燥理论，完善干燥模型，改进设备，优化工艺参数。通过整合现有干燥技术以及研发新的干燥方法，来提高干制大蒜的品质，同时达到提高干燥效率和降低能耗的目的。