生姜干制技术研究进展

孙洁如，宫俊杰，宋鹏程，郑振佳*

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（泰安 271018）；2. 龙大食品集团有限公司（烟台 265200）

生姜（Zingiber officinale Roscoe）为姜科姜属多年生草本植物姜的根茎，是中国药食同源的保健蔬菜之一，也是人们经常食用的香辛料类食材[1]。生姜的芳香辛辣风味主要来源于姜辣素及姜精油等挥发性风味物质[2]。中医将生姜归为“温里药”，有温中散寒、回阳通脉和燥湿消痰之功效[3]。现代医学研究证实，生姜具有健胃驱寒、化痰止咳、止呕抑菌等作用，富含抗炎、降血脂、抗氧化及抗癌等功能成分[4-7]。中国的生姜年产量居于世界首位，是生姜的主要出口国之一。鲜食生姜含水量达到80%以上，在保藏过程中易出现失水萎缩、纤维化、冷害等现象，影响鲜食生姜品质。高含水量为微生物提供适宜生存环境，致使鲜姜腐烂变质，每年造成的鲜姜损失高达总量的20%～40%[8]。干制是生姜保藏的一种重要手段，生姜干制品在市场上占有很大份额，主要加工产品为姜片和姜粉等。生姜干制不仅解决生姜的贮藏和运输问题，而且提高生姜的商品价值，延长生姜加工的产业链。干燥方式主要有传统热风干燥、热泵干燥、微波干燥、红外辐射干燥、真空冷冻干燥、喷雾干燥等，除此之外还有微波-热风联合干燥等联合干燥方式。生姜干燥的高效节能工艺研究，对于生姜的功能成分的保留和节能减排具有重要作用。

1 单一干燥技术

1.1 热风干燥技术

热风干燥是依据传质传热的原理，将被干燥物料中的水分在受热后汽化转移散失到空气中达到干燥物料的目的[9-10]。Pati等[11]利用对流干燥机干燥姜片，获得最佳工艺：以含水率12%为干燥终点，开孔30%时，2 mm切片干燥时间6 h，经Ca(OH)2预处理后干燥时间缩短到5.5 h，干制姜片成色明显改善。廖芬等[12]研究发现热风干燥最适宜姜粉的量产加工，热风干燥姜粉得粉率12.6%，比冷冻干燥低0.8%；含水率7.41%、姜油含量3.78%，均优于冷冻干燥和喷雾干燥。孟岳成等[13]以姜片厚度（2，4和6 mm）、热风温度（60，70和80 ℃）、热风风速（0.4，0.8和1.2 m/s）3个干燥条件为变量，研究姜片的热风干燥特性，干燥速率随着干燥进行而减小，确定Modified Page模型对姜片的热风干燥规律描述性最佳。

热风干燥过程中的生姜原有色泽难以保持，因此干燥过程中经常使用亚硫酸氢钠为护色剂，但在加热过程中亚硫酸氢钠易产生SO2，使成品含硫量超标，影响生姜干制品品质且不利于人体健康。NY/T 1073—2006《脱水姜片和姜粉》规定，干制姜片中亚硫酸盐含量（以SO2计）应低于30 mg/kg。近年来，复合护色工艺在果蔬干制过程中应用范围增加，王雪等[14]优化干制姜丝的复合护色工艺，确定鲜姜丝采用0.3% VC、0.5%柠檬酸、0.4% L-半胱氨酸无硫复合护色后进行55 ℃、7.5 h热风烘干所得产品品质最好，干制后姜丝含水量低于8%，色泽均匀、呈淡黄色，姜辣素含量为2.0%。

与其他干燥方法相比，热风干燥以其成本低、易放大、操作简单等优点而得到广泛应用，是农产品现代产业化干燥的一种重要方法。但是热风干燥速率低，仅依靠热空气作为介质蒸发水分，物料表面易出现结壳现象，组织内部水分散失缓慢，使得干燥时间延长；长时间加热干燥，使生姜中挥发性物质损失大，且干制过程中产品易发生褐变和变形，使品质下降[15-16]。

1.2 热泵干燥技术

热泵干燥是利用热泵从低温热源中吸收热量，将其在较高温度下释放从而对物料进行干燥的方法[17]。王荷兰等[18]分析比较不同工艺参数对生姜干燥的影响，其最佳干燥条件为：干燥空气温度45～50 ℃，干燥空气相对湿度42%～33%，干燥空气流速1.0～3.0 m/s；此工艺条件下，生姜干制品呈色基本不变、干燥均匀、感官品质较好。Chapchaimoh等[19]对比以空气和氮气为干燥介质下闭式热泵干燥生姜的效果，结果显示，利用空气作为介质干燥所需总热量11.6 MJ，而氮气12.5 MJ；空气为介质干燥生姜的水分提取率0.06 kg水/MJ，氮气0.07 kg水/MJ；空气干燥的能量消耗16.67 MJ/kg，氮14.29 MJ/kg；结果表明，闭式热泵干燥机以氮气为介质，较以空气为介质干燥1 kg物料可节能2.38 MJ，干燥效率更高。

热泵干燥能有效地利用环境热能，具有干燥条件可调节范围宽、节约能源、环保卫生等优点[20]。生姜、大蒜等调味品采用热泵干燥不仅节能，而且其低温、空气密闭循环的干燥方式不易破坏物料中的可挥发性物质，能较好地保护生姜干制品天然的品质和色泽。

1.3 微波干燥技术

微波干燥是指将物料置于微波高频电场中，使湿物料处于极短的振荡周期内，部分能量转化为分子动能而使物料被加热从而达到干燥目的[21]。刘绍军等[22]确定的最佳微波干燥条件为：480 W、20 min，生姜粉得率7%、堆积密度2.288 g/10 mL、水合能力9.467 g水/g且样品感官品质较好。Lv等[23]通过在微波场中添加机械振动自制微波流态化干燥平台，该设备使姜片处于流动状态，提高生产效率，改善微波干燥受热不均的缺点；以姜片的干基含水率低于7%为干燥终点，姜片在0.7 W/g微波功率下干燥所用时间1.83 h，相较于75 ℃的传统热风干燥减少6.67 h，微波流态化干燥姜片有效缩短干燥时间，有利于姜片中姜辣素等热敏性物质的保留，但是该工艺下所得姜片与75 ℃热风干燥相比组织结构受到破坏，成品复水性较差，干燥工艺有待优化。Ding等[24]使用固相微萃取法和气相色谱-质谱法分析比较不同干燥工艺的生姜粉中挥发性提取物，试验以聚类分析确定微波功率60 W时所得干制品品质最佳。

微波干燥及其相关技术由于加热速度快、易于控制、安全卫生等优点被广泛应用到果蔬干制加工领域。但是单纯使用微波进行干燥时局部温度较高，难以控制，会出现物料边缘或尖角部分易焦化及由于过热引起的烧伤现象；物料内部反应剧烈，活性物质损失较多；微波干燥时干燥终点不易判断，容易产生干燥过度现象[25-27]。

1.4 红外辐射干燥技术

红外辐射干燥是指物料表面直接吸收红外线并将其转化成热能从而达到加热目的干燥技术[28]。王伟强等[29]研究了铜陵干制白姜，通过高效液相色谱法（HPLC）测定鲜姜中6-姜酚等5种姜辣素总量12.08 mg/g、冷冻干燥样品12.07 mg/g、60 ℃红外干燥样品10.28 mg/g，60 ℃红外条件下干燥时间仅需1.5 h，而冷冻干燥则需48 h；从姜辣素含量、干燥效率、成本及实用性综合分析，60 ℃红外干燥为最佳工艺。An等[30]检测出红外干燥所得干制品中可挥发性物质47种，通过对比认为红外辐射干燥对姜片中可挥发性物质保存性最好。杨健等[31]以云南罗平小黄姜为原料，分别进行红外干燥和热风干燥，采用HPLC测定样品中6-姜酚的含量，经红外干燥所得姜片的6-姜酚干基含量4.69 mg/g，约为热风干燥的1.24倍。

红外辐射干燥效率高、成品品质高，相比其他干燥技术更有利于保护物料中的热敏性物质；另外红外辐射干燥无排放、无污染，环保当前，更能凸显其绿色节能优势[32]。

1.5 真空冷冻干燥技术

真空冷冻干燥是指将物料冷冻至共晶点温度以下，在真空状态下使水分从固态升华为气态，获得疏松多孔、复水性好的干燥产品，可最大限度保持物料的色、香、味、形状和有效成分的活性[33-34]。杨春雨等[35]优化姜汁冻干工艺，姜汁在-40 ℃预冻2 h后选取隔板温度-5 ℃、真空度0.35条件，经13.33 h可完全冻干，测定姜汁粉复溶后姜汁中6-姜酚、8-姜酚、10-姜酚含量分别为0.535 0±0.017 5，0.079 8±0.002 1和0.118 3±0.007 3 g/L，与鲜姜汁中姜酚含量无显著性差异。王伟强等[29]研究证明冷冻干燥可以最大程度地保留姜酚，提高生姜干制品品质，采用HPLC测定鲜姜中6-姜酚等5种姜辣素，总量12.08 mg/g，冷冻干燥样品中含量12.07 mg/g。张光杰等[36]确定最佳空冷冻干燥工艺：物料切片厚度2 mm、预冷冻温度-36 ℃、干燥时间36 h，此条件下姜粉得率10.00%、水合能力2.25%、含水量8.65%、姜辣素含量8.83%，综合得分最高。

高温条件下，6-姜酚会转化为6-姜醇等物质，而冷冻干燥过程始终处于低温状态，可以最大程度提高姜辣素的保留率，经冷冻干燥后的样品中姜酚含量与鲜姜基本持平[29]；但是冷冻干燥所需设备要求较高，工业生产成本较大且装载量有限，可考虑在高附加值的产品上应用[25]。

1.6 喷雾干燥技术

喷雾干燥是利用雾化器将料液分散为细小的雾滴并在热干燥介质中迅速蒸发溶剂形成干粉产品的过程[37]。Jangam等[38]研究表明，喷雾干燥中温度越高、空气流速越大，6-姜酚保留率降低。叶春苗[39]以新鲜生姜为材料，在进口温度120 ℃、进料速率20%条件下进行喷雾干燥，确定麦芽糊精与环糊精质量比11.00∶1.47时品质最佳，姜粉得率8.30%。潘少香等[40]用气相色谱和质谱联用技术（GC-MS）检测鲜姜及热风干燥、喷雾干燥所得生姜样品中挥发性香气物质，在鲜姜样品中检测到44种香气物质，热风干燥全姜粉中检测到38种，喷雾干燥全姜粉中检测到36种；通过主成分分析综合评价不同干燥方式生姜样品中挥发性香气成分质量，结果表明，喷雾干燥全姜粉仅次于鲜姜样品，优于热风干燥。

喷雾干燥可将液体物料直接转化为粉末，成品水溶性好，工序简单，干燥工艺经济便捷、时间短、耗电量低，其成本仅为冷冻干燥的20%～25%[41]。

2 联合干燥技术

2.1 微波-热风联合干燥技术

微波-热风联合干燥是指将微波与热风同时作用于待干燥的物料，借助热风能有效地去除物料其表面的自由水分，同时利用微波加热使物料中的水分快速排出以达到干燥目的[42]。徐艳阳等[43]通过响应面法优化姜片的热风-微波联合干燥工艺，在姜片厚度4 mm、前期热风温度67 ℃、转换点含水率36%、后期微波功率119 W条件下，总干燥时间177 min，脱水姜片姜辣素含量2.04%±0.031%。An等[30]将鲜姜片置于脉冲比2条件下，干燥后脉冲比6，干燥至终点，整个过程辅以热风干燥，干制品中6-姜酚含量3.44 mg/g，为鲜姜含量的58.2%，整个干燥过程用时1.5 h左右，耗能仅次于微波干燥3.21±0.1 kW·h/g H2O。

微波-热风联合干燥充分发挥两种干燥技术的工艺优势，改善单一热风干燥方式加热速度慢、干燥时间长及单一微波干燥加热不均等缺点，所得成品品质更高[44]。

2.2 微波-真空联合干燥技术

微波-真空联合干燥是指微波干燥与真空干燥联合，利用真空条件使物料在低温下得到干燥[45-46]。Hawlader等[47]研究发现真空干燥中6-姜酚保留量82.8 μg/mL，均高于热风干燥和冷冻干燥。李维新等[48]采用间歇式微波真空干燥糖姜，适宜条件为：微波加热和间歇时间30 s和90 s，功率质量比10～15 W/g，真空度-80 kPa，干燥时间15 min，此条件能有效避免糖姜焦糊和褐变。

微波-真空联合干燥具有干燥速度快、时间短、物料温度低等优点，能较好保留物料营养成分及改善干制品干燥品质；微波可以深入物料内部，克服真空状态下常规热传导速率慢的缺点，能有效提高生产效率，节约能源，易实现连续自动化生产，可有效解决食品干燥过程中产品品质与经济效益之间矛盾[49]。

3 展望

近年来，中国生姜产量连年攀升，腐败量随之增加。市场上的生姜精深加工产品较少，主要以姜片、姜粉和姜脯为主。当前中国生姜干制产业以热风干燥加工为主，产业中存在能耗高、耗时长、风味物质损失严重等问题。研究生姜的高效节能干制技术和工艺，最大化保持生姜功能成分的同时实现节能降耗是今后生姜干制过程的重要研究方向。联合干燥工艺可将多种干燥技术优势互补，提高干燥效率和干制品品质，是生姜干制技术研究的重点方向。同时，研究与太阳能、地热能、风能等新型能源相结合的新型干燥方式是生姜干制的重要发展方向。此外，开展干燥过程中的风味、功能成分的保持技术研究与干燥动力学研究，最大程度保护生姜中的功能成分和风味物质，实现生姜干制品的优质优价，从而提高生姜产业加工水平。