大蒜干燥技術(shù)研究進(jìn)展

郝啟棟，宮明杰，盧曉明*

(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，山東 泰安 271018；2.龍大食品集團(tuán)有限公司，山東 煙臺(tái) 265200)

大蒜是百合科蔥屬調(diào)味蔬菜[1]，含有礦物質(zhì)、氨基酸、碳水化合物、脂肪、膳食纖維等營(yíng)養(yǎng)成分和大蒜素類活性成分[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]。中國(guó)的大蒜種植面積居世界首位，占世界總種植面積的1/3[4]。

2017年大蒜產(chǎn)量達(dá)到了632.80萬噸。目前，每年近30%的大蒜由于微生物呼吸作用在貯藏過程中品質(zhì)發(fā)生劣變。大蒜深加工是提高大蒜利用的有效途徑，目前的加工方式有脫水干燥技術(shù)、提取技術(shù)、防綠變技術(shù)、脫臭技術(shù)等[5]。其中，大蒜脫水干燥技術(shù)是大蒜長(zhǎng)期保存常用的有效加工方法，不僅可以保留大蒜原有的風(fēng)味，同時(shí)可抑制微生物的生長(zhǎng)繁殖[6]，從而延長(zhǎng)保藏時(shí)間，增加產(chǎn)品的附加值。

目前工業(yè)生產(chǎn)中常用的大蒜干燥技術(shù)有熱風(fēng)干燥、微波干燥、熱泵干燥等。隨著技術(shù)的進(jìn)步，一些聯(lián)合干燥技術(shù)逐步應(yīng)用于食品行業(yè)中。本文對(duì)大蒜的干燥技術(shù)和進(jìn)展了進(jìn)行總結(jié)，為大蒜干燥的進(jìn)一步研究提供了依據(jù)。

1 大蒜干燥技術(shù)的研究現(xiàn)狀

1.1 熱風(fēng)干燥

熱風(fēng)干燥是用風(fēng)機(jī)將熱空氣吹入烘干室內(nèi)，使樣品表面的水分汽化，從而達(dá)到干燥的效果[7]。郭浪等[8]通過正交實(shí)驗(yàn)得到大蒜的熱風(fēng)干燥最優(yōu)工藝條件，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為84.8%，預(yù)處理和梯度干燥結(jié)合的產(chǎn)品品質(zhì)優(yōu)于單一熱風(fēng)干燥。李瑜等通過響應(yīng)面分析得到最佳熱風(fēng)干燥工藝為：干燥溫度45 ℃，蒜片厚度2.7 mm，大蒜素含量會(huì)隨著干燥溫度的升高而降低，在該工藝下得到的蒜片硫代亞磺酸酯含量為13.5096 mg/g。

熱風(fēng)干燥具有操作簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)熱風(fēng)干燥也有干燥時(shí)間長(zhǎng)、能耗大、干燥后產(chǎn)品的復(fù)水性和風(fēng)味差等缺點(diǎn)。因此，為了提高熱風(fēng)干燥制品的品質(zhì)和效率，可展開優(yōu)化干燥工藝參數(shù)或者與其他干燥技術(shù)聯(lián)用。

1.2 熱泵干燥技術(shù)

熱泵干燥是利用制冷劑吸熱和放熱，將濕熱空氣變成低溫干空氣，從而完成干燥的過程[9]。閆丹丹[10]通過正交實(shí)驗(yàn)得到熱泵干燥大蒜的最優(yōu)工藝為：裝樣量2.0 kg/m2,切片厚度3 mm，干燥溫度50 ℃。該工藝下得到的大蒜復(fù)水率為2.59，大蒜素保留率為54.8%。姜啟興等[11]將裝載量、干燥溫度和干燥風(fēng)速作為實(shí)驗(yàn)單因素，得到熱泵干燥蒜片的最優(yōu)工藝：干燥溫度65 ℃，干燥風(fēng)速1.8 m/min，裝載量2.6 kg/m2,干燥時(shí)間6.0 h。該工藝條件下得到的蒜片的含水量均值為5.6%，顏色與干燥前的蒜片相差不大，形狀完整，復(fù)水率為91.66%，理化指標(biāo)均滿足出口指標(biāo)。

熱泵干燥具有高效、環(huán)保節(jié)能、產(chǎn)品品質(zhì)好等優(yōu)點(diǎn)。在相同的干燥溫度下，熱泵干燥比傳統(tǒng)干燥節(jié)省60%～80%的能耗，在色澤和風(fēng)味上，熱泵干燥后的農(nóng)產(chǎn)品比傳統(tǒng)干燥方式的保存性更好[12]。熱泵干燥存在干燥時(shí)間長(zhǎng)、變溫運(yùn)行較困難和占地空間大等缺陷。

1.3 微波干燥

微波干燥的原理是樣品中的水分能夠?qū)⑽盏奈⒉ㄞD(zhuǎn)化成熱能，進(jìn)而使樣品的溫度升高，達(dá)到干燥的效果。Sharma等[13]對(duì)大蒜在微波對(duì)流干燥中水分的遷移情況進(jìn)行了研究，微波功率的范圍為10～40 W，風(fēng)速為1.0～2.0 m/s，溫度范圍為40～70 ℃。結(jié)果表明限制微波干燥的主要因素是水分?jǐn)U散，同時(shí)發(fā)現(xiàn)有效水分?jǐn)U散率在1.29×10-10～31.68×10-10m2/s范圍時(shí)，隨著微波功率的增加干燥速率也增加。文獻(xiàn)[14]通過提高微波功率(180,360,540 W)，蒜泥的干燥時(shí)間從8.5 h降到了4 min，并發(fā)現(xiàn)Page模型更適合擬合微波干燥過程，并利用Arrhenius型方程計(jì)算微波干燥的活化能為21.96 W/g。

微波干燥具有加熱均勻、操作簡(jiǎn)便、干燥效率高、對(duì)大蒜顏色有較好保護(hù)以及能耗相對(duì)較低等優(yōu)點(diǎn)，但存在溫控不靈敏、產(chǎn)品易發(fā)生形變、不好控制干燥終點(diǎn)，容易干燥過度等缺點(diǎn)[15]。

1.4 紅外干燥

紅外干燥的原理是將電磁波的頻率與樣品中水分子的頻率設(shè)置一致，水分子振動(dòng)使樣品升溫，進(jìn)而完成樣品干燥[16]。Thuwapanichayanan等[17]用遠(yuǎn)紅外輻射輔助熱泵干燥大蒜，再與傳統(tǒng)熱風(fēng)干燥比較，熱泵干燥和熱風(fēng)干燥溫度為50 ℃，遠(yuǎn)紅外輻射輔助熱泵干燥的功率為250,350,450 W。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，干燥后的大蒜中的大蒜素含量并沒有因干燥功率的增加而增加，與未處理的新鮮大蒜中的大蒜素含量相近，比熱泵和熱風(fēng)干燥損失的大蒜素少，而且紅外干燥的干制大蒜色澤最好。Younis等[18]設(shè)置紅外輻射強(qiáng)度范圍為0.075～0.3 W/cm2，空氣流速范圍為0.75～1.25 m/s，結(jié)果表明蒜片隨紅外強(qiáng)度的增加和空氣流速的降低，干燥速率增加，Henderson和Pabis模型能夠擬合大蒜的紅外干燥曲線，使用Fick擴(kuò)散方程獲得有效水分?jǐn)U散系數(shù)，范圍為5.837×10-11～7.663×10-10m2/s。

紅外干燥具有干燥效率高、操作便捷、升溫快、品相好和干燥均勻等優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)為干燥的設(shè)備昂貴、能耗較大，導(dǎo)致干制品的成本升高。

1.5 噴霧干燥

噴霧干燥是將物料的霧滴與熱空氣接觸，瞬間使水分汽化，從而完成物料干燥的過程。張培旗等[19]用正交實(shí)驗(yàn)得到了噴霧干燥大蒜粉的最優(yōu)工藝：可溶性固形物含量18%，β-環(huán)糊精含量6%，熱風(fēng)溫度210 ℃，進(jìn)料速度28 mL/min。該工藝條件下得到的黑蒜粉溶解性好、蒜香味濃、不沾壁。Balasubramani等[20]使用麥芽糖糊精作為壁材料，通過噴霧干燥技術(shù)將大蒜素微膠囊化，用響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)對(duì)進(jìn)風(fēng)溫度、壁材料濃度和核心材料濃度進(jìn)行了優(yōu)化，得到最優(yōu)工藝：進(jìn)風(fēng)溫度202 ℃，壁材料濃度60%，核心材料濃度10%，制得的微膠囊中的大蒜素含量為94.02%，干基含水量為4.62%。

噴霧干燥得到的產(chǎn)品具有復(fù)水性好、營(yíng)養(yǎng)成分破壞少、含水量低和溶解性好等優(yōu)點(diǎn)，而且噴霧干燥設(shè)備操作簡(jiǎn)便。但噴霧干燥也存在一些不足，例如設(shè)備昂貴、能耗大、占地面積大等[21]。

1.6 真空冷凍干燥技術(shù)

真空冷凍干燥是將凍結(jié)的樣品放到真空環(huán)境中，使用升華原理使樣品完成干燥[22]。劉業(yè)鳳等[23]對(duì)真空冷凍干燥蒜丁生產(chǎn)的能耗進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)單位除濕量能耗為0.32 kg/(kW·h)，單位脫水量能耗為1.19(kW·h)/kg。凍干溫度若從-35 ℃調(diào)節(jié)到-33 ℃，能夠節(jié)約400 kW·h的電量，若把真空度從100 Pa調(diào)整到130 Pa，能夠節(jié)約48 kW·h的電量，表明降低溫度和增加真空壓力可以減少凍干蒜丁過程中的能耗。胡晗艷等[24]通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)得到黑大蒜粉的真空冷凍干燥的最優(yōu)工藝：預(yù)凍溫度-18 ℃，預(yù)凍時(shí)間12 h，打漿時(shí)料液比為1∶5，蒜漿裝盤厚度6 mm，真空度30～100 Pa，溫度60 ℃，時(shí)間2 h，在該工藝下得到黑大蒜粉總酚保留率為96.1%。

真空冷凍干燥能夠很好地保留大蒜的風(fēng)味、色澤和質(zhì)構(gòu)，還能抑制微生物的生長(zhǎng)繁殖。但是真空冷凍干燥也存在能耗大、干燥時(shí)間長(zhǎng)、凍干設(shè)備昂貴等缺陷[25]。因此，將真空冷凍干燥技術(shù)與其他干燥技術(shù)相結(jié)合，合理地優(yōu)化參數(shù)，利用真空冷凍干燥的優(yōu)點(diǎn)，來提高干燥速度，降低干燥過程中的能耗，具有重要的實(shí)際意義。

2 聯(lián)合干燥技術(shù)

聯(lián)合干燥技術(shù)是把兩種或兩種以上的單一干燥技術(shù)的優(yōu)勢(shì)相結(jié)合共同完成對(duì)樣品的干燥。常見的有微波熱風(fēng)聯(lián)合干燥、真空冷凍和微波聯(lián)合干燥、熱風(fēng)熱泵聯(lián)合干燥，微波真空串聯(lián)聯(lián)合干燥、聯(lián)合干燥技術(shù)具有節(jié)能、提高干燥速度、提高產(chǎn)品質(zhì)量、環(huán)保等特點(diǎn)，是干燥行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)[26]。

2.1 微波與熱風(fēng)串聯(lián)式聯(lián)合干燥

微波干燥具有環(huán)保、干燥均勻、能耗低以及干燥速度快等優(yōu)點(diǎn)，熱風(fēng)干燥具有裝樣量大、成本低和操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。微波與熱風(fēng)聯(lián)合干燥是將微波與熱風(fēng)的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合，分階段對(duì)物料進(jìn)行干燥。李湘利等[27]通過正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化，得到微波-熱風(fēng)聯(lián)合干燥大蒜粒的最優(yōu)工藝為：微波功率密度9.2 W/g，轉(zhuǎn)換點(diǎn)干基含水量1.200 g/g，熱風(fēng)溫度60 ℃，終點(diǎn)水分含量0.100 g/g，得到干制蒜粒的大蒜素含量為0.956 mg/g，白度83.130，感官評(píng)分83.00，復(fù)水比2.699，與單一的微波干燥和熱風(fēng)干燥相比，微波-熱風(fēng)干燥得到的干制蒜粒大蒜素含量更高，耗時(shí)更短，品相更好。Sharma等[28]在40,50,60,70 ℃的溫度下，以1.0，2.0 m/s的風(fēng)速，使用40 W的連續(xù)微波功率，對(duì)大蒜進(jìn)行微波-熱風(fēng)聯(lián)合干燥，并在60 ℃和70 ℃以及2.0 m/s的風(fēng)速下進(jìn)行單一熱風(fēng)干燥，得出在干燥時(shí)間上熱風(fēng)干燥比熱風(fēng)微波聯(lián)合干燥多80%～90%，熱風(fēng)微波聯(lián)合干燥的蒜瓣風(fēng)味和色澤都好于單一熱風(fēng)干燥。

2.2 微波真空干燥

微波真空干燥是一種并聯(lián)式干燥技術(shù)，將微波干燥與真空干燥相結(jié)合，具有對(duì)物料中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)破壞小、產(chǎn)品的質(zhì)量好、環(huán)保、干燥速度快、占地少等優(yōu)點(diǎn)。Adam[29]考察了240,480,720 W 3個(gè)微波功率下的微波真空聯(lián)合干燥效果，真空中的蒜片溫度達(dá)到了50 ℃，蒜片在干燥終點(diǎn)的水分含量為0.6 g/g，720 W微波下的脫水蒜片蒜素保留性好，比新鮮蒜片的顏色深；同時(shí)發(fā)現(xiàn)干燥速率隨功率的增加而增加，符合S形函數(shù)擬合的干燥過程。微波真空干燥有滅菌的效果，在果蔬干制方面有巨大的潛力。

2.3 真空冷凍和微波真空聯(lián)合干燥

真空冷凍和微波真空聯(lián)合干燥具有營(yíng)養(yǎng)損失少、復(fù)水率高、產(chǎn)品品質(zhì)好、干燥速度快和能耗低等優(yōu)點(diǎn)。單心心[30]通過正交實(shí)驗(yàn)得到真空冷凍和微波聯(lián)合干燥的最優(yōu)工藝：兩層蒜粒，水分轉(zhuǎn)換點(diǎn)30%，微波功率420 W，得到真空冷凍和微波真空串聯(lián)聯(lián)合干燥大蒜粒的品質(zhì)與真空冷凍干燥蒜粒的品質(zhì)相近，且干燥速度快、能耗低于傳統(tǒng)真空冷凍干燥；通過對(duì)真空冷凍和微波聯(lián)合干燥的動(dòng)力學(xué)進(jìn)行研究，選取了Henderson and Pabis，Page，Lewis 3種模型對(duì)聯(lián)合干燥中的水分含量變化進(jìn)行模擬，結(jié)果表明Page模型的擬合效果最優(yōu)。

3 展望

我國(guó)干制大蒜行業(yè)仍以熱風(fēng)干燥為主，熱風(fēng)干燥操作簡(jiǎn)便、成本低，應(yīng)用廣泛，但存在耗時(shí)長(zhǎng)，產(chǎn)品品質(zhì)差等問題，已無法滿足行業(yè)要求。大蒜干燥技術(shù)的發(fā)展方向應(yīng)以高效、節(jié)能、品質(zhì)為核心，將兩種或兩種以上的干燥技術(shù)相結(jié)合，發(fā)揮各技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，彌補(bǔ)單一干燥技術(shù)的不足；同時(shí)深入研究干燥理論，完善干燥模型，改進(jìn)設(shè)備，優(yōu)化工藝參數(shù)。通過整合現(xiàn)有干燥技術(shù)以及研發(fā)新的干燥方法，來提高干制大蒜的品質(zhì)，同時(shí)達(dá)到提高干燥效率和降低能耗的目的。