生姜護色及熱風干燥工藝條件優(yōu)化

王雪，位思清，李寧陽，喬旭光，唐曉珍*

(1.山東農業(yè)大學 食品科學與工程學院，山東 泰安 271018；2.山東外貿職業(yè)學院，山東 泰安 271000)

生姜，草本植物的新鮮根莖，具有辛辣香，是生活中不可或缺的調味品，作為原料在醫(yī)藥、化妝工業(yè)領域也獲得廣泛應用[1,2]。生姜中含有豐富的營養(yǎng)活性物質，姜辣素和姜精油具有一定的抑菌效果[3]，姜辣素也可做強心劑，還具有抗炎鎮(zhèn)痛的功效[4]。中國是世界上生姜栽培面積最大且生產總量最多的國家[5]，年產量約占世界產量的45%[6]。生姜可做調味品，也可沖泡做茶飲用，其干制品易于儲存運輸，在干制過程中其活性成分及色、香、味易受溫度影響，所以要選擇合適的護色技術和烘干技術。

在生姜的加工制備過程中可能存在酚類的氧化、金屬離子的絡合反應等，影響生姜制品的品質。由于亞硫酸氫鈉在護色的過程中釋放SO2對人體存在極大的危害[7]，其他單一護色劑難以達到亞硫酸氫鈉的效果，多種護色劑的結合使用則有著全面高效的護色效果，本實驗重點選擇無硫護色劑的最佳配方。

對于果蔬品的干燥方法較多，真空冷凍法較好地保留了物料原有的營養(yǎng)成分，但生產成本高；噴霧干燥溫度較高，對物料的色澤、氣味影響大[8]；微波干燥是物料極性分子運動摩擦產熱使水分蒸發(fā)[9]，對揮發(fā)性活性物質破壞性大。廖芬[10]研究表明，熱風干燥的姜粉水合能力好，姜油、姜酮含量略低于冷凍干燥，無顯著性差異。熱風干燥成本低，操作簡單，易于推廣控制[11]，應用廣泛。控制干制品水分含量在8%以下可達到很好的貯藏效果[12]，故本實驗采用熱風干燥法進行工藝條件優(yōu)化研究。

目前生姜干制品的社會需求量、生產量、出口量越來越大，多家干制企業(yè)來咨詢生姜干制中的無硫護色和功效成分保護技術。本文針對企業(yè)存在的主要問題，重點研究姜絲的無硫護色技術和熱風干燥技術，同時也為后續(xù)的姜絲姜茶、粉狀姜茶、顆粒姜茶的加工技術研究提供合格的干姜絲。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

新鮮生姜：山東琨福農業(yè)科技有限公司提供的濰坊生姜。

1.2 實驗試劑

氯化鈣、檸檬酸、無水乙醇：天津市凱通化學試劑有限公司；殼聚糖、抗壞血酸：東北制藥集團股份有限公司；乙二胺四乙酸二鈉：河南千志商貿有限公司；海藻酸鈉：青島明月海藻集團有限公司；L-半胱氨酸：北京索萊寶科技有限公司；愈創(chuàng)木酚：國藥集團化學試劑有限公司；香草醛：天津市百世化工有限公司。

1.3 主要儀器

低速離心機 上海安亭科學儀器廠；紫外可見分光光度計 廣州億鑫生物科技有限公司；打漿機 九陽股份有限公司；電熱恒溫干燥箱 山東省龍口市電爐制造廠；粉碎機 上海嘉定糧油儀器有限公司；標準檢驗篩 浙江省上虞縣紗篩廠；數(shù)顯恒溫水浴鍋 常州智博瑞儀器制造有限公司；電子天平 上海上平儀器有限公司。

1.4 方法

1.4.1 原料處理

本實驗選擇無腐爛、肉質肥厚的新鮮生姜作為實驗原料，將新鮮生姜用清水洗凈，去掉污泥，切成約3～4 mm的姜絲，注意切絲時粗細要均勻。

1.4.2 生姜的護色

采用不同的護色條件，以不同處理方式對姜絲進行處理后，用原料姜2～3倍量的護色液對姜絲進行護色處理，浸入不同化學抑制劑溶液中浸泡，對姜絲進行護色處理，取出后用流動水沖洗，瀝干姜絲表面水分。護色劑的濃度為護色劑的質量與水體積的百分比(W/V)。本實驗通過對比選取幾種具有代表性的不同最佳無硫護色方法對姜絲進行護色處理(見表1)，并測定褐色度，確定最佳護色方法。

表1 不同最佳護色方法Table 1 Different optimal color protection methods

1.4.3 生姜的干燥

將護色處理好的姜絲放入熱風烘干機中采用不同的干燥溫度對姜絲進行干燥處理，使姜絲水分含量控制在8%以下，將干燥后的姜絲放在干燥器中保存?zhèn)溆谩?/p>

新鮮生姜絲經測定水分含量為91.46%，取500 g新鮮姜絲在50，55，60，65，70 ℃下進行烘干，烘干至易折斷后，以每0.5 h為單位測定1次質量，烘至含水量為8%以下，記錄下烘干時間，然后通過直接干燥法[17]進一步準確測定其水分含量，計算得率，多次測定，確定烘干溫度、時間，分別測定其復水比、容重、姜辣素含量，并通過感官評價確定最佳熱風干燥工藝。

1.5 姜絲品質指標測定

1.5.1 褐色度測定

實驗參考文獻[18，19]的方法稍作改動進行，取待測樣品10 g研磨成勻漿，按1∶10加0～4 ℃蒸餾水，低溫(0～4 ℃)下均漿2 min后過濾，3500 r/min離心5 min，以蒸餾水作空白樣，在420 nm處測定上清液的吸光值，結果以A420表示。數(shù)值越小，褐變度越低。

1.5.2 復水比測定

復水性大小取決于干燥過程對物料的細胞和結構的損傷程度，除去物料本身的性質，原料的干燥方式及干燥參數(shù)對復水性的影響也很大。復水比越大，表示復原效果越好，干燥過程對物料細胞結構的損傷越小，證明此干制品越好。復水比是評價干制品品質的重要指標。

參考王強偉的方法，精密稱取一定量樣品，于50 ℃恒溫水中浸泡12 h，取出后瀝干，擦拭干表面水分，精密稱定，多次實驗取平均值，姜絲復水性用復水比表示：

1.5.3 容重測定

容重指單位體積的物料質量。將干制姜絲粉碎后過80目篩，將樣品慢慢倒入小量筒中，加到1 mL體積時，稱得樣品重量，得容重，測定3次。

1.5.4 姜辣素測定

1.5.4.1 香草醛標準曲線的繪制

精確稱取香草醛標準品，用無水乙醇溶解、稀釋、定容得濃度為2，4，6，8，10，12 μg/mL的標準溶液，以無水乙醇作空白，在280 nm處測定其吸光度值A。以香草醛質量濃度為橫坐標，吸光度值為縱坐標繪制標準曲線，求得回歸方程為y=0.0746x-0.0004，R2=0.9996。式中：x為標準溶液香草醛的濃度(μg/mL)，y為香草醛在280 nm波長處測定的吸光值。根據(jù)香草醛標準曲線可計算出樣品溶液中的姜辣素含量。香草醛標準曲線見圖1。

圖1 香草醛標準曲線Fig.1 Standard curve of vanillin

1.5.4.2 姜絲中姜辣素含量的測定

本實驗參考朱恩俊[20]的方法并稍作改動，采用紫外分光光度法測定姜絲中的姜辣素含量。將姜絲粉碎過80目篩，精確稱取生姜粉0.5 g，用無水乙醇定容至100 mL，搖勻后準確稱重；60 ℃水浴30 min，冷卻至室溫后，用無水乙醇補足失重后搖勻，過濾收集續(xù)濾液，得樣品提取液。精確吸取樣品提取液4 mL，于25 mL容量瓶中，無水乙醇定容、搖勻，制得樣品供試液，在280 nm處以無水乙醇作空白，測定得吸光度值A。

樣品中的姜辣素類化合物含量：

式中：C為將測定的吸光值A代入回歸方程中求出的香草醛濃度，μg/mL；2.001為將香草醛換算成姜辣素的換算系數(shù)；V1為樣品供試液的總體積，mL；V0為樣品提取液的總體積，mL；V2為制備供試液時吸取的樣品提取液的體積，mL；W為樣品重，g。

1.5.5 感官指標制定

以色澤、氣味、滋味等為指標，參照NYT 1073—2006《脫水姜片和姜粉》中姜片評審方法對不同溫度下的干制姜絲進行評價，評分項目以及評分標準見表2。由10位提前經過培訓的食品專業(yè)學生組成感官評定小組，依據(jù)表2對姜絲及沖水樣液進行感官評定，取平均值得感官評分。

表2 姜絲品質感官評分標準Table 2 Sensory evaluation standard of ginger silk quality

續(xù) 表

1.6 數(shù)據(jù)處理

由于本實驗選擇復水比、姜辣素含量、感官評價等作為影響指標，屬于多指標優(yōu)化實驗設計，對實驗數(shù)據(jù)從多方面考慮分析，因此選擇綜合評分法中的排隊評分法[21]來解決多指標優(yōu)化的問題。實驗數(shù)據(jù)采用Excel 2010、SPSS 16.0數(shù)據(jù)處理軟件對所得數(shù)據(jù)進行繪圖處理和比較分析(P<0.05為顯著性差異)。

2 結果與分析

2.1 不同護色方法對姜絲褐變程度的影響

圖2 不同護色方法姜絲的褐變程度Fig.2 Browning degree of ginger silk by different colorprotection methods

注：不同字母代表不同濃度之間存在顯著性差異(P<0.05)。

由圖2可知，1～6組姜絲褐變均隨時間加長而不同程度地加重，72 h內呈現(xiàn)不同程度的褐變，吸光度值越大，褐變越嚴重。1～5處理組在剛處理后褐變程度與對照組相差較大，可能是由于燙漂處理以及 EDTA二鈉、檸檬酸等與多種金屬離子絡合抑制姜絲褐變起到多重護色效果。其中1，4，5組吸光度值較低，說明褐變程度低，但4，5組護色劑添加量高，成本為其他護色劑成本的2～3倍，操作過程中難溶解，而隨時間加長，1組褐變程度相對較小，可能是由于L-半胱氨酸對生姜中的多酚氧化酶的抑制效果較好。所以選擇1組進行姜絲護色，即0.3%VC、0.5%檸檬酸、0.4% L-半胱氨酸護色5 min。

2.2 達到安全含水量的干燥條件

表3 達到安全含水量的干燥指標Table 3 Drying indexes of reaching safe moisture content

由表3可知，姜絲分別在50 ℃ 8.5 h，55 ℃ 7.5 h，60 ℃ 7.0 h，65 ℃ 6.5 h，70 ℃ 5.0 h條件下達到安全含水量8%以下要求，后續(xù)對這些條件下的姜絲進行多指標測定，選擇合適的烘干條件。

2.3 不同干燥溫度下姜絲的指標

2.3.1 干燥溫度對姜絲復水比的影響

圖3 不同干燥溫度下姜絲的復水比Fig.3 Rehydration ratio of ginger silk at different drying temperatures

注：不同字母代表不同濃度之間存在顯著性差異(P<0.05)。

由圖3可知，隨著溫度的升高，姜絲的復水比呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢，當溫度達到55 ℃時，姜絲的復水比達到最大，為8.12。低溫和高溫姜絲的復水比都較低，可能是由于低溫干燥時間過長和高溫溫度過高，使其干燥過程對物料表面的細胞和結構造成的破壞程度都較高，細胞組織脫水干縮通道破壞，內部水分不能更好地脫除，增加了干燥后物料的復水難度[22]，使物料復原效果變差，復水比變低，因此從復水效果看，選用55 ℃烘干條件較好。

2.3.2 干燥溫度對姜絲容重的影響

圖4 不同干燥溫度下姜粉的容重Fig.4 Bulk density of ginger powder at different drying temperatures

注：不同字母代表不同濃度之間存在顯著性差異(P<0.05)。

由圖4可知，過80目篩的姜粉的容重在溫度為55 ℃時最小，為0.209 g/mL；當溫度為65 ℃時，姜粉的容重最大，為0.264 g/mL。可能是由于不同干燥溫度條件下的姜絲，干燥一定的時間后水分含量不同，水分吸附在纖維內部，水分含量高，其容重也較高。在50，55，70 ℃時姜粉容重無顯著性差異(P>0.05)，由于70 ℃后持續(xù)高溫或50 ℃長時間低溫干燥都會使水分含量降低，容重減少，但高溫或低溫長時間干燥都會造成姜絲感官品質和其他品質的下降。容重越小，越干燥，越易保藏，所以從容重方面看，在50～70 ℃條件下，55 ℃最好。

2.3.3 干燥溫度對姜絲姜辣素含量的影響

圖5 不同干燥溫度下姜絲的姜辣素含量Fig.5 Content of gingerols in ginger silk at different drying temperatures

注：不同字母代表不同濃度之間存在顯著性差異(P<0.05)。

由圖5可知，姜辣素含量隨溫度升高呈先升后降的趨勢，且各組間姜辣素含量具有顯著性差異(P<0.05)。60 ℃之前在不同干燥溫度下，隨溫度降低，姜辣素含量降低，可能是由于干燥時間的加長，姜辣素含量下降。在60 ℃時姜辣素含量最高，其吸光度值為0.660，計算得姜絲中的姜辣素含量為2.214%。超過60 ℃后，由于溫度過高，C4和C5的羥基一起脫水形成姜烯酚間的碳碳鍵斷裂形成姜酮和相應的醛，導致姜辣素因降解而含量下降，所以從保持姜辣素含量方面宜選擇60 ℃進行烘干。

2.3.4 干燥溫度對姜絲感官評價的影響

采用表2的感官評分方法，對不同溫度烘干條件下的姜絲及沖泡樣液進行色、香、味的評價，結果見圖6。

圖6 不同干燥溫度下姜絲的感官評分Fig.6 Sensory evaluation of ginger silk at different drying temperatures

注：不同字母代表不同濃度之間存在顯著性差異(P<0.05)。

由圖6可知，隨著溫度升高，色澤、滋味、形態(tài)、總體評分均呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，氣味評分隨溫度升高而緩慢升高。在溫度65 ℃干燥條件下，感官評價的總分最高，為79.14分，與其他溫度下的感官評價總分存在顯著性差異(P<0.05)，其中65 ℃時其色澤、形態(tài)評分也最高，分別為22.57，11.14分，而滋味評分在55 ℃時最高，為23.86分?？傮w來看，65 ℃干燥條件下姜絲感官評價較好。

2.3.5 干燥溫度對姜絲最終評分的影響

由于本實驗選擇姜辣素含量、感官性能、復水比及容重作為影響指標，屬于多指標優(yōu)化實驗，故對實驗結果的分析應從各方面考慮，綜合決定影響因素。本文選擇“綜合評分法”中的“排隊評分法”來解決多指標問題。在實驗結果中，對于姜辣素含量指標，第3號實驗為2.214%，排在第一名，給10分；第5號實驗為1.768%，排在最后，給1分。對其他號實驗各指標值的得分，視其與該指標優(yōu)秀值的差異按比例打分，具體計算方法見下式。其他3個指標都按相同方法評分，然后對每號實驗的所有指標的分數(shù)相加即得綜合評分。

式中：DFij為第i號實驗的第j個指標值的得分(i=1，2，…5；j=1，2，3，4)，λ為比例系數(shù)，yyj、ycj分別為第j個指標中的最優(yōu)值及最差值，yij為第j個指標中的最優(yōu)值以及最差值以外的其他值。

圖7 不同干燥溫度下姜絲最終評分Fig.7 Final score of ginger silk at different drying temperatures

注：不同字母代表不同濃度之間存在顯著性差異(P<0.05)。

由圖7可知，由于本實驗選用多指標作為考察因素，綜合復水比、容重、姜辣素含量和感官評價分數(shù)多項指標考慮，綜合兼顧各個因素，使用排隊評分法總分共計40分。其綜合得分隨溫度升高先增加再降低，最終得到最佳熱風干燥的工藝條件為55 ℃、7.5 h，排在第一名，得分為32.52分。此時，姜絲色澤較好，感官評分為75.43分，復水比為8.12，容重為0.209 g/mL，姜辣素含量為2.000%。

3 結論

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劑護色后進行55 ℃、7.5 h熱風烘干技術的品質最好，此時姜絲色澤均勻，呈淡黃色，姜辣素含量為2.000%。