花椒干燥技術研究進展

楊森，陳鴻平，劉友平，陳林，楊雨曦

(1.成都中醫藥大學 藥學院，成都 611137；2.四川西部國際技術轉移中心，成都 611137)

花椒(Zanthoxylumbungeanum)是蕓香科(Rantaceace)花椒屬(ZanthoxylumL.)植物[1]。它被譽為“中國八大調味品”之一，一直受到廣大消費者的喜愛[2]。花椒中還含有揮發油、黃酮、生物堿等活性成分[3-5]。我們通常所提到的花椒主要是指：花椒(ZanthoxylumbungeanumMaxim.)、野花椒(Zanthoxyluymsimulans)、川陜花椒(ZanthoxylumpiasezkillMaxim.)、竹葉花椒 (Zanthoxylumarmatum) 、青花椒(Zanthoxylumschinifolium) 5個種，主要分布在我國四川、重慶、陜西、山西、河南、河北、甘肅一帶[6]。鮮花椒采摘后如果不及時進行處理，極易發生褐變長霉的情況，影響其經濟價值和品質。當花椒的含水量小于11%時，可以有效地防止花椒生霉，延長花椒的貯藏時間。干燥作為花椒加工的一種重要方式，能夠有效地降低花椒中的含水量，高品質、低能耗、低成本的干燥工藝是花椒干燥工藝的研究重點。

現有的在花椒干燥加工中常用的干燥前預處理方法主要有兩種，即燙漂預處理和化學試劑預處理；常用的干燥技術有熱風干燥、微波干燥、真空干燥、熱泵干燥等，本文就花椒的干燥前預處理方法、干燥技術、干燥動力學的研究現狀及其發展趨勢進行了簡要的綜述，以期為花椒干燥產業的發展提供參考依據。

1 花椒干燥前預處理

干燥前預處理技術是指采用物理、化學、生物等方法對即將干燥的物料進行前處理，以達到提高外觀和營養品質，加快干燥速度，延長保質期等目的[7]。

1.1 燙漂預處理

燙漂處理即使用溫度較高的熱水、沸水或者蒸汽，加熱需要干燥的原料；目前研究報道的花椒燙漂預處理方法有3種：熱水燙漂、蒸汽燙漂、微波燙漂。適當

的燙漂處理可以達到清潔花椒表面雜質，抑制花椒褐變的相關酶的活性，提升花椒感官品質的效果。鄭嚴[8]研究表明大紅袍花椒在50 ℃的條件下處理5 min，可以完全消除花椒表面的黏油性物質。吳素玲等[9]研究表明通過2 min的蒸汽殺青后花椒揮發油中的檜烯(sabinene)和D-檸檬烯(D-limonene)等烯類成分比例有所下降，但揮發性成分含量排序基本不變。楊兵等[10]研究表明汽蒸處理可以顯著地提高花椒的感官評分，且汽蒸處理對花椒中的麻味物質和揮發油含量無顯著性的影響。姚佳[11]以揮發油含量為響應值對花椒的汽蒸處理進行響應面優化，表明當蒸汽壓力為0.35 MPa,蒸汽處理時間為13.00 s，載料量為2720.00 g/m2時，花椒中的揮發油含量最高(0.39 mL/20 g)。楊凌等[12]研究表明以420 W的微波功率，燙漂青花椒40 s，可以滅活花椒中大部分多酚氧化酶(polyphenol oxidase，PPO)和過氧化物酶(peroxidase，POD)，提高青花椒的品質。綜上分析認為燙漂處理能夠有效地提升花椒的感官品質，對花椒褐色的相關酶的活性也有很好的抑制作用，且對花椒的成分無顯著性的影響。

1.2 化學試劑預處理

化學試劑預處理即通過使用某些化學試劑，達到溶解物料表面的臘質層，改變物料的表皮結構，加快干燥速度的目的；此外，化學試劑還可以起到控制微生物生長、抑制酶促褐變等作用。在花椒的干燥中，化學試劑預處理的方法對花椒的感官品質可以起到很好的提升作用，張甫生等[13]選擇抗壞血酸鈉、異抗壞血酸鈉及檸檬酸鈉3種常用護色劑與微波干燥結合處理，當異抗壞血酸鈉的添加量為0.4%時，與單用微波干燥相比，a值(-5.26)更小，顏色更綠。與燙漂預處理相同，化學試劑也可以起到抑制花椒褐色的相關酶的活性的作用，姚佳研究表明青花椒的PPO活性和褐變顯著相關，而化學試劑對青花椒中PPO活性的抑制能力大小依次為抗壞血酸>檸檬酸>亞硫酸氫鈉>草酸>醋酸鋅>乙二胺四乙酸二鈉>氯化鈉。化學試劑雖然同樣可以起到提升花椒感官品質的作用，但其添加量的控制，殘留量對人體健康的影響，對環境的影響是目前所需要考慮的。

2 花椒干燥技術

花椒的干燥是花椒產業中重要的組成部分，適當的干燥技術可以縮短花椒的干燥時間，保證花椒的干燥質量。目前，花椒常用的干燥技術有：自然、熱風、微波、真空等。

2.1 自然干燥

花椒的自然干燥包括風干和日曬。通常在采摘后，將花椒置于室內約1 d，使空氣帶走花椒表面的水分，在陽光較好時，置于室外晾曬1 d即可，晾曬時盡量減少翻轉次數，防止花椒的油泡破裂，對于少部分未爆開的花椒，待干燥完成后用木棒輕敲使之裂開，過篩即可。花椒自然干制的方法簡便，但受光照的影響比較大，容易發生褐變的情況。陳科偉[14]研究表明影響青花椒褐變的因素依次為：光>酶>氧，且油泡破裂組中青花椒的葉綠素降解會加速。徐毅等[15]研究表明光照能引起葉綠素降解，其中紫外光照射的影響最大，此外光照還會降低超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)和POD的活性，引起花椒體內活性氧的產生。汪洋等[16]研究表明光對葉綠素a(chlorophyll a)和葉綠素b(chlorophyll b)降解的影響大小為：紫外光>復合光>藍光>黃光，此外光照也可導致青花椒的脫鎂葉綠酸a(pheophorbide a)不同程度的代謝累積，影響青花椒的色澤。此外，花椒在自然干制的過程中會引起某些成分的改變。朱羽堯等[17]研究表明，曬干和烘干會導致大紅袍花椒中的麻味物質α-山椒素(α-sanshool)的損失，且曬干和烘干會減少大紅袍花椒揮發油中的萜烯類成分，升高醇醛類成分。不同的是，在吳素玲等的研究中風干的青花椒烯類成分有所上升，檜烯和D-檸檬烯比例有所提高，而芳樟醇(linalool)的含量反而下降。自然干燥的方法簡便，無場地的限制，不會污染環境，簡單實用，但受天氣的影響較大，干燥時間較長，且干燥過程中容易造成褐變和成分的改變，已逐漸被其他的干燥方式所取代。

2.2 熱風干燥

熱風干燥是一種使加熱介質和待干燥物體直接接觸，并在一定時間內加熱，以使物料脫水的干燥技術。根據干燥過程溫度是否變化，熱風干燥可分為恒溫熱風干燥和變溫熱風干燥；按照干燥過程中是否有間歇時間，可分為連續熱風干燥和間歇熱風干燥。鄭嚴等研究表明花椒的變溫熱風干燥相較于恒溫熱風干燥，其花椒的質量更好，且其能耗更低和干燥速率更快。周秀梅[18]研究表明恒溫間歇熱風干燥和分階段間歇熱風干燥相比，前者干燥的花椒品質更優，且在干燥能耗和干燥速率上二者無明顯的差別。此外，楊兵等還以色差、能耗等為指標，用響應面法優化了汽蒸處理過后花椒的熱風干燥工藝，結果見表1。熱風干燥簡單易性，和自然干燥相比，不受天氣的影響；且其干燥時間明顯縮短。其中，恒溫間歇熱風干燥和分階段熱風干燥是較好的熱風干燥方法，但它們的能耗和干燥溫度仍是需要重點考慮的因素。

2.3 微波干燥

微波干燥是使物料中的極性物質在電磁波中定向移動，產生熱能，而達到干燥物料的目的[19]。類似于熱風干燥，按照干燥過程是否有間歇時間，可將微波干燥分為連續微波干燥和間歇微波干燥。微波干燥的功率、鋪料厚度、加熱時間、間歇時間都是影響花椒品質的重要因素。王娟等[20]研究表明在連續微波干燥中，影響花椒品質的因素依次為：加熱時間>加熱功率>花椒鋪料厚度；當花椒鋪料厚度為4 cm，功率為480 W時，干花椒的品質最佳。趙超[21]研究表明在間歇微波干燥中，加熱時間同樣是影響干燥能耗和花椒品質最主要的因素，且加熱時間和間歇時間存在交互作用。彭林[22]、祝瑞雪等[23]還以花椒中的揮發油含量、麻味物質、葉綠素等為指標，通過響應面法優化了花椒的微波干燥工藝，結果見表1。此外，微波干燥還會引起花椒香氣成分含量的改變；吳素蕊等[24]研究表明與曬干、陰干、鼓風干燥、非鼓風干燥、紅外線干燥相比，微波干燥的香氣成分更多，且其中的主要香氣成分芳樟醇、檜烯、β-月桂烯(β-myrcene)、α-蒎烯(α-pinene)含量也最高。綜上可知，無論是連續微波干燥還是間歇微波干燥，對花椒品質、能耗等影響較大的都是加熱時間，因此在采用微波干燥時，應注意掌握好加熱時間。與熱風干燥相比，微波干燥的干燥速率更快，干燥后的香氣成分更多，但趙超、張黎驊的研究表明利用微波干燥容易出現局部焦糊的現象,如何提高微波加熱的均勻性是今后工作的研究重點。

2.4 真空干燥

真空干燥是在密閉的干燥容器中，以壓力差和濃度差，使物料中的水分擴散至物料表面，然后被排除的干燥方式。影響真空干燥花椒品質的因素有溫度、真空度、裝載量；羅傳偉[25]研究表明真空干燥中，溫度越高，花椒的色澤越差，但溫度和真空度的升高會使花椒的開口率上升，并對花椒的真空干燥工藝進行了優化，結果見表1，此外，還發現溫度是影響花椒干燥速率、色差、開口率的主要因素，真空度對色差和開口率的影響強于裝載量，但對干燥速率的影響則較弱。因此，在花椒的真空干燥中影響花椒品質的主要因素是溫度，真空度在一定程度上能夠提高花椒的開口率、干燥速率，但干燥能耗、設備成本及其對成分的影響是今后研究所需要考慮的重點。

2.5 聯合干燥

由于花椒干燥的復雜性，單一的干燥技術難以保證花椒產品的質量，故除了不斷地完善各種單一的干燥技術外，將不同干燥工藝的優勢相結合，已經成為干燥技術發展的一種趨勢。李江波等[26]研究表明太陽能-熱泵花椒干燥系統比傳統的花椒干燥系統能耗更低，且干燥效果理想。僅采用微波干燥的效果并不令人滿意，趙超的研究表明將微波干燥和熱風干燥結合在一起，雖然延長了干燥時間，但更容易達到花椒行業標準的特級水平。除此之外，田冰等[27]、王玲等[28]、張黎驊等[29]還對花椒的熱泵-微波干燥、熱風-微波干燥、真空-微波干燥的工藝參數進行了優化，結果見表1。

2.6 其他干燥

除上述常見的熱風干燥、微波干燥、聯合干燥等方法，隨著干燥技術的發展，其他干燥技術在花椒的干燥上也有研究。敖厚豫等[30]研究表明冷凍干燥的花椒的麻味物質色譜圖與新鮮花椒的色譜圖接近。王云龍[31]、楊兵等[32]對花椒的高壓電場干燥和熱泵干燥進行了工藝參數的優化，結果見表1。

表1 花椒干燥技術Table 1 The drying technologies of Zanthoxylum bungeanum

3 干燥動力學

干燥動力學即研究干燥過程中水分變化和各種干燥因素之間的關系，并利用實驗的結果去指導工業生產。目前對于花椒干燥動力學的研究主要集中在其干燥速率隨時間的變化情況和水分變化曲線的數學模型的擬合研究上。

3.1 干燥速率

干燥速率作為干燥動力學的重要組成部分之一。鄭嚴、周秀梅等研究表明花椒的熱風干燥、微波干燥的干燥速率可分為3個時期：加速期、恒速期、減速期，在分階段熱風干燥中有兩個恒速期；在微波干燥中隨著微波功率的減小，花椒干燥過程中恒速期有所延長。與熱風、微波干燥不同，王云龍、羅傳偉等研究表明花椒的高壓電場干燥和真空干燥，無明顯的恒速期，只有加速期和減速期兩個階段。目前對于花椒干燥過程干燥速率以何種變化形式得到的最優花椒品質未見報道。

3.2 干燥數學模型

通過花椒的干燥實驗，研究其干燥曲線，并建立數學模型，可以為花椒干燥過程的控制、預測及其為花椒制品的工業生產提供理論依據和相關參數。常見的干燥數學模型可分為以下4種：理論方程、半理論方程、經驗方程、半經驗方程。因為理論模型方程形式復雜，故在研究中常采用半理論方程(單項、兩項、三項擴散模型等)和半經驗方程(Lweis、Page、Midilli-Kucuk模型等)。李興東等[33]、趙超等研究表明單項擴散式可以較好地描述熱風干燥中水分比隨溫度、風速、干燥時間的動力學變化，此外同樣可以較好地描述微波干燥中水分比隨比功率和干燥時間之間的關系，結果見表2。王云龍研究表明Midilli-Kucuk模型可以較好地對花椒的高壓電場干燥特性進行擬合。此外，一種干燥方法常常可以有多種數學模型與其較好地匹配，羅傳偉研究表明三次多項式、Weibull函數都可以較好地描述花椒的真空干燥動力學特征，結果見表2。

表2 花椒不同干燥方法下的干燥數學模型Table 2 The drying mathematical model of Zanthoxylum bungeanum under different drying methods

4 結論與展望

花椒的干燥預處理及其干燥技術的選擇和工藝的優化直接影響花椒的干燥品質。目前花椒生產企業一般不對花椒進行干燥前預處理，普遍采用的干燥技術是熱風干燥。花椒的干制品存在著干制效率低下，干燥后花椒的品質難以保證。實驗室的研究表明采用成本較低的燙漂預處理和化學試劑如抗壞血酸、檸檬酸等對花椒進行干燥前處理，有助于減少干燥過程中花椒的褐變，并保留其營養成分。但如何選擇天然優良的化學試劑來改善花椒產品的干制技術仍需進一步深入探索，降低傳統干制的污染耗能以及產品品質不佳的情況，以提高花椒產品的經濟價值。

目前，花椒干燥工藝的優化主要是依靠感官和揮發油的含量進行評價，不同干燥工藝是否會引起成分的改變仍待研究。不同的干燥工藝，其干燥的最佳溫度集中在50～60 ℃之間，溫度過高或者功率過高都會降低花椒的品質，合適的干燥溫度和干燥方法可以加快花椒的干燥速度，抑制花椒中葉綠素的降解。花椒的干燥動力學研究表明，干燥方法不同，花椒的干燥特性也不同。對于同樣的干燥方式，常有多種數學模型可以較好地描述花椒干燥過程中的水分變化情況，如何利用花椒的干燥動力學去指導工業生產還有待研究。總之，目前花椒的干燥方法較多，究竟選用何種干燥方式既可以保證花椒干制的品質，又可以節約能源、降低成本仍待研究。