基于清洗、切割及预处理技术的生姜红外高质精准干燥挖掘研究

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生姜(Zingiber officinale Roscoe)是我国的优势特产蔬菜,作为一种香辛料,是日常生活中不可或缺的调味品。近年来,干制生姜由于保质期长、易存储、用途广泛等优势,市场需求日趋增高,因此干燥依旧是提高生姜产品价值的主流加工方式。由于生姜外观多呈指状分支,又在泥土中生长,夹缝间藏污纳垢,在对其进行干燥前会面临清洗困难的问题。无论是日常生活还是工业生产中,生姜的清洗都需要耗费大量的水资源,同时面临洗后水资源排放造成的环境污染,以及清洗不彻底导致的灰分超标等问题,因此,最大限度减少资源消耗,同时有效清洁生姜表面的泥沙和微生物,成为生姜清洗的重要选择。除此之外,生姜作为一种块茎植物,整根干燥较为困难,因此需要先对其进行切割。由于其组织中具有较多的纤维结构,在一定程度上影响水分输送,工艺挖掘中发现切割方向会对该组织结构造成不同程度的破坏,进一步影响到干燥过程。本研究在此基础上,对生姜的精准干燥工艺进行了探索。本文在生姜干燥之前,首先筛选了多种清洗方式,并且通过储藏品质对其进行进一步的评估。为实现生姜的精准干燥,探究了切割方向对干燥过程中水分输送以及最终产品品质的影响,同时筛选出最适宜生姜的干燥方式,随后提出在生姜干燥前进行预处理,以期缩短干燥时间、提高干燥效率,进一步改善产品品质,最终建立适宜生姜的“清洗、切割及预处理联合红外干燥”技术工艺。(1)首先对比了多种清洗方式(振荡、超声、浸泡后振荡、浸泡后超声、浸泡超声后再振荡、浸泡振荡后再超声)联合水洗以及化学试剂过氧乙酸(PAA)对生姜的清洁率的影响,并且通过储藏品质进行深入的研究。结果发现,与传统水洗相比,PAA作为洗涤剂有助于泥沙的分散,同时表现出更好的微生物灭活率,这是提高其储藏稳定性的第一要素。清洗前的浸泡工艺有助于样品中泥沙以及微生物的分散。先浸泡再超声最后振荡的清洁率与超声30min的样品无显著性区别,这也表明了三种清洗方式的协同效应高于单一方式,能够减少资源和能耗的浪费。在储藏期间,PAA会影响到样品的颜色、硬度和呼吸强度,而其他营养成分以及电解质渗漏率等指标主要受超声作用的影响。超声作用时间越长,对储藏期间品质的破坏程度越高。据此,发现三种方式联合PAA协同清洗能够在灭菌去污的同时提高后期储藏过程中的生姜品质。(2)重点探讨生姜的脱水加工工艺,首先了解生姜脱水时的水分输送机制,选用了纵切和横切联合常见的干燥方式(热风干燥、真空干燥、冷冻干燥和催化式红外干燥)对生姜干燥品质的影响。结果发现,纵切后生姜样品的干燥时间较横切样品显著缩短了29.6%,且微观结构保存完好,有着较好的物理特性(如硬度、颜色、复水率以及皱缩程度等),但是切割方式对营养成分的影响不显著。对于干燥方式,催化式红外干燥技术有着更短的干燥时间,与热风干燥相比,缩短了28.3~32.4%,在加快干燥速率的同时还能够较大程度地保留物料的色泽以及营养成分,对生姜样品外观和品质的保留程度仅次于冷冻干燥。但是热干燥过程免不了造成营养成分的流失,据此,本研究提出了在生姜催化式红外干燥前进行预处理:乙醇渗透脱水、微胶囊渗透和超声波辅助渗透,以达到缩短干燥时间同时改善产品品质,最终建立适宜生姜的绿色高效且高品质的“切割预处理联合催化式红外干燥”技术工艺。(3)对于超声辅助乙醇渗透脱水预处理技术,首先考察了乙醇渗透脱水和超声辅助渗透脱水对生姜干燥速率的影响,然后探究其对生姜干燥品质的影响。结果表明,乙醇渗透脱水能够破坏细胞壁结构,促进细胞内水分流失,水分含量下降了17.5%;超声辅助乙醇渗透脱水后,排出了样品细胞间隙中的水分,水分含量降低了34.1%,同时缩短了约58%的干燥时间,加快了脱水和干燥速率。但是乙醇作用后样品的色泽下降,微观结构遭到破坏,同时造成了不可避免的醇溶性物质流失以及乙醇试剂的浪费。生姜中主要的风味及营养成分均为醇溶性物质,因此,关于如何在提高干燥速率的同时,减少营养成分流失,同时对乙醇进行回收利用的问题,提出了将营养物质微囊化的概念。(4)对于超声辅助微胶囊预处理技术,首先将醇溶性营养物质进行微囊化,制备微胶囊,随后探究微胶囊和醇提液作为渗透液对生姜干燥品质的影响。结果表明,醇提物和微胶囊处理后,干燥生姜样品中营养物质的含量无显著提升,在使用超声进行辅助后,样品品质显著提高,姜辣素的保留率提高了117%,抗氧化能力提高了26~40%,同时保留了生姜独特的气味,提高了干燥生姜的营养价值。因此,营养物质的微囊化不仅能够回收乙醇,还能将醇溶性物质合理利用在样品中,实现了提高干燥速率同时改善产品品质的理念。以上研究结果表明,面对生姜结构复杂较难清洗的问题,本研究建立的浸泡后超声振荡联合PAA清洗工艺能够有效灭活微生物、提高清洁率,减少能耗,同时提高储藏期间的产品品质;面对生姜纤维组织丰富且含水量高的特点,本研究建立了纵切联合催化式红外干燥技术,精准提高生姜干燥速率以及产品品质;面对干燥过程中时间长、能耗高以及产品营养物质流失、结构破坏等问题,本研究提出了超声乙醇以及超声微胶囊预处理技术,后者能够在显著提高干燥速率的同时,减少营养物质的流失,得到了较高品质的干制生姜。基于此,本研究得出了生姜的最佳清洗工艺(浸泡后超声振荡联合PAA)以及最佳干燥工艺(纵切后进行超声辅助微胶囊预处理联合催化式红外干燥技术),为生姜的绿色、高效、节能的工业化生产提供了一定的理论依据。
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