花椒干燥技术研究进展

杨森，陈鸿平，刘友平，陈林，杨雨曦

(1.成都中医药大学 药学院，成都 611137；2.四川西部国际技术转移中心，成都 611137)

花椒(Zanthoxylumbungeanum)是芸香科(Rantaceace)花椒属(ZanthoxylumL.)植物[1]。它被誉为“中国八大调味品”之一，一直受到广大消费者的喜爱[2]。花椒中还含有挥发油、黄酮、生物碱等活性成分[3-5]。我们通常所提到的花椒主要是指：花椒(ZanthoxylumbungeanumMaxim.)、野花椒(Zanthoxyluymsimulans)、川陕花椒(ZanthoxylumpiasezkillMaxim.)、竹叶花椒 (Zanthoxylumarmatum) 、青花椒(Zanthoxylumschinifolium) 5个种，主要分布在我国四川、重庆、陕西、山西、河南、河北、甘肃一带[6]。鲜花椒采摘后如果不及时进行处理，极易发生褐变长霉的情况，影响其经济价值和品质。当花椒的含水量小于11%时，可以有效地防止花椒生霉，延长花椒的贮藏时间。干燥作为花椒加工的一种重要方式，能够有效地降低花椒中的含水量，高品质、低能耗、低成本的干燥工艺是花椒干燥工艺的研究重点。

现有的在花椒干燥加工中常用的干燥前预处理方法主要有两种，即烫漂预处理和化学试剂预处理；常用的干燥技术有热风干燥、微波干燥、真空干燥、热泵干燥等，本文就花椒的干燥前预处理方法、干燥技术、干燥动力学的研究现状及其发展趋势进行了简要的综述，以期为花椒干燥产业的发展提供参考依据。

1 花椒干燥前预处理

干燥前预处理技术是指采用物理、化学、生物等方法对即将干燥的物料进行前处理，以达到提高外观和营养品质，加快干燥速度，延长保质期等目的[7]。

1.1 烫漂预处理

烫漂处理即使用温度较高的热水、沸水或者蒸汽，加热需要干燥的原料；目前研究报道的花椒烫漂预处理方法有3种：热水烫漂、蒸汽烫漂、微波烫漂。适当

的烫漂处理可以达到清洁花椒表面杂质，抑制花椒褐变的相关酶的活性，提升花椒感官品质的效果。郑严[8]研究表明大红袍花椒在50 ℃的条件下处理5 min，可以完全消除花椒表面的黏油性物质。吴素玲等[9]研究表明通过2 min的蒸汽杀青后花椒挥发油中的桧烯(sabinene)和D-柠檬烯(D-limonene)等烯类成分比例有所下降，但挥发性成分含量排序基本不变。杨兵等[10]研究表明汽蒸处理可以显著地提高花椒的感官评分，且汽蒸处理对花椒中的麻味物质和挥发油含量无显著性的影响。姚佳[11]以挥发油含量为响应值对花椒的汽蒸处理进行响应面优化，表明当蒸汽压力为0.35 MPa,蒸汽处理时间为13.00 s，载料量为2720.00 g/m2时，花椒中的挥发油含量最高(0.39 mL/20 g)。杨凌等[12]研究表明以420 W的微波功率，烫漂青花椒40 s，可以灭活花椒中大部分多酚氧化酶(polyphenol oxidase，PPO)和过氧化物酶(peroxidase，POD)，提高青花椒的品质。综上分析认为烫漂处理能够有效地提升花椒的感官品质，对花椒褐色的相关酶的活性也有很好的抑制作用，且对花椒的成分无显著性的影响。

1.2 化学试剂预处理

化学试剂预处理即通过使用某些化学试剂，达到溶解物料表面的腊质层，改变物料的表皮结构，加快干燥速度的目的；此外，化学试剂还可以起到控制微生物生长、抑制酶促褐变等作用。在花椒的干燥中，化学试剂预处理的方法对花椒的感官品质可以起到很好的提升作用，张甫生等[13]选择抗坏血酸钠、异抗坏血酸钠及柠檬酸钠3种常用护色剂与微波干燥结合处理，当异抗坏血酸钠的添加量为0.4%时，与单用微波干燥相比，a值(-5.26)更小，颜色更绿。与烫漂预处理相同，化学试剂也可以起到抑制花椒褐色的相关酶的活性的作用，姚佳研究表明青花椒的PPO活性和褐变显著相关，而化学试剂对青花椒中PPO活性的抑制能力大小依次为抗坏血酸>柠檬酸>亚硫酸氢钠>草酸>醋酸锌>乙二胺四乙酸二钠>氯化钠。化学试剂虽然同样可以起到提升花椒感官品质的作用，但其添加量的控制，残留量对人体健康的影响，对环境的影响是目前所需要考虑的。

2 花椒干燥技术

花椒的干燥是花椒产业中重要的组成部分，适当的干燥技术可以缩短花椒的干燥时间，保证花椒的干燥质量。目前，花椒常用的干燥技术有：自然、热风、微波、真空等。

2.1 自然干燥

花椒的自然干燥包括风干和日晒。通常在采摘后，将花椒置于室内约1 d，使空气带走花椒表面的水分，在阳光较好时，置于室外晾晒1 d即可，晾晒时尽量减少翻转次数，防止花椒的油泡破裂，对于少部分未爆开的花椒，待干燥完成后用木棒轻敲使之裂开，过筛即可。花椒自然干制的方法简便，但受光照的影响比较大，容易发生褐变的情况。陈科伟[14]研究表明影响青花椒褐变的因素依次为：光>酶>氧，且油泡破裂组中青花椒的叶绿素降解会加速。徐毅等[15]研究表明光照能引起叶绿素降解，其中紫外光照射的影响最大，此外光照还会降低超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)和POD的活性，引起花椒体内活性氧的产生。汪洋等[16]研究表明光对叶绿素a(chlorophyll a)和叶绿素b(chlorophyll b)降解的影响大小为：紫外光>复合光>蓝光>黄光，此外光照也可导致青花椒的脱镁叶绿酸a(pheophorbide a)不同程度的代谢累积，影响青花椒的色泽。此外，花椒在自然干制的过程中会引起某些成分的改变。朱羽尧等[17]研究表明，晒干和烘干会导致大红袍花椒中的麻味物质α-山椒素(α-sanshool)的损失，且晒干和烘干会减少大红袍花椒挥发油中的萜烯类成分，升高醇醛类成分。不同的是，在吴素玲等的研究中风干的青花椒烯类成分有所上升，桧烯和D-柠檬烯比例有所提高，而芳樟醇(linalool)的含量反而下降。自然干燥的方法简便，无场地的限制，不会污染环境，简单实用，但受天气的影响较大，干燥时间较长，且干燥过程中容易造成褐变和成分的改变，已逐渐被其他的干燥方式所取代。

2.2 热风干燥

热风干燥是一种使加热介质和待干燥物体直接接触，并在一定时间内加热，以使物料脱水的干燥技术。根据干燥过程温度是否变化，热风干燥可分为恒温热风干燥和变温热风干燥；按照干燥过程中是否有间歇时间，可分为连续热风干燥和间歇热风干燥。郑严等研究表明花椒的变温热风干燥相较于恒温热风干燥，其花椒的质量更好，且其能耗更低和干燥速率更快。周秀梅[18]研究表明恒温间歇热风干燥和分阶段间歇热风干燥相比，前者干燥的花椒品质更优，且在干燥能耗和干燥速率上二者无明显的差别。此外，杨兵等还以色差、能耗等为指标，用响应面法优化了汽蒸处理过后花椒的热风干燥工艺，结果见表1。热风干燥简单易性，和自然干燥相比，不受天气的影响；且其干燥时间明显缩短。其中，恒温间歇热风干燥和分阶段热风干燥是较好的热风干燥方法，但它们的能耗和干燥温度仍是需要重点考虑的因素。

2.3 微波干燥

微波干燥是使物料中的极性物质在电磁波中定向移动，产生热能，而达到干燥物料的目的[19]。类似于热风干燥，按照干燥过程是否有间歇时间，可将微波干燥分为连续微波干燥和间歇微波干燥。微波干燥的功率、铺料厚度、加热时间、间歇时间都是影响花椒品质的重要因素。王娟等[20]研究表明在连续微波干燥中，影响花椒品质的因素依次为：加热时间>加热功率>花椒铺料厚度；当花椒铺料厚度为4 cm，功率为480 W时，干花椒的品质最佳。赵超[21]研究表明在间歇微波干燥中，加热时间同样是影响干燥能耗和花椒品质最主要的因素，且加热时间和间歇时间存在交互作用。彭林[22]、祝瑞雪等[23]还以花椒中的挥发油含量、麻味物质、叶绿素等为指标，通过响应面法优化了花椒的微波干燥工艺，结果见表1。此外，微波干燥还会引起花椒香气成分含量的改变；吴素蕊等[24]研究表明与晒干、阴干、鼓风干燥、非鼓风干燥、红外线干燥相比，微波干燥的香气成分更多，且其中的主要香气成分芳樟醇、桧烯、β-月桂烯(β-myrcene)、α-蒎烯(α-pinene)含量也最高。综上可知，无论是连续微波干燥还是间歇微波干燥，对花椒品质、能耗等影响较大的都是加热时间，因此在采用微波干燥时，应注意掌握好加热时间。与热风干燥相比，微波干燥的干燥速率更快，干燥后的香气成分更多，但赵超、张黎骅的研究表明利用微波干燥容易出现局部焦糊的现象,如何提高微波加热的均匀性是今后工作的研究重点。

2.4 真空干燥

真空干燥是在密闭的干燥容器中，以压力差和浓度差，使物料中的水分扩散至物料表面，然后被排除的干燥方式。影响真空干燥花椒品质的因素有温度、真空度、装载量；罗传伟[25]研究表明真空干燥中，温度越高，花椒的色泽越差，但温度和真空度的升高会使花椒的开口率上升，并对花椒的真空干燥工艺进行了优化，结果见表1，此外，还发现温度是影响花椒干燥速率、色差、开口率的主要因素，真空度对色差和开口率的影响强于装载量，但对干燥速率的影响则较弱。因此，在花椒的真空干燥中影响花椒品质的主要因素是温度，真空度在一定程度上能够提高花椒的开口率、干燥速率，但干燥能耗、设备成本及其对成分的影响是今后研究所需要考虑的重点。

2.5 联合干燥

由于花椒干燥的复杂性，单一的干燥技术难以保证花椒产品的质量，故除了不断地完善各种单一的干燥技术外，将不同干燥工艺的优势相结合，已经成为干燥技术发展的一种趋势。李江波等[26]研究表明太阳能-热泵花椒干燥系统比传统的花椒干燥系统能耗更低，且干燥效果理想。仅采用微波干燥的效果并不令人满意，赵超的研究表明将微波干燥和热风干燥结合在一起，虽然延长了干燥时间，但更容易达到花椒行业标准的特级水平。除此之外，田冰等[27]、王玲等[28]、张黎骅等[29]还对花椒的热泵-微波干燥、热风-微波干燥、真空-微波干燥的工艺参数进行了优化，结果见表1。

2.6 其他干燥

除上述常见的热风干燥、微波干燥、联合干燥等方法，随着干燥技术的发展，其他干燥技术在花椒的干燥上也有研究。敖厚豫等[30]研究表明冷冻干燥的花椒的麻味物质色谱图与新鲜花椒的色谱图接近。王云龙[31]、杨兵等[32]对花椒的高压电场干燥和热泵干燥进行了工艺参数的优化，结果见表1。

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

3 干燥动力学

干燥动力学即研究干燥过程中水分变化和各种干燥因素之间的关系，并利用实验的结果去指导工业生产。目前对于花椒干燥动力学的研究主要集中在其干燥速率随时间的变化情况和水分变化曲线的数学模型的拟合研究上。

3.1 干燥速率

干燥速率作为干燥动力学的重要组成部分之一。郑严、周秀梅等研究表明花椒的热风干燥、微波干燥的干燥速率可分为3个时期：加速期、恒速期、减速期，在分阶段热风干燥中有两个恒速期；在微波干燥中随着微波功率的减小，花椒干燥过程中恒速期有所延长。与热风、微波干燥不同，王云龙、罗传伟等研究表明花椒的高压电场干燥和真空干燥，无明显的恒速期，只有加速期和减速期两个阶段。目前对于花椒干燥过程干燥速率以何种变化形式得到的最优花椒品质未见报道。

3.2 干燥数学模型

通过花椒的干燥实验，研究其干燥曲线，并建立数学模型，可以为花椒干燥过程的控制、预测及其为花椒制品的工业生产提供理论依据和相关参数。常见的干燥数学模型可分为以下4种：理论方程、半理论方程、经验方程、半经验方程。因为理论模型方程形式复杂，故在研究中常采用半理论方程(单项、两项、三项扩散模型等)和半经验方程(Lweis、Page、Midilli-Kucuk模型等)。李兴东等[33]、赵超等研究表明单项扩散式可以较好地描述热风干燥中水分比随温度、风速、干燥时间的动力学变化，此外同样可以较好地描述微波干燥中水分比随比功率和干燥时间之间的关系，结果见表2。王云龙研究表明Midilli-Kucuk模型可以较好地对花椒的高压电场干燥特性进行拟合。此外，一种干燥方法常常可以有多种数学模型与其较好地匹配，罗传伟研究表明三次多项式、Weibull函数都可以较好地描述花椒的真空干燥动力学特征，结果见表2。

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

4 结论与展望

花椒的干燥预处理及其干燥技术的选择和工艺的优化直接影响花椒的干燥品质。目前花椒生产企业一般不对花椒进行干燥前预处理，普遍采用的干燥技术是热风干燥。花椒的干制品存在着干制效率低下，干燥后花椒的品质难以保证。实验室的研究表明采用成本较低的烫漂预处理和化学试剂如抗坏血酸、柠檬酸等对花椒进行干燥前处理，有助于减少干燥过程中花椒的褐变，并保留其营养成分。但如何选择天然优良的化学试剂来改善花椒产品的干制技术仍需进一步深入探索，降低传统干制的污染耗能以及产品品质不佳的情况，以提高花椒产品的经济价值。

目前，花椒干燥工艺的优化主要是依靠感官和挥发油的含量进行评价，不同干燥工艺是否会引起成分的改变仍待研究。不同的干燥工艺，其干燥的最佳温度集中在50～60 ℃之间，温度过高或者功率过高都会降低花椒的品质，合适的干燥温度和干燥方法可以加快花椒的干燥速度，抑制花椒中叶绿素的降解。花椒的干燥动力学研究表明，干燥方法不同，花椒的干燥特性也不同。对于同样的干燥方式，常有多种数学模型可以较好地描述花椒干燥过程中的水分变化情况，如何利用花椒的干燥动力学去指导工业生产还有待研究。总之，目前花椒的干燥方法较多，究竟选用何种干燥方式既可以保证花椒干制的品质，又可以节约能源、降低成本仍待研究。