酒花干燥技術(shù)研究

冀鵬飛 李 璐 劉建波

0 前言

酒花，又名蛇麻、塘草花等，?？迫劜輰俣嗄晟试荼局参铮犊?，具有芳香氣味。酒花是啤酒釀造過(guò)程中最重要的組成部分之一，被稱為“啤酒的靈魂”。最初酒花主要用于提高啤酒中微生物的穩(wěn)定性，延長(zhǎng)貨架期。隨啤酒行業(yè)的發(fā)展，酒花越來(lái)越被用于其他用途，如創(chuàng)造特有泡沫、酒的苦味和香氣等。啤酒的苦味來(lái)自酒花蛇麻腺中存在的α-酸與β-酸，香氣來(lái)自香氣化合物（精油）[1]。雖然當(dāng)前苦味仍是選擇特定類型酒花的最重要參考，但隨著工藝啤酒的最新發(fā)展趨勢(shì)，香氣與風(fēng)味酒花越來(lái)越受到新的關(guān)注。

啤酒釀造一般采用成熟的雌性酒花，主要利用形式有全酒花、酒花粉、顆粒酒花和酒花浸膏等，其中顆粒酒花是最常用的方式[2]。新收獲的酒花由于含水量較高會(huì)引起微生物腐敗、顏色降解和化學(xué)反應(yīng)，不能長(zhǎng)期儲(chǔ)存。為了延長(zhǎng)貨架期，干燥是常用的一種技術(shù)，主要是抑制霉菌和霉菌引起的腐敗，同時(shí)有助于保留α-酸、β-酸及樹(shù)脂類有效成分并防止其氧化[3]。此外，干燥后的酒花具有多孔結(jié)構(gòu)，有助于麥芽汁與苦味素等充分接觸，有利于釀造過(guò)程[4]。干燥過(guò)程會(huì)造成酒花品質(zhì)的下降，選擇合適的干燥方法對(duì)保留酒花中的精油、α-酸與β-酸等苦味物質(zhì)十分重要。

目前，我國(guó)啤酒產(chǎn)量已位居世界第一，啤酒產(chǎn)量的增加意味著酒花需求量的增加，同時(shí)更需要高品質(zhì)的酒花制品。本文綜合研究了國(guó)內(nèi)外酒花干燥技術(shù)最新進(jìn)展，以期為降低酒花干燥過(guò)程中有效成分的損失，提高酒花干燥品質(zhì)提供參考。

1 酒花干燥特點(diǎn)

新鮮酒花含水量高達(dá)80%-85%（d.b.），為了延長(zhǎng)貯藏期，應(yīng)使其水分降至9%（d.b.）以下。酒花干燥是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，主要是由于酒花呈圓錐體結(jié)構(gòu)，由花梗及覆蓋于花梗上面的苞片組成，如圖1 所示[5]。在干燥過(guò)程中由于苞片的存在，酒花花梗不與空氣直接接觸，導(dǎo)致外層苞片干燥速度要快于花梗。當(dāng)苞片中的含水量降至4-7%（d.b.）時(shí)，花梗中的含水量仍可達(dá)25-35%（d.b.），導(dǎo)致酒花干制品處于水分不平衡狀態(tài)。苞片過(guò)度干燥（含水率＜7% d.b.），花球易破碎，會(huì)增加苦味素等有效成分的損失；花梗含水量＞13%（d.b.），則存在微生物變質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)。因此，干燥完成的酒花需置于干燥器中，以便使花梗與苞片之間的水分均衡。

酒花獨(dú)有的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使其干燥過(guò)程呈現(xiàn)出特有的干燥規(guī)律，首先酒花苞片開(kāi)始干燥，進(jìn)而花梗開(kāi)始干燥。在初始干燥階段水分迅速流失，干燥速率下降；隨后干燥速率升高，然后逐漸過(guò)渡到第二降速干燥階段[5]。夏娜等[6]的研究結(jié)果與此不同，酒花在自然陰干、常溫氣流干燥與熱風(fēng)干燥的整個(gè)干燥過(guò)程都沒(méi)有表現(xiàn)出典型的干燥曲線，而是一直處于均勻下降的趨勢(shì)，當(dāng)含水量降至20%（d.b.）左右時(shí)，干燥速率有所下降，這種差異可能是酒花品種或干燥條件不同的原因。

圖1 酒花及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)

2 酒花主要干燥技術(shù)

2.1 自然陰干

自然陰干是最傳統(tǒng)的干燥方式，干燥成本低，但易受天氣、環(huán)境等自然條件的影響，不可控因素較多。夏娜等[6]在25℃的室溫條件下對(duì)酒花進(jìn)行了自然陰干實(shí)驗(yàn)，將酒花干燥至含水率為5%（d.b.）所用時(shí)間為24 小時(shí)，干燥時(shí)間較長(zhǎng)。酒花的最佳收獲期較短，若遇陰雨天氣，采摘的新鮮酒花不能及時(shí)干燥會(huì)發(fā)生腐敗變質(zhì)。而且國(guó)家對(duì)食品質(zhì)量安全越來(lái)越重視，自然晾干已不能滿足當(dāng)前酒花的干燥需求。

2.2 常溫氣流干燥

常溫氣流干燥是指利用自然空氣作為干燥介質(zhì)，使其具有一定的速度流經(jīng)物料表面，從而將物料進(jìn)行干燥的一種方式。夏娜等[6][7]利用常溫氣流對(duì)酒花進(jìn)行了干燥，氣流速度2.5m/s，將酒花干燥至含水率為5%（d.b.）用時(shí)17 小時(shí)。由于常溫氣流干燥與自然陰干相比縮短了干燥時(shí)間，與熱風(fēng)干燥相比干燥溫度較低，其干燥的酒花中α-酸、β-酸及精油的含量要高于65℃熱風(fēng)干燥與自然陰干的酒花。常溫氣流干燥后的酒花貯藏指數(shù)（HSI）為0.12，表明酒花處于新鮮狀態(tài)。然而常溫氣流干燥仍受制于環(huán)境因素，具有較大的不確定性。

2.3 熱風(fēng)干燥

熱風(fēng)干燥是目前酒花干燥最常用的干燥形式。Ferenczi 等[3]利用30℃的熱風(fēng)將酒花含水率由69.11±1.10 %（d.b.）干燥至22.56 ±1.41%（d.b.）用時(shí)10小時(shí)，所用能耗為0.9kWh。夏娜等[6]利用65℃的熱風(fēng)將酒花含水率由80%（d.b.）干燥至5%（d.b.）用時(shí)12 小時(shí)。酒花熱風(fēng)干燥時(shí)間受干燥溫度影響較大。熱風(fēng)干燥后的酒花貯藏指數(shù)（HSI）為0.39，表明干燥后的酒花處于新鮮狀態(tài)。

2.4 微波真空干燥

微波真空干燥（MVD）是一種新型干燥技術(shù)，能快速有效地去除食品中的水分。與傳統(tǒng)的熱風(fēng)干燥相比它的主要特點(diǎn)是真空中水分蒸發(fā)迅速，干燥比高。使用微波加熱可提高熱效率，因此運(yùn)行成本降低。微波的強(qiáng)烈加熱和真空引起的低沸點(diǎn)可以使物料在低溫下短時(shí)間內(nèi)完成干燥。微波真空干燥還有助于保持物料中對(duì)健康有益的香氣和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[8]。Ferenczi 等[3]研究發(fā)現(xiàn)微波真空干燥將含水率為69.11±1.10 %（d.b.）的酒花干燥至17.75±0.68%（d.b.）所用能耗為1.27kWh，同時(shí)可以很好的保留酒花中的香氣成分，是一種很有前途的干燥方法。

2.5 冷凍干燥

冷凍干燥又稱升華干燥，將含水物料冷凍到冰點(diǎn)以下，使水轉(zhuǎn)變?yōu)楸?，然后在較高真空下將冰轉(zhuǎn)變?yōu)檎魵舛サ母稍锓椒?。物料可先在冷凍裝置內(nèi)冷凍，再進(jìn)行干燥。但也可直接在干燥室內(nèi)經(jīng)迅速抽成真空而冷凍。升華過(guò)程中所需的汽化熱量，一般用熱輻射供給。Ferenczi等[3]采用冷凍干燥方法將含水率為69.11±1.10 %（d.b.）的酒花干燥至7.86±0.64%（d.b.）所用能耗為15.09 kWh，分別是微波真空干燥與熱風(fēng)干燥能耗的11.9 倍與16.8 倍。雖然冷凍干燥可以很好的保留酒花中的有效成分，但考慮到能耗等成本因素，冷凍干燥技術(shù)并不適用于酒花的干燥。

近年來(lái)，干燥機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)是不斷融合相關(guān)干燥物料信息，其目的是實(shí)現(xiàn)智能干燥系統(tǒng)，不僅可以無(wú)損測(cè)量物料品質(zhì)參數(shù)，還可以將其用作過(guò)程控制的輸入變量。熱成像相機(jī)已成功應(yīng)用于酒花窯式干燥機(jī)中，實(shí)現(xiàn)了酒花干燥過(guò)程的無(wú)損檢測(cè)[5]。

3 干燥對(duì)酒花品質(zhì)的影響

3.1 干燥對(duì)酒花苦味物質(zhì)的影響

啤酒中的苦味物質(zhì)來(lái)自酒花蛇麻腺中的α-酸與β-酸[1]，其中α-酸賦予啤酒特有的苦味，增加泡味，β-酸主要起輔助苦味作用。α-酸與β-酸都可防止啤酒被雜菌污染，但這兩種酸易被氧化成有苦味的氧化物質(zhì)，從而改變啤酒的風(fēng)味[6]。α-酸與β-酸在干燥過(guò)程中主要受長(zhǎng)時(shí)間高水分活性導(dǎo)致的降解影響，主要是水蒸氣的揮發(fā)作用。α-酸在干燥過(guò)程中損失約3.5-10%，當(dāng)干燥溫度從55℃提高至65℃時(shí)，損失增加約5%。干燥后的酒花在存儲(chǔ)過(guò)程中α-酸與-β 酸也會(huì)發(fā)生氧化作用而顯著降解。夏娜等[6]綜合比較了熱風(fēng)干燥、自然對(duì)流干燥和自然陰干對(duì)α-酸、β-酸、黃腐酚與黃酮含量的影響，自然對(duì)流干燥對(duì)這四種有效成分損失的影響最小，分別損失1.48%、1.25%、2.2mg/g 和0.98%。

3.2 干燥對(duì)酒花精油的影響

目前，已知酒花中有400 多種芳香組分，酒花精油是酒花香氣的主要成分，占干酒花質(zhì)量的0.5-3%，其中萜類化合物占90%，主要為單萜烯與單萜醇化合物[5]。β-月桂烯與芳樟醇被認(rèn)為是整體香氣成分的關(guān)鍵物質(zhì)[9]。α-石竹烯與β-石竹烯是雙環(huán)倍半萜類化合物，分別占精油含量的8.99%與10.69%[10]。以上三種物質(zhì)是酒花中最重要的三種半萜類化合物。芳樟醇是重要的單萜醇化合物，對(duì)啤酒的酒花香味具有很大貢獻(xiàn)，其濃度被認(rèn)為可用于預(yù)測(cè)啤酒的風(fēng)味強(qiáng)度，若在煮沸階段添加，對(duì)啤酒的香氣貢獻(xiàn)小，在發(fā)酵階段添加，對(duì)啤酒香氣的貢獻(xiàn)大。

與苦味物質(zhì)相比，精油在干燥過(guò)程中極易揮發(fā)和分解，含量降低約30-40%，主要是由于干燥過(guò)程精油隨水蒸氣揮發(fā)和發(fā)生氧化作用而損失[7]。Kammhuber 等[11]指出由于月桂烯在高溫下易揮發(fā)而損失嚴(yán)重，在干燥過(guò)程中通常會(huì)損失25-30%，干燥溫度通常在55℃-65℃之間為宜。但同時(shí)研究發(fā)現(xiàn)隨月桂烯濃度的降低，酒花香氣質(zhì)量趨于增加。Ferenczi 等[3]綜合比較了冷凍干燥、微波真空干燥和熱風(fēng)干燥對(duì)酒花中精油成分的影響，通過(guò)比較化合物的峰面積發(fā)現(xiàn)冷凍干燥對(duì)精油的保留率大于微波真空干燥與熱風(fēng)干燥，β-月桂烯的保留率規(guī)律也呈現(xiàn)出相同的特點(diǎn)。與新鮮酒花相比，微波真空干燥與冷凍干燥后的酒花中β-月桂烯的百分比增加，α-石竹烯與β-石竹烯的百分比減少；熱風(fēng)干燥后的酒花中β-月桂烯、α-石竹烯與β-石竹烯的百分比均未發(fā)生顯著變化。酒花干燥過(guò)程會(huì)減少提供香味的精油量，但通常不會(huì)明顯減少其成分。然而夏娜等[7]利用65℃的熱風(fēng)干燥酒花時(shí)發(fā)現(xiàn)干燥完成后的酒花中精油成分減少了11 種，增加了2 種；常溫對(duì)流干燥的酒花增加了3 種有效成分，減少了8 種有效成分，這可能與酒花的品種與干燥方式有關(guān)。

3.3 干燥對(duì)酒花色澤的影響

除獲得目標(biāo)水分外，保持酒花顏色也非常重要，因?yàn)楫a(chǎn)品內(nèi)部的變化可以通過(guò)顏色的變化來(lái)識(shí)別[5]。一般在最佳收獲期內(nèi)新鮮酒花是綠色-黃色顏色的組合，隨品種的不同略有差異[12]。新收獲的酒花存儲(chǔ)一段時(shí)間后會(huì)發(fā)生顏色劣化與化學(xué)成分的變化，需及時(shí)干燥。Sharvari 等[12]發(fā)現(xiàn)酒花在干燥過(guò)程中總色差ΔE 隨水分比的減少而增加，尤其當(dāng)水分比高于0.5 時(shí)，總色差ΔE變化劇烈。采摘后貯藏一段時(shí)間再進(jìn)行干燥的酒花總色差ΔE 變化要大于采后直接干燥的酒花。

新鮮酒花在環(huán)境空氣濕度大于70%的環(huán)境中顏色和光澤會(huì)發(fā)生退化[12]。在干燥開(kāi)始時(shí)空氣濕度通?？梢赃_(dá)到100%，這會(huì)對(duì)酒花的顏色產(chǎn)生負(fù)面影響。首先，內(nèi)部移動(dòng)到酒花表面的水分不能及時(shí)去除，會(huì)導(dǎo)致顏色降解。其次，酒花溫度比干燥介質(zhì)低，介質(zhì)中的蒸汽會(huì)重新在酒花表面冷凝，導(dǎo)致顏色進(jìn)一步惡化。為此Sturm 等[5]研究了酒花采摘時(shí)天氣對(duì)酒花干制品顏色的影響，研究發(fā)現(xiàn)：早晨露水對(duì)酒花干燥過(guò)程顏色的影響較小，雨天打濕的酒花在干燥時(shí)顏色變化顯著，近乎是其他干燥條件下總色差ΔE 的2 倍，這是由于介質(zhì)交換作用不足以快速去除水分導(dǎo)致褐變?cè)黾印?/p>

干燥溫度對(duì)酒花顏色有顯著影響，在最適宜的溫度下酒花保持檸檬黃色，在較高的溫度與暴露時(shí)間下會(huì)變?yōu)樽厣３稍餃囟韧?，容重也?huì)影響干燥酒花的顏色，隨容重的增加，總色差ΔE 增加[5]，這可能是因?yàn)殡S容重的增加，一定流量的空氣去除水分的能力降低，使褐變?cè)黾?。在相同容重下，升高干燥溫度?huì)使初始干燥階段總色差ΔE 值變化較小，但對(duì)最終干燥酒花的總色差ΔE無(wú)明顯影響[5]。

4 結(jié)論與展望

本文綜合研究了國(guó)內(nèi)外酒花干燥技術(shù)的最新進(jìn)展，目前應(yīng)用于酒花干燥的技術(shù)主要有自然晾干、常溫對(duì)流干燥、熱風(fēng)干燥、微波真空干燥與冷凍干燥等，傳統(tǒng)的熱風(fēng)干燥仍是最常用的干燥方法。微波真空干燥能耗略高于熱風(fēng)干燥，同時(shí)可以更好的保留酒花中的香氣成分，是一種很有前途的干燥方法。同時(shí)本文對(duì)影響酒花精油、苦味物質(zhì)與顏色等品質(zhì)的因素進(jìn)行了詳細(xì)分析，可為生產(chǎn)高品質(zhì)干燥酒花提供參考。未來(lái)應(yīng)加強(qiáng)微波真空干燥等新干燥技術(shù)在酒花干燥方面的應(yīng)用研究，為進(jìn)一步提高酒花的干燥品質(zhì)提供理論基礎(chǔ)。