酒花干燥技術研究

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?，味苦，具有芳香氣味。酒花是啤酒釀造過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定性，延長貨架期。隨啤酒行業的發展，酒花越來越被用于其他用途，如創造特有泡沫、酒的苦味和香氣等。啤酒的苦味來自酒花蛇麻腺中存在的α-酸與β-酸，香氣來自香氣化合物（精油）[1]。雖然當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展趨勢，香氣與風味酒花越來越受到新的關注。

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引起微生物腐敗、顏色降解和化學反應，不能長期儲存。為了延長貨架期，干燥是常用的一種技術，主要是抑制霉菌和霉菌引起的腐敗，同時有助于保留α-酸、β-酸及樹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構，有助于麥芽汁與苦味素等充分接觸，有利于釀造過程[4]。干燥過程會造成酒花品質的下降，選擇合適的干燥方法對保留酒花中的精油、α-酸與β-酸等苦味物質十分重要。

目前，我國啤酒產量已位居世界第一，啤酒產量的增加意味著酒花需求量的增加，同時更需要高品質的酒花制品。本文綜合研究了國內外酒花干燥技術最新進展，以期為降低酒花干燥過程中有效成分的損失，提高酒花干燥品質提供參考。

1 酒花干燥特點

新鮮酒花含水量高達80%-85%（d.b.），為了延長貯藏期，應使其水分降至9%（d.b.）以下。酒花干燥是一個復雜的過程，主要是由于酒花呈圓錐體結構，由花梗及覆蓋于花梗上面的苞片組成，如圖1 所示[5]。在干燥過程中由于苞片的存在，酒花花梗不與空氣直接接觸，導致外層苞片干燥速度要快于花梗。當苞片中的含水量降至4-7%（d.b.）時，花梗中的含水量仍可達25-35%（d.b.），導致酒花干制品處于水分不平衡狀態。苞片過度干燥（含水率＜7% d.b.），花球易破碎，會增加苦味素等有效成分的損失；花梗含水量＞13%（d.b.），則存在微生物變質風險。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。

酒花獨有的結構特點使其干燥過程呈現出特有的干燥規律，首先酒花苞片開始干燥，進而花梗開始干燥。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，然后逐漸過渡到第二降速干燥階段[5]。夏娜等[6]的研究結果與此不同，酒花在自然陰干、常溫氣流干燥與熱風干燥的整個干燥過程都沒有表現出典型的干燥曲線，而是一直處于均勻下降的趨勢，當含水量降至20%（d.b.）左右時，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 酒花及其內部結構

2 酒花主要干燥技術

2.1 自然陰干

自然陰干是最傳統的干燥方式，干燥成本低，但易受天氣、環境等自然條件的影響，不可控因素較多。夏娜等[6]在25℃的室溫條件下對酒花進行了自然陰干實驗，將酒花干燥至含水率為5%（d.b.）所用時間為24 小時，干燥時間較長。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干燥會發生腐敗變質。而且國家對食品質量安全越來越重視，自然晾干已不能滿足當前酒花的干燥需求。

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，使其具有一定的速度流經物料表面，從而將物料進行干燥的一種方式。夏娜等[6][7]利用常溫氣流對酒花進行了干燥，氣流速度2.5m/s，將酒花干燥至含水率為5%（d.b.）用時17 小時。由于常溫氣流干燥與自然陰干相比縮短了干燥時間，與熱風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℃熱風干燥與自然陰干的酒花。常溫氣流干燥后的酒花貯藏指數（HSI）為0.12，表明酒花處于新鮮狀態。然而常溫氣流干燥仍受制于環境因素，具有較大的不確定性。

2.3 熱風干燥

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

2.4 微波真空干燥

微波真空干燥（MVD）是一種新型干燥技術，能快速有效地去除食品中的水分。與傳統的熱風干燥相比它的主要特點是真空中水分蒸發迅速，干燥比高。使用微波加熱可提高熱效率，因此運行成本降低。微波的強烈加熱和真空引起的低沸點可以使物料在低溫下短時間內完成干燥。微波真空干燥還有助于保持物料中對健康有益的香氣和營養物質[8]。Ferenczi 等[3]研究發現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以下，使水轉變為冰，然后在較高真空下將冰轉變為蒸氣而除去的干燥方法。物料可先在冷凍裝置內冷凍，再進行干燥。但也可直接在干燥室內經迅速抽成真空而冷凍。升華過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，冷凍干燥技術并不適用于酒花的干燥。

近年來，干燥機的發展趨勢是不斷融合相關干燥物料信息，其目的是實現智能干燥系統，不僅可以無損測量物料品質參數，還可以將其用作過程控制的輸入變量。熱成像相機已成功應用于酒花窯式干燥機中，實現了酒花干燥過程的無損檢測[5]。

3 干燥對酒花品質的影響

3.1 干燥對酒花苦味物質的影響

啤酒中的苦味物質來自酒花蛇麻腺中的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，從而改變啤酒的風味[6]。α-酸與β-酸在干燥過程中主要受長時間高水分活性導致的降解影響，主要是水蒸氣的揮發作用。α-酸在干燥過程中損失約3.5-10%，當干燥溫度從55℃提高至65℃時，損失增加約5%。干燥后的酒花在存儲過程中α-酸與-β 酸也會發生氧化作用而顯著降解。夏娜等[6]綜合比較了熱風干燥、自然對流干燥和自然陰干對α-酸、β-酸、黃腐酚與黃酮含量的影響，自然對流干燥對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為是整體香氣成分的關鍵物質[9]。α-石竹烯與β-石竹烯是雙環倍半萜類化合物，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，對啤酒的酒花香味具有很大貢獻，其濃度被認為可用于預測啤酒的風味強度，若在煮沸階段添加，對啤酒的香氣貢獻小，在發酵階段添加，對啤酒香氣的貢獻大。

與苦味物質相比，精油在干燥過程中極易揮發和分解，含量降低約30-40%，主要是由于干燥過程精油隨水蒸氣揮發和發生氧化作用而損失[7]。Kammhuber 等[11]指出由于月桂烯在高溫下易揮發而損失嚴重，在干燥過程中通常會損失25-30%，干燥溫度通常在55℃-65℃之間為宜。但同時研究發現隨月桂烯濃度的降低，酒花香氣質量趨于增加。Ferenczi 等[3]綜合比較了冷凍干燥、微波真空干燥和熱風干燥對酒花中精油成分的影響，通過比較化合物的峰面積發現冷凍干燥對精油的保留率大于微波真空干燥與熱風干燥，β-月桂烯的保留率規律也呈現出相同的特點。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生顯著變化。酒花干燥過程會減少提供香味的精油量，但通常不會明顯減少其成分。然而夏娜等[7]利用65℃的熱風干燥酒花時發現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。

3.3 干燥對酒花色澤的影響

除獲得目標水分外，保持酒花顏色也非常重要，因為產品內部的變化可以通過顏色的變化來識別[5]。一般在最佳收獲期內新鮮酒花是綠色-黃色顏色的組合，隨品種的不同略有差異[12]。新收獲的酒花存儲一段時間后會發生顏色劣化與化學成分的變化，需及時干燥。Sharvari 等[12]發現酒花在干燥過程中總色差ΔE 隨水分比的減少而增加，尤其當水分比高于0.5 時，總色差ΔE變化劇烈。采摘后貯藏一段時間再進行干燥的酒花總色差ΔE 變化要大于采后直接干燥的酒花。

新鮮酒花在環境空氣濕度大于70%的環境中顏色和光澤會發生退化[12]。在干燥開始時空氣濕度通?？梢赃_到100%，這會對酒花的顏色產生負面影響。首先，內部移動到酒花表面的水分不能及時去除，會導致顏色降解。其次，酒花溫度比干燥介質低，介質中的蒸汽會重新在酒花表面冷凝，導致顏色進一步惡化。為此Sturm 等[5]研究了酒花采摘時天氣對酒花干制品顏色的影響，研究發現：早晨露水對酒花干燥過程顏色的影響較小，雨天打濕的酒花在干燥時顏色變化顯著，近乎是其他干燥條件下總色差ΔE 的2 倍，這是由于介質交換作用不足以快速去除水分導致褐變增加。

干燥溫度對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間下會變為棕色。除干燥溫度外，容重也會影響干燥酒花的顏色，隨容重的增加，總色差ΔE 增加[5]，這可能是因為隨容重的增加，一定流量的空氣去除水分的能力降低，使褐變增加。在相同容重下，升高干燥溫度會使初始干燥階段總色差ΔE 值變化較小，但對最終干燥酒花的總色差ΔE無明顯影響[5]。

4 結論與展望

本文綜合研究了國內外酒花干燥技術的最新進展，目前應用于酒花干燥的技術主要有自然晾干、常溫對流干燥、熱風干燥、微波真空干燥與冷凍干燥等，傳統的熱風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干燥，同時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。同時本文對影響酒花精油、苦味物質與顏色等品質的因素進行了詳細分析，可為生產高品質干燥酒花提供參考。未來應加強微波真空干燥等新干燥技術在酒花干燥方面的應用研究，為進一步提高酒花的干燥品質提供理論基礎。