酒花干燥技术研究

冀鹏飞 李 璐 刘建波

0 前言

酒花，又名蛇麻、塘草花等，桑科葎草属多年生攀援草本植物，味苦，具有芳香气味。酒花是啤酒酿造过程中最重要的组成部分之一，被称为“啤酒的灵魂”。最初酒花主要用于提高啤酒中微生物的稳定性，延长货架期。随啤酒行业的发展，酒花越来越被用于其他用途，如创造特有泡沫、酒的苦味和香气等。啤酒的苦味来自酒花蛇麻腺中存在的α-酸与β-酸，香气来自香气化合物（精油）[1]。虽然当前苦味仍是选择特定类型酒花的最重要参考，但随着工艺啤酒的最新发展趋势，香气与风味酒花越来越受到新的关注。

啤酒酿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、颗粒酒花和酒花浸膏等，其中颗粒酒花是最常用的方式[2]。新收获的酒花由于含水量较高会引起微生物腐败、颜色降解和化学反应，不能长期储存。为了延长货架期，干燥是常用的一种技术，主要是抑制霉菌和霉菌引起的腐败，同时有助于保留α-酸、β-酸及树脂类有效成分并防止其氧化[3]。此外，干燥后的酒花具有多孔结构，有助于麦芽汁与苦味素等充分接触，有利于酿造过程[4]。干燥过程会造成酒花品质的下降，选择合适的干燥方法对保留酒花中的精油、α-酸与β-酸等苦味物质十分重要。

目前，我国啤酒产量已位居世界第一，啤酒产量的增加意味着酒花需求量的增加，同时更需要高品质的酒花制品。本文综合研究了国内外酒花干燥技术最新进展，以期为降低酒花干燥过程中有效成分的损失，提高酒花干燥品质提供参考。

1 酒花干燥特点

新鲜酒花含水量高达80%-85%（d.b.），为了延长贮藏期，应使其水分降至9%（d.b.）以下。酒花干燥是一个复杂的过程，主要是由于酒花呈圆锥体结构，由花梗及覆盖于花梗上面的苞片组成，如图1 所示[5]。在干燥过程中由于苞片的存在，酒花花梗不与空气直接接触，导致外层苞片干燥速度要快于花梗。当苞片中的含水量降至4-7%（d.b.）时，花梗中的含水量仍可达25-35%（d.b.），导致酒花干制品处于水分不平衡状态。苞片过度干燥（含水率＜7% d.b.），花球易破碎，会增加苦味素等有效成分的损失；花梗含水量＞13%（d.b.），则存在微生物变质风险。因此，干燥完成的酒花需置于干燥器中，以便使花梗与苞片之间的水分均衡。

酒花独有的结构特点使其干燥过程呈现出特有的干燥规律，首先酒花苞片开始干燥，进而花梗开始干燥。在初始干燥阶段水分迅速流失，干燥速率下降；随后干燥速率升高，然后逐渐过渡到第二降速干燥阶段[5]。夏娜等[6]的研究结果与此不同，酒花在自然阴干、常温气流干燥与热风干燥的整个干燥过程都没有表现出典型的干燥曲线，而是一直处于均匀下降的趋势，当含水量降至20%（d.b.）左右时，干燥速率有所下降，这种差异可能是酒花品种或干燥条件不同的原因。

图1 酒花及其内部结构

2 酒花主要干燥技术

2.1 自然阴干

自然阴干是最传统的干燥方式，干燥成本低，但易受天气、环境等自然条件的影响，不可控因素较多。夏娜等[6]在25℃的室温条件下对酒花进行了自然阴干实验，将酒花干燥至含水率为5%（d.b.）所用时间为24 小时，干燥时间较长。酒花的最佳收获期较短，若遇阴雨天气，采摘的新鲜酒花不能及时干燥会发生腐败变质。而且国家对食品质量安全越来越重视，自然晾干已不能满足当前酒花的干燥需求。

2.2 常温气流干燥

常温气流干燥是指利用自然空气作为干燥介质，使其具有一定的速度流经物料表面，从而将物料进行干燥的一种方式。夏娜等[6][7]利用常温气流对酒花进行了干燥，气流速度2.5m/s，将酒花干燥至含水率为5%（d.b.）用时17 小时。由于常温气流干燥与自然阴干相比缩短了干燥时间，与热风干燥相比干燥温度较低，其干燥的酒花中α-酸、β-酸及精油的含量要高于65℃热风干燥与自然阴干的酒花。常温气流干燥后的酒花贮藏指数（HSI）为0.12，表明酒花处于新鲜状态。然而常温气流干燥仍受制于环境因素，具有较大的不确定性。

2.3 热风干燥

热风干燥是目前酒花干燥最常用的干燥形式。Ferenczi 等[3]利用30℃的热风将酒花含水率由69.11±1.10 %（d.b.）干燥至22.56 ±1.41%（d.b.）用时10小时，所用能耗为0.9kWh。夏娜等[6]利用65℃的热风将酒花含水率由80%（d.b.）干燥至5%（d.b.）用时12 小时。酒花热风干燥时间受干燥温度影响较大。热风干燥后的酒花贮藏指数（HSI）为0.39，表明干燥后的酒花处于新鲜状态。

2.4 微波真空干燥

微波真空干燥（MVD）是一种新型干燥技术，能快速有效地去除食品中的水分。与传统的热风干燥相比它的主要特点是真空中水分蒸发迅速，干燥比高。使用微波加热可提高热效率，因此运行成本降低。微波的强烈加热和真空引起的低沸点可以使物料在低温下短时间内完成干燥。微波真空干燥还有助于保持物料中对健康有益的香气和营养物质[8]。Ferenczi 等[3]研究发现微波真空干燥将含水率为69.11±1.10 %（d.b.）的酒花干燥至17.75±0.68%（d.b.）所用能耗为1.27kWh，同时可以很好的保留酒花中的香气成分，是一种很有前途的干燥方法。

2.5 冷冻干燥

冷冻干燥又称升华干燥，将含水物料冷冻到冰点以下，使水转变为冰，然后在较高真空下将冰转变为蒸气而除去的干燥方法。物料可先在冷冻装置内冷冻，再进行干燥。但也可直接在干燥室内经迅速抽成真空而冷冻。升华过程中所需的汽化热量，一般用热辐射供给。Ferenczi等[3]采用冷冻干燥方法将含水率为69.11±1.10 %（d.b.）的酒花干燥至7.86±0.64%（d.b.）所用能耗为15.09 kWh，分别是微波真空干燥与热风干燥能耗的11.9 倍与16.8 倍。虽然冷冻干燥可以很好的保留酒花中的有效成分，但考虑到能耗等成本因素，冷冻干燥技术并不适用于酒花的干燥。

近年来，干燥机的发展趋势是不断融合相关干燥物料信息，其目的是实现智能干燥系统，不仅可以无损测量物料品质参数，还可以将其用作过程控制的输入变量。热成像相机已成功应用于酒花窑式干燥机中，实现了酒花干燥过程的无损检测[5]。

3 干燥对酒花品质的影响

3.1 干燥对酒花苦味物质的影响

啤酒中的苦味物质来自酒花蛇麻腺中的α-酸与β-酸[1]，其中α-酸赋予啤酒特有的苦味，增加泡味，β-酸主要起辅助苦味作用。α-酸与β-酸都可防止啤酒被杂菌污染，但这两种酸易被氧化成有苦味的氧化物质，从而改变啤酒的风味[6]。α-酸与β-酸在干燥过程中主要受长时间高水分活性导致的降解影响，主要是水蒸气的挥发作用。α-酸在干燥过程中损失约3.5-10%，当干燥温度从55℃提高至65℃时，损失增加约5%。干燥后的酒花在存储过程中α-酸与-β 酸也会发生氧化作用而显著降解。夏娜等[6]综合比较了热风干燥、自然对流干燥和自然阴干对α-酸、β-酸、黄腐酚与黄酮含量的影响，自然对流干燥对这四种有效成分损失的影响最小，分别损失1.48%、1.25%、2.2mg/g 和0.98%。

3.2 干燥对酒花精油的影响

目前，已知酒花中有400 多种芳香组分，酒花精油是酒花香气的主要成分，占干酒花质量的0.5-3%，其中萜类化合物占90%，主要为单萜烯与单萜醇化合物[5]。β-月桂烯与芳樟醇被认为是整体香气成分的关键物质[9]。α-石竹烯与β-石竹烯是双环倍半萜类化合物，分别占精油含量的8.99%与10.69%[10]。以上三种物质是酒花中最重要的三种半萜类化合物。芳樟醇是重要的单萜醇化合物，对啤酒的酒花香味具有很大贡献，其浓度被认为可用于预测啤酒的风味强度，若在煮沸阶段添加，对啤酒的香气贡献小，在发酵阶段添加，对啤酒香气的贡献大。

与苦味物质相比，精油在干燥过程中极易挥发和分解，含量降低约30-40%，主要是由于干燥过程精油随水蒸气挥发和发生氧化作用而损失[7]。Kammhuber 等[11]指出由于月桂烯在高温下易挥发而损失严重，在干燥过程中通常会损失25-30%，干燥温度通常在55℃-65℃之间为宜。但同时研究发现随月桂烯浓度的降低，酒花香气质量趋于增加。Ferenczi 等[3]综合比较了冷冻干燥、微波真空干燥和热风干燥对酒花中精油成分的影响，通过比较化合物的峰面积发现冷冻干燥对精油的保留率大于微波真空干燥与热风干燥，β-月桂烯的保留率规律也呈现出相同的特点。与新鲜酒花相比，微波真空干燥与冷冻干燥后的酒花中β-月桂烯的百分比增加，α-石竹烯与β-石竹烯的百分比减少；热风干燥后的酒花中β-月桂烯、α-石竹烯与β-石竹烯的百分比均未发生显著变化。酒花干燥过程会减少提供香味的精油量，但通常不会明显减少其成分。然而夏娜等[7]利用65℃的热风干燥酒花时发现干燥完成后的酒花中精油成分减少了11 种，增加了2 种；常温对流干燥的酒花增加了3 种有效成分，减少了8 种有效成分，这可能与酒花的品种与干燥方式有关。

3.3 干燥对酒花色泽的影响

除获得目标水分外，保持酒花颜色也非常重要，因为产品内部的变化可以通过颜色的变化来识别[5]。一般在最佳收获期内新鲜酒花是绿色-黄色颜色的组合，随品种的不同略有差异[12]。新收获的酒花存储一段时间后会发生颜色劣化与化学成分的变化，需及时干燥。Sharvari 等[12]发现酒花在干燥过程中总色差ΔE 随水分比的减少而增加，尤其当水分比高于0.5 时，总色差ΔE变化剧烈。采摘后贮藏一段时间再进行干燥的酒花总色差ΔE 变化要大于采后直接干燥的酒花。

新鲜酒花在环境空气湿度大于70%的环境中颜色和光泽会发生退化[12]。在干燥开始时空气湿度通常可以达到100%，这会对酒花的颜色产生负面影响。首先，内部移动到酒花表面的水分不能及时去除，会导致颜色降解。其次，酒花温度比干燥介质低，介质中的蒸汽会重新在酒花表面冷凝，导致颜色进一步恶化。为此Sturm 等[5]研究了酒花采摘时天气对酒花干制品颜色的影响，研究发现：早晨露水对酒花干燥过程颜色的影响较小，雨天打湿的酒花在干燥时颜色变化显著，近乎是其他干燥条件下总色差ΔE 的2 倍，这是由于介质交换作用不足以快速去除水分导致褐变增加。

干燥温度对酒花颜色有显著影响，在最适宜的温度下酒花保持柠檬黄色，在较高的温度与暴露时间下会变为棕色。除干燥温度外，容重也会影响干燥酒花的颜色，随容重的增加，总色差ΔE 增加[5]，这可能是因为随容重的增加，一定流量的空气去除水分的能力降低，使褐变增加。在相同容重下，升高干燥温度会使初始干燥阶段总色差ΔE 值变化较小，但对最终干燥酒花的总色差ΔE无明显影响[5]。

4 结论与展望

本文综合研究了国内外酒花干燥技术的最新进展，目前应用于酒花干燥的技术主要有自然晾干、常温对流干燥、热风干燥、微波真空干燥与冷冻干燥等，传统的热风干燥仍是最常用的干燥方法。微波真空干燥能耗略高于热风干燥，同时可以更好的保留酒花中的香气成分，是一种很有前途的干燥方法。同时本文对影响酒花精油、苦味物质与颜色等品质的因素进行了详细分析，可为生产高品质干燥酒花提供参考。未来应加强微波真空干燥等新干燥技术在酒花干燥方面的应用研究，为进一步提高酒花的干燥品质提供理论基础。