CN103766796A - 姜片干燥及生姜生物活性水的联产工艺 - Google Patents
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Abstract
姜片干燥与生姜生物活性水的联产工艺，将生姜片放入红外干燥箱中，根据生姜红外光谱图，定向选择红外辐射加热；第一阶段控制烘箱内温度为70℃，干至失重60%，第二阶段，烘箱内温度为80℃，至失重88%，回收干燥过程中的蒸汽，经过冷凝得冷凝液，入储液罐经过调和、过滤后入高压均质机均质，至体系粘度达到最大，得含姜精油及姜辣素的生姜生物活性水。本发明提供了一种低能耗、高效率、无污染的生姜姜片及生姜生物活性水的联产工艺，实现快速干燥姜片，还能使资源最大利用化，回收生姜生物活性水，减少资源浪费，避免环境污染，实现工艺联产，增加了生产效益；并易于实现工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及姜片干燥及生姜生物活性水的联产工艺。
背景技术
生姜为姜科多年生草本宿根植物，自古以来，我国便将其作为一种重要的调味品和药材。生姜根茎中的主要成分为易挥发的精油和不易挥发的姜辣素物质。生姜在干燥过程中，会有大部分的姜精油和部分姜辣素随着水蒸气挥发出来，如果直接将其排放至空气中，不仅会导致空气污染，同时还会造成资源浪费，降低生姜的资源利用率。目前我国姜片的工业化生产主要采用焦煤作为燃料进行烘烤，烘烤方式主要为土坑式烤床烘烤和带式热风干燥方式，这两种开放式的干燥方式耗能高，不利于蒸汽回收。由于生姜干燥过程时释放的蒸汽中含有具有很强生物活性的姜精油与姜辣素等功能成分，如不加以回收，一方面造成生姜加工过程中功能活性成分的丧失，另一方面还会导致空气污染。因此，为了提高生姜干燥综合开发价值，急需开发一种节能、快速的干燥方式以及便于收集含有姜精油及姜辣素的生姜生物活性水的联产工艺，实现生姜干燥加工的经济效益。
发明内容
针对上述技术问题，本发明的目的是公开一种姜片干燥及生姜生物活性水的联产工艺，提供一种低能耗、高效率、无污染、资源综合利用率高的生姜联产工艺，以解决姜片干燥生产存在的工艺复杂、能耗高、污染环境等问题。
本发明提供的技术方案为：
一种姜片干燥及生姜生物活性水的联产工艺，具体包括以下步骤：
一种姜片干燥及生姜生物活性水的联产工艺，具体包括以下步骤：
步骤一、将生姜清洗干净，去皮，切割成片；
步骤二、将生姜片放入红外干燥箱中，采用2.98微米的红外线进行辐射加热；
步骤三、采用梯次变温干燥，第一阶段，控制干燥箱内温度为70±1℃，热风风速为1m/s，至失重为60%；第二阶段，控制干燥箱内温度为80±1℃，热风风速为1m/s，至失重88%，得到脱水的姜片；
步骤四、采用风扇将干燥过程中的蒸汽导入冷凝器冷凝，蒸汽液化后，进入储液罐，实现干燥过程中蒸汽的冷凝回收；即将生姜干燥过程中产生的热蒸汽通过风扇作用导入蒸汽冷凝器，经冷凝液化，然后进入储液罐，回收干燥过程中的冷凝液体；
步骤五、将冷凝液体经调和、过滤后进入高压均质机均质，温度控制在50-60℃，压强控制在25-30Mpa，至粘度达到最大，停止均质，得到含有姜精油及姜辣素的生姜生物活性水。按照这种工艺还可制得含姜精油及姜辣素的生姜生物活性水产品。
优选的是，所述的姜片干燥及生姜生物活性水的联产工艺中，所述步骤一中，姜片的厚度为5-6mm。
优选的是，所述的姜片干燥及生姜生物活性水的联产工艺中，所述步骤三中，梯次变温干燥的干燥距离为8cm，所术干燥距离即发热管至被干燥姜片间的尺寸，热风温度无需额外热源提供，直接由红外热源提供，第一阶段干燥时间为30-40min。
优选的是，所述的姜片干燥及生姜生物活性水的联产工艺中，所述步骤四中，热风的风向与蒸汽收集管道方向一致。
优选的是，所述的姜片干燥及生姜生物活性水的联产工艺中，所述步骤五中，均质温度为55℃，压强为25-30Mpa。
本发明所述的姜片干燥及生姜生物活性水的联产工艺中，采用2.98微米波长的红外线进行辐射加热，能够保证生姜能够充分吸收辐射能，并通过内部分子振动，将辐射能转换为内能，进而快速提高物料内部温度；热风降低生姜表面温度，使物料内部温度高于外部温度，传热传质方向一致，使姜片能够快速脱水，同时加快蒸汽通过蒸汽收集管道进入冷凝器冷凝。另外，梯次变温干燥利于生姜中不同状态水的扩散，进而加快脱水速率。综上所述，红外梯次变温干燥能够达到生姜快速脱水的目的，提高干燥效率。55℃、25-30Mpa压力条件下均质处理，不仅能够减少生姜活性物质破坏，同时还能够使活性物质与水充分乳化，使体系具有最适粘度。该发明具有工艺简单、效率较高、能耗较低、无环境污染、资源化利用高及可实现工业生产的优点。
附图说明
图1 是本发明所述的实施例中生姜的红外光谱图。
图2是本发明的红外辐射再结合热风干燥姜片的70的干燥曲线。
图3是本发明的红外辐射再结合热风干燥姜片的70、80℃的梯次变温干燥曲线。
图4是本发明得到的生姜生物活性水GC-MS总离子流图。
图5是生产工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
本发明提供一种姜片干燥及生姜生物活性水的联产工艺，包括以下步骤：
步骤一、将生姜清洗干净，去皮，并切割成片；
步骤二、将生姜片放入红外干燥箱中，采用2.98微米的红外线进行辐射加热；
步骤三、采用梯次变温干燥，第一阶段，控制干燥箱内温度为70℃，热风风速为1m/s，干至失重60%；第二阶段，继续采用2.98微米的红外线进行辐射加热，将干燥箱内的温度控制为80℃，热风风速为1m/s，干至失重88%，得到脱水的姜片；
步骤四、将干燥过程中的蒸汽进入冷凝器冷凝，然后进入储液罐，回收冷凝液体；
步骤五、将冷凝液体调和、过滤后进入高压均质机均质，温度控制在50℃，压强为30Mpa，至粘度达到最大，停止均质，得到含有姜精油及姜辣素的生姜生物活性水。
所述的姜片干燥及生姜生物活性水的联产工艺中，所述步骤一中，切割的生姜片厚度为5mm。
所述的姜片干燥及生姜生物活性水的联产工艺中，所述步骤三中，热风温度由红外热源直接加热，无需额外热源加热。
所述的姜片干燥及生姜生物活性水的联产工艺中，所述的生姜片的干燥工艺为：将生姜片放置于红外干燥箱的物料盘中，成排摆放，每一排鲜姜片间相隔2cm，然后采用2.98微米波长的红外线进行辐射加热；采用梯次变温干燥，第一阶段控制箱内温度为70℃，热风风速为1m/s，干至失重60%；第二阶段，继续采用2.98微米的红外线进行辐射加热，将干燥箱内的温度控制为80℃，热风风速为1m/s，干至失重88%，完成脱水干燥工艺。
所述的姜片干燥及生姜生物活性水的联产工艺中，所述的生姜生物活性水的生产工艺为：将干燥过程挥发的蒸汽在热风带动下进入冷凝器进行冷凝，然后进入储液罐；将储液罐内的液体调和、过滤后进入高压均质机进行均质，使油水充分混合，至体系粘度达到最大，完成均质过程，得到含有姜精油及姜辣素的生姜生物活性水。
生姜片干燥条件的选择依据：
1、红外线波长的选择依据
生姜片中的主要成分为水分、淀粉、纤维、糖类、酚类等，它们都是红外敏感物质，其分子中含有的O-H、C-H、N-H等基团在红外吸收区具有较强的吸收峰。由图1可以看出生姜片在3356.02cm-1波数处具有较强的吸收峰，根据公式（波长=104/波数）计算得，在波长2.98微米处具有较强的吸收峰，因此根据红外加热正匹配吸收原则，实施例采用2.98微米波长的红外线进行辐射干燥姜片，在此波长，姜片能够充分吸收红外辐射能，并通过分子振动将其转换为内能，用于生姜片的脱水干燥。
2、热风联合脱水干燥的选择依据
生姜片吸收红外辐射的能量后，水分由内部向外部扩散，热风能够加快表面水分蒸发，带走部分热量，从而降低表面温度，增大姜片内外温差，使水分传热传质方向一致，加快其扩散速度。另外，热风能够加快蒸汽进入冷凝器冷凝，实现整个工艺的集成化生产。
3、梯次变温干燥的选择依据
由图2可以看出，单独采用70℃干燥时，整个工艺需要75min才能使姜片失重88%。干燥后期，干燥速率呈下降趋势，其中，30min后干燥速率下降趋势较大，25min时，姜片的干燥速率为0.07g/min，30min时，姜片的干燥速率为0.06g/min，而35min时，姜片的干燥速率为0.04g/min，此时干燥的主要是一些不易流动水，因此为了提高干燥效率，选用30min这个点作为变温干燥的梯度点，此时姜片约失重60%，之后进入第二阶段，选用80℃进行干燥，来加快姜片的脱水速度。由图3可以看出，选择梯度变温干燥后，姜片的干燥速率提高，效率提高，仅用55min即可达到姜片失重88%的要求。因此，采用梯次变温干燥，第一阶段采用70℃干燥30min，此时失重约60%，第二阶段采用80℃干燥，至失重约88%，完成姜片的脱水干燥。
实施例（以每小时生产1吨生姜为例）
一种姜片干燥及生姜生物活性水的联产工艺，包括以下步骤：
步骤一、选用新鲜生姜，清洗、去皮，并将其切割为5mm厚的姜片；
步骤二、将切割好的姜片（每片约5g，共1吨）放入红外干燥箱的物料盘中，成排摆放，每一排姜片间相隔5cm，采用2.98微米的红外线进行辐射加热。
步骤三、采用梯次变温干燥，第一阶段，控制干燥箱内温度为70℃，热风风速为1m/s，辐射距离为8cm，干燥30min，此时失重60%，每片姜片重量约为2g，共0.4吨，蒸汽释放0.6吨；第二阶段，继续采用2.98微米的红外线进行辐射加热，控制干燥箱内温度为80℃，热风风速为1m/s，辐射距离为8cm，至失重88%，此时每片姜片重量约为0.6g，共0.12吨，蒸汽释放0.28吨。
步骤四、将干燥过程中的蒸汽，共0.88吨进入冷凝器（直径1m，高度3m，冷凝水水温25℃，进水量180m3/h，冷凝水经自然冷却后和循环使用）冷凝，然后进入储液罐，回收0.85吨冷凝液体；
步骤五、将储液罐内液体经过调和（物质添加量见表1）、过滤（300目）后进入高压均质机内进行均质，均质温度为55℃，压强为30Mpa，使油水充分混合，至体系粘度达到最大，均质结束，得到含有姜精油及姜辣素等物质的生姜生物活性水。
表1 生姜生物活性水调和物质添加量
| 名称 | 蔗糖 | 柠檬酸 | 羧甲基纤维素钠 | 异Vc钠 |
| 添加量 | 100g/L | 1.6g/L | 0.6g/L | 0.1g/L |
指标测定
从图3可以看出，红外辐射再结合热风梯度变温干燥生姜片仅需55min，即可将姜片干至失重88%。目前姜片干燥采用的微波与热风联合干燥则需150min，传统的烤床烘烤则需要至少60h。通过对比可以看出，红外辐射再结合热风梯度变温干燥生姜片能够大幅度缩减干燥耗时。
通过GC-MS（气相色谱-质谱联用技术）对生姜生物活性水中的活性成分进行分析，总离子流图结果见图4与表2。通过对这些色谱峰的定性定量分析发现，生姜干燥产生的蒸汽中，带有32种成分（见表2）。其中，姜精油及姜辣素的总含量约为1.1mg/100ml。由此可见，对生姜干燥过程中的蒸汽进行回收，可以有效获得生姜中的大量生理活性物质。
综上所述，本发明提供的一种姜片干燥及生姜生物活性水的联产工艺，不仅可以实现快速干燥姜片，提高生产效率，同时还能使资源最大利用化，回收富含活性物质的生姜生物活性水，而且减少资源浪费，避免环境污染，实现工艺联产，增加了生产效益。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
表2是本发明得到的生姜生物活性水中活性物质的相对百分含量测定结果
本发明基于红外干燥匹配吸收原理，借助红外穿透性，通过分子振动，使物料内部温度升高，因其热流密度为热风的70余倍，以及不需要媒介传递，直接加热物料，同热风相比，红外具有很高的干燥效率；通过风扇将湿热蒸汽导出，气流能够降低物料表面温度，加速物料表面的传热传质，利于水分扩散。干燥过程中产生的湿热蒸汽通过管道进入冷凝器，经冷凝液化得到含有姜精油及姜辣素的生姜生物活性水。本发明实现了生姜片的快速干燥与蒸汽收集一体化，降低了环境污染，提高了生姜的资源利用率，增加了经济效益。
Claims (6)
1.一种姜片干燥及生姜生物活性水的联产工艺，其特征在于，包括以下步骤：
一、将干净、去皮的生姜片放入红外干燥箱中，根据生姜红外光谱图，定向选用2.98微米的红外线进行辐射加热；
二、采用梯次变温干燥，第一阶段，控制红外干燥箱内温度为70±1℃，热风风速为1m/s，干至失重60%；第二阶段，控制红外干燥箱内温度为80±1℃，热风风速为1m/s，干至失重88%，得到脱水的生姜姜片；
三、将生姜干燥过程中产生的热蒸汽通过风扇作用导入蒸汽冷凝器，经冷凝液化，然后进入储液罐，回收干燥过程中的冷凝液体；
四、将储液罐内的液体经调和、过滤后进入高压均质机均质，均质温度控制在50-60℃，压强控制在25-30Mpa，至体系粘度达到不再增加止，停止均质，得到含有姜精油及姜辣素的生姜生物活性水。
2.如要求1所述的一种姜片干燥及生姜生物活性水的联产工艺，其特征在于按照这种工艺制得的含姜精油及姜辣素的产品。
3.如权利要求1所述的一种姜片干燥及生姜生物活性水的联产工艺，其特征在于所述步骤一中，红外辐射加热的波长2.98微米是根据生姜的红外光谱图定向选择。
4.如权利要求1所述的一种姜片干燥及生姜生物活性水的联产工艺，其特征在于所述步骤四中，高压均质的温度要求50-60℃是根据生姜活性物质的分解点定向要求的；高压均质的压强控制在25-30Mpa，是为了维持体系较好的粘度而设定。
5.如权利要求1所述的姜片干燥及生姜生物活性水的联产工艺，其特征在于梯次变温干燥的干燥距离为8cm，热风温度直接由红外热源提供，第一阶段干燥时间为30-40min。
6.如权利要求1或4所述的姜片干燥及生姜生物活性水的联产工艺，其特征在于优选的是步骤五中，均质温度为55℃，压强为25-30Mpa。
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