红姜汁（Zingiber officinale var. rubrum）的冷冻干燥与 oven 干燥：物理化学性质、生物活性保留及微观结构特征的比较研究

《South African Journal of Chemical Engineering》：Freeze- and Oven-Drying of Red Ginger Juice ( Zingiber officinale var. Rubrum): A Comparative Study on Physicochemical Properties, Bioactive Retention, and Microstructural Characteristics

红姜汁粉的干燥方法（冻干和不同温度 oven 干燥）对其物理化学性质、生物活性成分及微观结构的影响研究表明，冻干法能最佳保留多酚和抗氧化活性（6-姜酚保留112.85 mg/g），但干燥时间长（63-72小时）、成本高；而50°C oven干燥在效率（9.3-10小时）和质量（总酚含量17.95 mg GAE/g，抗氧化IC50 164.05 mg/100g）间取得平衡，适合工业化生产。高温 oven 干燥（≥60°C）导致6-姜酚降解为6-姜酚醇，降低抗氧化能力，并引发美拉德反应改变颜色。冻干法虽能保持较高生物活性，但10-姜酚仍部分降解。SEM显示冻干保留完整微结构，而高温 oven 干燥导致孔隙增加和颗粒破碎。综上，50°C oven干燥是工业化的实用选择，冻干则更优但成本高。（

　　红姜（Zingiber officinale var. Rubrum）作为一种富含生物活性成分的植物，其在药用、营养补充剂及功能性食品领域的应用价值备受关注。红姜汁粉因其便捷性和稳定性，正逐渐成为研究的热点。然而，其在加工过程中面临诸多挑战，尤其是在干燥方法的选择上。本文旨在探讨不同干燥方法和温度对红姜汁粉的物理化学性质、生物活性成分及微观结构的影响，为工业化生产提供科学依据。

红姜汁粉的制备过程中，水分含量是一个关键因素。新鲜红姜的水分含量高达90%以上，这种高水分含量不仅导致其易腐，还增加了加工和储存的难度。因此，干燥成为延长其保质期和稳定其功能成分的重要手段。本文中，研究者对冻干（FD）和不同温度下的烤箱干燥（OD）进行了比较分析，评估了其在红姜汁粉制备中的优劣。通过一系列实验，包括干燥时间、干燥效率、水分含量、颜色变化、总酚含量、抗氧化活性以及6-姜醇和6-姜烯酚的保留情况，研究者希望找到一种既高效又保持良好品质的干燥方法。

从实验结果来看，冻干法在保留生物活性成分方面表现突出。特别是在6-姜醇的保留上，冻干法的含量最高，达到了112.85 ± 8.11 mg/g，远高于其他干燥方法。这表明冻干法在低温条件下能有效减少氧化反应，从而保持姜类化合物的稳定性。然而，冻干法的一个显著缺点是其干燥时间较长，需要63.0至72.0小时，这在工业生产中可能会增加成本和时间投入。此外，冻干法的干燥效率较低，产品收率仅为3.93 ± 0.38%，低于烤箱干燥法的收率，这可能与水分蒸发速度较慢有关。

相比之下，烤箱干燥法在干燥效率和产品收率方面表现更优。特别是在50°C的条件下，烤箱干燥的干燥时间仅为9.3至10.0小时，显著低于冻干法，同时其产品收率和水分含量也处于较为理想的水平。然而，随着温度的升高，烤箱干燥法对6-姜醇的破坏性增强，导致其含量下降，而6-姜烯酚的含量则显著上升。这表明，温度升高会促进6-姜醇向6-姜烯酚的转化，从而降低产品的抗氧化能力。此外，烤箱干燥法在颜色方面也表现出一定的变化，特别是在较高温度下，颜色的改变更为明显，这与美拉德反应的发生有关。

在微观结构方面，冻干法和烤箱干燥法对红姜汁粉的形态和结构产生了不同的影响。冻干法保留了红姜汁粉的完整微观结构，形成了较为均匀的多孔结构，有利于产品的再水合和溶解性。而烤箱干燥法在较高温度下会导致颗粒的破裂和结构的不完整，这可能会影响产品的物理性质和稳定性。通过扫描电镜（SEM）的观察，研究者发现冻干法的红姜汁粉具有更精细的颗粒结构，而烤箱干燥法则随着温度的升高，颗粒的破碎程度增加，导致更多的结构损伤。

尽管冻干法在保留生物活性成分和颜色方面表现出色，但其高能耗和长处理时间限制了其在大规模工业生产中的应用。而烤箱干燥法虽然在高温下导致生物活性成分的降解，但其在中等温度（如50°C）下仍能保持较高的总酚含量和抗氧化活性，这为工业生产提供了一种更为可行的替代方案。特别是在产品收率和干燥时间的平衡方面，烤箱干燥法在50°C时表现最佳，既保证了较高的效率，又维持了较好的品质。

研究结果表明，选择合适的干燥方法和温度对于红姜汁粉的品质和工业可行性至关重要。冻干法虽然在保留生物活性成分方面具有优势，但其高成本和长处理时间可能使其难以在大规模生产中推广。而烤箱干燥法在中等温度下，不仅能够有效减少处理时间，还能在一定程度上保持产品的功能特性，为红姜汁粉的工业化生产提供了实用的解决方案。此外，研究还指出，随着干燥温度的升高，红姜汁粉的结构完整性逐渐下降，颜色变化更加明显，这可能影响其在市场上的接受度和应用范围。

为了进一步提升红姜汁粉的品质和工业适用性，未来的研究可以探索更加节能高效的干燥技术，如微波干燥或真空干燥。同时，环境因素如相对湿度对干燥过程的影响也值得深入探讨。此外，干燥参数的精确控制对于确保产品质量和生产过程的可重复性至关重要，这在工业制造中尤为重要。通过优化干燥条件，可以更好地平衡干燥效率和生物活性成分的保留，从而提高红姜汁粉的市场竞争力和消费者接受度。

红姜汁粉的制备不仅有助于提高产品的稳定性和储存便利性，还能促进其在功能性饮料、健康产品和天然药物中的应用。特别是在缺乏低温储存条件的地区，红姜汁粉的推广具有重要意义。此外，天然红姜提取物相比合成姜味剂具有更高的生物活性和健康效益，这使其在健康导向的食品和饮料行业中更具吸引力。然而，由于其高成本和处理难度，许多生产商倾向于使用合成姜味剂。因此，通过优化干燥工艺，提高红姜汁粉的产量和质量，可以有效降低成本，增强其市场竞争力。

综上所述，红姜汁粉的干燥方法和温度选择对最终产品的质量和工业可行性具有重要影响。冻干法虽然在保留生物活性成分方面表现最佳，但其高成本和长处理时间限制了其在大规模生产中的应用。而烤箱干燥法在中等温度下提供了较好的平衡，既保证了较高的干燥效率，又维持了较高的生物活性成分含量。未来的研究应进一步探索更高效的干燥技术，并优化干燥参数，以提高红姜汁粉的品质和工业适用性，从而推动其在功能性食品和健康产品领域的广泛应用。