果蔬干燥技術的研究進展

韓旭 董京磊 宮俊杰 鄭振佳

摘 要：從不同的干燥方式的原理、在果蔬貯藏加工中的應用及各自的優缺點等方面進行綜述，以期為調味蔬菜干燥技術的發展與工藝研究提供科學依據。

關鍵詞：果蔬;干燥;研究進展

常見的果蔬干燥技術有熱風干燥、微波干燥、熱泵干燥、紅外干燥、微波真空干燥等，單一干燥技術大多存在一些技術上的不足，幾種干燥技術通過不同的方式結合起來的聯合干燥技術，可以彌補單一技術的不足，以達到干燥時間短、能耗低、品質好的效果。文章綜述了幾種常見的果蔬干燥技術的研究進展，指出干燥過程中常見的問題并對發展前景進行展望[1]。

1 單一干燥技術

1.1 自然干燥

自然干燥利用環境中的風能和太陽能把果蔬中所含的水分除去，具有簡單易操作、費用低廉等優點[2]。任章成等[3]研究表明，曬干處理的葡萄皮渣中總類黃酮含量為403.56 mg/100 g，而凍干含量僅為111.78 mg/100 g。自然干燥的局限性很大，受氣候、空氣風速及濕度等影響很大且干燥期長不受人為控制，最終產品質量較差。

1.2 熱風干燥

熱風干燥是利用風機將熱風吹入干燥室中，物料中的水受熱蒸發，同時利用物料內外溫差，熱量由表面向中心傳遞，從而達到物料內外含水量整體處于適宜狀態[4]。熱風干燥具有設備成熟，操控簡單，應用廣泛，成本低且不受地區氣候條件影響，衛生條件較好等優點，我國多數果蔬采用這種技術進行干燥。李楊等[5]研究表明，冬瓜皮熱風干燥的多糖含量比微波干燥、常溫干燥條件下多，且在60℃時多糖含量最高，達到2 985.46 mg/100 g鮮重。王雪等[6]確定護色后的姜絲熱風干燥最優工藝為干燥溫度55 ℃、干燥時間7.5 h，此時姜絲色澤均勻，呈淡黃色，姜辣素含量為2.0%。由于傳統熱風干燥常用的熱源為鍋爐或爐窯燃燒產生的過熱蒸汽，所以存在能耗高、環境污染大的問題;而且在干燥過程中溫度較高，產品的色澤、品質較差;我國的熱風干燥機存在自動化程度低、勞動力消耗大和熱效率低等問題[7]。

1.3 微波干燥

微波干燥原理是物料中水分直接吸收微波能量，物料表面及內部的溫度同時升高，水分子從物料中蒸發出來，從而達到干燥的目的。微波干燥具有干燥速度快，加熱時間短，加熱均勻，終產物品質高、營養豐富和利用率高，控制方便，工藝先進等優點，同時還可用于殺菌和保鮮領域[8]。劉莉等[9]研究表明，辣椒在干燥功率640 W及800 W時干燥速度明顯高于80 、240 、400 W功率條件下的干燥速度，且兩個功率的干燥時間相差不大，擬合得到Page模型最適于描述辣椒干燥過程，所有功率條件下的R2均在0.985以上。微波干燥存在的問題為產品色差和形變較大、干燥過程最終水分含量難以控制、成本大等[10]。目前我國微波干燥設備種類偏少、適用范圍過于狹窄，需要加深研究。

1.4 變溫壓差膨化干燥

變溫壓差膨化干燥是將物料放入加壓罐中加熱，增大罐中氣壓，物料中的蒸汽會由于加壓罐中的壓力突然消失而被高溫干燥固化，最終形成泡沫狀的膨化產品[11]。變溫壓差膨化干燥具有能耗低、設備構造簡單易操作、應用廣泛等優點。劉麗娜等[12]等進行香菇柄膨化干燥優化試驗得到優化工藝為膨化溫度86 ℃、抽空溫度69 ℃、抽空時間2 h，此條件下膨化干燥的香菇柄的含水率為3.83%、色差值為42.29、膨化度為0.685。賈文婷等[13]通過正交試驗確定紅棗最優工藝為預干燥時間4 h、膨化溫度72.10 ℃、抽空時間84.69 min，此時含水量在7 %以下，膨化度和色澤最優。目前我國的變溫壓差膨化干燥加工設備和理論知識較國外還是比較落后，尋找合適的前處理方式，減少營養物質的損耗，保證產品有較長的保質期，確定合適的膨化工藝是變溫壓差膨化干燥技術需要進一步研究的方向。

1.5 新型太陽能干燥技術

太陽能干燥技術是通過太陽能空氣集熱器將太陽輻射轉化為熱能，從而使物料得到干燥的技術。太陽能干燥技術具有節能環保、操作簡單、成本低、原料干燥周期短，并且制成的成品衛生、質量高等優點[14]。邰曉亮等[15]發現，花菜經太陽能干制后的產品10 min時復水率達到最高值86.49%，剪切力為最小值21.8 牛;復水時間在8 min時的色差值較好，商品性較好。劉鴻雁等[16]研究表明，4 mm棗片比6、8 mm的棗片早1 h干燥完成達到所需濕含量，而在干燥過程中比4 mm薄的棗片破粹嚴重，因此可得4 mm的棗片是最佳厚度。太陽能干燥技術的缺點有干燥效率低、過度依賴氣象條件、可控性差且設備占地空間大等，可以通過與熱泵干燥等聯合干燥來改善太陽能干燥技術[17]。

1.6 熱泵干燥技術

熱泵干燥是利用壓縮機中的高壓的液態工質被壓縮成高溫、高壓的氣體后進入冷凝器放熱，把干燥介質加熱，并且不斷循環加熱，從而干燥物料。熱泵干燥相較于傳統的干燥技術干燥成本低，能源清潔有利于環保，易于控制在低溫環境下進行，目前熱泵干燥已廣泛應用于果蔬等產品的干燥[18]。段全成等[19]研究表明，熱泵干燥蘋果片的最終的水分含量在0.1以下，熱風干燥在0.15～0.2之間，而且熱泵干燥系統的干燥時間比熱風干燥系統縮短30%左右，且熱泵干燥系統平均有效水分擴散系數比熱風干燥系統高而且熱泵干燥能耗比熱風干燥低，由此可得熱泵干燥系統更適于蘋果片的干燥工藝。熱泵干燥單獨使用存在干燥周期長、干燥后期除濕不足和能耗比高等問題，所以多與其他干燥方式聯合使用。

1.7 紅外干燥技術

紅外干燥是利用紅外加熱器發射出的紅外線照射到被加熱物料被吸收轉化成熱能，使物料在極短的時間內外同時加熱，從而實現加熱和干燥的一種方法。紅外干燥可以避免加熱過程中傳熱媒體導致的能量損失，同時具有容易發生、高效節能，可控性好、加熱迅速和干燥效果好等優點[20]。郭玲玲等[21]進行香菇響應面優化試驗得到最優工藝參數為干燥溫度55 ℃、切片厚度4.5 mm、輻照距離120 mm，此條件下香菇色澤評分為58.56、復水比為5.32、硬度為495.63 g、氨基酸含量為818.12 mg/100 g、總糖含量為281.37 mg/g。單一的紅外干燥也存在對于厚度大的物料干燥效率很低、干燥的物料熱量分配不均勻等問題，可以通過與其他干燥技術聯合使用，結合多種干燥方式的優點，實現高效、低耗、質量高的干燥。

1.8 真空冷凍干燥

真空冷凍干燥原理為冷凍物料中的水分在真空狀態下從固態直接升華到氣態，達到干燥的目的[22]。真空冷凍干燥具有脫水徹底、復水性高、營養成分損失少、適合于長期貯存和長途運輸等優點。胡晗艷等[23]試驗結果確定黑大蒜最優凍干工藝為大蒜與水料液比為1∶ 5進行打漿，裝盤厚度6 mm，-18 ℃下預凍12 h后，在加熱溫度60 ℃、真空度30～100 Pa、時間20 h條件下冷凍干燥，此條件下黑蒜粉總酚保留率為96.1%。代小梅等[24]研究表明，香蔥真空干燥相比熱風干燥有更好的維生素C含量和復水率，最優工藝為溫度70 ℃、壓力0.1 MPa、干燥時間4 h。目前，真空冷凍干燥還存在設備要求高、費用高，干燥速度較慢，干制品的吸濕性強，產品包裝內要有吸濕劑及凍干的時間點難以確定等問題，需要進一步加深研究。

2 聯合干燥技術

2.1 微波真空干燥

微波真空干燥是結合真空干燥和微波干燥優點的一種新型干燥技術，真空能夠降低物料干燥的溫度，微波則可以為真空干燥提供熱源，改善了真空狀態下常規熱傳導速率慢的不足，能夠較好地保留食品原有的風味和營養物質，且設備成本、操作費用相對較低，目前已在食品加工、農產品加工、藥品生產、化工等領域被廣泛應用[25]。張繼馳等[26]通過響應面法優化金銀花微波真空干燥最佳工藝為真空度80.64 kPa、微波功率1.71 kW、裝載量69.54 g，此條件下模型預測的最大響應值為綠原酸含量48.621 mg/g，黃酮含量為107.386 mg/g。周琦等[27]進行正交試驗優化檸檬片微波真空干燥工藝得到優化工藝參數為微波功率1.01 kW、真空度72.4 kPa、檸檬片厚度4 mm。微波真空干燥技術也存在一些不足，如排濕困難、干燥終點難以判斷、設備的智能化水平有待進一步提高等。

2.2 微波熱風干燥

微波熱風聯合干燥結合了微波干燥和熱風干燥的優點，有助于水分擴散，彌補了單一微波干燥不均勻的不足之處，干燥速率和產品質量較單一干燥有顯著提升。李湘利等[28]確定熱風微波聯合干燥蒜片的最優工藝條件為前期熱風65 ℃干燥至轉換點干基含水量1.00 g/g，后期采用功率550 W微波干燥至干基含水量0.18 g/g，此條件下干燥速率最快，硫代亞磺酸酯含量最高為1.773 9 mmol/100 g。由于微波熱風干燥是在大氣壓下操作，具有較高的水沸點，這可能導致干燥的產品質量差，如深色和熱敏材料的一些重要營養物質的劣化[29]。

2.3 熱風微波真空聯合干燥技術

熱風微波真空聯合干燥是根據物料的變化特點，不同的干燥階段選擇合適的干燥方式，對物料進行干燥的新型干燥技術。這種干燥方式的優點是干燥時間短、耗能少、能夠較好地保持物料的色澤和營養成分。徐艷陽等[30]研究表明，甘藍熱風微波真空聯合干燥前期熱風干燥至物料的含水率為15%～20%，再采用微波真空干燥，微波功率為1 900 kW，真空度為91.3 kPa，在210 min時干燥完全，較單獨的熱風干燥則減少150 min左右，聯合干燥效率比熱風干燥提升約42%。

熱風和微波真空聯合干燥技術結合了三種工藝的優點，大大縮短了干燥時間，降低了能耗，保證了物料的感官品質和風味，明顯優于傳統的熱風干燥和單獨的微波真空干燥技術，如何將這種高效節能的干燥技術應用到更多的工業生產領域仍然需要不斷的探索研究。

3 展望

目前，我國果蔬干燥生產大多還是采用熱風干燥，因為該技術設備簡單易操作，且可以干燥的果蔬種類多，但面臨著干燥時間長、營養損失嚴重、品質下降和能耗大等問題。果蔬干燥的發展目標為品質優良、生產安全和節能減排等，實現以上目標可以從兩方面開展研究：一方面進一步完善果蔬干燥的基礎理論研究，探尋新型高效干燥前處理方法，改進干燥設備并優化干燥工藝;另一方面可通過幾種干燥方式的聯合取長補短，在提高干燥效率和品質的同時降低能耗等。此外，太陽能豐富的地區還可考慮通過太陽能與傳統干燥技術集成，在提高果蔬干制品產品產量和質量的同時，降低能耗且減少環境污染。◇

參考文獻

[1]曾憲國.農產品和食品干燥技術及設備的現狀與發展[J].現代食品，2018（7）：172-174.

[2]劉巍，馬俊貴，余成，等.我國農產品干燥裝備技術與發展趨勢[J].農業工程，2016，6（6）：29-33.

[3]郭澤美，等.干燥方式對葡萄皮多酚及其抗氧化活性的影響[J].食品科學，2013，34（11）：117-121.

[4]蘇丹，李樹君，趙鳳敏，等.農產品聯合干燥技術的研究進展[J].農機化研究，2014，36（11）：236-240.

[5]李楊，等.不同干燥工藝對冬瓜皮中生物活性成分含量的影響[J].中國調味品，2018，43（4）：53-58.

[6]王雪，位思清，喬旭光，等.生姜護色及熱風干燥工藝條件優化[J].中國調味品，2018，43（10）：11-16.

[7]王畫，楊旭海，張茜.綠葉蔬菜干燥技術研究進展[J].食品科技，2017，42（12）：88-92.

[8]李濤.農產品微波干燥工藝的研究[D].南昌：江西農業大學，2013.

[9]劉莉，劉璐，孔令明.辣椒微波干燥動力學研究[J].中國調味品，2018，43（11）：55-58、69.

[10]Li Z Y，Wang R F，Kudra T.Uniformity issue in microwave drying[J]. Drying Technology，2011，29（6）：9.

[11]劉自強.食品膨化機理的理論探析[J].食品工業科技，1997（6）：52-53.

[12]劉麗娜，王安建，田廣瑞，等.響應面法優化香菇柄變溫壓差膨化干燥工藝[J].食品工業科技，2016，37（15）：198-202、208.

[13]賈文婷，等.紅棗變溫壓差膨化干燥的響應面分析及工藝優化[J].上海農業學報，2016，32（5）：139-144.

[14]何萬寶.農產品干燥加工節能減排工藝及設備[J].南方農機，2016，47（6）：64-65.

[15]邰曉亮，劉瑩，劉淑華，等.太陽能干制花菜干復水效果的研究[J].農產品加工，2018（15）：9-12.

[16]劉鴻雁，等.不同干燥方式下棗片干燥特性和品質的實驗研究[J].食品科技，2018，43（6）：46-52.

[17]明廷玉，李保國.太陽能與熱泵聯合干燥茶葉的應用研究[J].太陽能學報，2017，38（10）：2730-2736.

[18]段振華.水產品干燥技術研究[J].食品研究與開發，2012，33（5）：213-216.

[19]段全成，等.蘋果片熱泵干燥的實驗研究[J].青島大學學報（工程技術版），2018，33（1）：80-86.

[20]魏忠彩，等.紅外干燥技術在果蔬和糧食加工中的應用[J].食品與機械，2016，32（1）：217-220.

[21]郭玲玲，周林燕，畢金峰，等.香菇中短波紅外干燥工藝優化[J].食品科學，2016，37（6）：44-51.

[22]張萍.真空冷凍干燥技術在農產品加工中的應用[J].農村新技術，2010（24）：24-25.

[23]胡晗艷，胡云峰，王娜，等.真空冷凍干燥黑大蒜粉的加工工藝[J].中國調味品，2016，41（12）：74-76.

[24]代小梅，楊性民，姜麗，等.香蔥干燥工藝研究[J].中國調味品，2013，38（11）：25-30.

[25]陶亮，陳娟，何船.微波真空干燥技術在農產品干燥中的應用與展望[J].河南科技，2014（22）：24-25.

[26]張繼馳.金銀花微波真空干燥特性及工藝優化的研究[D].福州：福建農林大學，2015.

[27]周琦，彭林，陳厚榮.響應面法優化檸檬片微波真空干燥工藝[J].食品與發酵工業，2018，44（4）：186-193.

[28]李湘利，等.熱風、微波及其聯合干燥對蒜片品質的影響[J].食品工業科技，2018，39（15）：136-140、146.

[29]Paengkanya S，Soponronnarit S，Nathakaranakule A.Application of microwaves for drying of durian chips[J]. Food and Bioproducts Processing，2015（96）：1-11.

[30]徐艷陽，張慜，陳亦輝，等.熱風和微波真空聯合干燥甘藍試驗[J].無錫輕工大學學報（食品與生物技術），2003（6）：64-66、95.

Abstract：This paper mainly reviewed the principles of different drying methods，the application in the storage and processing of fruits and vegetables，and their advantages and disadvantages to provide scientific reference for the development and technological research of the dried vegetable technology.

Keywords：fruit and vegetable;drying;research progress