水果紙干燥技術研究進展

陳曉玲，管維良，侯東園，蔡路昀, ，張進杰

（1.寧波大學食品與藥學學院，浙江寧波 315300；2.浙江大學寧波研究院，浙江寧波 315000；3.浙大寧波理工學院生物與化學工程學院，浙江寧波 315000；4.浙江大學生物系統工程與食品科學學院，浙江杭州 310058）

水果是居民必需營養物質的重要來源，其含有的維生素、多糖、膳食纖維等豐富的生物活性化合物可為人們提供顯著的健康益處[1-2]。根據居民膳食指南報道，水果的每日推薦攝入量為300～500 g[3]。適量的水果攝入量不僅可以降低心血管疾病各年齡段人群中的發病率和死亡風險，還可以降低肺癌和消化道疾病的發病風險[4-5]。

然而，水果極易受環境或貯藏條件的影響發生品質惡化，保質期較短。這不僅使水果的營養價值顯著下降，同時也造成了普遍的食物浪費。當前我國食物損耗和浪費問題普遍存在，從生產、運輸、貯存、加工到消費都存在嚴重的浪費現象[6]。滲透脫水、涂膜保鮮、氣調保鮮、臭氧保鮮、低溫保鮮等多種技術可以減少損失并延長水果的保質期[7-9]。其中，干燥是實現這一目標的最古老且最常用的方法。干燥是一個同時涉及傳熱和傳質的復雜過程，此過程中原料的水分持續蒸發，最終達到低水分活度[1]，抑制微生物生長、酶促活性從而達到延長食品保質期的目的。最常見的干燥技術包括自然風干、真空干燥、冷凍干燥及不同干燥技術的組合。然而，果泥在脫水過程中會發生一系列物理、化學反應如褐變、脂質氧化等，導致干燥產品的質量參數（色澤、風味、質構和營養物質）會發生變化，其變化程度與前處理方式和干燥處理方式密切相關[10-11]。

水果紙或水果皮，是新鮮水果依次經過打漿、熬煮和干燥后制成的脫水干果紙狀薄片小吃[11-12]。由于干燥過程有效濃縮了其中的營養、能量和礦物質，水果紙是一種健康、營養、美味的甜點或零食[13]。研究證明，水果紙保留了水果原料中豐富的糖類、蛋白質、有機酸、維生素、礦物質等營養成分，還含有多酚、黃酮類等生理活性物質，其在抗氧化、防治疾病和促進身體健康方面具有重要作用[13-14]。有很多文章已經報道出水果紙的相關研究，包括獼猴桃[15]、菠蘿[16]、石榴[17]等水果。

因此，本綜述歸納了水果紙生產過程常用的干燥的熱風干燥（hot air drying）、冷凍干燥（freeze drying）、真空干燥（vacuum drying）、微波干燥（microwave drying）、紅外輻射干燥（infrared drying）和折射窗干燥（refraction window drying）的研究現狀，總結了水果紙的預處理方法和干燥工藝對其形態、質構、營養成分等的影響，并指出了未來水果紙干燥加工的研究方向和發展趨勢，為今后食品行業中進一步研究和合理利用干燥加工提供參考。同時希望能促進水果紙產品的商業開發，并引起各個科學領域的研究人員對研究水果紙作為休閑食品的興趣。

1 水果紙的形成

水果紙是一種有吸引力的、彩色的、有獨特風味的產品。水果紙由多種果泥和濃縮果汁制成，首先對原料進行分選、洗滌、去皮、切塊、打漿，并將果漿加熱濃縮至果泥等預處理工序后，使用或不使用食品添加劑，采用合適的干燥技術使之成型[18-20]。

1.1 預處理

新鮮水果加熱濃縮、干燥前可進行預處理，以降低原材料的初始含水量或改變植物組織的結構，并減少干燥時間和成本，減少微生物污染，保證產品的質量[19,21]。最常用的預處理方法為熱燙和滲透脫水[18,22]。熱燙通常用作微生物和多酚氧化酶迅速滅活的預處理方法，其主要目的是保護水果的初始顏色和提高水果紙的干燥速度。滲透脫水的原理是將水果浸入一定溫度的高濃度溶液中，利用細胞膜的半透性進行脫水。整個滲透脫水過程沒有高溫，有效降低了加工產品的能耗，最大限度地保持了產品的風味和營養品質。如在亞硫酸鹽和其他溶液中采用長時間低溫（70 ℃，20 min）或短時間高溫（100 ℃，3 min）對水果進行熱燙和浸漬，通過控制溫度、滲透時間、糖漿濃度、滲透液濃度等進行滲透脫水處理等[17,22]。

1.2 原料搭配

水果紙的原料決定了產品的色澤、質構、口感等感官特性。恰當的水果搭配可以起到互補的作用。Nizamlioglu等[23]研究發現蘋果-李子混合紙產品的普遍接受度、色澤、質構、口感和風味優于純李子紙。Jethwani等[24]采用熱風干燥制作了形態、質地較好的芒果奇亞籽、蘋果奇亞籽和番石榴奇亞籽水果紙，其中芒果奇亞籽水果紙具有最佳的感官評定結果。水果紙的原料搭配對水果紙產品的生物活性物質（如黃酮）的含量也會產生積極或消極影響[25]。Mphaphuli等[26]研究表明在芒果紙中添加李子，可提高芒果紙的營養物質含量。純芒果紙的抗氧化活性和酚類含量都較低。增加芒果-李子紙中的李子含量可顯著提升黃酮類化合物含量，改善抗氧化活性。同時芒果-李子紙也含有碳水化合物，纖維含量高，鈉含量低，因此是一種潛在的功能性小吃。目前普遍的做法是使用纖維含量較高的水果（蘋果和梨等）提高水果紙的堅韌度，同時搭配其他水果賦予水果紙獨特的香氣和營養成分。

1.3 食品添加劑

通常在水果混合之前或混合過程中添加合適的食品添加劑，如葡萄糖漿、果膠、檸檬酸、焦亞硫酸鉀等，這些成分與果泥混合，制成比原始水果品質更好、儲存時間更長的水果紙[27-28]。

水果紙在干燥過程中維生素C等營養物質會發生氧化反應，這對它們的感官特性和營養價值產生負面影響。因此，添加抗氧化劑可以抑制產品的氧化和褐變[29]。Demarchi等[30]在實驗中添加亞硫酸鉀為抗氧化劑，采用擴散模型對干燥過程進行研究并用一級模型描述了水果紙的抗氧化能力損失。隨著空氣溫度的升高，兩種配方（添加或不添加亞硫酸鉀配方）的水果紙的抗氧化能力都降低了。加入亞硫酸鉀的樣品，除70 ℃干燥的樣品外，其抗氧化能力明顯提高。此外，添加亞硫酸鉀的樣品的動力學常數較低，說明食品添加劑具有提高產品品質作用。Barman等[15]對添加不同濃度的親水膠體（黃原膠、瓜爾膠和果膠）的水果紙進行感官評定后發現使用0.5%瓜爾膠、0.5%果膠和0.5%黃原膠制作的水果紙產品的感官評定結果最好。

水果紙中添加適量的防腐劑還可以延長水果紙的貯藏期，此外對其口感和質地也有一定的提升作用。Tylewicz等[25]的研究表明在獼猴桃紙中添加海藻多糖能在脫水過程中有效保留水果的脂質雙層，對生物活性物質產生必要的保護作用，從而提升終產品的類黃酮含量。García-Garcia等[31]研究了添加龍舌蘭和菊粉對蘋果紙的微觀結構、熱性能和感官特性的影響。對比之下，龍舌蘭的添加能夠顯著改善蘋果紙的質構，使產品表面更光滑且硬度值較低，同時還能提升甜味。Quintero等[29]表明添加焦亞硫酸鉀的蘋果紙在20 ℃下儲存7個月期間保持了蘋果紙的質量特性，抑制了微生物的繁殖。

由于果肉中的低分子量化合物（如有機酸和糖）導致水果紙黏度高，使其容易粘在包裝材料牙齒上等。因此，可以將高分子量化合物（如淀粉、麥芽糖糊精和果膠）添加到果漿中以盡量降低黏性或降低吸濕性。Valenzuela等[32-33]表明麥芽糊精降低了蘋果紙的吸濕性。添加麥芽糖糊精的蘋果紙在相對濕度下進行檢測后發現粘附力和內聚力破壞程度顯著降低。水果紙產品的分子量和水分含量的變化會在咀嚼和和吞咽時產生不同的質地和口感。果膠、明膠和海藻酸鹽等親水膠體通常用作水果紙的增稠劑，以改善果泥的流變特性和果皮質地。然而，添加這些化合物可能會降低干燥速率[16]。Gujral等[16]發現添加劑蔗糖、果膠和麥芽糊精對產品的干燥速率、干燥速率常數和有效水分擴散率有顯著影響。添加蔗糖、果膠和麥芽糊精后菠蘿紙和芒果紙的干燥速率均降低。添加果膠對菠蘿紙和芒果紙的水分擴散率有影響，菠蘿皮和芒果皮干燥過程中有效水分擴散率分別為 6.64～12.93×10-7和 1.65～4.03×10-7m2/sec。

2 干燥方式對水果紙品質的影響

食品干燥是通過將熱量或其他能源應用于食品材料以去除水分來延長保質期和延緩食品腐爛的有效程序[34]。如表1，干燥方法的選擇取決于水果種類、干燥產品的適宜性、經濟性以及最終干燥產品質量的需要[35]。不正確的干燥方法會對最終產品的質量造成不可逆轉的損害，使產品失去商業價值。通過現代化的設備和精心設計的干燥方法，水果紙可以在一年中的任何時間進行干燥，以滿足消費者的要求。水果紙的干燥是一個同時涉及傳熱和傳質的過程[36]。傳熱率是外部傳熱系數和材料熱導率的函數，而傳質速率通常取決于材料中水的傳質系數和質量擴散率。大多數水果紙的干燥溫度為50～80 ℃，以水分含量降至12%～20%（干重）為終點[18]。

表1 不同干燥方式的優缺點Table 1 Advantages and disadvantages of different drying methods

2.1 熱風干燥

熱風干燥是食品加工過程中常用的簡單、經濟的干燥技術，利用熱風作為干燥介質，產生所需的溫度梯度來干燥物料。通常需要高溫和較長的干燥時間。其干燥時間取決于干燥過程中產品的厚度、空氣溫度、相對濕度和風速[11]。干燥溫度是影響最終產品質量的關鍵因素。盡管高溫條件會提升樣品的干燥速率，但是也會降低最終產品的質量，例如造成必需氨基酸的損失、維生素降解以及產品色澤、質構和風味的劣變[37]。此外，由于熱空氣導熱率較低會造成產品表面硬化，干燥效率低，干燥時間長[38]。

Nizamlioglu等[23]研究了對流干燥和日曬對蘋果、李子以及蘋果-李子混合果紙（50：50, w/w）的質量參數的影響。結果表明日曬（30±5 ℃）和熱風干燥（65 ℃）對色澤和感官特性沒有負面影響，所有產品都具有良好的色澤和風味，且熱風干燥可有效提高總酚含量和抗氧化活性，從而顯著改善產品的功能特性，推測是由于在高于50 ℃下長時間干燥可能會破壞植物細胞壁并釋放大量酚類化合物。

熱風干燥形成的水果紙會有較好的質地和滋味，但色澤不佳，營養成分損失較多。Roknul等[39]發現通過熱風干燥加工成的桃紙組織結構緊密，表面光滑，且口感較好。同樣，Basumatary等[40]和Jethwani等[24]分別采用熱風干燥制作了形態、質地較好的橄欖紙、芒果奇亞籽紙、蘋果奇亞籽紙和番石榴奇亞籽水果紙。Eyiz等[41]發現高溫熱風干燥提高了山楂紙的總酚類含量，但維生素C含量較少，抗氧化活性較低，褐變反應較高，這是因為山楂中含有的大量還原糖會在干燥過程中發生美拉德反應，同時熱處理引起了維生素C氧化降解。同樣，Demarchi等[30]在最佳條件（中等氣溫）下采用熱風干燥法制備蘋果紙，發現其抗氧化活性的保留率僅為16%。

2.2 真空干燥

真空干燥過程在低氧氣濃度和低溫條件下進行，能保持高干燥速率。因此，真空干燥常被用于干燥對熱或氧氣敏感的產品。與對流干燥相比，真空干燥更有利于保持樣品的營養物質和生物活性。Eyiz等[41]在研究中發現由于真空干燥過程中的無氧條件抑制了褐變反應，真空干燥法生產的山楂紙的L*值（58.34）明顯高于對流干燥法（55.39）。Quintero等[42]通過熱風、紅外線和真空干燥技術對60和70 ℃下生產的玫瑰果進行與營養相關的特征評價，發現60 ℃條件下真空干燥可以得到抗氧化能力最強、酚類物質保留率最高的產品。Suna等[43]比較了微波、熱風和真空干燥對桑葚的色澤（L*、a*、b*）和質構的影響，結果發現真空干燥后的樣品會有更滿意的色澤和感官評定分數，這與真空干燥中的缺氧環境有關。Y?lmaz等[44]對石榴紙熱風干燥、真空干燥和日曬過程中的干燥動力學和產品的營養物質進行監測，研究證明真空干燥干燥更快，產品含有更高含量的酚類、花青素和維生素C。

2.3 微波干燥

微波干燥技術是食品工業中越來越受歡迎的一大技術。微波是高頻電磁波，對物質有穿透作用，引起水分子和離子粒子的攪動產熱。微波干燥將高頻電磁能轉化為熱量，液體水分被集中蒸發并輸送到食品材料表面，蒸汽在食品內部產生，然后通過內部壓力梯度擴散。由于微波穿透力強，食物內外同時受熱同步升溫[45]。與傳統干燥相比，微波干燥具有許多優點，例如能減少干燥時間并能提高干燥產品的質量，有更高的復水率、脫水率，同時使食品呈現更好的多孔結構[45]。但是，干燥環境過熱通常會導致燒焦和產生異味，尤其是在微波干燥的最后階段[45]。

Juhaimi等[46]表明，微波干燥中微波功率180 W時比微波功率540 W的干燥成品的總酚含量和抗氧化活性低，這可能是因為當微波功率出現較大變化（180～540 W）時，較高的微波功率可以縮短加熱時間，從而更好地提高營養物質的保留率。此現象表明與適當高微波功率下的微波干燥比低微波功率下的微波干燥更能夠保持食物材料的營養成分。Suna等[43]也表明180 W功率下的樣品色澤優于90 W功率下的樣品。?zkan等[47]研究了熱空氣干燥、真空干燥和微波干燥對黑刺李干燥紙的干燥特性、有效水分擴散率、色澤、感官特性和總酚含量的消化穩定性和抗氧化能力的影響。研究結果表明微波干燥能有效減少干燥時間，同時保留原有的營養價值，抑制生物活性物質的降解。Suna等[43]研究了微波、熱風和真空干燥對桑葚的干燥特性、有效水分擴散率、總酚含量、抗氧化能力、色澤（亮度值L*、紅綠值a*、黃藍值b*）和質構（硬度、彈性、咀嚼度和黏性）的影響。研究表明微波干燥比熱風干燥和真空干燥方法更適用于桑葚干制品生產，因為微波干燥處理的樣品具有最高的有效水分擴散率，含有更高的總酚含量和更強的抗氧化能力。然而，微波干燥后的微波干燥有損產品感官價值。?zkan等[47]、Suna等[43]在他們的研究中發現微波干燥的樣品因為不均勻受熱及多孔性狀導致較低的感官評定分數。

2.4 冷凍干燥

冷凍干燥已被廣泛應用于制備高品質的干制果蔬產品，其被認為是獲得高品質干燥產品的最先進的干燥方法之一[48]。冷凍干燥是以冷凍產品升華脫水為基礎的，涉及三個主要過程：冷凍、一次干燥和二次干燥[37]。冷凍干燥過程中低溫、缺氧、缺乏液態水的環境條件使微生物生長和代謝過程停止，有利于保持產品最終質量[37]。然而，冷凍干燥進程緩慢，耗時較長，產量相對低。此外，由于需要同時達到真空和低溫條件，總體運行成本也較高[37]。

冷凍干燥可以有效保留原料的營養成分，使產品具有高營養價值。在Tylewicz等[25]的研究中，與在70 ℃下風干獲得的草莓水果紙相比，通過冷凍干燥（-40 ℃）獲得的水果紙保留了更高的多酚、維生素C和類黃酮含量。Ratti[37]通過分析熱風干燥和冷凍干燥對草莓三種質量參數（復水化、色澤和體積）的影響，認為冷凍干燥與其他食品干燥方法相比，能更有效地保持產品品質。Chen等[49]也同樣在對藍莓進行不同干燥方式（熱風干燥、冷凍干燥和電流體動力干燥）的研究中發現真空干燥制作的藍莓紙保留了大部分生物活性化合物并且具有最滿意的色澤和外觀。

2.5 紅外輻射干燥

紅外輻射加熱是一種熱物理處理技術，其波長范圍為0.78～1000 μm[50]。與熱風干燥相比，這種物理處理技術有很多優點，如能夠即時、均勻、快速地加熱，能夠較好地保留維生素、多酚等營養物質等。當紅外線照射到要干燥的材料上時，它會轉化為熱量[11]。在干燥過程中，熱表面將輻射能傳遞到產品表面，而不加熱周圍的空氣。由于其穿透力較弱、長時間暴露后會導致產品破裂和不必要的膨脹，可選擇與其他熱（微波、射頻、紅外）和非熱（超高壓和電場）技術一起使用，以進一步提高干燥產品的干燥性能和質量[50]。

紅外干燥的干燥速率高，能耗低，同時還能保證物料內部的溫度分布均勻，從而生產出更優質的產品[39]。Jaturonglumlert等[36]建議紅外可應用于制作水果紙和薄層干燥工藝。盡管紅外是一種更快的干燥手段，它能穿透物料并在內部產熱，但其穿透能力有限，這使得紅外線對較厚的產品效果較差。Jaturonglumlert等[36]對龍眼紙進行了測試，結果表明與熱風干燥相比，紅外干燥具有高傳熱系數，可將干燥效率提高2～2.5倍或更高，此外這種干燥方式還具有清潔的工作環境，節省操作空間等優勢[51]。

Roknul等[39]通過比較熱風干燥、紅外干燥、射頻熱風干燥和微波熱風干燥四種干燥技術對干燥后的桃紙色澤、再水化、質構屬性、氣味和滋味等質量屬性的影響，經色度計、電子鼻、電子舌測定發現紅外輻射干燥后的產品表現出最佳的色澤（褐變最淺）、風味（保留了桃子的大部分特征風味）、滋味（糖酸比協調）。因此認為紅外輻射干燥是可以生產出優質的水果紙產品并確保全年供應美味又營養的桃干制品的一種清潔、節能的干燥技術。

2.6 折射窗干燥

折射窗干燥是一種薄膜干燥系統，具有高傳熱和傳質速率，可加快干燥速度[52]。因此它是一種省時、成本效益高且產品質量有保證的技術。

使用折射窗干燥技術可以減少產品的營養損失，保持產品良好的感官特性。Tontul等[17]第一次使用折射窗干燥生產水果紙，就將該技術描述為生產高質量水果紙的最好的干燥方法。Tontul等[17]發現，與熱風或微波熱風干燥的石榴紙相比，折射窗干燥生產的石榴紙色澤和風味更具有吸引力、酶促褐變反應率較低和更高的生物活性化合物含量（維生素C和花青素）。

Rajoriya等[52]研究了溫度（70、80 和 90 ℃）和果泥厚度（2和3 mm）對折射窗干燥香蕉果泥的干燥特性、傳質速度和質量屬性的影響。結果表明，與在較低溫度（70和80 ℃）下干燥兩種厚度的果泥相比，在90 ℃下干燥減少了干燥時間和能源消耗。此外，在90 ℃干燥的樣品中，總色澤的變化最小，總酚（10.3 mg GAE/g dm）和類黃酮含量（3.4 mg QE/g dm）保留效果也更好，抗氧化能力（58.8 mmol/L TE/g dm）更強。Shende等[53]對不同比例的芒果泥和配料進行熱風干燥和折射窗干燥，通過感官評定發現添加了焦亞硫酸氫鉀的經折射窗干燥處理的芒果紙（含有90%芒果果肉和10%糖的樣品）在所有芒果紙樣品中排名第一，感官等級為“良好”。

2.7 聯合干燥技術

熱風干燥、冷凍干燥、真空干燥、微波干燥和折射窗干燥通?？梢越Y合使用，發揮各自的技術優勢，以提高干燥速度并提升產品質量。Roknul、Wojdy?o等[39,48]根據干燥動力學，發現微波熱風干燥可以在最短的操作時間內完成桃紙的干燥。在這種組合中，熱空氣從產品表面去除游離狀態的水，而微波能量從產品內部去除水分子。微波熱風干燥相結合的系統不僅提高了干燥速率，而且還有效保持了干燥產品的質量。有研究表明，真空微波干燥，如果應用得當，可顯著縮短生物材料的干燥時間，確保干燥產品的高質量[48]。 Wojdy?o 等[48]通過 480 W 功率的真空-微波干燥獲得了色澤、口感較好的酸櫻桃紙，并且能較好地保留槲皮素和山奈酚衍生物的含量。此外，微波真空干燥和微波紅外聯合干燥可以對細胞之間的內聚力造成更大的破壞，產生更多的多孔結構，干燥制品從而具有高再水化率[45]。

3 展望

水果紙是一種合理方便的水果消費替代品，需要合適的加工工藝和儲存條件才能保證水果紙的高品質。用于水果紙的干燥技術都有其優點和局限性。熱風干燥簡單且經濟，是水果紙生產中最常用的技術之一。然而，這種高溫長時間的干燥方式會降低水果紙的質量并導致不愉快的色澤。充分合理優化每種干燥方法，結合不同的干燥技術，是改善水果紙品質和消費情況的一個必要條件。干燥方法的恰當組合使用可以減少能源消耗和環境影響，生產高質量、受歡迎的水果紙。

與傳統熱風干燥相比，微波干燥的能耗更低，產品具有更好的感官特性。微波加熱過程中，隨著微波功率的增加，熱風-微波加熱可以有效降低最終含水量和回收率，但相應地增加了樣品的收縮率、脫水率和復水率[45]。雖然微波在食品加工中已得到廣泛應用，但微波場的不均勻性是實現食品均勻加工的長期技術障礙，通常會導致食品出現熱點或冷點。微波具有獨特的高效加工特性，它與其他常規加工方法的結合通?？梢杂行У乜朔Ｒ幖夹g的缺點，因此，未來的研究可以集中開發微波與其他干燥技術的組合技術，在提高加工效率的同時保持產品質量和安全。但是利用物理場能對組合干燥設備的技術水平和經濟成本要求較高。企業和技術工程師需要在產品質量和更高的成本效率之間進行權衡，進而選擇更好的生產方案。此外，選擇正確的包裝對于防止水果紙在儲存和運輸過程中的質地、色澤、風味和營養特性發生劣變至關重要。

水果紙作為休閑食品存在相當大的擴展和創新機會。水果紙富含膳食纖維、多酚、維生素等營養物質，應該進行更多的研究來確定植物活性物質的保留率和生物可利用率，如多酚、黃酮類化合物、植物雌激素及其抗氧化活性或其他生物活性。未來相關研究者可以控制水果紙在加工和儲存過程中的目標生物活性物質（如多酚、多糖、蛋白質）之間的相互作用，控制水果紙配方和加工方法之間的有益協同作用有可能促進基于水果紙的休閑食品的實質性創新。