果蔬熱泵聯(lián)合干燥技術(shù)的研究進(jìn)展

劉 靜，吳小恬，趙 亞，石啟龍

（山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院，山東淄博 255000）

果蔬中含有豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，是人們?nèi)粘Ｉ钪凶畛Ｒ姷氖澄镏弧Ｎ覈枪叱隹诖髧弋a(chǎn)量居世界首位。但果蔬含有大量的水分和豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，是微生物生長繁殖的良好介質(zhì)，屬于易腐食品[1]。作為一種可以有效解決物料長期保存的方式，干燥成為一種廣泛應(yīng)用于不同行業(yè)的單元操作，尤其在食品工業(yè)中的應(yīng)用更為廣泛。通過干燥將果蔬細(xì)胞組織中的自由水和部分結(jié)合水除去，從而降低含水率和水分活度，形成不適宜微生物生長繁殖的組織環(huán)境，抑制酶的活性，有效延長果蔬的貨架期[1]。此外，干燥還可以降低包裝及運(yùn)輸成本，保持良好的產(chǎn)品外觀。

按照熱能傳遞方式，干燥可分為3 類，即對流干燥（如熱風(fēng)干燥、熱泵干燥、噴霧干燥）、傳導(dǎo)干燥（如滾筒干燥、帶式干燥）和輻射干燥（如微波干燥、紅外干燥、射頻干燥）。不同物料依其特性可選擇合適的干燥方式。熱泵干燥（heat pump drying，HPD）是應(yīng)用范圍較廣的一種干燥方式，干燥過程中物料的水分遷移由物料表面與循環(huán)空氣/水蒸氣之間形成的壓差所致，二者之間壓差越大，水分遷移速率越快[2]。相比于熱風(fēng)干燥和冷凍干燥，HPD具有干燥溫度低、參數(shù)易于控制、環(huán)境友好、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于果蔬、水產(chǎn)品等熱敏性物料的干燥。但HPD 后期存在干燥速率低、能耗高等缺陷，極大地限制了該技術(shù)在果蔬干燥領(lǐng)域中的應(yīng)用[3-5]。目前常采用物理和/或化學(xué)預(yù)處理作為HPD 的改良方式，但易造成機(jī)械損傷或化學(xué)試劑殘留，引發(fā)食品安全問題[6-8]。HPD 與其他干燥方式相結(jié)合，即聯(lián)合干燥，可以有效解決上述問題。聯(lián)合干燥是基于物料特性，將兩種或兩種以上的干燥方式結(jié)合，通過各種干燥方式優(yōu)勢互補(bǔ)，達(dá)到提高干燥速率、改善干制品品質(zhì)的目的。基于此，本文綜述了果蔬熱泵聯(lián)合干燥技術(shù)的研究進(jìn)展及發(fā)展趨勢，以期為果蔬實(shí)現(xiàn)“優(yōu)質(zhì)、高效、低能耗”干燥提供理論依據(jù)和實(shí)踐參考。

1 熱泵干燥的原理

HPD 裝置是由壓縮機(jī)、蒸發(fā)器、冷凝器、膨脹閥和干燥室等組成的封閉循環(huán)系統(tǒng)[9]。物料置于干燥室內(nèi)，干燥介質(zhì)流經(jīng)干燥室，吸收來自濕物料中蒸發(fā)的水分變?yōu)楦邼窨諝猓桓邼窨諝饬鹘?jīng)蒸發(fā)器，蒸發(fā)器將高溫高濕空氣等濕降溫至露點(diǎn)，然后繼續(xù)降溫析出水分（除濕）；經(jīng)過蒸發(fā)器表面的除濕空氣，即低溫低濕空氣通過風(fēng)機(jī)作用流經(jīng)冷凝器表面，空氣被冷凝器釋放出的熱量等濕加熱,變?yōu)楦邷氐蜐瘛⒕哂懈稍锬芰Φ目諝猓蝗缓螅邷氐蜐窨諝膺M(jìn)入干燥室，與濕物料進(jìn)行傳熱傳質(zhì)，吸收被干燥物料的水分，變?yōu)闈窨諝庠俅瘟鹘?jīng)蒸發(fā)器,如此反復(fù)循環(huán)，物料中的水分不斷通過除濕而減少，進(jìn)而達(dá)到干燥物料的目的[9]。

HPD 利用高溫低濕空氣對物料進(jìn)行干燥，將新鮮果蔬加工成干制品或半干制品，以延長其貨架期，降低包裝和運(yùn)輸成本[4]。目前，HPD 已被廣泛應(yīng)用于食品、陶瓷、藥物及化工等領(lǐng)域。HPD 運(yùn)行成本低，熱泵系統(tǒng)輸出的熱能高于其運(yùn)行所消耗的電能。與傳統(tǒng)干燥方式相比，HPD 更經(jīng)濟(jì)[10]。Tunckal 等[11]采用熱泵系統(tǒng)干燥香蕉片，研究表明，相比于帶式隧道干燥方式，HPD 香蕉片可節(jié)省44%的運(yùn)行成本。

2 熱泵聯(lián)合干燥

HPD 后期存在干燥速率低、能耗高等缺陷，因此可考慮與其他干燥方式相結(jié)合，能有效解決上述問題。聯(lián)合干燥方式包括并聯(lián)式干燥和串聯(lián)式干燥。并聯(lián)式干燥采用兩種或兩種以上干燥方式同時(shí)實(shí)施，如大多數(shù)在線輔助干燥方式（熱泵流化床干燥、隧道式HPD）[12]。串聯(lián)式干燥首先采用一種干燥方式，然后再使用另一種或多種其他干燥方式，如滲透脫水-熱泵聯(lián)合干燥、熱泵-熱風(fēng)聯(lián)合干燥。采用多種不同的干燥方式組合，結(jié)合各自的優(yōu)點(diǎn)，避免了單一干燥方式干燥時(shí)間長、能耗高、產(chǎn)品品質(zhì)差等問題[13]。

2.1 并聯(lián)式熱泵聯(lián)合干燥

并聯(lián)干燥是指使用兩種或兩種以上的干燥方法建立的干燥系統(tǒng)。通常以輔助干燥手段（如流化床、隧道式、滾筒等）為基礎(chǔ)添加其他干燥系統(tǒng)（如HPD 系統(tǒng)、熱風(fēng)干燥系統(tǒng)等），以彌補(bǔ)單一干燥系統(tǒng)的缺陷，充分發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)。

2.1.1 熱泵流化床干燥

流化床又稱為沸騰床或流態(tài)化干燥器，是一種利用固體流態(tài)化原理進(jìn)行干燥的裝置[14]。熱泵流化床干燥系統(tǒng)是在流化床的基礎(chǔ)上輔以HPD 裝置，或者在HPD 裝置中植入流化床系統(tǒng)，從而將來自物料的廢氣通過熱泵系統(tǒng)循環(huán)起來，重新用于物料的干燥，達(dá)到節(jié)約能源、提高干燥效率的目的[15]。相比于傳統(tǒng)干燥方式，熱泵流化床是在封閉系統(tǒng)中進(jìn)行循環(huán)干燥，有效避免了來自外界環(huán)境的物理、化學(xué)和生物污染，能獲得優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品[16]。張緒坤等[16]利用熱泵流化床組合系統(tǒng)對胡蘿卜丁進(jìn)行干燥，研究表明，熱泵流化床干燥時(shí)間短于箱式熱泵干燥，在物料初始干燥階段能夠較好地發(fā)揮熱泵干燥的優(yōu)勢，適用于含水率較高物料的干燥。另外，為了避免熱敏性物料（水果、蔬菜）干燥時(shí)的氧化變質(zhì)現(xiàn)象，可將干燥系統(tǒng)設(shè)置為真空環(huán)境，或?qū)⒏稍锝橘|(zhì)替換為惰性氣體。Adapa 等[15]利用封閉式熱泵流化床對苜蓿、馬齒莧、人參等進(jìn)行干燥。結(jié)果表明，干燥系統(tǒng)的單位能耗除濕量（specific moisture evaporation rate，SMER）控制在0.06～0.61 kg/(kW·h)，熱泵干燥的再循環(huán)特性使干燥能效提高了22%，比電加熱干燥器干燥時(shí)間顯著縮短了65%。

熱泵流化床干燥作為一種新型的干燥系統(tǒng)，能顯著提高干燥效率，但存在投資成本高、設(shè)備清洗繁瑣等問題，限制了其在果蔬干燥中的應(yīng)用。這些問題可以通過系統(tǒng)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)改良等方式加以解決。另外，聯(lián)合裝置的封閉循環(huán)結(jié)構(gòu)，可以在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，針對干燥物料添加輔助加熱器或變頻調(diào)速器等，大幅度調(diào)節(jié)干燥介質(zhì)流速、溫度等[17]，使其能夠合理地應(yīng)用于果蔬干燥，具有廣闊的應(yīng)用前景。

2.1.2 隧道式HPD

隧道式干燥裝置的干燥室為狹長的隧道，根據(jù)被干燥的物料與干燥介質(zhì)相對運(yùn)動(dòng)的方向，隧道式干燥可以分成逆流、順流和混合隧道式干燥等三種形式[18]。傳統(tǒng)隧道式干燥采用燃煤熱風(fēng)干燥，消耗大量的不可再生能源，干燥效率低，而且對環(huán)境造成巨大的破壞。將熱泵系統(tǒng)與隧道式干燥結(jié)合即隧道式HPD 裝置，與傳統(tǒng)的燃煤熱風(fēng)干燥系統(tǒng)相比，有效發(fā)揮了HPD 的節(jié)能優(yōu)勢，可以作為燃煤熱風(fēng)系統(tǒng)良好的替代方式[19]。

熱泵系統(tǒng)可以吸收來自隧道式干燥后的能量。通過HPD 系統(tǒng)中的冷凝器加熱進(jìn)入隧道式干燥室的低溫低濕空氣，有效利用能源。另外，相比于傳統(tǒng)干燥方式，隧道式HPD 系統(tǒng)可以有效避免物料的氧化變質(zhì)，獲得更優(yōu)質(zhì)的干制品。曹雪等[19]研究了空氣溫度、風(fēng)速和相對濕度對隧道式HPD 系統(tǒng)中山楂餅干燥特性的影響。研究表明，聯(lián)合干燥系統(tǒng)的干燥室空氣溫度最高達(dá)到65 ℃，平均干燥時(shí)間120～130 min，SMER 0.83～1.02 kg/(kW·h)。

2.1.3 滾筒式HPD

滾筒式干燥系統(tǒng)干燥物料時(shí)，物料被裝進(jìn)滾筒干燥器中，滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)增加物料與干燥介質(zhì)之間的接觸面積，從而提高傳熱傳質(zhì)效率，達(dá)到干燥物料的目的[20]。物料在滾筒中受多方面力的作用，同時(shí)受滾筒旋轉(zhuǎn)的離心力作用，滾筒的轉(zhuǎn)速是影響物料干燥品質(zhì)的關(guān)鍵[20]。滾筒干燥器與HPD 系統(tǒng)聯(lián)合，二者以串聯(lián)的形式連接，熱泵系統(tǒng)的干燥室改造為一個(gè)可以旋轉(zhuǎn)的滾筒，物料在熱泵干燥環(huán)境中受滾筒作用力進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，使物料均勻干燥，加快干燥速率，有效縮短干燥時(shí)間。

Oktay[21]設(shè)計(jì)了一種滾筒式HPD 系統(tǒng)，通過改變環(huán)境參數(shù)研究其干燥特性，并與自然干燥效果進(jìn)行了比較。結(jié)果表明，在保持干燥參數(shù)統(tǒng)一的情況下，滾筒式HPD系統(tǒng)物料的平均干燥速率是自然干燥速率的4 倍。Kaveh等[20]研究了空氣溫度和滾筒轉(zhuǎn)速對青豆干燥動(dòng)力學(xué)、品質(zhì)等性能的影響，得出隨著干燥室溫度和滾筒轉(zhuǎn)速的增加，系統(tǒng)中能量利用率增加，而干燥時(shí)間則隨著轉(zhuǎn)速和空氣溫度的增加而減少。

2.2 串聯(lián)式熱泵聯(lián)合干燥

HPD 在果蔬干燥中具有明顯的優(yōu)勢，但較低的溫度范圍限制了物料干燥后期的干燥速率[3]。另外，雖然HPD在整個(gè)物料干燥過程中能夠提供一個(gè)穩(wěn)定的干燥環(huán)境，但由于果蔬種類與組織結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，使果蔬的干燥過程變得復(fù)雜。干燥參數(shù)需要根據(jù)不同的物料進(jìn)行合理的調(diào)整[3]。目前，憑借單一的HPD 系統(tǒng)還無法有效地對溫度和濕度等參數(shù)進(jìn)行精準(zhǔn)的控制。因此，將HPD 系統(tǒng)與其他干燥方式串聯(lián)式結(jié)合，如熱泵-熱風(fēng)聯(lián)合干燥技術(shù)、熱泵-微波聯(lián)合干燥技術(shù)、熱泵-遠(yuǎn)紅外聯(lián)合干燥技術(shù)，這些聯(lián)合干燥具有不同于單獨(dú)HPD 的優(yōu)勢，能相互彌補(bǔ)不足，充分發(fā)揮各自技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，有效改善HPD 過程中較低的溫度設(shè)定范圍，對物料進(jìn)行快速、有效地干燥[21-23]。

2.2.1 熱泵-熱風(fēng)聯(lián)合干燥

熱風(fēng)干燥設(shè)備簡單、成本低、干燥速率快，但物料干燥過程中與空氣直接接觸，使果蔬容易氧化變質(zhì)；另外，較高的干燥溫度使果蔬中熱敏性物質(zhì)遭到嚴(yán)重破壞，干制品品質(zhì)下降[22]。結(jié)合熱泵低溫干燥的特點(diǎn)，熱泵-熱風(fēng)聯(lián)合干燥系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。熱泵-熱風(fēng)聯(lián)合干燥將熱風(fēng)干燥技術(shù)的干燥速率快與HPD 的產(chǎn)品品質(zhì)好的優(yōu)點(diǎn)有機(jī)結(jié)合。物料干燥前期采用HPD 技術(shù)，而干燥后期替換為熱風(fēng)干燥，既加快了干燥速率又提高了干制品品質(zhì)[23]。

張迎敏等[22]采用熱泵-熱風(fēng)聯(lián)合干燥紅薯葉粉，響應(yīng)面優(yōu)化得到干燥參數(shù)為HPD 溫度52 ℃、熱風(fēng)干燥溫度73 ℃、轉(zhuǎn)換點(diǎn)含水率58%，獲得最佳紅薯葉色澤，在確保產(chǎn)品品質(zhì)的基礎(chǔ)上提高了紅薯葉干燥后期的干燥效率，達(dá)到了節(jié)能的目的。胡居吾[23]利用熱泵-熱風(fēng)聯(lián)合干燥裝置對蔓三七葉進(jìn)行干燥，建立了干燥過程數(shù)學(xué)模型并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較。結(jié)果表明，熱泵-熱風(fēng)聯(lián)合干燥過程可以通過修正的單項(xiàng)指數(shù)模型和Page 方程分段模擬；聯(lián)合干燥前期發(fā)揮了HPD 系統(tǒng)干燥過程溫和的優(yōu)點(diǎn)，在低溫環(huán)境中進(jìn)行脫水，既能防止蔓三七葉表面開裂，又可以有效防止蔓三七葉中的活性物質(zhì)受熱降解；干燥中后期采用短時(shí)高溫?zé)犸L(fēng)干燥后，干燥速率又迅速增大，顯著縮短了單獨(dú)采用HPD 所需的干燥時(shí)間。

2.2.2 熱泵-微波聯(lián)合干燥

微波是指頻率300 MHz～3 000 GHz，波長0.1 mm～1.0 m 的電磁波。微波加熱過程中，首先產(chǎn)生高頻振蕩的電磁波，微波能在物料內(nèi)部轉(zhuǎn)化為熱能。利用物料表面與內(nèi)部形成的溫度差，對物料進(jìn)行由內(nèi)向外的干燥[24]。與傳統(tǒng)干燥方式相比，微波干燥具有干燥效率高、能耗低等優(yōu)點(diǎn)，但微波干燥技術(shù)單獨(dú)干燥物料時(shí)，出現(xiàn)物料干燥不均勻，局部發(fā)生燒焦、碳化等現(xiàn)象。將微波干燥技術(shù)與HPD 相結(jié)合，干燥前期采用低溫HPD，干燥后期采用微波干燥，可有效解決HPD 后期干燥速率減慢、干燥時(shí)間延長以及微波由內(nèi)向外干燥不均勻等問題[24]。

Chong 等[24]比較了間歇式熱風(fēng)干燥、HPD、真空微波干燥和熱泵-真空微波聯(lián)合干燥對蘋果片干制品品質(zhì)的影響。結(jié)果表明，熱泵真空微波聯(lián)合干燥得到的蘋果片外觀質(zhì)量最好，抗氧化活性和總酚含量最高，熱泵真空微波干燥蘋果片的總酚含量高于另外三種干燥方式的60%～70%。Shi 等[25]采用響應(yīng)面法研究了干燥溫度、風(fēng)速、轉(zhuǎn)換點(diǎn)含水率和微波功率對熱泵-微波聯(lián)合干燥雪蓮果的平均干燥速率、SMER、總色差、復(fù)水比和收縮率的影響。結(jié)果表明，熱泵-微波聯(lián)合干燥雪蓮果最優(yōu)干燥參數(shù)為溫度42.7 ℃、風(fēng)速1.69 m/s、轉(zhuǎn)換點(diǎn)含水率50%、微波功率2 W/g；在此條件下，雪蓮果平均干燥速率0.262 kg/(kg·h)，SMER 0.222 kg/(kW·h)，總色差23.59。

熱泵-微波聯(lián)合干燥結(jié)合了HPD 和微波干燥兩種干燥方式的優(yōu)點(diǎn)，提高了干制品品質(zhì)，在一定程度上降低了能耗。但是，其不確定性因素仍然存在，不同組織結(jié)構(gòu)的物料其干燥轉(zhuǎn)換點(diǎn)需要綜合各自干燥時(shí)間和成品性能綜合確定，這增加了熱泵-微波聯(lián)合干燥的復(fù)雜性。

2.2.3 熱泵-遠(yuǎn)紅外聯(lián)合干燥

遠(yuǎn)紅外波長范圍4～1 000 μm，遠(yuǎn)紅外干燥屬于輻射傳熱，由電磁波傳遞能量，遠(yuǎn)紅外線照射被加熱物體時(shí)，物體內(nèi)部分子能夠與原子發(fā)生“共振”現(xiàn)象，振動(dòng)和旋轉(zhuǎn)使物體溫度升高，達(dá)到加熱目的[26]。遠(yuǎn)紅外憑借其較低的光子能量在干燥時(shí)只引起物料的熱效應(yīng)，不會引起化學(xué)變化。因此，含有熱敏性物質(zhì)的果蔬適用于遠(yuǎn)紅外干燥[26]。遠(yuǎn)紅外技術(shù)穿透物料的最大距離僅幾毫米，對于較厚的物料，干燥能力較差。另外，由于遠(yuǎn)紅外干燥不需要加熱介質(zhì)，當(dāng)物料采用單一遠(yuǎn)紅外干燥時(shí)，難以及時(shí)排出物料中蒸發(fā)的水分，使干燥環(huán)境中濕度逐漸增大，進(jìn)一步影響干燥效果。

熱泵-遠(yuǎn)紅外聯(lián)合干燥既可以解決遠(yuǎn)紅外干燥所導(dǎo)致的環(huán)境濕度增大的問題，同時(shí)可以提高HPD 后期結(jié)合水的去除效率。Aktas 等[27]比較了單獨(dú)HPD 與熱泵-遠(yuǎn)紅外聯(lián)合干燥對胡蘿卜絲品質(zhì)的影響。結(jié)果表明，遠(yuǎn)紅外輔助HPD 能有效提高胡蘿卜絲的干燥速率。熱泵-遠(yuǎn)紅外聯(lián)合干燥系統(tǒng)能源利用率較高，是單一HPD 系統(tǒng)的2.5～3.5 倍。由于聯(lián)合干燥有效的熱擴(kuò)散，系統(tǒng)的能效比高于單一HPD 系統(tǒng)的48%～50%。Song 等[28]探討了山藥在熱泵-遠(yuǎn)紅外聯(lián)合干燥不同功率下的干燥效果，同時(shí)與單一HPD 進(jìn)行了比較。研究表明，熱泵-遠(yuǎn)紅外聯(lián)合干燥（HPD＋FIR）有效提高了干燥速度，干燥后的山藥片色澤優(yōu)于單一HPD 產(chǎn)品。此外，與HPD、HPD＋500 FIR 和HPD＋3 000 FIR 干燥的山藥切片相比，HPD+1 500 FIR干燥的山藥切片收縮率更低，復(fù)水能力更強(qiáng)，硬度更低，在此干燥條件下可以獲得最佳干燥產(chǎn)品。

目前，遠(yuǎn)紅外輔助HPD 主要應(yīng)用于食品的干燥處理。此外，該技術(shù)也可以應(yīng)用于食品殺菌、鈍化酶等方面。遠(yuǎn)紅外與熱泵聯(lián)合干燥能充分發(fā)揮組合優(yōu)勢，在食品尤其果蔬干燥領(lǐng)域中的應(yīng)用前景十分廣闊。

2.2.4 熱泵-壓差膨化聯(lián)合干燥

變溫壓差膨化設(shè)備主要由加熱/冷卻系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)組成。新鮮果蔬經(jīng)過預(yù)處理，預(yù)干燥至含水率為15%～50%后，置于膨化罐。瞬時(shí)減小的罐內(nèi)壓力使物料內(nèi)部水分瞬間蒸發(fā)，導(dǎo)致物料內(nèi)部組織迅速膨脹，形成均勻的蜂窩狀結(jié)構(gòu)[29]。然后，在真空狀態(tài)下繼續(xù)干燥至含水率≤7%，得到膨化果蔬產(chǎn)品。壓差膨化的果蔬具有良好的酥脆性，便于貯藏，而且能最大程度地保留果蔬原有營養(yǎng)成分。其中，膨化產(chǎn)品的酥脆性取決于膨化前果蔬的含水率。含水率過高，干燥時(shí)間延長，內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)間形成較大的空隙；含水率過低，膨化效果不明顯，影響產(chǎn)品的外觀和口感[29]。

目前，國內(nèi)外對果蔬壓差膨化的研究還主要集中在干燥工藝領(lǐng)域，主要研究膨化溫度、膨化壓力、初始含水率等膨化工藝參數(shù)對干制產(chǎn)品膨化度、酥脆性的影響[30-34]。果蔬變溫壓差預(yù)干燥的研究很少，良好的預(yù)干燥方式可降低對果蔬組織的損傷，保證后續(xù)壓差膨化效果。目前，涉及到的果蔬壓差膨化預(yù)干燥方式包括微波干燥[35]、熱風(fēng)干燥[36]、冷凍干燥[37]、遠(yuǎn)紅外干燥[38]等。HPD作為一種干燥溫度低、參數(shù)易控制、熱敏性物質(zhì)保留率高的干燥方式，在壓差膨化預(yù)干燥中尚未得到良好的運(yùn)用。基于HPD 條件溫和、參數(shù)易于控制、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，HPD 作為壓差膨化的預(yù)干燥方式將有良好的干燥效果，具有非常廣闊的應(yīng)用前景。

3 其他熱泵輔助干燥方式

3.1 熱泵真空聯(lián)合干燥

真空干燥技術(shù)是一種高效的干燥方式，在真空環(huán)境下物料中水分的沸點(diǎn)比在常壓下低，水分蒸發(fā)后由真空系統(tǒng)除去。真空干燥技術(shù)相比于傳統(tǒng)干燥方式具有干燥速率快、干燥溫度低、干燥環(huán)境密封等優(yōu)點(diǎn)。真空環(huán)境下，物料不與空氣接觸，能有效防止物料干燥過程中氧化變質(zhì)現(xiàn)象的出現(xiàn)，保留了產(chǎn)品的香氣、色澤及營養(yǎng)成分[39]。真空干燥較低的干燥溫度適用于熱敏性物質(zhì)的干燥，可以很好地保留果蔬的營養(yǎng)成分，不改變其理化性質(zhì)、組織結(jié)構(gòu)，保持較好的感官品質(zhì)。熱泵真空干燥解決了HPD 后期干燥速率減慢的問題，為物料提供真空干燥環(huán)境，有效避免了HPD 因干燥時(shí)間過長而導(dǎo)致物料氧化的問題[40]。

Artnaseaw 等[40]設(shè)計(jì)了一種熱泵真空干燥系統(tǒng)并對辣椒進(jìn)行干燥，研究了真空壓力、溫度等參數(shù)對辣椒干制品色澤、收縮率、復(fù)水率及表面結(jié)構(gòu)的影響，結(jié)果表明，干燥時(shí)間隨溫度的升高或壓力的降低而縮短，溫度對復(fù)水率與收縮率影響不顯著，產(chǎn)品收縮率隨壓力增加而增加，復(fù)水比則隨干燥壓力增加而降低。另外，干燥介質(zhì)溫度和壓力顯著影響辣椒干制品的表面結(jié)構(gòu)，干燥壓力比溫度影響更為顯著，隨著壓力降低，產(chǎn)品表面結(jié)構(gòu)更光滑。Ashok 等[41]設(shè)計(jì)了一種新型熱泵真空干燥器，分別討論了辣木葉在壓力0.9 bar 和0.8 bar、空氣速度1.1 m/s 和1.4 m/s 下的干燥特性。結(jié)果表明，同一空氣流速下，壓力條件為0.8 bar 時(shí)，水分蒸發(fā)量相比0.9 bar 條件下增加了26.04%。干燥壓力0.8 bar、風(fēng)速1.4 m/s 時(shí)，水分蒸發(fā)速率最快，干燥效率最高。Dikmen 等[42-43]研究了新鮮歐芹葉熱泵真空干燥的品質(zhì)變化。結(jié)果表明，壓力0.6 bar、干燥溫度36 ℃時(shí)，干燥效率最高，干制品品質(zhì)最好。熱泵真空干燥的干燥機(jī)理比傳統(tǒng)熱風(fēng)干燥更為復(fù)雜。但在適當(dāng)干燥參數(shù)下能夠得到更優(yōu)質(zhì)的干燥產(chǎn)品，特別是其真空干燥特性更有利于熱泵真空聯(lián)合干燥系統(tǒng)在果蔬干燥中的應(yīng)用。

3.2 熱泵-氣調(diào)聯(lián)合干燥

HPD 過程中，產(chǎn)品品質(zhì)變化的一個(gè)主要原因來自于產(chǎn)品所處的環(huán)境，在氧氣的參與下，物料在干燥過程中會發(fā)生酶促褐變等化學(xué)變化，為了從干燥設(shè)備方面解決這一問題，Ashok 等[41]設(shè)計(jì)了新型真空HPD 設(shè)備，在提高干燥效率的基礎(chǔ)上，有效解決了物料氧化變質(zhì)的問題。另外，采用氮?dú)狻⒍趸嫉榷栊詺怏w代替氧氣作為HPD 的加熱介質(zhì)，可以抑制物料中酶的活性，減少風(fēng)味成分的損失，提高干制品品質(zhì)[44-46]。作為干燥介質(zhì)的惰性氣體可以在熱泵系統(tǒng)中循環(huán)使用，節(jié)約改良成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。Cam 等[47]利用密閉式氮?dú)鈿夥崭稍锵到y(tǒng)對草莓片進(jìn)行干燥并與熱風(fēng)干燥效果相比較。結(jié)果表明，氮?dú)鈿夥崭稍镅b置將熱風(fēng)干燥中草莓片抗壞血酸損失率由28%降低到7%，花青素的損失率由40%降低到20%。Hawlader 等[48]以蘋果、番石榴和馬鈴薯為研究對象，在以氮?dú)狻⒍趸嫉榷栊詺怏w改良條件下的HPD 設(shè)備中進(jìn)行干燥，研究改良條件對顏色、表面孔隙率和復(fù)水率的影響。結(jié)果表明，熱泵-氣調(diào)干燥產(chǎn)品的色澤與真空干燥或冷凍干燥相似，硬度較小，多孔結(jié)構(gòu)增多，復(fù)水速度加快。

4 小結(jié)

HPD 是一項(xiàng)高效、節(jié)能的技術(shù)，適用于果蔬等熱敏性物料的干燥。HPD 后期能耗高、效率低，限制了其在果蔬干燥領(lǐng)域中的應(yīng)用。熱泵聯(lián)合（串聯(lián)和并聯(lián)）干燥在合理控制干燥參數(shù)（溫度、相對濕度、干燥風(fēng)速等）、有效保留熱敏性物質(zhì)、節(jié)能等方面展現(xiàn)出鮮明的優(yōu)勢，在果蔬“優(yōu)質(zhì)、高效、低能耗”干燥方面具有廣闊的開發(fā)和應(yīng)用前景。

未來HPD 和熱泵聯(lián)合干燥領(lǐng)域的發(fā)展應(yīng)偏重：（1）開發(fā)新型熱泵聯(lián)合干燥裝置及技術(shù)，如太陽能輔助HPD；（2）加強(qiáng)交叉科學(xué)如人工智能（AI）、計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）在果蔬HPD 數(shù)學(xué)模型構(gòu)建、品質(zhì)在線及無損監(jiān)測、干燥系統(tǒng)自動(dòng)化控制等方面的研發(fā)；（3）加強(qiáng)非熱預(yù)處理方式，如低溫等離子體、超聲波、脈沖電場、成膜預(yù)處理等在HPD 中的應(yīng)用。