微波真空干燥技術研究進展

摘要：微波真空干燥相較于其他干燥方式具有效率快、質量高等優勢，更適合果蔬產品的干燥加工生產。通過對微波真空干燥技術的國內外現狀進行系統的總結和評述，詳細介紹微波真空干燥機械的研究現狀及其應用特點，并總結相關的微波真空干燥特性及動力學模型。在微波真空干燥的應用方面，根據不同存在形式的物料以及獨有的干燥要求，擇取最優的微波真空干燥參數，提高干燥效率的同時以保留物料最佳品質。指出目前微波真空干燥存在物料受熱不均勻、裝置設計不合理資源利用不充分、物料的干燥品質不易把控等主要問題，并在該基礎上進行展望，提出干燥裝置設計優化、運用高新技術對干燥過程控制是未來的發展趨勢。

關鍵詞：微波真空干燥；干燥技術；果蔬干燥；動力學模型；干燥參數

中圖分類號：S233.5" " " 文獻標識碼：A" " " 文章編號：2095?5553 （2024） 09?0118?09

Research status and development of microwave vacuum drying technology

Cong Yuyang Liu Xiaohong Wang Xingyu Li Shiyuan Zhang Hong

（1. College of Mechanical Electrification Engineering， Tarim University， Alar， 843300， China;

2. Aksu Inspection and Testing Center， Aksu， 843000， China）

Abstract： Compared with other drying methods， microwave vacuum drying has the advantages of fast efficiency and high quality， and is more suitable for the drying processing and production of fruit and vegetable products. This paper systematically summarizes and comments on the status quo of microwave vacuum drying technology at home and abroad， introduces the research status and application characteristics of microwave vacuum drying machinery in detail， and summarizes the related microwave vacuum drying characteristics and kinetic models. In terms of the application of microwave vacuum drying， according to different forms of materials and unique drying requirements， Select the best microwave vacuum drying parameters to improve drying efficiency and retain the best quality of materials. The main problems such as uneven heating of materials， unreasonable device design， inadequate utilization of resources， and difficult control of drying quality of materials are pointed out. On this basis， the future development trend is proposed to optimize the design of drying devices and control the drying process with high and new technology.

Keywords： microwave vacuum drying; drying technology; drying of fruits and vegetables; dynamic model; drying parameters

0 引言

我國是農產品生產大國，在2023年我國蔬菜種植面積已經達到5 200 khm2，產量為6.954 1×1011 kg，同年水果產量高達286 923.6 kt，由于水果蔬菜的含水率極高，大多在50%～90%之間，相對于其他產品有著較強的區域性和季節性[1]，在普通的環境下易發生霉變不耐儲存，因此在果蔬生產、運輸、儲藏、銷售的過程中有著巨大的消耗，經脫水干制的水果蔬菜能夠從根本上減少霉菌的滋生、繁衍[2]，使其更耐儲存，也為運輸提供了方便。

針對果蔬脫水干制，目前市面上使用較多的方法主要有冷凍干燥、噴霧干燥、無線電波射頻干燥、真空油炸干燥、蒸汽干燥、紅外干燥等。從干燥品質與能源消耗的角度分析，冷凍干燥后的果蔬品質是最好的、營養是最高的[3]，但是冷凍干燥設備不僅價格昂貴，其單次所能干燥的產品數量較少、耗能大，因此只適用于高價值的農產品干燥[4]；經熱風干燥的果蔬前后色澤差異性大、表皮硬化嚴重導致感官品質差，整個機器設備占地面積大、內部鼓風裝置能量消耗大、果蔬干燥加工時間長[5]，因其生產效率較高，適用于工廠化大批量加工生產；蒸汽干燥后的果蔬營養成分和色澤保留性好[6]，且結構具有多孔性，該干燥裝置具有能源損失小、操作簡單安全的優點，且其干燥速率大于熱風干燥，但因其過熱狀態不穩定屬于內部擴散控制，所以適用于大型不可切分或干物質含量高的物料，在干燥過程中應注意溫度不可過高，否則將出現物料表面水分蒸發而內部水分還在的情況[7]；噴霧干燥適用于液態、漿狀、泥狀物料，經干燥后能夠得到粉末狀的產品，具有操作簡單、效率高的特點，其缺點是設備體積大，對熱能的利用率低，所設置的進風溫度越高其能干燥的物料質量也越多，但是溫度過高則會影響粉末的品質，且造成物料中的活性物質破壞嚴重[8]。從干燥產品的口感角度分析，真空油炸干燥的產品口感酥脆，但是干燥后的產品含油量較高，油脂不耐儲存易發生腐敗變性，導致產品保質期較短[9]；無線電波射頻干燥技術干燥時，物料內外同時升溫，最終使水分子脫離物料，這種干燥方式有利于減少硬化、顏色變深和焦化的情況發生，適用于對蓬松度、口感等要求較高的物料干燥，如（化工、木材、造紙、食品）等領域[10]，缺點是干燥溫度較高，對熱敏性的營養物質保留不佳[11]。紅外干燥在干燥的同時消滅霉菌，且對環境沒有污染[12]，這種干燥方式對物料中的營養物質的破壞較小，適合水果、蔬菜、谷物和中藥的干燥，但因其對物料色澤的破壞比較大，且裝置操作復雜，其技術仍需進一步改善。綜上所述，傳統的農產品干燥加工方式具有消耗能源多、干燥時間長、對產品的營養成分破壞嚴重等缺點。微波真空干燥與傳統的由外向內的加熱方式不同，其加熱方式是物料內外同時升溫，有利于物料在干燥過程中形成疏松多孔的結構，該結構有利于水分的散發，從而降低能耗，在真空無氧條件下，降低物料中溶劑的沸點，避免了糖類物質與氨基酸易發生美拉德反應，整個干燥過程具有水分散失快、自動化程度高易操作的優點，減少了表面硬化、焦化的現象，具有耗能小、效率高、營養流失較少、占地空間少等優勢。

本文將進行詳細分析微波真空干燥技術的發展現狀，主要包括微波真空干燥裝置現狀及其應用特點。并針對不同存在形式的物料，擇取最優的微波真空干燥參數，提高干燥效率、保留物料最佳品質，通過本文對微波真空干燥的綜述，期望對干燥水平的提高提供理論依據與技術支持。

1 微波真空干燥技術原理及特點

微波真空干燥是一種集電子學、熱力學、真空學、機械學等學科融合到一起的新興起來的先進干燥技術，經過對微波真空干燥物料自身的物理特性、理化指標特性、水分遷移規律的不斷深入研究，促使微波真空干燥技術不斷向前發展[13]。

1.1 微波真空干燥原理

微波真空干燥技術能夠將微波干燥和真空干燥技術的優點都結合起來，實現低溫快速干燥，加快干燥速度，提升產品品質，其干燥原理及效果如表1所示。在真空狀態下，微波作用在物料上能夠引發物料中水分子的極性隨著電磁場的變化而改變位置并摩擦產生熱量，物料的溫度在短時間內得到均勻上升，這樣的干燥方式不僅可以防止產品表面焦化、硬化，還能減少傳熱的熱量損失。微波真空干燥是一種極具發展潛力和研究價值的干燥技術。

1.2 微波真空干燥的特點

微波干燥技術在果蔬的干制過程中具有快速均勻、適用性高、營養保留好、色度保留高、節省空間和能耗的優點[14]。

1） 干燥快速均勻：微波對分子性強的物質作用更為劇烈，水具有較強的分子極性，在微波的作用下易快速運動而升溫，且熱量傳遞的方向與水分散失的方向一致，減小了逆向力，加快干燥速率。含水量越高的物料吸收微波能的能力也就越強，這體現了微波真空干燥對于不同含水率物料進行的選擇性加熱，使物料迅速升溫達到干燥的效果，體現了加熱的均勻性。

2） 適用性高：在色度的保留上與熱燙工藝原理相同，微波真空干燥的升溫速度快使物料中色素降解類酶迅速失活，而且整個干燥過程都是在無氧的條件下進行的，加快酶類物質的降解，可以更好地保留色彩。

3） 產品品質保留性強：產品品質保留性強，物料在干燥前后體積變形量小，物料組織結構易形成疏松多孔狀增強酥脆口感，且與其他干燥方式相比其在色澤上減少氧化褐變（干燥整個過程都處于無氧環境下）、營養物質的保留度較高（真空度降低物料中溶劑的沸點，實現在低溫條件下進行干燥）在風味特點方面也有很大的優勢。

4） 節省空間及能源：占地體積小，便于安裝和運輸，經試驗研究發現在干燥過程中去除1 kg水分的耗電量為1.6 kW ? h。

5） 干燥溫度低：適當的真空度不僅可以降低物料中溶劑的沸點，還起到加快干燥速率的作用，在干燥時對熱敏性高的農產品營養成分保留較好。

2 微波真空干燥技術研究進展

干燥是實現農產品保藏的一項重要加工技術，與農產品的種類、加工密切相關，近年來，人們認識到腌制品、熏制類食品經過腌制處理后營養損失較大，長期食用不利于身體健康甚至有致癌風險，然而經脫水干制的綠色水果蔬菜等越來越多的脫水干制品被大眾所接受和喜愛。

2.1 微波真空干燥設備研究

農產品干燥，學者關心的始終是如何消耗更小的能量而得到最佳品質的產品，現有的微波真空干燥機械存在著加熱不均且無法實現對干燥物料內部水分含量的變化時時檢測，國內外的研究人員經過不斷發現問題，改進機器設備。經過進行大量的干燥試驗，發現物料在微波真空干燥器內干燥時，物料自身所受到的加熱是均勻的，但由于每個物料個體在干燥箱內的分布位置不同，干燥箱內存在波峰、波節分布極度不均的情況，導致位于不同位置的物料所能接收到的微波電場能量是不可能完全一致的，物料在干燥后期易出現干燥熱點。物料的受熱不均勻會對干燥速率、產品品質造成影響。

國外對微波真空干燥技術的研究起步較早，在20世紀60年代，微波真空干燥技術應用于食品加工生產工業，想要得到品質好的干燥產品，重點是使物料在進行微波干燥時受到的熱量均勻一致[15]，美國加州大學在最開始研究微波真空干燥技術時，將一個密閉性較好的厚玻璃管外接真空泵后放入家用微波爐中，以改良傳熱不均勻的狀態，但是結果并沒有達到預想的效果，主要原因是玻璃罐在干燥過程中無法回轉，加熱不均勻的情況沒有得到改善，隨后也有不少專家提出的解決方法是使物料本身處于運動狀態，隨著“旋轉微波”的概念被引入，日本研究人員選擇從改變波導的形狀入手，實現微波以旋轉的形式進入干燥室，經學者驗證這兩種方式都能夠改善物料受熱不均勻的現象；Nguyen等[16]對比了速食綠豆粉絲在微波真空干燥（15 W/g、22.5 W/g、30 W/g）和微波連續干燥（70 Hz）兩種生產工藝下的品質，結果表明間歇加熱方式能夠進一步改善加熱均勻性，且微波真空干燥的生產加工能力更強、粉絲的孔隙率更大、色澤更好。干燥條件在30 W/g下，的粉絲復水時間最短，干燥時間控制在2.14 min左右其蒸煮品質最好；Viboon等[17]設計一款小型微波真空干燥機，實現時刻記錄干燥產品的質量和溫度變化，試驗以草莓塊和胡蘿卜塊為研究對象，探究在固定真空壓力（6.5 kPa）下，溫度和輸入功率（1 W/g、1.5 W/g和2 W/g）對干制產品品質的影響，試驗發現真空容器的閥門位置外接空氣能夠有效縮短干燥時間和避免水蒸氣冷凝。考慮到物料在干燥時位置不發生改變，物料滯留在死區積累大量潛熱從而造成物料品質損壞，在干燥室中設有旋轉滾筒，轉速通過電子逆變器控制，滾筒上的導向葉片材料為聚丙烯，這種材料對微波透明。干燥機的真空室的入口直徑為0.33 m，其縱向長度0.4 m，干燥工作進行時滾筒在腔內旋轉，導向葉片攪動產品，使其混合更均勻，并令干燥過程中產生的水分更易排除，從而縮短干燥時間提高效率。雖然高的真空度可以有效地減少干燥時間，但若滾筒的轉速過慢則無法完全釋放產品與產品之間的水蒸氣，轉速過快會與熱量產生對流，不利于干燥效果，其最佳轉速確定是根據物料特定的性質確定的。經試驗測試發現該機器真空度不高，導致物料在干燥過程中產出的水蒸氣發生冷凝現象，若想達到更好的干燥效果需要配置更加昂貴的真空泵。雖然此裝置可以避免物料在干燥時出現熱點，但其不足之處還有滾筒轉動時，物料因為相互摩擦碰撞破壞物料形態。

我國從20世紀80年代開始研制微波真空干燥設備，近年來經過不斷地研究發現，盡管多個微波源同時輸入，還是無法完全消除干燥室內微波磁場分布的不均勻性，為改善這一現象，韓清華等[18]將整機采用圓柱腔加熱器，加熱器內部的磁力線比較集中，且滿足壓力容器的設計要求，由于腔內物料所吸收能量的均勻性由腔內的電磁場結構和模式共同決定，所以干燥機腔內用諧振頻率相同、場結構不同的諧波。圓柱腔微波真空干燥裝置在使用時，需要先啟動真空泵使干燥室內的真空度達到預定值后，立即關閉真空度截止閥并將物料放入干燥室，啟動微波控制開關，該干燥器內的物料輸送裝置是螺旋式滾筒刮板輸送結構，該輸送裝置為使物料均勻的接收微波能，實現物料在干燥器內隨著螺旋刮板做上下傳動和橫向移動，待物料完成干燥后由出料系統送出干燥室。整機通過性能試驗測試，該干燥裝置具有操作簡單、設計合理、性能良好的優點。微波真空干燥機由微波裝置部分和真空泵構成，真空泵的主要類型有真空油泵、水力噴射泵兩種。其中真空油泵真空度高、價格實惠，但不足的是干燥過程中產生的無法散發到機器外部的水蒸氣易導致油泵內部的損壞[19]；水力噴射泵所能達到的真空度較低，其整體材料選用的是不銹鋼材質，能夠有效地防止水蒸氣對泵的破壞，但是其價格較貴、占地空間大比較適合工業生產的使用[20]。

若想實現電場在諧振腔內的分布做到絕對均勻是比較困難的，所以只能使物料運動起來提高干燥的均勻度，物料在干燥室內運動避免了后期出現的熱點。崔政偉[21]研究設計的微波真空干燥裝置，干燥箱內增加旋轉圓盤，物料在干燥時隨著轉盤轉動消除了干燥后期出現的熱點增加物料受熱的均勻性，該干燥裝置所能達到的真空度高，能夠進一步提升干燥速率。

由于微波在穿過物料時會伴有衰減，為使物料吸收的微波能均勻，黃建立[22]所設計的微波真空干燥機的送料方式為回轉吊籃式，物料在干燥時隨著吊籃上下移動，增加其吸收微波的均勻性。考慮到微波饋入口的安裝位置關系到擊穿、打火、放電等現象，該干燥裝置避免場強集中將微波饋口分別安置在干燥機腔內的上下位置，有效改良干燥腔內的物料在干燥時出現冷點和熱點的問題。該回轉式微波真空干燥機的操作步驟為：首先啟動真空泵將干燥室抽真空，接著啟動微波饋口的控制開關開始干燥，在干燥過程中物料在載料盤中在回轉的位置做公轉運動，并在重力作用下始終保持水平不會發生灑落。整個干燥過程，物料受熱較為均勻，實現了低溫干燥。

過軍等[23]用PLC與觸摸屏對微波真空干燥作業進行控制，打破了以往傳統的方法，增加了對干燥過程中的真空度溫度檢測與控制還有電腦數據上傳功能。該創新性設計讓干燥工作更加簡潔，其干燥作業的主要流程如下：在開啟真空度控制開關前需要預先設定真空度、溫度控制參數，待真空度達到后，啟動載盤轉動控制開關與冷卻風機、微波磁控管開關，干燥室內開始升溫達到預定值并保持恒溫，待物料干制到理想含水率后，關閉開關，打開通氣閥門，完成干燥工作。葉大鵬等[24]將微波的輸出的模式設置成間歇式，在真空的條件下使物料中的溶劑在微波停歇的時間里能夠重新分配，減少干燥的能量消耗。

每種物料都有各自的特點，并對應著獨特的加工方式和特定的運行條件，該部分主要通過對不同類型的微波真空干燥機進行介紹，為選擇合適的干燥機提供依據，如當物料的形態為漿狀、溶液、分散體，其流動性較強時，應選用微波真空轉鼓干燥器多次少量進行干燥；箱體式微波真空干燥器則更適合糊狀、膏狀、固體物料的干燥；若要求干燥工作完成后，產品仍需保持原料的原形，如藥品、食品等為了不破壞原來的形態，應避免物料之間的相互摩擦和碰撞，文中提到的轉盤式、吊籃式微波真空干燥機則更適合，但是由于微波真空干燥的工藝比較復雜，選擇適當的真空度也是很重要的，真空度在干制過程中不宜過高，否則會產生擊穿放電現象對干燥設備產生損壞。

2.2 微波真空干燥特性及動力學模型研究

實現在干燥過程中時刻獲得物料的水分含量信息是困難的，學者研究發現對數學模型的優化能夠實現對微波真空干燥過程的控制，食品微波真空加熱過程的數學模型主要是加熱過程中的傳熱傳質模型，表征了物料自身對微波能的吸收以及水分的擴散速率，預測干燥過程中的電磁場、水分、溫度分布。

動量、熱量、質量的耦合是干燥整個過程的本質屬性，可以依次推出無需新建干燥模型，只要在已知的薄層干燥模型中選取擬合效果最好的、適合的數學模型即可，若沒有完全合適的只需根據特殊情況進行調整即可。根據國內外學者研究含濕多孔介質干燥模型的薄層方程式，從中篩選6個有代表性的半經驗、經驗干燥數學模型，如表2所示。

數學模型的預測值和試驗值的擬合程度可以用相關系數R2、殘差平方和SSE、均方根RMSE的數值來評價試驗與模型的相關性[25]。宋樹杰等[26]在探究獼猴桃在微波真空干燥條件下的干燥特性時，對試驗數據進行非線性回歸分析，試驗參數控制范圍為：溫度50 ℃～70 ℃、真空度-70～-95 kPa、微波功率密度4～12 W/g。選擇常用的薄層干燥模型進行擬合分析，Two-termexponential模型與其他模型相比對試驗數據擬合有較高的R2（0.999 9）、較低的RMSE（0.002 02）、最低的x2（0.000 30），證明該模型最適合描述獼猴桃片干燥過程的水分變化情況。

卿果等[27]對中藥浸膏物性干燥研究，在運用微波真空干燥技術的基礎上對枸杞浸膏的干燥特性變化進行研究，尋找一個適合枸杞浸膏微波真空干燥的最優干燥動力學模型，提高枸杞浸膏干燥品質。選取常見的薄層干燥模型，進行非線性回歸分析，所選取的試驗參數為：初始密度1.4 g/cm³、微波功率密度為2.5 W/g、4 W/g、8 W/g，將試驗結果與Wang薄層干燥模型預測值進行分析，擬合結果：R²較大在0.988 78～0.999 02之間，X²和SSE分別小于0.001 7、0.008 49，均為其所選模型中的最小值，該試驗數據值與Wang模型預測曲線基本完全擬合，證明Wang方程適用于反映枸杞膏的干燥水分散失情況。

宋樹杰等[28]在研究熟化甘薯片的微波真空干燥動力學模型，干燥過程設置的參數為微波功率密度和相對壓力，建立水分變化的干燥動力學模型與常用薄層干燥模型進行擬合，結果表明Page模型的擬合準確度最高，擬合度R²gt;0.99。如上述所示，適用于微波真空干燥的數學模型較多，準確性也較高，其中適用性最高的模型為Page模型。Puttalingappa等[29]通過微波真空干燥方式提高辣木葉的抗氧化性能、干燥速率。辣木葉的活化能隨著微波功率的增加而增加，將試驗的水分比與常見薄層干燥模型擬合后發現，Midilli模型擬合效果最好能較好地描述辣木葉的干燥過程，R2值最高；McMinn等[30]進行了乳糖粉對流、微波、微波對流和微波真空干燥的薄層模型研究。Giri等[31]在探究香菇的干燥特性時以微波功率、真空度、干燥厚度為試驗因素，整個干燥過程的時間與對流干燥相比時間縮短了70%～90%，且復水性更優，建立薄層蘑菇片的Page干燥模型以及復水率的數學模型。

2.3 微波真空干燥技術在不同形態產品中的應用

農產品不僅種類繁多且存在的形式也是多種多樣的，主要表現為固態、液態、粉狀、泥狀、顆粒狀等。物料在干燥的過程中發生的變化也是復雜多樣的，為了更好地掌握微波真空干燥的規律，學者們在微波真空干燥的不同技術研究領域進行深入的研究，本文以被干燥食品的狀態分類、干燥時堆積狀態的分類。

近年來，果蔬粉因其沖飲健康方便、風味獨特、營養充足等優點受到消費者的一眾追捧，商家們也嘗試利用多種干燥技術將新鮮的果蔬加工成果蔬粉，進一步打開市場。被干燥物料的干燥狀態有片狀、粉狀、漿狀、條狀等。

物料自身的物理特性是干燥時間控制與真空度選擇的重要依據，分類總結表征不同種類物料狀態確定其最優的干燥的參數值范圍。國內外學者通過參數優化試驗后給出了不同狀態物料的最優干燥工藝參數取值范圍，在漿狀物料進行干燥時，重點對物料的濃度、厚度進行調整，以蜂王漿、水蛭漿、漿果漿、玉米淀粉糖漿的微波真空干燥參數優化為例，姚勝楠[32]通過微波真空干燥將蜂王漿干制成蜂王漿干粉的過程中，濃度分別取15%、20%、25%、30%、35%；加熱溫度為30 ℃、35 ℃、40 ℃、45 ℃、50 ℃，微波功率為200 W、300 W、400 W、500 W、600 W，物料厚度為2 mm、4 mm、6 mm、8 mm、10 mm。通過比較干燥前后的水分、溶解度、蛋白質含量、酸度、總糖、灰分、顏色等指標，得到最佳料液濃度為30%、微波功率400 W，加熱溫度40 ℃，物料厚度4 mm以得到品質最佳蜂王漿干粉。潘丕闌等[33]在干制水蛭粉時，試驗采用五因素三水平的正交試驗，以水蛭粉抗凝血酶活性單位和水分為量化考察指標，篩選的最佳真空微波干燥工藝為干燥溫度50 ℃，真空度0.9 MPa，干燥時間40 min，升溫速度1 ℃/min，水蛭粉平輔厚度約2 cm。王磊[34]在漿果的干制過程中，物料的質量分別取10.5 kg、7 kg、5.2 kg、4.2 kg，其干燥時的截面積相同，取不同的質量對應著不同的干燥厚度，設定功率21 kW，微波強度取2 W/g、3 W/g、4 W/g、5 W/g，得出的試驗結論是物料的干燥時間隨著微波強度的減小和物料厚度的增加而變長。雷苗等[35]干制光皮木瓜全粉過程中取木瓜片的厚度為4～5 mm，將其平鋪在托盤上，微波的功率為300 W，溫度為45 ℃、50 ℃、60 ℃，真空度取-0.060 MPa，干制完成后經破壁機粉碎，并對比五種不同干燥方式對木瓜干制品中黃酮、總酚、Vc、還原糖和熊果酸的保留度后，微波真空干燥被認為是最適合木瓜全粉的制作。

不同形狀的物料在微波真空干制后（片狀、球狀、形狀不規則），測定不同厚度、溫度、真空度對干燥產品的營養成分以及口感味道進行分析，得出最優參數。分別以片狀羅非魚片干、蘋果膨化片，球狀櫻桃番茄干、甜菜頭，形狀不規則的裙帶菜干制介紹為主。薛廣[36]在干制羅非魚片干的研究中取不同的真空度、微波功率、魚片厚度，得到的干制魚片白度、復原率、復水率隨著微波功率密度的升高，呈先上升后下降的趨勢，收縮率呈先下降后上升趨勢，在微波功率330 W、魚片厚度7 mm、真空度0.06 MPa下，其復水率、復原率均達到最大值，品質最好。韓清華等[18]在蘋果膨化片的試驗研究中，分別將微波功率、真空度、初始含水量、蘋果片厚度作為試驗的影響因素，對比蘋果片在膨化前后的體積變化情況，發現當微波功率設置為12.0 W/g、真空度為0.085 MPa、初始含水量為60%、切片厚度為8 mm時，蘋果干制品的膨化效果最好，達到321%。溫建榮[37]在櫻桃番茄干制過程中，取經混合溶液（40%蔗糖與10%食鹽）滲透預處理的櫻桃番茄在物料質量為200 g、真空度為-75 kPa的條件下，取不同微波功率，所對應的干燥時間分別為33 min、17 min、9 min、6 min；微波功率為2 kW，在不同的真空度下，干燥所需時間分別為20 min、18 min、17 min、16 min；在微波功率2 kW、真空度-75 kPa下，取質量不等的物料，干燥所需時間分別為13 min、17 min、21 min和26 min。Liu等[38]在甜菜頭的干燥研究中設置微波功率（500 W、1 000W、1 500 W）、真空度（-0.05 MPa、-0.07 MPa和-0.09 MPa）、樣品厚度（2 mm、4 mm和6 mm）。采用單因素試驗，探究其理化性質及抗氧化活性的變化，干燥時間隨微波功率和真空度的增大而減小，隨樣品厚度的增大而顯著增大，真空微波干燥甜菜頭最優的條件為微波功率500 W、真空度-0.09 MPa、樣品厚度2 mm。張倩等[39]裙帶菜干制取真空度為70 kPa、80 kPa、90 kPa，微波功率3 W/g、4 W/g、5 W/g，間歇比（微波開啟與關閉比值分別為1∶2即10 s-on/20 s-off，2∶1即20 s-on/10 s-off，連續30 s），整個試驗結合實際裙帶菜的生產需求，選取干燥時間較短、感觀和復水效果較好的因素水平進行正交試驗，微波功率密度分別為3 W/g、4 W/g、5 W/g時，裙帶菜干燥時間分別為23 min、18 min、16 min；當真空度分別為70 kPa、80 kPa、90 kPa時，裙帶菜干燥時間分別為21 min、20 min、18 min；當間歇比為1∶2、2∶1和連續時，裙帶菜干燥時間分別為54 min、28 min、18 min。

從上述試驗中發現，在縮短時間的方面，改變真空度時干燥時長略有縮短，但差異并不明顯，但是提高真空度能夠降低物料中溶劑的加熱沸點，有效地減少熱敏性營養元素的損耗；改變微波功率的大小能夠縮短干燥時間，且作為干燥過程中的最大影響因素，主要原因是隨著功率的升高，物料對微波能吸收也隨之增加，物料溫度迅速升高，加快水分去除的速率，但是微波功率過高可能會引起干制產品的褐變、焦化；物料所需的干燥時間隨著裝載量增大而延長，因為物料的裝載量越多其總含水量也就越大，在干燥過程中微波功率大小沒有改變，導致單位質量物料所能吸收到的微波能變少，水分子的熱運動被減弱，但是物料的裝載量越多，干制過程的最大失水率也越高，物料的切片厚度對干燥的速率有顯著影響但沒有正向相關性；采用間歇的干燥方式對物料的干燥速率有較強的影響，這是由于微波功率密度一定時，工作周期內微波開啟時間的增加使得提供的微波能和轉換熱能增加，進而加快干燥速度。Gomide等[40]研究發現微波真空干燥能夠在溫和溫度下生產酥脆產品，且在微波的作用下淀粉的糊化潛力被降低，從而更好地保留其原始結構狀態。淀粉結晶度在較低的功率密度下保存較高，然而功率密度越高干燥時間越短產品越具有更大的膨脹性和多孔結構、質地更脆、使產品接受度更高；Carvalho等[41]在麥芽糖漿的干制過程中發現，改變微波強度和真空度大小能夠控制干燥速率，且在干燥產品的口感、風味、復水等方面優于傳統的干燥方法；Zhan等[42]探究微波真空干燥條件下山羊絨纖維的力學性能變化，確定不同干燥終點的山羊絨纖維的力學性能和摩擦性能，從多個尺度分析山羊絨的結構、性能關系。結果表明，微波真空干燥使山羊絨存在一定的纖維力學最佳值臨界點，當纖維干燥至回潮率（15%）時，纖維具有最佳的力學性能，并緩解纖維中累積的應力，使其強度伸長率得到恢復。

3 存在問題

現有的微波真空干燥技術和裝置的研究已經取得一定的成果，且在農產品的加工領域也應用較多，但是該技術仍然存在著需要優化和解決的以下幾個問題。

3.1 物料受熱不均勻

大多數的物料在微波真空干燥過程中，內部易形成疏松多孔的蜂窩狀，導致導熱性變差、內外溫度梯度變大，使物料成為不良導體，影響干燥效率，且對于干燥箱內部的全部物料而言加熱是不均勻的，同一批進入干燥裝置的物料在干燥后期，部分物料發生焦化。針對這一現象使物料運動起來和增加耦合口的數量都不能使干燥物料整體受熱一致，這嚴重影響了干制物料的品質。

3.2 裝置設計不合理資源利用不充分

物料在干制過程中的水分蒸發量情況沒有與干燥裝置尺寸的設計合理的結合起來，微波功率與干燥物料質量沒有實現相匹配，這造成了大量的空間被浪費，同時增加了能源的消耗。物料在不同的干燥時期應該選擇不同微波功率，根據水分子與物料分子的結合情況對微波功率做出相應調整，平衡上升溫度，提高產品質量。根據蒸發出溶劑的特性配合相應的回收系統，同時微波真空干燥機內部所配置的輸送物料裝置也應減小其對物料完整性的破壞。

3.3 物料的干燥品質不易把控

在物料的干燥過程中常常存在著物料自身的特性差異（如不同批次或來源的原料、含水量、顆粒大小、形狀）和干燥設備參數設置差異（如干燥設備的溫度、濕度、風速等參數可能存在波動或變化）等現象，從而導致干燥過程的一致性和穩定性受到影響，進而影響干燥品質。目前的微波真空干燥設備缺乏水分檢測技術，很難判定和控制水分干燥的終點，更無法實時觀測物料的顏色、香氣及硬度的變化，這不利于獲得最佳品質的干制品。

4 發展趨勢

我國農產品生產加工技術不斷進步，食品干燥也沿著節約能源、提升產品品質、保證生產效率的方向不斷發展。為提升微波真空干燥效果，未來需要在如下方面加強研究。

4.1 干燥裝置設計優化

為減少物料的受熱不均勻現象，微波真空干燥裝置需實現篩選功能，能夠將不同尺寸的物料在干燥箱中分層布置，同一層干燥物料中其大小尺寸應盡量相近，并盡量分散減少堆積，這樣有利于對微波能的充分吸收，減少能源浪費。針對不同形態物料采用不同的傳送裝置，將耦合口位置合理布置。

通過微波真空干燥的方式脫去副價值較低的物料中全部水分，其所能創造的經濟價值相對較低，應與其他經濟適用的干燥方式相結合起來，提高實用經濟性，同時根據干燥對象的不同特征以及不同干燥要求選擇適合的干燥方法，如有特殊要求可以與其他干燥方式進行結合獲得最佳的產品品質。

4.2 實現對干燥過程的控制

未來，更需要將微波真空干燥裝置與人工智能有效地結合起來，通過圖像識別技術與香氣檢測技術使操作人員更容易和更好地掌控干制品的品質。對于微波真空干燥的終點確定引入數學分析模型，干燥過程中的水分散失情況能被定量描述，并對物料的水分擴散系數、活化能的大小進行估算，有利于實現產品干燥過程的有效把控，獲得高質量的干制產品，提升工作效率，降低成本。本文列出適用于微波真空干燥常見的薄層干燥模型，并詳細介紹擬合步驟，為探索物料水分散失的干燥工藝提供參考依據。

參 考 文 獻

[ 1 ] 李春梅， 夏薇， 金諾， 等. 國際食品法典加工水果和蔬菜標準跟蹤研究[J]. 農產品質量與安全， 2021（5）： 91-96.

Li Chunmei， Xia Wei， Jin Nuo， et al. The progress for processed fruit and vegetable standards of Codex Alimentarius Commission [J]. Quality and Safety of Agro?products， 2021（5）： 91-96.

[ 2 ] 王振強， 馬金菊， 王浩. 果蔬灰霉菌產保鮮果膠酶的培養條件優化研究[J]. 食品工業， 2018， 39（2）： 30-34.

Wang Zhenqiang， Ma Jinju， Wang Hao. Study on optimization of culture conditions for fresh pectinase produced by fruit and vegetable Botrytis cinerea [J]. The Food Industry， 2018， 39（2）： 30-34.

[ 3 ] 金洋， 張洪超， 薛張芝， 等. 不同干燥方法對烏賊品質及微觀結構的影響[J]. 食品科學， 2017， 38（15）： 189-195.

Jin Yang， Zhang Hongchao， Xue Zhangzhi， et al. Effects of drying methods on quality and microstructure of cuttlefish [J]. Food Science， 2017， 38（15）： 189-195.

[ 4 ] 丁俊雄， 吳小華， 王鵬， 等.干燥技術在果蔬中的應用綜述[J]. 制冷與空調， 2019， 19（8）： 23-27， 58.

Ding Junxiong， Wu Xiaohua， Wang Peng， et al. Overview of the application of drying technology in fruits and vegetables [J]. Refrigeration and Air?Conditioning， 2019， 19（8）： 23-27， 58.

[ 5 ] 婁正， 劉清， 徐恒， 等. 金銀花熱風干燥品質變化及工藝優化[J]. 山西農業大學學報（自然科學版）， 2018， 38（1）： 61-68.

Lou Zheng， Liu Qing， Xu Heng， et al. Quality variation and process optimization of hot air drying of Honeysuckle [J]. Journal of Shanxi Agricultural University （Natural Science Edition）， 2018， 38（1）： 61-68.

[ 6 ] Wang Jingcheng， Xu Qing， Liu Jianbo， et al. Drying of pineapple slices using combined low?pressure superheated steam and vacuum drying [J]. International Journal of Food Engineering， 2021， 17（11）： 865-875.

[ 7 ] 喬柱， 關二旗， 卞科. 玉米過熱蒸汽干燥特性及干燥模型構建[J]. 河南工業大學學報（自然科學版）， 2017， 38（1）： 5-11.

Qiao Zhu， Guan Erqi， Bian Ke. Characteristics of maize in superheated steam drying and model construction [J]. Journal of Henan University of Technology （Natural Science Edition）， 2017， 38（1）： 5-11.

[ 8 ] Rawat K， Kumari A， Kumar R， et al. Spray?dried lassi powder： Process optimisation using RSM and physicochemical properties during storage at room and refrigerated temperature [J]. International Dairy Journal， 2022， 131.

[ 9 ] 任愛清， 鄧珊， 唐小閑， 等. 香菇脆片真空油炸—真空微波聯合干燥工藝優化[J]. 食品與機械， 2020， 36（10）： 165-170.

Ren Aiqing， Deng Shan， Tang Xiaoxian， et al. Process optimization of vacuum?frying combined with vacuum?microwave drying in producing shiitake mushroom chips [J]. Food amp; Machinery， 2020， 36（10）： 165-170.

[10] 唐小閑， 段振華， 劉艷， 等. 馬蹄濕淀粉微波間歇干燥特性及其動力學研究[J]. 食品研究與開發， 2017， 38（5）： 15-21.

Tang Xiaoxian， Duan Zhenhua， Liu Yan， et al. Research of intermittent microwave drying properties and kinetic model of water chestnut wet?starch [J]. Food Research and Development， 2017， 38（5）： 15-21.

[11] 劉盼盼， 任廣躍， 段續， 等. 微波處理技術在食品干燥領域中的應用[J]. 食品與機械， 2020， 36（12）： 194-202.

Liu Panpan， Ren Guangyue， Duan Xu， et al. Application of microwave treatment technology in the field of food drying [J]. Food amp; Machinery， 2020， 36（12）： 194-202.

[12] Chang Antai， Zheng Xia， Xiao Hongwei， et al. Short?and medium?wave infrared drying of cantaloupe （Cucumis melon L.） slices： Drying kinetics and process parameter optimization [J]. Processes， 2022， 10（1）： 114-114.

[13] 郁海勇， 張天嬌. 低真空微波干燥技術研究[J]. 現代應用物理， 2022， 13（3）： 127-132.

Yu Haiyong， Zhang Tianjiao. Investigation on microwave drying technology in low?vacuum [J]. Modern Applied Physics， 2022， 13（3）： 127-132.

[14] 李盼盼， 胡欽鍇， 張敏. 微波真空干燥技術研究進展[J]. 食品安全導刊， 2022（20）： 175-177.

[15] Chakyrova D， Yangyozov A， Rusev D， et al. The prediction of drying uniformity in dryer chamber system using computational fluid dynamics （CFD） [J]. E3S Web of Conferences， 2020， 207（3）： 01010.

[16] Nguyen T P， Ratnaningsih R， Sirichai S， et al. Characterisation of instant mung bean vermicelli quality using microwave vacuum and microwave continuous drying [J]. International Journal of Food Science amp; Technology， 2022， 57（11）： 7320-7329.

[17] Viboon C， Vijaya R G S， Yvan G， et al. Microwave vacuum dryer setup and preliminary drying studies on strawberries and carrots [J]. The Journal of Microwave Power and Electromagnetic Energy： A publication of the International Microwave Power Institute， 2007， 41（2）： 39-47.

[18] 韓清華， 李樹君， 馬季威， 等. 微波真空干燥膨化蘋果片的能耗與品質分析[J]. 農業機械學報， 2008（1）： 74-77.

Han Qinghua， Li Shujun， Ma Jiwei， et al. Analysis on energy consumption and product quality of microwave vacuum drying and puffing apple slices [J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery， 2008（1）： 74-77.

[19] Guo Guangqiang， Zhang Renhui. Experimental study on pressure fluctuation characteristics of gas?liquid flow in liquid ring vacuum pump [J]. Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering， 2022， 44（6）.

[20] 胡繁昌， 李德英， 尹鵬， 等. 噴射泵供熱系統輸配技術研究與應用[J]. 區域供熱， 2019（2）： 110-117.

Hu Fanchang， Li Deying， Yin Peng， et al. Research and application of transmission and distribution technology for jet pump heating system [J]. District Heating， 2019（2）： 110-117.

[21] 崔政偉. 微波真空干燥的數學模擬及其在食品加工中的應用[D]. 無錫： 江南大學， 2004.

Cui Zhengwei. Mathematical modeling of microwave?vacuum drying and its application in food processing [D]. Wuxi： Jiangnan University， 2004.

[22] 黃建立. 銀耳微波真空干燥機理及品質特性的研究[D]. 福州： 福建農林大學， 2010.

Huang Jianli. Study on the microwave vacuum drying mechanism and quality characteristics of white fungus [D]. Fuzhou： Fujian Agriculture and Forestry University， 2010.

[23] 過軍， 朱善國. 微波真空干燥設備控制系統的數字化設計[J]. 自動化儀表， 2008（3）： 47-49.

Guo Jun， Zhu Shanguo. Digitization design of control system for microwave vacuum drying equipment [J]. Process Automation Instrumentation， 2008（3）： 47-49.

[24] 葉大鵬， 崔蘊涵， 翁海勇， 等. 蓮子間歇式微波分段變功率真空干燥方法[J]. 農業工程學報， 2021， 37（8）： 288-295.

Ye Dapeng， Cui Yunhan， Weng Haiyong， et al. Lotus seed drying by intermittent phased varying power microwave under vacuum [J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering， 2021， 37（8）： 288-295.

[25] Dhanushkodi S， Wilson V H， Sudhakar K. Mathematical modeling of drying behavior of cashew in a solar biomass hybrid dryer [J]. Resource?Efficient Technologies， 2017， 3（4）： 359-364.

[26] 宋樹杰， 黃雪， 郭玉蓉. 基于溫度控制的獼猴桃片微波真空干燥特性研究[J]. 食品與機械， 2021， 37（10）： 124-132， 244.

Song Shujie， Huang Xue， Guo Yurong. Microwave?vacuum drying characteristics of kiwifruit slice based on controlling temperature [J]. Food amp; Machinery， 2021， 37（10）： 124-132， 244.

[27] 卿果， 徐劍， 繆艷燕， 等. 枸杞浸膏微波真空干燥特性及干燥動力學模型研究[J]. 食品工業科技， 2023， 44（5）： 222-229.

Qing Guo， Xu Jian， Miao Yanyan， et al. Study on the microwave vacuum drying characteristics and drying kinetic model of Lycium barbarum extract [J]. Science and Technology of Food Industry， 2023， 44（5）： 222-229.

[28] 宋樹杰， 張舒晴， 姚謙卓， 等. 熟化甘薯片微波真空干燥特性及其動力學[J]. 真空科學與技術學報， 2019， 39（10）： 857-863.

Song Shujie， Zhang Shuqing， Yao Qianzhuo， et al. Microwave vacuum drying characteristics and kinetic model of cooked sweet potato chips [J]. Chinese Journal of Vacuum Science and Technology， 2019， 39（10）： 857-863.

[29] Puttalingappa Y J， Natarajan V， Varghese T， et al. Effect of microwave?assisted vacuum drying on the drying kinetics and quality parameters of Moringa oleifera leaves [J]. Journal of Food Process Engineering， 2022， 45（8）.

[30] McMinn W A M. Thin?layer modeling of the convective，microwave，microwave?convective and microwave?vacuum drying of lactose powder [J]. Journal of Food Engineering， 2006， 72（2）： 113-123.

[31] Giri S K， Prasad S. Drying kinetics and rehydration characteristics of microwave?vacuum and convective hot?air mushrooms [J]. Journal of Food Engineering， 2005， 78： 512-521.

[32] 姚勝楠. 微波真空干燥法生產蜂王漿干粉的工藝研究[D]. 福州： 福建農林大學， 2018.

Yao Shengnan. Study on the technology of producing royal jelly dry powder by microwave vacuum drying [D]. Fuzhou： Fujian Agriculture and Forestry University， 2018.

[33] 潘丕闌， 葉樹蘭， 吳軍軍. 水蛭粉的真空微波干燥工藝篩選[J]. 海峽藥學， 2021， 33（7）： 12-15.

Pan Pilan， Ye Shulan， Wu Junjun. Optimize the vacuum microwave drying process for Hirudo powder [J]. Strait Pharmaceutical Journal， 2021， 33（7）： 12-15.

[34] 王磊. 漿果連續式微波干燥過程能量利用及工藝優化研究[D]. 哈爾濱： 東北農業大學， 2021.

Wang Lei. Study on energy utilization and parameters optimization for berry under continuous microwave drying [D]. Harbin： Northeast Agricultural University， 2021.

[35] 雷苗， 蔡杰， 何靜仁. 不同干燥方法對光皮木瓜全粉品質的影響[J]. 武漢輕工大學學報， 2018， 37（1）： 6-10.

Lei Miao， Cai Jie， He Jingren. Influences of different drying methods to the quality of Chaenomeles Sinensis （Thouin） Koehne powder [J]. Journal of Wuhan Polytechnic University， 2018， 37（1）： 6-10.

[36] 薛廣. 微波真空干燥羅非魚片工藝優化及其相關特性研究[D]. 湛江： 廣東海洋大學， 2020.

Xue Guang. Optimization of microwave vacuum drying tilapia fillet and related characteristics [D]. Zhanjiang： Guangdong Ocean University， 2020.

[37] 溫建榮. 櫻桃番茄的微波真空干燥研究[D]. 福州： 福建農林大學， 2017.

Wen Jianrong. Study on characteristics of microwave vacuum dehydration of Cherry [D]. Fuzhou： Fujian Agriculture and Forestry University， 2017.

[38] Liu Yan， Sabadash S， Duan Zhenhua， et al. Research of physicochemical properties and antioxidant activity of beetroots as affected by vacuum microwave drying conditions [J]. Technology Audit and Production Reserves， 2021， 5（3）： 40-45.

[39] 張倩， 李世榆， 李秀辰， 等. 裙帶菜微波真空干燥質熱傳遞特性與品質優化[J]. 食品與機械， 2022， 38（7）： 166-173.

Zhang Qian， Li Shiyu， Li Xiuchen， et al. Mass and heat transfer characteristics and quality optimization of microwave vacuum drying for wakame [J]. Food amp; Machinery， 2022， 38（7）： 166-173.

[40] Gomide A I， Monteiro R L， Laurindo J B， et al. Impact of the power density on the physical properties， starch structure， and acceptability of oil?free potato chips dehydrated by microwave vacuum drying [J]. LWT， 2022， 155： 112917.

[41] Carvalho G R， Monteiro R L， Laurindo J B， et al. Microwave and microwave?vacuum drying as alternatives to convective drying in barley malt processing [J]. Innovative Food Science amp; Emerging Technologies， 2021.

[42] Zhan Liuxiang， Wang Ni， Xie Ming， et al. Improvement of mechanical properties of cashmere fibers during microwave vacuum drying [J]. Textile Research Journal， 2022， 92： 4109-4120.