果蔬干制技術(shù)的應(yīng)用及研究進(jìn)展

沈 靜，王 敏，冀曉龍

(1.楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院 生物工程學(xué)院，陜西 楊凌 712100;2.西北農(nóng)林科技大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 楊凌 712100)

果蔬在加工、貯藏和運(yùn)輸過(guò)程中會(huì)發(fā)生各種物理、化學(xué)和生物變化，這些變化會(huì)對(duì)果蔬的食用品質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)和功能品質(zhì)造成影響。果蔬干制技術(shù)是在自然條件或者運(yùn)用干制技術(shù)將新鮮果蔬內(nèi)部的水分去掉，降低原料含水量，起到利于保存作用，是集干燥和脫水于一體的加工方式。

傳統(tǒng)的干制的方式包括自然曬干、熱風(fēng)干燥等，自然曬干方式原料處于外界環(huán)境中，條件不易控制，產(chǎn)品衛(wèi)生質(zhì)量堪憂；熱風(fēng)干燥生產(chǎn)成本低，易操控，但缺點(diǎn)是效率低、溫度高，易造成產(chǎn)品失色失味，口感和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)均受影響。通過(guò)干制技術(shù)的創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)，一批現(xiàn)代化果蔬干制技術(shù)逐漸被應(yīng)用到食品工業(yè)中，主要包括真空冷凍、遠(yuǎn)紅外干燥、真空油炸干燥、低溫真空膨化干燥、真空微波干燥、壓差膨化干燥、聯(lián)合干燥等。

1 國(guó)內(nèi)外果蔬干制技術(shù)的研究進(jìn)展

真空冷凍干燥因其低溫性可廣泛應(yīng)用于熱敏性食品的加工，是目前最受青睞的干制方法。真空油炸技術(shù)始于20世紀(jì)70年代初，其產(chǎn)品膨化度和復(fù)水性好，有較優(yōu)的酥脆感，但產(chǎn)品中含有油脂，油膩感偏離了消費(fèi)者的需求。壓差膨化技術(shù)始于20世紀(jì)80年代，該法操作簡(jiǎn)便、產(chǎn)品品質(zhì)優(yōu)良，廣泛應(yīng)用于膨化果蔬休閑食品的加工。遠(yuǎn)紅外干燥高效、低耗、低能，但依舊處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，現(xiàn)代化工業(yè)的推廣還有待進(jìn)一步深入。低溫真空膨化技術(shù)興起于20世紀(jì)90年代初，廣泛應(yīng)用在蘋(píng)果、菠蘿、梨等水果和黃瓜、馬鈴薯、橄欖等蔬菜中，在國(guó)內(nèi)該技術(shù)起步較晚，多集中于工藝研究，與國(guó)外相比缺乏深入的機(jī)理探索。聯(lián)合干制是根據(jù)不同干燥技術(shù)特點(diǎn)，以優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)原則分段進(jìn)行的干燥方法，如熱風(fēng)-微波聯(lián)合干制、熱風(fēng)-紅外聯(lián)合干制等，具有省時(shí)特點(diǎn)，但聯(lián)合技術(shù)能耗高、操作復(fù)雜，其推廣性還存在技術(shù)難點(diǎn)。

2 果蔬干制設(shè)備及原理

2.1 真空冷凍干燥機(jī)

真空冷凍干燥是目前最為流行的果蔬干制技術(shù)。其工作原理是物料在真空冷凍干燥機(jī)內(nèi)通過(guò)冷阱冷凍，待濕物料溫度降到共晶點(diǎn)以下，物料中的水分凍結(jié)成冰，在真空條件下加熱，物料中的冰升華，最終變成疏松多孔的干燥產(chǎn)品。凍干過(guò)程包括預(yù)凍、升華干燥和解析干燥。在升華干燥過(guò)程中，預(yù)凍后的物料在密閉的干燥室內(nèi)，隨著溫度的升高，物料中的冰晶吸收熱量逐漸升華，干燥由外向內(nèi)推移，此時(shí)物料中90%的水分被除去，大量的自由水在此階段消失。物料組織中毛細(xì)管壁和極性基團(tuán)上仍附著0.5%～4%的水分，這部分結(jié)合水會(huì)在解析干燥過(guò)程中，隨著溫度的升高逐漸被去除。

2.2 紅外干燥機(jī)

紅外干燥機(jī)在食品、藥品的干燥及高溫滅菌等方面均有應(yīng)用。

紅外干燥實(shí)質(zhì)上是電磁波以光速沿直線傳播到物料表面，物料表面的分子以8.8×107～1.78×108Hz的頻率發(fā)生振動(dòng)，其固有頻率與紅外線的發(fā)射頻率相互匹配，使物料內(nèi)部的分子發(fā)生強(qiáng)烈振動(dòng)，物料分子中的健團(tuán)、晶格在高速的振動(dòng)中相互摩擦而發(fā)熱升溫，進(jìn)而達(dá)到干燥的目的。另外，在紅外干燥過(guò)程中，物料表面溫度隨水分蒸發(fā)而降低，物料內(nèi)部在紅外輻射的穿透下溫度急劇升高，溫度梯度的降低，引發(fā)物料由內(nèi)向外熱擴(kuò)散。這種熱擴(kuò)散與物料內(nèi)部水分由內(nèi)向外的濕擴(kuò)散共同提高了干燥速度，達(dá)到快速干燥的目的。

2.3 微波真空膨化設(shè)備

微波真空膨化是將兩種傳統(tǒng)干燥方式結(jié)合起來(lái)的一種新型干制技術(shù)。物料中的極性分子通過(guò)微波作用，從雜亂無(wú)章的隨機(jī)分布狀態(tài)沿電場(chǎng)方向進(jìn)行有序排列，在此過(guò)程中，分子之間劇烈運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生碰撞摩擦，進(jìn)而產(chǎn)生熱量。在微波真空條件下，物料中的水分在低溫下汽化、遷移，物料中間結(jié)構(gòu)膨脹，變得疏松多孔。微波加熱耗時(shí)短、均勻度好、熱效率高，真空條件可以降低濕物料中水分的飽和溫度，可以更大程度的保留產(chǎn)品品質(zhì)，兩種優(yōu)勢(shì)相互促進(jìn)既降低能耗，又提高生產(chǎn)效率。

2.4 微波真空冷凍設(shè)備

微波真空冷凍將微波技術(shù)和凍干技術(shù)相結(jié)合，具有迅速降溫、持續(xù)恒溫的特點(diǎn)。其工作原理是首先由真空泵對(duì)干燥室內(nèi)進(jìn)行抽真空，當(dāng)真空度達(dá)到一定值后，微波發(fā)生器對(duì)真空室中的預(yù)凍物料進(jìn)行整體加熱，除微波在干燥過(guò)程中提供熱源外，沒(méi)有其他傳熱媒介的輻射傳能，微波產(chǎn)生的電磁波使產(chǎn)品中極性分子跟隨電磁場(chǎng)的變化而發(fā)生劇烈震動(dòng)，通過(guò)分子摩擦產(chǎn)熱實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)化。水分在一定溫度下升華，物料由內(nèi)而外進(jìn)行干燥。這種新型干制方式極大提高了干燥效率，另外物料表面和內(nèi)部同時(shí)受熱且均勻，有效避免傳導(dǎo)過(guò)程的傳熱阻力和熱能損失。

3 果蔬干制技術(shù)的應(yīng)用研究進(jìn)展

3.1 真空冷凍干制技術(shù)

真空冷凍干制對(duì)熱敏性物料特別適用，不僅可以保存蛋白質(zhì)、糖類等營(yíng)養(yǎng)成分和易揮發(fā)成分，還能維持產(chǎn)品較好的形狀，不易發(fā)生皺縮。產(chǎn)品組織疏松多孔，復(fù)水性好，可以長(zhǎng)期保存。凍干食品擁有較大的國(guó)際市場(chǎng)，美國(guó)凍干品年消費(fèi)量最大，約為500萬(wàn)t，其次是日本、法國(guó)。真空冷凍干制技術(shù)可以應(yīng)用在蔬菜類如蘑菇、胡蘿卜、芹菜、蔥、姜等，也廣泛應(yīng)用于龍眼、香蕉、草莓、蘋(píng)果、櫻桃等水果類。我國(guó)的凍干加工起步較晚，技術(shù)引進(jìn)始于二十世紀(jì)50年代，但后期發(fā)展迅速，近幾年來(lái)國(guó)內(nèi)學(xué)者針對(duì)真空冷凍干制在產(chǎn)品營(yíng)養(yǎng)參數(shù)和感官方面的影響做了大量研究。真空冷凍干制對(duì)菠蘿蜜的氧化損失小，維生素C和芳香成分保留率高，產(chǎn)品色澤均勻，收縮率低，復(fù)水率好。真空冷凍干制的金絲小棗粉顏色鮮黃、香味濃郁，總糖含量達(dá)76%～88%，有機(jī)酸含量達(dá)0.46%～1.6%，維生素C含量為540 mg·100 g-1。真空冷凍干制的芒果干維生素C保留率高達(dá)98.48%，總糖含量保持率為80.88%，蛋白質(zhì)保留率為82.69%，復(fù)水性達(dá)89.97%。

3.2 紅外干燥技術(shù)

紅外干燥以其效率高、設(shè)備小、效益好、費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)被用于中小型加工企業(yè)。在紅外干燥過(guò)程中，果蔬品含水量的變化會(huì)影響其輻射特性，長(zhǎng)波容易輻射到物料表層，短波輻射能穿透果蔬制品進(jìn)入內(nèi)部，因此物料的厚薄會(huì)影響干燥效率，一般情況下，厚物料最好選用短波加熱。由于短波熱輻射易造成局部溫度過(guò)高，使果蔬產(chǎn)品的外觀品質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值受損，所以通常要把加熱波長(zhǎng)控制在9.6～0.72μm范圍內(nèi)。不同中短波紅外溫度、物料厚度和輻射距離會(huì)依次影響蘋(píng)果片的干燥特性以及色澤，研究表明距離80 mm、70℃的干燥條件下，5 mm厚的蘋(píng)果片的色澤最優(yōu)，但蘋(píng)果片在中短波的紅外干燥過(guò)程中易皺縮。紅外干制果蔬具有較高的品質(zhì)。有研究證明70℃條件下，中短波紅外輻射番木瓜片的色澤品質(zhì)和復(fù)水性最好，產(chǎn)品品質(zhì)優(yōu)于熱風(fēng)干燥。Shi等研究認(rèn)為紅外干燥藍(lán)莓的品質(zhì)突出；尹旭敏等對(duì)比發(fā)現(xiàn)紅外干燥茶樹(shù)菇的復(fù)水性和色澤均優(yōu)于真空和熱風(fēng)干燥，Azam等利用紅外干制生菜片，發(fā)現(xiàn)在180 min時(shí)產(chǎn)品顏色、質(zhì)地和微觀結(jié)構(gòu)最佳。此外，紅外干燥還能更好保護(hù)果蔬中的黃酮類、多酚類以及揮發(fā)性物質(zhì)。

3.3 變溫壓差膨化技術(shù)

變溫壓差膨化是一種非油炸干燥技術(shù)，物料通過(guò)變溫壓差膨化后，體積發(fā)生膨脹，產(chǎn)生疏松多孔結(jié)構(gòu)，復(fù)水性好。變溫壓差膨化結(jié)合傳統(tǒng)干燥的優(yōu)勢(shì)，產(chǎn)品既節(jié)能環(huán)保、安全衛(wèi)生，又營(yíng)養(yǎng)豐富、色香俱全。

王萍等優(yōu)化確定了菠蘿蜜變溫壓差膨化工藝參數(shù)(溫度86～95℃，抽空溫度59～64℃，抽空時(shí)間133～169 min)。何新益等探討了變溫壓差干燥對(duì)桃子膨化度和感官品質(zhì)影響的優(yōu)化工藝，并發(fā)現(xiàn)膨化前后桃中還原糖和總酸含量升高，維生素C含量下降。程莉莉研究發(fā)現(xiàn)變溫壓差膨化可以降低蘋(píng)果脆片中的硫殘，并且能夠有效保留多酚。高鶴等利用響應(yīng)面的中心組合設(shè)計(jì)確定了番木瓜變溫壓差干燥最優(yōu)工藝參數(shù)，并評(píng)價(jià)了膨化產(chǎn)品的色澤、復(fù)水性、硬度和脆度等指標(biāo)。此外，變溫壓差膨化還廣泛應(yīng)用在蒜、臍橙。畢金峰團(tuán)隊(duì)在變溫壓差膨化干燥水果工藝方面研究探討頗多，如芒果、菠蘿、香蕉、柑橘、冬棗等果品中。

3.4 微波真空膨化技術(shù)

微波真空膨化在果蔬制品的應(yīng)用中頗具潛力。微波真空干燥的蕨菜復(fù)水性高，色澤、維生素C、外觀品質(zhì)同于冷凍干燥，優(yōu)于傳統(tǒng)熱風(fēng)干燥。郭正南通過(guò)對(duì)比不同方式干制黃秋葵干，發(fā)現(xiàn)微波真空干燥-緩蘇干燥法獲得干制品品質(zhì)最優(yōu)。為推進(jìn)果蔬干制品的市場(chǎng)化和商業(yè)化，優(yōu)化工藝參數(shù)和感官評(píng)價(jià)成為研究聚點(diǎn)。8 mm的蘋(píng)果片在12.0 W·g-1、15 kPa條件下進(jìn)行微波真空膨化，可以變成酥脆可口的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。微波真空技術(shù)也適用于加工黑加侖干，其最佳工藝是在30 W·g-1微波強(qiáng)度下膨化6 min。微波真空干燥多應(yīng)用在漿果脆片中，林甄等優(yōu)化確定了漿果在80 kPa、96 W·g-1條件下微波真空加工100 s的最佳工藝，鄭先哲等發(fā)現(xiàn)漿果脆片在55 kPa、18～24 W·g-1條件下加工漿果脆片的膨化率最高，產(chǎn)品酥脆可口。此外，微波真空膨化技術(shù)也廣泛用于干制香蕉片、山楂片、杏鮑菇干等水果制品中。

3.5 微波真空冷凍技術(shù)

微波技術(shù)始于二十世紀(jì)70年代，廣闊應(yīng)用于食品脫水和烘焙。隨著我國(guó)科研水平的提升和科研人員的大力探索，微波技術(shù)結(jié)合真空冷凍干制技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，由于整個(gè)加工過(guò)程不涉及油炸，能極大保留產(chǎn)品獨(dú)特風(fēng)味和酥脆口感，貼合現(xiàn)代消費(fèi)人群的飲食標(biāo)準(zhǔn)，逐漸受到青睞。由于微波真空冷凍干制設(shè)備的一次性投入高，微波凍干的規(guī)?；瘧?yīng)用還存在一定阻力，但隨著國(guó)內(nèi)外對(duì)高檔食品需求量的提升，該技術(shù)的發(fā)展前景十分廣闊。微波真空冷凍技術(shù)適用于加工黑加侖、胡蘿卜、蘋(píng)果片，研究發(fā)現(xiàn)其產(chǎn)品的感官品質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)成分均接近于凍干制品。另外，姜唯唯等通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)微波真空冷凍干制得芒果干品質(zhì)最優(yōu)，復(fù)水性和色香味品質(zhì)良好，最受評(píng)價(jià)者喜愛(ài)，且該方法干燥總時(shí)間比熱板真空凍干少27 h。趙慶亮也證實(shí)了微波真空冷凍干制蘋(píng)果脆片比凍干的能耗降約59.02%，具有速度快、效率高的優(yōu)勢(shì)。此外，微波真空冷凍技術(shù)擺脫了傳統(tǒng)油炸脫水方式，能最大限度將營(yíng)養(yǎng)損失降低到最小。卜召輝等利用微波真空冷凍技術(shù)加工金針菇，得到的產(chǎn)品色澤穩(wěn)定、復(fù)水性良好、維生素C保存率高于微波真空干制品。在加工蘑菇片過(guò)程中，Pei等發(fā)現(xiàn)微波真空冷凍制得的產(chǎn)品與真空冷凍干制品的色澤無(wú)顯著性差異(p>0.05)，除了維生素C略有降低外，前者的營(yíng)養(yǎng)保留率均高于真空冷凍干制品，加工時(shí)間也減少了35.63%，具有高效低能耗的優(yōu)勢(shì)。

4 展望

目前，新型干制技術(shù)如微波真空冷凍干燥、紅外干燥、變溫壓差干燥技術(shù)等在果蔬加工中廣受青睞，因其與傳統(tǒng)干制方式相比，在保證果蔬產(chǎn)品食用、營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的基礎(chǔ)上，既提高效率，又節(jié)約能源。因此，隨著對(duì)干制加工的不斷研究和探索，新技術(shù)、新設(shè)備將不斷更新和擴(kuò)展，新型干制技術(shù)將在未來(lái)被開(kāi)發(fā)于造福人類。