果蔬干燥技術(shù)的研究進(jìn)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(yīng)用及各自的優(yōu)缺點(diǎn)等方面進(jìn)行綜述，以期為調(diào)味蔬菜干燥技術(shù)的發(fā)展與工藝研究提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：果蔬;干燥;研究進(jìn)展

常見的果蔬干燥技術(shù)有熱風(fēng)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(shù)大多存在一些技術(shù)上的不足，幾種干燥技術(shù)通過不同的方式結(jié)合起來的聯(lián)合干燥技術(shù)，可以彌補(bǔ)單一技術(shù)的不足，以達(dá)到干燥時(shí)間短、能耗低、品質(zhì)好的效果。文章綜述了幾種常見的果蔬干燥技術(shù)的研究進(jìn)展，指出干燥過程中常見的問題并對發(fā)展前景進(jìn)行展望[1]。

1 單一干燥技術(shù)

1.1 自然干燥

自然干燥利用環(huán)境中的風(fēng)能和太陽能把果蔬中所含的水分除去，具有簡單易操作、費(fèi)用低廉等優(yōu)點(diǎn)[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(fēng)速及濕度等影響很大且干燥期長不受人為控制，最終產(chǎn)品質(zhì)量較差。

1.2 熱風(fēng)干燥

熱風(fēng)干燥是利用風(fēng)機(jī)將熱風(fēng)吹入干燥室中，物料中的水受熱蒸發(fā)，同時(shí)利用物料內(nèi)外溫差，熱量由表面向中心傳遞，從而達(dá)到物料內(nèi)外含水量整體處于適宜狀態(tài)[4]。熱風(fēng)干燥具有設(shè)備成熟，操控簡單，應(yīng)用廣泛，成本低且不受地區(qū)氣候條件影響，衛(wèi)生條件較好等優(yōu)點(diǎn)，我國多數(shù)果蔬采用這種技術(shù)進(jìn)行干燥。李楊等[5]研究表明，冬瓜皮熱風(fēng)干燥的多糖含量比微波干燥、常溫干燥條件下多，且在60℃時(shí)多糖含量最高，達(dá)到2 985.46 mg/100 g鮮重。王雪等[6]確定護(hù)色后的姜絲熱風(fēng)干燥最優(yōu)工藝為干燥溫度55 ℃、干燥時(shí)間7.5 h，此時(shí)姜絲色澤均勻，呈淡黃色，姜辣素含量為2.0%。由于傳統(tǒng)熱風(fēng)干燥常用的熱源為鍋爐或爐窯燃燒產(chǎn)生的過熱蒸汽，所以存在能耗高、環(huán)境污染大的問題;而且在干燥過程中溫度較高，產(chǎn)品的色澤、品質(zhì)較差;我國的熱風(fēng)干燥機(jī)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(nèi)部的溫度同時(shí)升高，水分子從物料中蒸發(fā)出來，從而達(dá)到干燥的目的。微波干燥具有干燥速度快，加熱時(shí)間短，加熱均勻，終產(chǎn)物品質(zhì)高、營養(yǎng)豐富和利用率高，控制方便，工藝先進(jìn)等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還可用于殺菌和保鮮領(lǐng)域[8]。劉莉等[9]研究表明，辣椒在干燥功率640 W及800 W時(shí)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(gè)功率的干燥時(shí)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(chǎn)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(shè)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(chǎn)品[11]。變溫壓差膨化干燥具有能耗低、設(shè)備構(gòu)造簡單易操作、應(yīng)用廣泛等優(yōu)點(diǎn)。劉麗娜等[12]等進(jìn)行香菇柄膨化干燥優(yōu)化試驗(yàn)得到優(yōu)化工藝為膨化溫度86 ℃、抽空溫度69 ℃、抽空時(shí)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(yàn)確定紅棗最優(yōu)工藝為預(yù)干燥時(shí)間4 h、膨化溫度72.10 ℃、抽空時(shí)間84.69 min，此時(shí)含水量在7 %以下，膨化度和色澤最優(yōu)。目前我國的變溫壓差膨化干燥加工設(shè)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(yǎng)物質(zhì)的損耗，保證產(chǎn)品有較長的保質(zhì)期，確定合適的膨化工藝是變溫壓差膨化干燥技術(shù)需要進(jìn)一步研究的方向。

1.5 新型太陽能干燥技術(shù)

太陽能干燥技術(shù)是通過太陽能空氣集熱器將太陽輻射轉(zhuǎn)化為熱能，從而使物料得到干燥的技術(shù)。太陽能干燥技術(shù)具有節(jié)能環(huán)保、操作簡單、成本低、原料干燥周期短，并且制成的成品衛(wèi)生、質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)[14]。邰曉亮等[15]發(fā)現(xiàn)，花菜經(jīng)太陽能干制后的產(chǎn)品10 min時(shí)復(fù)水率達(dá)到最高值86.49%，剪切力為最小值21.8 牛;復(fù)水時(shí)間在8 min時(shí)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(dá)到所需濕含量，而在干燥過程中比4 mm薄的棗片破粹嚴(yán)重，因此可得4 mm的棗片是最佳厚度。太陽能干燥技術(shù)的缺點(diǎn)有干燥效率低、過度依賴氣象條件、可控性差且設(shè)備占地空間大等，可以通過與熱泵干燥等聯(lián)合干燥來改善太陽能干燥技術(shù)[17]。

1.6 熱泵干燥技術(shù)

熱泵干燥是利用壓縮機(jī)中的高壓的液態(tài)工質(zhì)被壓縮成高溫、高壓的氣體后進(jìn)入冷凝器放熱，把干燥介質(zhì)加熱，并且不斷循環(huán)加熱，從而干燥物料。熱泵干燥相較于傳統(tǒng)的干燥技術(shù)干燥成本低，能源清潔有利于環(huán)保，易于控制在低溫環(huán)境下進(jìn)行，目前熱泵干燥已廣泛應(yīng)用于果蔬等產(chǎn)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(fēng)干燥在0.15～0.2之間，而且熱泵干燥系統(tǒng)的干燥時(shí)間比熱風(fēng)干燥系統(tǒng)縮短30%左右，且熱泵干燥系統(tǒng)平均有效水分?jǐn)U散系數(shù)比熱風(fēng)干燥系統(tǒng)高而且熱泵干燥能耗比熱風(fēng)干燥低，由此可得熱泵干燥系統(tǒng)更適于蘋果片的干燥工藝。熱泵干燥單獨(dú)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(lián)合使用。

1.7 紅外干燥技術(shù)

紅外干燥是利用紅外加熱器發(fā)射出的紅外線照射到被加熱物料被吸收轉(zhuǎn)化成熱能，使物料在極短的時(shí)間內(nèi)外同時(shí)加熱，從而實(shí)現(xiàn)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(dǎo)致的能量損失，同時(shí)具有容易發(fā)生、高效節(jié)能，可控性好、加熱迅速和干燥效果好等優(yōu)點(diǎn)[20]。郭玲玲等[21]進(jìn)行香菇響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)得到最優(yōu)工藝參數(shù)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(fù)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(shù)聯(lián)合使用，結(jié)合多種干燥方式的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)高效、低耗、質(zhì)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(tài)下從固態(tài)直接升華到氣態(tài)，達(dá)到干燥的目的[22]。真空冷凍干燥具有脫水徹底、復(fù)水性高、營養(yǎng)成分損失少、適合于長期貯存和長途運(yùn)輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)。胡晗艷等[23]試驗(yàn)結(jié)果確定黑大蒜最優(yōu)凍干工藝為大蒜與水料液比為1∶ 5進(jìn)行打漿，裝盤厚度6 mm，-18 ℃下預(yù)凍12 h后，在加熱溫度60 ℃、真空度30～100 Pa、時(shí)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(fēng)干燥有更好的維生素C含量和復(fù)水率，最優(yōu)工藝為溫度70 ℃、壓力0.1 MPa、干燥時(shí)間4 h。目前，真空冷凍干燥還存在設(shè)備要求高、費(fèi)用高，干燥速度較慢，干制品的吸濕性強(qiáng)，產(chǎn)品包裝內(nèi)要有吸濕劑及凍干的時(shí)間點(diǎn)難以確定等問題，需要進(jìn)一步加深研究。

2 聯(lián)合干燥技術(shù)

2.1 微波真空干燥

微波真空干燥是結(jié)合真空干燥和微波干燥優(yōu)點(diǎn)的一種新型干燥技術(shù)，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(tài)下常規(guī)熱傳導(dǎo)速率慢的不足，能夠較好地保留食品原有的風(fēng)味和營養(yǎng)物質(zhì)，且設(shè)備成本、操作費(fèi)用相對較低，目前已在食品加工、農(nóng)產(chǎn)品加工、藥品生產(chǎn)、化工等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用[25]。張繼馳等[26]通過響應(yīng)面法優(yōu)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(yù)測的最大響應(yīng)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(jìn)行正交試驗(yàn)優(yōu)化檸檬片微波真空干燥工藝得到優(yōu)化工藝參數(shù)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(shù)也存在一些不足，如排濕困難、干燥終點(diǎn)難以判斷、設(shè)備的智能化水平有待進(jìn)一步提高等。

2.2 微波熱風(fēng)干燥

微波熱風(fēng)聯(lián)合干燥結(jié)合了微波干燥和熱風(fēng)干燥的優(yōu)點(diǎn)，有助于水分?jǐn)U散，彌補(bǔ)了單一微波干燥不均勻的不足之處，干燥速率和產(chǎn)品質(zhì)量較單一干燥有顯著提升。李湘利等[28]確定熱風(fēng)微波聯(lián)合干燥蒜片的最優(yōu)工藝條件為前期熱風(fēng)65 ℃干燥至轉(zhuǎn)換點(diǎn)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(fēng)干燥是在大氣壓下操作，具有較高的水沸點(diǎn)，這可能導(dǎo)致干燥的產(chǎn)品質(zhì)量差，如深色和熱敏材料的一些重要營養(yǎng)物質(zhì)的劣化[29]。

2.3 熱風(fēng)微波真空聯(lián)合干燥技術(shù)

熱風(fēng)微波真空聯(lián)合干燥是根據(jù)物料的變化特點(diǎn)，不同的干燥階段選擇合適的干燥方式，對物料進(jìn)行干燥的新型干燥技術(shù)。這種干燥方式的優(yōu)點(diǎn)是干燥時(shí)間短、耗能少、能夠較好地保持物料的色澤和營養(yǎng)成分。徐艷陽等[30]研究表明，甘藍(lán)熱風(fēng)微波真空聯(lián)合干燥前期熱風(fēng)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(shí)干燥完全，較單獨(dú)的熱風(fēng)干燥則減少150 min左右，聯(lián)合干燥效率比熱風(fēng)干燥提升約42%。

熱風(fēng)和微波真空聯(lián)合干燥技術(shù)結(jié)合了三種工藝的優(yōu)點(diǎn)，大大縮短了干燥時(shí)間，降低了能耗，保證了物料的感官品質(zhì)和風(fēng)味，明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的熱風(fēng)干燥和單獨(dú)的微波真空干燥技術(shù)，如何將這種高效節(jié)能的干燥技術(shù)應(yīng)用到更多的工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)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(chǎn)大多還是采用熱風(fēng)干燥，因?yàn)樵摷夹g(shù)設(shè)備簡單易操作，且可以干燥的果蔬種類多，但面臨著干燥時(shí)間長、營養(yǎng)損失嚴(yán)重、品質(zhì)下降和能耗大等問題。果蔬干燥的發(fā)展目標(biāo)為品質(zhì)優(yōu)良、生產(chǎn)安全和節(jié)能減排等，實(shí)現(xiàn)以上目標(biāo)可以從兩方面開展研究：一方面進(jìn)一步完善果蔬干燥的基礎(chǔ)理論研究，探尋新型高效干燥前處理方法，改進(jìn)干燥設(shè)備并優(yōu)化干燥工藝;另一方面可通過幾種干燥方式的聯(lián)合取長補(bǔ)短，在提高干燥效率和品質(zhì)的同時(shí)降低能耗等。此外，太陽能豐富的地區(qū)還可考慮通過太陽能與傳統(tǒng)干燥技術(shù)集成，在提高果蔬干制品產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量的同時(shí)，降低能耗且減少環(huán)境污染?！?/p>

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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