真空冷凍聯(lián)合干燥技術(shù)在果蔬加工中的應(yīng)用現(xiàn)狀

屈展平 張小燕 張靜林

摘 要：果蔬的干燥加工可以有效降低其水分含量，延長(zhǎng)貨架期，減少損耗，在一定程度上保留營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。目前，在果蔬干燥領(lǐng)域，為了最大限度地保留營(yíng)養(yǎng)，應(yīng)用較多的是真空冷凍干燥技術(shù)。本文綜述真空冷凍聯(lián)合干燥技術(shù)在果蔬加工中的應(yīng)用現(xiàn)狀，為真空冷凍聯(lián)合干燥技術(shù)在果蔬加工中的應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：真空冷凍干燥；果蔬加工；應(yīng)用

Application Status of Vacuum Freezing Combined Drying in Fruit and Vegetable Processing

QU Zhanping， ZHANG Xiaoyan， ZHANG Jinglin

（Luoyang Polytechnic， Luoyang 471000， China）

Abstract： The drying and processing of fruits and vegetables can effectively reduce their moisture content， extend their shelf life， reduce losses， and retain nutrients to a certain extent. At present， in the field of fruit and vegetable drying， vacuum freeze-drying technology is widely used to maximize nutrient retention. This paper reviews the application status of vacuum freezing combined drying technology in fruit and vegetable processing， and provides reference for the application of vacuum freezing combined drying technology in fruit and vegetable processing.

Keywords： vacuum freeze-drying; fruit and vegetable processing; application

我國(guó)是世界上果蔬產(chǎn)量最大的國(guó)家之一，因果蔬及其制品口感鮮美、富含維生素和膳食纖維等多種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，是人們最主要的食物來源。但是，新鮮的果蔬因含水量較高，在采收、運(yùn)輸?shù)冗^程中容易發(fā)生腐敗變質(zhì)及機(jī)械損傷，既導(dǎo)致營(yíng)養(yǎng)成分的損失，又造成經(jīng)濟(jì)損失。所以，目前的果蔬仍以鮮食居多，果蔬加工制品較少且加工方式單一，產(chǎn)品附加值較低，不利于消費(fèi)升級(jí)。果蔬的干燥加工可以減少水分含量，延長(zhǎng)果蔬的保質(zhì)期，且方便儲(chǔ)存和運(yùn)輸。真空冷凍干燥技術(shù)在食品中的應(yīng)用非常廣泛，本文對(duì)真空冷凍聯(lián)合干燥技術(shù)在果蔬加工中的應(yīng)用進(jìn)行研究。

1 真空冷凍干燥技術(shù)概述

1.1 真空冷凍干燥技術(shù)的原理

真空冷凍干燥是先將濕物料凍結(jié)到共晶點(diǎn)溫度以下，使水分變成固態(tài)的冰，然后通過抽真空將物料中的水分由固態(tài)直接升華為氣態(tài)而排出物料之外的一種干燥方法。其干燥過程主要分為預(yù)凍和干燥兩部分。在預(yù)凍階段，凍結(jié)速率將會(huì)影響冰晶的尺寸大小。凍結(jié)速率越大則形成的冰晶越大，會(huì)導(dǎo)致物料內(nèi)部形成較多孔隙結(jié)構(gòu)，有利于干燥的進(jìn)行，但對(duì)物料的細(xì)胞結(jié)構(gòu)會(huì)造成一定程度的破壞；當(dāng)凍結(jié)速率較小時(shí)，形成的冰晶較小，對(duì)物料結(jié)構(gòu)的影響較小[1]。

真空冷凍干燥的干燥階段有升華干燥和解析干燥兩個(gè)過程。升華干燥階段是在真空條件下物料中的水分從凍結(jié)狀態(tài)直接以氣態(tài)形式大量升華逸出的過程。隨著升華干燥的進(jìn)行，物料內(nèi)部形成的孔隙結(jié)構(gòu)有利于后續(xù)干燥的進(jìn)行[2]。解析干燥主要是與物料結(jié)合緊密的結(jié)合水干燥逸出的過程，解析干燥過程往往比較緩慢，其干燥速率通常由物料溫度及其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度決定，一般認(rèn)為物料中冰晶消失時(shí)即為解析干燥的起點(diǎn)，但物料在升華干燥過程中冰晶升華的部分也伴隨著解析干燥，所以在果蔬真空冷凍干燥的升華干燥階段也發(fā)生了解析干燥，其干燥速率受到物料崩解溫度的制約[3]。

1.2 真空冷凍干燥技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)

相較于傳統(tǒng)高溫高熱的干燥方式，真空冷凍干燥在低溫、真空的環(huán)境下進(jìn)行，具有其他干燥不可比擬的優(yōu)點(diǎn)。①真空凍干的過程中隔絕空氣且低溫處理能夠較大程度地保留營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[4]。②冷凍干燥是凍結(jié)的固態(tài)冰晶通過升華除去水分，可保持物料的原有結(jié)構(gòu)而不發(fā)生皺縮等現(xiàn)象。③真空冷凍干燥后物料呈現(xiàn)疏松多孔的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，有利于復(fù)水及后續(xù)加工[5]。④從干燥程度來說，真空冷凍干燥脫水更徹底。

雖然在果蔬干燥中真空冷凍干燥具備很多優(yōu)點(diǎn)，但目前也存在自身難以克服的顯著缺點(diǎn)，如相較于傳統(tǒng)的干燥方式，真空凍干時(shí)間明顯較長(zhǎng)，是其他干燥方式的幾倍甚至十幾倍之多[6]；同時(shí)，真空冷凍干燥能耗較高，設(shè)備機(jī)組昂貴，干燥效率較低，生產(chǎn)成本限制了真空冷凍干燥在果蔬加工中的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

2 真空冷凍聯(lián)合干燥技術(shù)在果蔬加工中的應(yīng)用

為了克服真空冷凍干燥技術(shù)的缺點(diǎn)，提高干燥效率，可以引入熱風(fēng)、微波、紅外等常用的干燥方式與真空冷凍干燥技術(shù)進(jìn)行聯(lián)合使用。通過對(duì)真空冷凍聯(lián)合干燥技術(shù)的原理、效率、能耗及干燥品質(zhì)進(jìn)行分析，并與單一干燥方式進(jìn)行對(duì)比，為果蔬加工提供干燥效率高、時(shí)間短、加工品質(zhì)好的聯(lián)合干燥技術(shù)。

2.1 真空冷凍+熱風(fēng)聯(lián)合干燥技術(shù)的特性及應(yīng)用研究

2.1.1 真空冷凍+熱風(fēng)聯(lián)合干燥技術(shù)的特性

熱風(fēng)干燥在當(dāng)前果蔬干燥中應(yīng)用最為廣泛。其干燥介質(zhì)為熱空氣，通過與干燥對(duì)象進(jìn)行濕熱交換，使干燥對(duì)象的表面水分通過氣膜向氣流主體進(jìn)行擴(kuò)散，隨干燥的進(jìn)行在物料內(nèi)部和表面之間形成水分梯度差，促進(jìn)物料內(nèi)部的水分向表面擴(kuò)散而進(jìn)行干燥，干燥過程取決于物料表面及物料內(nèi)部水分的擴(kuò)散速度[7]。通常情況下，果蔬含水量高，單純采用熱風(fēng)干燥需在一定高溫下進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間干燥，導(dǎo)致果蔬中易揮發(fā)性成分損失嚴(yán)重、酶被鈍化、活性成分也易受到破壞。而真空冷凍與熱風(fēng)干燥聯(lián)合進(jìn)行果蔬干燥，可融合兩種干燥方式的優(yōu)點(diǎn)，縮短干燥時(shí)間，降低能耗，提高果蔬加工產(chǎn)品的品質(zhì)。

2.1.2 真空冷凍+熱風(fēng)聯(lián)合干燥技術(shù)的應(yīng)用

真空冷凍+熱風(fēng)聯(lián)合干燥技術(shù)的應(yīng)用主要有兩種方式。①先進(jìn)行熱風(fēng)干燥，再通過真空冷凍干燥去除內(nèi)部水分。②先真空冷凍干燥形成多孔結(jié)構(gòu)，然后采用熱風(fēng)干燥加速干燥進(jìn)程。姚娜娜[8]采用冷凍干燥+熱風(fēng)聯(lián)合干燥的方式對(duì)大果沙棘進(jìn)行干燥，發(fā)現(xiàn)聯(lián)合干燥方式比單一干燥方式的干燥效率更高，能夠較好地保持大果沙棘的果實(shí)色澤，以及產(chǎn)品中維生素C、總酚和總黃酮的含量。于宛加等[9]采用真空冷凍干燥+熱風(fēng)干燥聯(lián)合方式進(jìn)行桃片干燥試驗(yàn)，結(jié)果表明，聯(lián)合干燥與真空冷凍干燥樣品的孔隙結(jié)構(gòu)具有明顯的差異，聯(lián)合干燥樣品表現(xiàn)出較低的吸濕率，桃脆片的品質(zhì)和貯藏穩(wěn)定性更好。鄧媛元等[10]對(duì)真空冷凍+熱風(fēng)干燥的龍眼果干品質(zhì)進(jìn)行分析研究，結(jié)果表明，聯(lián)合干燥產(chǎn)品的復(fù)水比、水分活度和皺縮率等參數(shù)介于真空冷凍干燥和熱風(fēng)干燥的產(chǎn)品參數(shù)之間，且聯(lián)合干燥可縮短12.16%的干燥時(shí)間，并降低25.40%的單位能耗。羅小梅等[11]研究表明真空冷凍+熱風(fēng)聯(lián)合干燥與單獨(dú)冷凍干燥相比，其干燥效率更高，且制成的金花茶花朵的貯藏時(shí)間更長(zhǎng)，同時(shí)能更好地保留花朵中茶多酚的活性。根據(jù)不同果蔬類型選擇合適的真空冷凍+熱風(fēng)聯(lián)合干燥工藝，可克服單一干燥的缺點(diǎn)，為果蔬干燥提供高效、優(yōu)質(zhì)的干燥方式。

2.2 真空冷凍+微波聯(lián)合干燥技術(shù)的特性及應(yīng)用研究

2.2.1 真空冷凍+微波聯(lián)合干燥技術(shù)的特性

微波干燥通過高頻電磁波對(duì)含水分的物質(zhì)進(jìn)行加熱，果蔬通過吸收微波進(jìn)行加熱而完成干燥。微波干燥具有功率可調(diào)、加熱效率高、干燥時(shí)間短等特點(diǎn)，但微波干燥受水分含量等因素影響易導(dǎo)致加熱不均勻，物料不同部分的干燥速率不一致，且干燥制品的顏色、形狀及結(jié)構(gòu)可能會(huì)產(chǎn)生變化，且不易控制干燥產(chǎn)品的最終水分含量[12]。通過真空冷凍+微波干燥可實(shí)現(xiàn)低溫快速干燥，將兩種干燥方式的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行互補(bǔ)。微波作為干燥的加熱源，其能量吸收主要在凍結(jié)區(qū)進(jìn)行，且凍結(jié)物料的導(dǎo)熱性較好，微波加熱可極大地促進(jìn)真空冷凍干燥冰晶體的升華速率，可節(jié)省冷凍干燥過程60%～75%的時(shí)間[13]。與傳統(tǒng)的真空冷凍干燥相比，聯(lián)合干燥的方式對(duì)耗時(shí)最長(zhǎng)的冷凍干燥階段以微波干燥進(jìn)行替代，可顯著縮短干燥過程，節(jié)約能耗，且能較好地保留果蔬色澤及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，同時(shí)還能起到微波殺菌的作用[14]。

2.2.2 真空冷凍+微波聯(lián)合干燥技術(shù)的應(yīng)用

真空冷凍+微波聯(lián)合干燥技術(shù)在果蔬干制品中的應(yīng)用通常依據(jù)不同果蔬的干燥特性進(jìn)行聯(lián)合干燥工藝參數(shù)的選擇，從而實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的干燥品質(zhì)和較低的能耗。趙月明[15]采用真空冷凍+微波聯(lián)合干燥方式對(duì)藍(lán)靛果片進(jìn)行干燥，結(jié)果表明聯(lián)合干燥提高了干燥效率，且產(chǎn)品品質(zhì)也較好。CHEN等[16]在菠蘿干燥研究中發(fā)現(xiàn)采用微波輔助真空冷凍干燥，可比真空冷凍干燥節(jié)省34.5%的能耗，并縮短33.3%的干燥時(shí)間。韓瑋等[17]采用真空冷凍+微波聯(lián)合干燥李果干發(fā)現(xiàn)聯(lián)合干燥對(duì)產(chǎn)品的風(fēng)味影響更小。孫靜儒[18]利用真空冷凍+微波聯(lián)合干燥蘆筍，結(jié)果表明聯(lián)合干燥顯著降低能耗，干燥時(shí)間可減少40%，脫水率可達(dá)95.4%，且具有較好的殺菌效果。廉苗苗等[19]通過真空冷凍干燥去除獼猴桃中的自由水，再進(jìn)行真空微波干燥，利用凍干形成的疏松多孔結(jié)構(gòu)加速水分遷移，可實(shí)現(xiàn)獼猴桃片的快速干燥。以上文獻(xiàn)表明，真空冷凍+微波聯(lián)合干燥的方式具有兩種干燥方式的優(yōu)點(diǎn)，干燥效率高、品質(zhì)好，對(duì)風(fēng)味物質(zhì)的影響較小且具有殺菌效果。

2.3 真空冷凍+紅外聯(lián)合干燥技術(shù)的特性及應(yīng)用研究

2.3.1 真空冷凍+紅外聯(lián)合干燥技術(shù)的特性

紅外干燥是利用輻射傳遞熱量，不需要傳熱媒介，紅外以電磁波使干燥物質(zhì)中的分子產(chǎn)生強(qiáng)烈振動(dòng)，通過物料內(nèi)部摩擦產(chǎn)生熱而進(jìn)行干燥，與傳統(tǒng)常規(guī)的干燥方式相比，是一種干燥熱通量高、傳熱傳質(zhì)快、效率高的新型干燥方式。通過將真空冷凍+紅外進(jìn)行聯(lián)合干燥，可改善傳熱方式，加速水分升華，可以縮短干燥時(shí)間，提升果蔬干制品質(zhì)，并能較大程度地保留果蔬營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[20]。

2.3.2 真空冷凍+紅外聯(lián)合干燥技術(shù)的應(yīng)用

目前，真空冷凍+紅外聯(lián)合干燥技術(shù)在果蔬加工中應(yīng)用的研究較多，主要有以下兩種形式。①通過真空冷凍+紅外分段聯(lián)合干燥的方式，先以真空冷凍干燥進(jìn)行自由水的干燥，然后通過紅外干燥的傳熱快特性加快果蔬中結(jié)合水和內(nèi)部自由水的揮發(fā)，從而縮短干燥時(shí)間[21]。②真空冷凍和紅外干燥同時(shí)進(jìn)行，將紅外燈安裝在真空冷凍空間內(nèi)，通過紅外輻射持續(xù)提供穩(wěn)定的熱源，使物料均勻受熱，并可在一定范圍內(nèi)逐步增加紅外輻射強(qiáng)度，顯著提高干燥效率，較好地保持果蔬營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，改善產(chǎn)品品質(zhì)[22]。吳曉菲[23]在真空冷凍干燥設(shè)備中安裝紅外設(shè)備，對(duì)3種類型的蔬菜進(jìn)行干燥品質(zhì)及減損機(jī)理的研究，發(fā)現(xiàn)聯(lián)合干燥可顯著提高3種類型蔬菜的干燥效率，縮短干燥時(shí)間，且聯(lián)合干燥樣品的感官、質(zhì)構(gòu)、營(yíng)養(yǎng)特性、抗氧化及特征風(fēng)味方面與真空冷凍干燥接近，是一種較好的干燥方式。KHAMPAKOOL等[24]通過真空冷凍+紅外聯(lián)合干燥制備酥脆香蕉休閑食品，結(jié)果表明聯(lián)合干燥方式可減少70%的干燥時(shí)間。WANG等[20]采用真空冷凍與紅外聯(lián)合干燥制備香菇制品，比單一真空冷凍干燥減少48%的時(shí)間，且風(fēng)味物質(zhì)保留率較高。結(jié)合以上研究結(jié)果，真空冷凍+紅外干燥可顯著降低真空冷凍干燥時(shí)間，且獲得的干燥加工產(chǎn)品質(zhì)量與真空冷凍干燥產(chǎn)品差別較小。

2.4 真空冷凍+壓差閃蒸聯(lián)合干燥技術(shù)的特性及應(yīng)用研究

2.4.1 真空冷凍+壓差閃蒸聯(lián)合干燥技術(shù)的特性

壓差閃蒸干燥原理是通過將環(huán)境壓力迅速降低，促使物料的水分因壓力突降而蒸發(fā)，物料因壓差變化而膨脹變得疏松多孔，從而達(dá)到干燥的目的，該方式是一種能耗低、干燥效率高的新型干燥技術(shù)。冷凍干燥與壓差閃蒸干燥的聯(lián)合應(yīng)用，非常適用于生產(chǎn)疏松多孔的凍干類果蔬制品，且比單一冷凍干燥具有更低的能耗[25]。

2.4.2 真空冷凍+壓差閃蒸聯(lián)合干燥技術(shù)的應(yīng)用

壓差閃蒸聯(lián)合干燥方法在處理不同原料時(shí)的工藝差別較大，如需根據(jù)物料特性選擇不同的預(yù)處理方式，干燥工藝方式、流程序位及條件參數(shù)也需根據(jù)物料性質(zhì)進(jìn)行選擇。真空冷凍+壓差閃蒸聯(lián)合干燥產(chǎn)品有諸多優(yōu)點(diǎn)，如干燥速度快、比單一凍干能耗低等。ANTAL等[26]通過真空冷凍+壓差閃蒸聯(lián)合方式干燥梨片，結(jié)果表明聯(lián)合干燥工藝既能保持梨的營(yíng)養(yǎng)成分、口感，且能耗低于真空冷凍干燥。王萍等[27]以真空冷凍干燥+變溫壓差膨化技術(shù)對(duì)菠蘿蜜進(jìn)行干燥研究，聯(lián)合干燥產(chǎn)品與真空冷凍干燥產(chǎn)品的風(fēng)味、色澤和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)相近，但干燥時(shí)間顯著降低。高鶴等[28]在番木瓜干燥中對(duì)真空冷凍+壓差閃蒸聯(lián)合干燥工藝進(jìn)行優(yōu)化，確定了最佳干燥條件，且聯(lián)合干燥可以獲得品質(zhì)較好的番木瓜片。通過以上分析可知，真空冷凍干燥與壓差閃蒸聯(lián)合進(jìn)行果蔬干燥時(shí)可極大縮短干燥時(shí)間，且果蔬干制品的品質(zhì)與單一真空冷凍干燥的產(chǎn)品相接近。綜上可知，真空冷凍干燥+壓差閃蒸干燥的聯(lián)合干燥技術(shù)是一種較好的果蔬干燥加工方式，且與油炸膨化的果蔬制品相比，聯(lián)合干燥加工的果蔬產(chǎn)品也更加健康。

3 結(jié)語

真空冷凍干燥在果蔬加工中應(yīng)用已較為普遍，盡管真空冷凍干燥存在干燥時(shí)間長(zhǎng)、價(jià)格高等缺點(diǎn)，但產(chǎn)品的干燥品質(zhì)較好，仍是高品質(zhì)果蔬加工的首選方式。因此，低能耗、低成本的真空冷凍干燥技術(shù)仍是目前的研究熱點(diǎn)。真空冷凍聯(lián)合干燥技術(shù)可顯著縮短真空冷凍干燥時(shí)間、降低能耗，大大降低真空冷凍干燥成本，且可獲得較高的干燥品質(zhì)，將成為果蔬干燥加工技術(shù)未來的發(fā)展方向之一。

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基金項(xiàng)目：洛陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院校級(jí)科研項(xiàng)目（2024B02）。

作者簡(jiǎn)介：屈展平（1994—），女，河南洛陽人，碩士，助教。研究方向：農(nóng)產(chǎn)品加工及貯藏。