辣椒干燥技術(shù)研究進(jìn)展

摘 要 辣椒有多種干燥技術(shù)，主要有自然干燥、滲透脫水、熱風(fēng)干燥、微波干燥、紅外干燥、熱泵干燥等單一干燥技術(shù)，還有滲透-熱風(fēng)聯(lián)合干燥、微波-熱風(fēng)聯(lián)合干燥、微波-熱泵聯(lián)合干燥、太陽(yáng)能-熱泵聯(lián)合干燥等聯(lián)合干燥技術(shù)，通過(guò)比較辣椒在不同干燥技術(shù)中的干燥特性及干燥后的品質(zhì)等指標(biāo)，找到了辣椒在各干燥技術(shù)中的最優(yōu)干燥方案，并對(duì)辣椒后期干燥技術(shù)研究進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞 辣椒；干燥技術(shù)；單一干燥；聯(lián)合干燥

中圖分類號(hào)：S375 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：C DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2024.21.030

辣椒作為重要的農(nóng)產(chǎn)品，在我國(guó)年產(chǎn)值達(dá)到2 500億元，在蔬菜總產(chǎn)值中占11%[1-2]。若新鮮辣椒在采摘后2～3 d未及時(shí)處理將會(huì)發(fā)生霉變損壞，損失率高達(dá)12%～15%。通過(guò)干燥技術(shù)，可以有效減少辣椒水分和生物酶活性，抑制微生物滋生，從而延長(zhǎng)保質(zhì)期。盡管目前的自然干燥、熱風(fēng)干燥等單一干燥技術(shù)已大幅降低辣椒霉變的幾率，但都存在一定的局限性。因此，結(jié)合不同干燥技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和不足，采用聯(lián)合干燥的方法應(yīng)運(yùn)而生，這不僅彌補(bǔ)了單一干燥的缺陷，還最大限度地發(fā)揮了各種干燥技術(shù)的特長(zhǎng)，這些技術(shù)的綜合運(yùn)用，為辣椒深加工提供了更為高效且可靠的干燥手段。

1" 常見(jiàn)單一干燥技術(shù)

1.1" 自然干燥

自然干燥主要是借助陽(yáng)光和風(fēng)力等自然條件來(lái)減少農(nóng)產(chǎn)品中的水分，這種技術(shù)因辣椒種植規(guī)模多變及干燥機(jī)械設(shè)施的缺乏仍被多數(shù)農(nóng)戶采用。然而，自然干燥場(chǎng)地需求大，受制于氣候條件，常導(dǎo)致干燥不均勻，干燥效率低下，干燥周期偏長(zhǎng)，自然干燥法依賴于主觀經(jīng)驗(yàn)，具有一定的盲目性。齊立軍等研究顯示，與其他單一干燥技術(shù)相比，傳統(tǒng)自然晾曬能在一定程度上提高辣椒的色價(jià)并減少水分，但凍干法在色價(jià)保持和水分減少上表現(xiàn)更佳[3]。陳宇昱等對(duì)小米椒進(jìn)行干燥實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，自然晾曬與熱風(fēng)干燥和紅外干燥對(duì)比，辣椒干燥后的品質(zhì)更佳，但干燥時(shí)間較長(zhǎng)，干燥效率較差[4]。

1.2" 滲透脫水

滲透脫水是將辣椒放置具有一定濃度的滲透液里，滲透液成分為糖或鹽溶液等，通過(guò)辣椒內(nèi)部細(xì)胞膜的選擇透過(guò)性構(gòu)建內(nèi)外濃度差，進(jìn)而引導(dǎo)內(nèi)部水分向外部遷移達(dá)成脫水的目的。該技術(shù)以其低能源消耗及對(duì)辣椒結(jié)構(gòu)的輕微損害而受到青睞，但滲透脫水只能脫去辣椒中的部分水分，未達(dá)到國(guó)內(nèi)安全水分含量標(biāo)準(zhǔn)，故通常作為農(nóng)產(chǎn)品干燥的首個(gè)環(huán)節(jié)，可與其他干燥技術(shù)配合進(jìn)行。黃亞琴等以大紅椒為試驗(yàn)對(duì)象，對(duì)其滲透處理后，采用真空油炸法進(jìn)行后續(xù)加工，結(jié)果顯示，在含鹽6%的滲透劑、料液比例1∶12、滲透處理10 h、真空油炸溫度設(shè)定于90 ℃、油炸時(shí)間20 min、脫油時(shí)間10 min的條件下，制得的辣椒脆片色澤一致，表面完好，口感清爽，油膩感全無(wú)，咸淡恰到好處[5]。尹曉峰等通過(guò)滲透脫水實(shí)驗(yàn)，觀察到滲透過(guò)程中溫度的提升或食鹽濃度的增加，均有助于提高辣椒的干燥程度及其固形物提取率[6]。Sutar等對(duì)胡蘿卜絲進(jìn)行了類似的研究，并成功探索出一套最佳的滲透脫水工藝方案[7]。

1.3" 熱風(fēng)干燥

熱風(fēng)干燥是利用自然或強(qiáng)制空氣對(duì)流，如橫流和混合流等不同方式實(shí)現(xiàn)熱風(fēng)與辣椒間的傳熱傳質(zhì)過(guò)程，以減少辣椒內(nèi)部的水分達(dá)到干燥的效果。在這一研究領(lǐng)域，眾多專家致力于探討辣椒及其他農(nóng)產(chǎn)品在熱風(fēng)干燥過(guò)程中的干燥特性，為后續(xù)加工提供科學(xué)依據(jù)。王淑好等在熱風(fēng)干燥（40 ℃）作用下對(duì)辣椒提取物的抗氧化活性及其代謝物組成進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)辣椒在干燥過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)氧化及高滲透壓應(yīng)激代謝，而累積的抗氧化活性物質(zhì)可能是干燥辣椒抗氧化性增強(qiáng)的原因之一[8]。袁婷婷等以紅朝天椒為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，探討了熱風(fēng)溫度、風(fēng)速和物料鋪設(shè)量對(duì)辣椒干燥特性的影響，確定了最優(yōu)干燥條件：熱風(fēng)溫度76.5 ℃，物料鋪設(shè)量150 g，風(fēng)速1.58 m·s-1[9]。Kaleemullah等把辣椒放置于旋轉(zhuǎn)式熱風(fēng)干燥機(jī)中，干燥溫度分別設(shè)置為50、55、60、65 ℃，干燥時(shí)間分別設(shè)置為32、27、23、20 h，干燥后發(fā)現(xiàn)辣椒最佳的干燥溫度為55 ℃，此時(shí)消耗活化能為24.48 kJ·mol-1[10]。Tunde-Akintunde等對(duì)比了3組熱風(fēng)干燥實(shí)驗(yàn)，指出辣椒干燥主要在降速干燥階段進(jìn)行，相比于其他干燥，熱風(fēng)干燥具有更快的干燥速率[11]。

1.4" 微波干燥

微波干燥在多種干燥手段中脫穎而出，得益于其出色的能源使用效率和干燥速率。該技術(shù)以電磁波作為熱源，深入辣椒內(nèi)部進(jìn)行均勻加熱，同時(shí)能夠保持辣椒原有組織結(jié)構(gòu)不受損害。彭樹(shù)翔等借助微波消解與電感耦合等離子體質(zhì)譜技術(shù)，對(duì)辣椒果肉和種子中的Cd、Cr、Pb、As含量進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果顯示，這4種元素的線性回歸方程在0～20 μg·L-1范圍內(nèi)相關(guān)性顯著，相關(guān)系數(shù)超過(guò)0.999 8，標(biāo)準(zhǔn)添加回收率為94.6%～107.2%[12]。朱學(xué)飛等通過(guò)正交試驗(yàn)對(duì)溫度、風(fēng)速和物料層厚度等因素進(jìn)行研究，確立了辣椒微波干燥的最佳參數(shù)組合：溫度設(shè)定60 ℃，風(fēng)速3.0 m·s-1，物料層厚度100 mm[13]。劉莉等針對(duì)辣椒在微波干燥過(guò)程中水分散失的規(guī)律進(jìn)行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)微波功率的提升能夠縮短干燥時(shí)間[14]。彭林等采用紅朝天椒為試驗(yàn)材料，應(yīng)用響應(yīng)面法分析辣椒在微波干燥過(guò)程中的干燥特性，結(jié)果表明，在鋪放量為90.42 g，間歇加熱時(shí)間為40 s，微波功率為281.12 W的條件下，辣椒綜合指標(biāo)達(dá)到最大值0.9。通過(guò)微波干燥實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)際結(jié)果與優(yōu)化數(shù)據(jù)相差僅為2.17%，從而驗(yàn)證了優(yōu)化結(jié)果的高度可信性[15]。

1.5" 紅外干燥

紅外線干燥以其深入物料內(nèi)部的穿透力、高效能及環(huán)保節(jié)能的特性在農(nóng)產(chǎn)品干燥加工中備受青睞。借助紅外線與辣椒內(nèi)部分子固有頻率的共振效應(yīng)，引發(fā)分子間的摩擦生熱，實(shí)現(xiàn)了辣椒的快速整體加熱，保證了干燥過(guò)程中溫度的均勻分布。董楠等以辣椒為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，運(yùn)用近紅外技術(shù)對(duì)辣度進(jìn)行了測(cè)定，通過(guò)偏最小二乘法（PLS）建立了預(yù)測(cè)模型，其校正集相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.987 1，驗(yàn)證集相關(guān)系數(shù)為0.870 4，準(zhǔn)確性和可信度均表現(xiàn)優(yōu)異[16]。曹珍珍等探究了辣椒在中短波紅外輻射下的干燥動(dòng)力學(xué)特性，發(fā)現(xiàn)該技術(shù)能顯著提高干燥效率，干燥時(shí)間縮短至510 min[17]。Nowak等對(duì)蘋果進(jìn)行了近紅外干燥與熱風(fēng)干燥的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，紅外干燥能極大提高蘋果片表面的水分蒸發(fā)速率，將干燥周期縮短近半，且干燥速率與紅外輻射距離成反比關(guān)系[18]。P??kk?ne等進(jìn)行的對(duì)比研究進(jìn)一步證實(shí)，將迷迭香從60%～70%的含水率脫水至8%，熱風(fēng)干燥需24 h，而紅外干燥僅需3 h[19]。

1.6" 熱泵干燥

熱泵干燥原理：工質(zhì)在低溫低壓狀態(tài)下從蒸發(fā)器流出，隨后流入壓縮機(jī)中，經(jīng)歷絕熱增壓過(guò)程轉(zhuǎn)變?yōu)楦邷馗邏簹怏w，在此過(guò)程中，工質(zhì)的沸點(diǎn)會(huì)隨壓力的增加而提高。接著這些高溫高壓工質(zhì)進(jìn)入冷凝器，在液化時(shí)釋放的熱能被有效利用，以加熱來(lái)自蒸發(fā)器的冷空氣，冷卻且去濕后的空氣被導(dǎo)向干燥室實(shí)現(xiàn)物料的干燥。至于冷凝器中排出的熱泵工質(zhì)，則通過(guò)膨脹閥實(shí)行絕熱減壓，壓力降低后再次回流至蒸發(fā)器，從而形成一個(gè)封閉的循環(huán)系統(tǒng)。以宋新斌等研究為例，他們借助熱泵干燥技術(shù)對(duì)白辣椒實(shí)施干燥，結(jié)果發(fā)現(xiàn)干燥溫度越高，干燥速率越快，干燥時(shí)間隨之減少，然而產(chǎn)品綜合品質(zhì)卻有所下滑[20]。姬長(zhǎng)英等也采用熱泵干燥技術(shù)進(jìn)行辣椒干燥實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)提高干燥溫度能加快干燥速度，迅速降低含水率，而增加鋪料厚度則導(dǎo)致干燥速度和含水率下降速度減緩[21]。

2" 常見(jiàn)聯(lián)合干燥技術(shù)

面對(duì)辣椒及其他農(nóng)產(chǎn)品干燥過(guò)程中所固有的繁雜性和單一干燥法在保障干燥品質(zhì)上的不足，國(guó)內(nèi)外專家在不斷提升單一干燥技術(shù)的基礎(chǔ)上，針對(duì)各種農(nóng)產(chǎn)品特有的干燥需求，積極探索將多種干燥手段相結(jié)合的策略，以期達(dá)到各技術(shù)優(yōu)勢(shì)的協(xié)同效應(yīng)。

2.1" 滲透-熱風(fēng)聯(lián)合干燥

對(duì)經(jīng)過(guò)滲透脫水工藝處理后的辣椒再采用熱風(fēng)干燥，不僅可以大幅減少干燥所需時(shí)間，還能有效提升干燥產(chǎn)品的整體質(zhì)量，同時(shí)在能源與成本上實(shí)現(xiàn)節(jié)約，因此，滲透脫水在復(fù)合干燥技術(shù)中，被認(rèn)為是一種高效的前處理方式。尹曉峰等對(duì)辣椒進(jìn)行了先滲透脫水再熱風(fēng)干燥，發(fā)現(xiàn)滲透脫水后熱風(fēng)干燥的辣椒樣本，在維生素C的保留及辣度保持上均優(yōu)于直接熱風(fēng)干燥的樣本。此外，滲透脫水后熱風(fēng)干燥辣椒樣本在復(fù)水性及復(fù)原率上展現(xiàn)出了更卓越的性能，呈現(xiàn)出更為優(yōu)越的品質(zhì)特性[22]。而Souza等的研究則對(duì)比了帶皮與去皮番茄在滲透脫水及后續(xù)熱風(fēng)干燥的效果，發(fā)現(xiàn)去皮番茄經(jīng)過(guò)滲透脫水再進(jìn)行熱風(fēng)干燥的工藝，其效果更勝一籌[23]。

2.2" 微波-熱風(fēng)聯(lián)合干燥

微波干燥以其操作簡(jiǎn)便、高效、節(jié)能特性而受到青睞，與此同時(shí)，熱風(fēng)干燥由于溫度控制難度大，高溫容易損害農(nóng)產(chǎn)品中的化學(xué)成分而受限，因此，結(jié)合微波與熱風(fēng)干燥技術(shù)，不僅能夠克服熱風(fēng)干燥速度慢的短板，還能發(fā)揮耦合干燥的互補(bǔ)優(yōu)勢(shì)。張付杰等在研究辣椒的微波-熱風(fēng)聯(lián)合干燥過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，微波功率、熱風(fēng)溫度及風(fēng)速對(duì)辣椒的色澤和紅素含量影響顯著[24]。尹燕等把蘭州百合作為研究對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行微波-熱風(fēng)聯(lián)合干燥后發(fā)現(xiàn)，相比于熱風(fēng)溫度為60 ℃的直接熱風(fēng)干燥，微波-熱風(fēng)聯(lián)合干燥可以有效縮短33%的干燥時(shí)間，且干燥后產(chǎn)品的感官評(píng)分、維生素C 、復(fù)水比特性分別提升了16.93%、26.28%、40.54%[25]。Durance TD等在將西紅柿塊進(jìn)行真空微波-熱風(fēng)聯(lián)合干燥實(shí)驗(yàn)后指出，此種聯(lián)合干燥方式不僅干燥時(shí)間較單一真空微波或熱風(fēng)干燥大幅縮短，而且能耗降低，西紅柿的品質(zhì)也得到提升[26]。

2.3" 微波-熱泵聯(lián)合干燥

熱敏物料干燥過(guò)程中，熱泵技術(shù)因其低溫干燥特性而顯得尤為重要，該技術(shù)還能實(shí)現(xiàn)能源的循環(huán)使用，展現(xiàn)出顯著的資源節(jié)約效果。相較于熱泵，微波干燥雖以電能驅(qū)動(dòng)，卻難逃能源利用不充分的弊端，然而，若將二者的優(yōu)勢(shì)相結(jié)合，即可形成一種聯(lián)合干燥方法以實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品干燥的最優(yōu)化。池春歡等對(duì)辣椒干燥進(jìn)行了熱泵-微波結(jié)合的嘗試，運(yùn)用響應(yīng)面法對(duì)工藝進(jìn)行細(xì)致優(yōu)化，確定了最優(yōu)化的干燥參數(shù)：熱泵溫度定于50.38 ℃，轉(zhuǎn)換點(diǎn)含水率為50.39%，微波功率設(shè)定為286.14 W[27]。在Chong等研究中，采用了熱泵-微波聯(lián)合干燥、單純熱泵干燥及真空微波干燥等不同技術(shù)對(duì)蘋果進(jìn)行脫水處理，研究結(jié)果顯示，熱泵-微波聯(lián)合干燥技術(shù)明顯優(yōu)于其他方法。而且經(jīng)過(guò)這種聯(lián)合技術(shù)干燥處理的蘋果，其總多酚含量較其他干燥方法高出60%～70%[28]。Zielinska等對(duì)青豆實(shí)施了熱泵-微波真空相結(jié)合的干燥方法，并對(duì)照使用了傳統(tǒng)熱風(fēng)對(duì)流干燥技術(shù)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，經(jīng)熱泵-微波真空聯(lián)合處理的青豆，其內(nèi)部構(gòu)造顯得更為緊密，淀粉粒子基本保持原狀，而直接熱風(fēng)對(duì)流干燥的青豆，其淀粉已完全熟化[29]。

2.4" 太陽(yáng)能-熱泵聯(lián)合干燥

太陽(yáng)能以其清潔和環(huán)保的特性備受推崇，當(dāng)其在農(nóng)副產(chǎn)品干燥領(lǐng)域得以運(yùn)用時(shí)，顯示出高達(dá)20%的能源節(jié)約優(yōu)勢(shì)，且能保障干燥后的農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量純凈。盡管如此，太陽(yáng)能干燥技術(shù)存在一定的局限性，如天氣條件對(duì)其影響較大，穩(wěn)定性有待提高及干燥效率較低的問(wèn)題，而通過(guò)融合熱泵技術(shù)，形成一種新型的太陽(yáng)能干燥方式，不僅有效克服了太陽(yáng)能干燥的間歇性不足，太陽(yáng)能本身還能為熱泵系統(tǒng)提供能源支持。張福貴等在研究文獻(xiàn)中闡述了太陽(yáng)能與熱泵聯(lián)合烘干機(jī)的工作原理，并簡(jiǎn)明扼要地介紹了其運(yùn)行模式及熱泵獨(dú)立運(yùn)行模式，指出在節(jié)能方面，太陽(yáng)能-熱泵聯(lián)合烘干機(jī)展現(xiàn)出其獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)[30]。任甜甜等針對(duì)區(qū)域能源特點(diǎn)，提出了一種新型的太陽(yáng)能熱泵集成辣椒烘干系統(tǒng)，有效解決了傳統(tǒng)單一熱源烘干中存在的燃燒不充分和環(huán)境污染問(wèn)題[31]。閆素英等采用太陽(yáng)能集熱與空氣源熱泵組合干燥方式替代傳統(tǒng)的燃煤熱風(fēng)爐干燥技術(shù)，并對(duì)枸杞進(jìn)行了干燥實(shí)驗(yàn)，在設(shè)定的干燥溫度條件下，此聯(lián)合干燥系統(tǒng)與單一熱泵干燥相比，可節(jié)省28.8%的電力，該技術(shù)每干燥1 000 kg枸杞，可減少448元的成本，節(jié)約121.14 kg的標(biāo)準(zhǔn)煤，并能降低317.39 kg的二氧化碳排放量[32]。

3" 結(jié)語(yǔ)

在力求降低辣椒儲(chǔ)存期間的霉變風(fēng)險(xiǎn)并提升農(nóng)產(chǎn)品整體質(zhì)量的過(guò)程中，干燥技術(shù)的進(jìn)步顯得尤為關(guān)鍵?，F(xiàn)階段，考慮到熱風(fēng)干燥技術(shù)在應(yīng)用上的廣泛性和低成本特點(diǎn)，它依然是農(nóng)產(chǎn)品干燥的主流選擇。盡管眾多國(guó)內(nèi)外專家在綠色環(huán)保與高效節(jié)能的指導(dǎo)思想下，已經(jīng)研發(fā)出多種創(chuàng)新的干燥方法，但我們必須正視這些新興技術(shù)所面臨的一系列挑戰(zhàn)，例如干燥設(shè)備成本較高、實(shí)際應(yīng)用范圍受限、對(duì)工作環(huán)境要求嚴(yán)格等問(wèn)題；同時(shí)，因宣傳推廣不足，許多企業(yè)對(duì)這些干燥技術(shù)了解不足。因此，強(qiáng)化干燥技術(shù)的理論基礎(chǔ)、優(yōu)化現(xiàn)行干燥工藝成為當(dāng)務(wù)之急，結(jié)合辣椒特有的干燥需求，融合多種干燥技術(shù)優(yōu)點(diǎn)而成的聯(lián)合干燥技術(shù)，已成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)，并可顯著提升干燥效果，因此，開(kāi)發(fā)節(jié)能高效且融合多種優(yōu)勢(shì)的干燥技術(shù)，無(wú)疑是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

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（責(zé)任編輯：易" 婧）