果蔬分階段組合干燥技術的研究現狀

秦軍偉，李成華，宮元娟

1(沈陽農業大學工程學院，遼寧沈陽，110866)2(沈陽理工大學機械工程學院，遼寧沈陽，110159)

果蔬分階段組合干燥技術的研究現狀

秦軍偉1，李成華2，宮元娟1

1(沈陽農業大學工程學院，遼寧沈陽，110866)2(沈陽理工大學機械工程學院，遼寧沈陽，110159)

文中主要介紹了熱風、熱泵、微波、真空冷凍相組合和干燥技術在果蔬干制中的研究現狀，并提出組合干燥技術需解決的問題。

果蔬，組合干燥，熱風干燥，熱泵干燥，微波干燥，冷凍干燥

目前，果蔬干燥技術主要有熱風干燥、微波干燥、真空干燥、微波真空干燥、冷凍干燥、熱泵干燥和滲透脫水等幾種方式。不同干燥方式都有其優勢和不足。除了改進現有干燥設備、開發干燥新技術以外，組合干燥技術也是解決這一問題的有效途徑。

1 組合干燥技術

果蔬中的水以游離水、膠體結合水和化學結合水3種狀態存在。大部分游離水和膠體結合水在干燥過程中被除去，化學結合水一般不能用干燥的方法除去。組合干燥技術是根據物料特性，將2種或2種以上的干燥方式組合起來，利用其優點，在不同干燥階段采用不同的干燥方法，分別以蒸發或升華等方式除去物料中大部分游離水和膠體結合水的干燥技術［1］。

根據組合的時間段，組合干燥可分為串聯式和并聯式2種。串聯式組合干燥又稱分階段組合干燥，其特征是在不同的時間段中組合不同的干燥技術，如熱風-微波和微波-熱風組合干燥技術就是分階段組合干燥的典型方式;而并聯式組合干燥又稱同階段組合干燥，其特征是在相同的時間段中組合不同的干燥技術［2］，如微波真空干燥即是微波干燥和真空干燥技術的組合形式，既可提高干燥效率，又能保證干燥品質。

國外學者側重于同階段組合干燥技術的研究和應用，但采用的干燥設備多需專門研制，如 Abbasi Souraki等采用改裝的微波-流化床、微波-熱風等組合干燥設備對大蒜、橙子等進行研究［3－5］。而國內學者則側重于分階段組合干燥技術的探索，即采用常用干燥設備進行組合搭配，如熱風與真空、熱風與微波的組合，主要研究組合干燥的工藝順序、轉換點含水率及最佳工藝參數。

2 果蔬分階段組合干燥技術的研究

2.1 熱風相關的分階段組合干燥技術

熱風干燥技術被廣泛用于加工傳統的干燥食品［6］，我國90%的蔬菜脫水采用常壓熱風干燥。但是，在熱風干燥的降速階段，熱能利用率低，干燥時間長;而高溫干燥下，產品的顏色、營養價值和風味等品質變差［7］。根據熱風干燥的特點，可考慮與微波、微波真空、冷凍等干燥技術配合使用。

馬先英等對胡蘿卜片進行了熱風-微波組合干燥研究，分析熱風溫度、轉換點含水率、微波功率對組合干燥速率和產品感官品質的影響。研究表明，當熱風溫度為65℃、轉換點的含水率為60%、微波輸出功率為170 W時，組合干燥速率比熱風干燥速率提高1.4倍以上，干燥時間縮短了38 min，且干制品的色澤、香味、形狀和表面硬度都有較大的改善［8］。張麗華等對木瓜片的熱風-微波組合干燥進行了研究，考察工藝參數對干燥速率、總黃酮含量和色澤的影響。結果表明，熱風70℃ +微波功率210W的組合干燥工藝的干燥速率是熱風干燥的6倍左右，而干燥時間僅為熱風干燥的50%;組合干燥木瓜片干制品的總黃酮含量最高，達1.98%;但組合干燥的木瓜片色澤不如70℃熱風干燥的效果［9］。楊大偉等采用熱風-微波組合干燥方法加工黃花菜，研究表明，采用先微波后熱風的組合干燥方法，雖能縮短干燥時間，但干制品質量較差;而采用先高溫熱風后低功率微波的組合干燥方法，既可縮短干燥時間，提高生產效率，又能保證產品質量［10］。

胡慶國等分別以毛豆、甘藍為原料，進行熱風-真空微波組合干燥的研究，考察熱風干燥溫度、轉換點含水率、微波功率和真空度對干燥特性的影響。研究表明，組合干燥毛豆和甘藍所需時間遠低于熱風干燥，干制品中葉綠素等成分的保留率均高于熱風干燥;但徐艷陽的研究未能解決葉(根)菜類產品易出現氣泡、焦邊及微波加熱分布不均等工藝問題［11－13］。

Adam Figiel以甜菜根為對象，先以熱風干燥進行預處理，再進行真空-微波干燥，并與冷凍干燥結果進行比較。研究表明，與熱風干燥比較，熱風-真空-微波組合干燥明顯縮短干燥總時間，降低干制品的收縮率;組合干燥制品還能獲得較好的復水性、較高的抗氧化性，這與冷凍干燥效果相近［14］。

2.2 熱泵相關的分階段組合干燥技術

熱泵干燥是近期發展的一項能效顯著而又切實可行的新技術［15］，已應用于木材干燥、蔬菜脫水以及生物制品干燥等領域［16］。因為采用低溫干燥(40～50℃)，其干燥效率低，易導致微生物超標，特別是干燥后期的能耗較高，從而制約了它的推廣應用。而與熱風、遠紅外等其他干燥技術結合，在保證干制品質量的同時，可提高后期干燥的效率，降低能耗。

張緒坤以胡蘿卜為原料，對熱泵-熱風組合干燥與單一的熱泵干燥和熱風干燥進行比較。研究表明，當采用熱泵干燥溫度35℃、轉換點含水率1.36kg/kg、熱風干燥溫度65℃的干燥工藝時，組合干燥時間比熱泵干燥縮短3.5h，產品復水性比熱泵干燥高16.6%、比熱風干燥高24.5%，耗能只有隧道式干燥的74.1%、網帶式干燥的84.7%和真空冷凍干燥的9.4%［17］。徐建國的研究表明，采用熱泵-熱風組合干燥胡蘿卜片，既能顯著縮短熱泵干燥時間，又能最大程度地降低了熱風干燥對物料有效成分的熱破壞，提高了產品品質［18］。

徐剛等對胡蘿卜片進行了先熱泵后遠紅外的組合干燥研究，考察漂燙時間、熱泵干燥溫度和遠紅外輻射功率對含水率的影響，確定最佳參數分別為120s、45℃和2kW;并根據干燥速率、能耗、類胡蘿卜素保存率進行綜合評價，確定最佳轉換點含水率為50%，此時的干燥時間短、干燥能耗低、類胡蘿卜素損失少［19］。顧震的研究也證實，對胡蘿卜片采用熱泵-遠紅外的組合干燥方法，既能提高干燥速率、降低能耗，又能保證干制品的品質［20］。

成剛在甘藍菜熱泵干燥單因素試驗基礎上，確定聯合干燥方式為先熱泵干燥后熱風干燥。以熱泵干燥溫度、轉換點含水率、熱風干燥溫度為因素，以單位能耗除濕量SMER和葉綠素含量為指標，通過響應面優化分析，確定聯合干燥最佳工藝參數:熱泵干燥溫度57.2℃、轉換點含水率 26.4%、熱風干燥溫度54.5℃。研究表明，熱泵-熱風組合干燥甘藍制品的葉綠素含量高于熱泵干燥，Vc含量和復水比高于熱風干燥，SMER比熱風干燥降低了40.67%［21］。

2.3 冷凍相關的分階段組合干燥技術

凍干過程中，由于不存在液態水，且低溫干燥，所以變質現象和微生物反應被抑制［22］，凍干制品的揮發性、熱敏性和芳香成分損失小，營養成分保留率高，外觀品質高;但是，凍干過程能耗高、時間長，制約了凍干技術的應用。將冷凍干燥與熱風、熱泵、微波等其它干燥技術相結合，在提高產品品質的同時，可實現節時降耗的要求。

李瑞杰對蘋果片進行了冷凍-微波真空組合干燥的研究。通過實驗分析冷凍干燥和微波真空干燥對蘋果片干燥過程的含水率、能耗、Vc保留率及感官品質的影響，確定最佳組合工藝參數為:冷凍干燥的真空度10～100 Pa、物料裝載量250 g、加熱板溫度55℃，轉換點含水率22.0%，微波真空干燥的真空度20.4 kPa、微波功率346.3 W，此時的干燥能耗低、Vc保留率高、感官品質高［23］。

宋蕓對胡蘿卜片采用微波真空-冷凍干燥組合干燥進行研究，考察工藝參數對干制品的色澤、收縮變形、營養成分、復水性、質構等的影響，確定最佳工藝參數:微波真空干燥的真空度為30～45 kPa、微波功率密度為0.82 W/g、胡蘿卜片厚度為8 mm，當水分損失40%時，采用冷凍干燥，加熱板初始溫度為－15℃，12h后升溫至5℃，3 h后升溫至15℃，l h后溫升至30℃至干燥終點。研究表明，經組合干燥后，胡蘿卜片的色澤、營養成分保留率、復水性接近冷凍干燥效果，且能耗比冷凍干燥降低56%;雖有收縮變形，但仍可保持較好的外形［24］。

徐艷陽等對草莓和毛竹筍進行了冷凍-熱風組合干燥實驗，確定最佳轉化點含水率和干燥工藝。研究發現，組合干燥的果蔬品質和外觀接近于冷凍干燥，而明顯優于熱風干燥;與冷凍干燥相比，在組合干燥最佳轉化點時，能耗費用分別降低了32%和21%左右;對組合干燥后的草莓研究時，發現切面的芯部有褐變現象，有待進一步研究［25－26］。

2.4 滲透脫水相關的分階段組合干燥技術

滲透脫水是指在一定溫度下，將果蔬浸入高滲透壓的溶液(糖溶液或鹽溶液)中，利用細胞膜的半滲透性使果蔬中的水分轉移到溶液中，達到除去部分水分的一種技術。近年來，由于對能量的需求相對較低，滲透脫水技術受到密切關注，目前已應用于食品原料的部分脫水工藝中，特別是可以作為其他干燥方法的前期處理工藝［27］，暫時不能獨立干燥果蔬，只能與微波或熱風干燥等其他技術結合使用。

龐韻華以蘋果片為研究對象，前期采用滲透脫水技術，考察滲透液的成分和溫度及滲透時間對失水率、固形物增加率和復水率的影響，當滲透時間為100 min、滲透溫度為42℃、滲透液組成為25%麥芽糖+45%蔗糖時，可脫除20%的水分。后期采用微波真空+熱風的組合方式進行后期干燥，當微波功率為314 W、真空度為3.0～4.5 kPa，轉換點含水率為40%、熱風干燥溫度為60℃時，干燥后蘋果片的色澤、營養成分保留和復水性比較接近真空冷凍干燥效果，干燥制品的收縮變形和脆性比真空冷凍干燥產品變化大，但仍比微波真空干燥的產品好［28］。

程璐以滲透脫水最佳工藝條件下的萵筍片為原料，分別進行后期的熱風干燥和微波干燥試驗。研究發現，滲透-熱風組合干燥與熱風干燥相比，Vc保存率提高了7～10倍，水分活度降低了10%以上，復原率提高了2～3倍，但在60℃熱風溫度時組合干燥要比熱風干燥時間長2～3 h;滲透-微波組合干燥與微波干燥相比，干燥時間縮短約50%，而與滲透－熱風組合干燥相比，滲透-微波組合干燥的時間短，色澤、品質優良［29］。

FreHdeHric Prothon等分別以蘋果、西紅柿和蘑菇為對象，前期進行滲透脫水預處理，后期采用微波-熱風干燥，研究組合干燥對產品干燥時間及品質的影響。結果表明，采用滲透脫水預處理，可縮短干燥時間，提高產品質量，如復水性、收縮率、質地和微觀結構等都有明顯改善［30－32］。

3 展望

3.1 分階段組合干燥工藝和最佳轉換點含水率的研究

由于果蔬的種類和組織結構差別較大，某種組合干燥方式和工藝參數并不適合所有果蔬的干燥。所以，應針對具體果蔬，研究合理的組合干燥方式和工藝條件，實現低能耗和高品質的果蔬干燥要求。

轉換點含水率是組合干燥工藝中的關鍵參數，其對干燥過程中的干燥時間、能耗、營養成分保留率及外觀品質等產生重要影響。但是，目前主要采用實驗測定法來確定轉換點含水率，而缺乏必要的理論支持。所以轉換點含水率的研究將是組合干燥研究的重點內容之一。

3.2 分階段組合干燥過程數學模型的完善

干燥過程的傳熱傳質理論是建立在分子動力學和熱力學基礎上的，建立合理的數學模型對研究組合干燥機理、干燥過程優化和自動控制具有非常重要的意義。國內學者也已利用各種方法，建立了一些較好的組合干燥數學模型，但是其通用性較差，只適合于某一種果蔬，而且與實際干燥過程的擬合程度并不理想。因此，完善組合干燥的數學模型，提高其通用性，對于預測和指導組合干燥工藝及提高產品質量是十分必要的。

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Research Situation and Analysis on Multistage Combined of Drying Technologies for Fruits and Vegetables

Qin Jun-wei1，Li Cheng-hua2，Gong Yuan-juan1
1(College of Engineering，Shenyang Agricultural University，Shenyang 110866，China)2(School of Mechanical Engineering，Shenyang Ligong University，Shenyang 110159，China)

At present，fruits and vegetables are dried by single-stage drying technologies.However，problems of the energy consumption and the product quality during the drying process are not resolved effectively.Multistage combined drying technologies solved this problem.The research situation of combined drying technologies，including hot air drying，heat pump drying，microwave drying and the vacuum freeze drying used in fruits and vegetables drying are introduced.

fruits and vegetables，combined drying，hot air drying，heat pump drying，microwave drying，freeze drying

碩士，講師(E-mail:qinjunwei 2010@163.com)。

2010－09－13