果蔬和水產品新型干燥預處理技術研究進展及未來展望

劉 靜，趙 亞，石啟龍

（山東理工大學農業工程與食品科學學院，山東淄博 255000）

果蔬和水產品營養價值豐富，但含水率高，微生物極易生長繁殖，造成腐敗變質。采用干燥方式可除去物料中的水分，降低水分活度，延長其貨架期[1]。傳統干燥方式（如日光干燥和熱風干燥）普遍在高溫條件下進行，不僅能耗高、效率低，而且極易發生營養素降解、脂質氧化和蛋白質變性等現象，導致干制品品質下降[2]。降低干燥介質溫度是緩解這一問題的有效方法，但干燥效率顯著降低[2]。因此，如何在降低干燥介質溫度的同時，提升干燥效率和改善干制品品質，成為果蔬和水產品干燥領域的重點和難點。作為一種有效提升干燥效率、改善干制品品質的方法，預處理被廣泛應用于食品干燥領域。

預處理是利用物理、化學和/或生物等技術在干燥前對物料進行處理，通過改變物料組織結構達到強化干燥速率、保留營養物質、延長貨架期和保持產品良好外觀等目的[2]。預處理可以有效解決食品干燥時間長、干制品品質差等問題[2?4]。按照處理方式，干燥預處理可分為熱力預處理和非熱力預處理2類。傳統干燥預處理方式包括熱水燙漂（hot water blanching, HWB）和化學預處理（亞硫酸鹽、酸/堿液、高滲透壓溶液等），但存在各自弊端。例如：HWB預處理容易導致營養物質損失；化學預處理存在試劑殘留帶來的安全隱患問題[4]。近年來，高濕氣體射流沖擊（high humidity hot air impingement，HHAI）、紅外輻射（infrared radiation，IR）、射頻（radio frequency，RF）、微波（microwave，MW）、歐姆加熱（ohmic heating，OH）等新型技術有取代傳統燙漂方式的趨勢，而且在抑制微生物和鈍化酶等方面展示出良好的效果。此外，新型非熱力預處理因其強化干燥效率效果顯著、營養物質保留率高、無有害化學試劑殘留等優點，在食品干燥預處理領域嶄露頭角，展示出巨大潛力。新型非熱力干燥預處理方式主要包括：可食性成膜（edible coating，EC）、超聲波（ultrasound，US）、超高壓（ultra-high pressure，UHP）、脈沖電場（pulsed electric field，PEF）、低溫冷等離子體（cold plasma，CP）、電離輻射（ionizing radiation，IR）等。基于此，本文針對新型干燥預處理技術進行歸類評述，并對其作用機制、適用范圍以及未來發展趨勢進行探討，以期為預處理技術在果蔬和水產品干燥領域中的應用提供理論依據和實踐參考。

1 新型燙漂預處理

1.1 HHAI燙漂

HHAI燙漂（high humidity hot air impingement blanching，HHAIB）是指利用沖擊技術產生的高速空氣使物料懸浮，來自系統的高溫蒸汽在物料表面高速撞擊，完成燙漂的同時除去物料邊界層水分的過程[5]。傳統HWB和蒸汽燙漂（steam blanching, SB）導致營養成分尤其水溶性物質（如維生素C，VC）大量流失，對熱敏性物料的營養物質造成極大地破壞[6?7]。采用氣體作為燙漂介質避免了傳統HWB所造成的營養物質流失問題。HHAIB系統利用噴嘴產生的高速空氣使物料懸浮，造成假流化床現象，使物料與介質充分接觸，高效完成燙漂處理。此外，采用射流沖擊技術提高了燙漂時的對流換熱系數，強化了燙漂過程。相比HWB和SB等方式，HHAIB對流交換系數更高，滅酶效果更徹底。因此，HHAIB技術在食品干燥領域得到了廣泛的應用[8?10]。

1.1.1 HHAIB在果蔬干燥中的應用 HHAIB作為干燥預處理能夠顯著提高果蔬干燥速率，改善干制品品質。杜志龍等[11]研究表明，在相同沖擊溫度（35 ℃）、氣流速度（14.4 m/s）和相對濕度（relative humidity，RH 30%）條件下，HHAIB的傳熱系數是HWB的12倍，并且HHAIB可有效減少營養物質尤其水溶性物質的損失。此外，HHAIB比SB具有更高的傳熱效率。這是由于HHAIB系統產生的高強度沖擊使物料表面產生輕微破裂，加速干燥過程的傳熱與傳質。然而，處理時間過長，物料表面發生破裂，內部組織結構塌陷斷裂，使物料干燥品質降低[12]。Liu等[13]討論了HHAIB處理時間（60、90、120、150 s）、干燥溫度（60、65、70、75 ℃）、風速（6、9、12 m/s）對西蘭花干燥特性和干制品品質的影響。結果表明，與對照相比，適當的HHAIB預處理可顯著提高西蘭花干燥速率、VC保留率和復水能力，色澤更接近新鮮原料；燙漂時間過長（150 s），反而會使干燥時間延長。Wang等[14]研究了HHAIB處理時間（30、60、90、120、150、180、210、240 s）對紅辣椒紅色素含量、微觀結構和干燥特性的影響。結果表明，多酚氧化酶活性（polyphenol oxidase，PPO）與HHAIB處理呈顯著負相關；適當的HHAIB處理時間可顯著提高干燥速率；HHAIB處理時間<120 s時，辣椒紅色素無顯著性差異，而漂燙時間>150 s時，辣椒紅色素含量顯著降低。掃描電子顯微鏡（scanning electron microscope，SEM）結果表明，紅辣椒表面微小裂紋隨HHAIB處理時間的延長而增加，裂紋的增加使水分擴散效率提升，干燥效率提高，但也會使PPO和紅色素更容易受到破壞。

HHAIB預處理在果蔬干燥領域報道較多，取得了顯著強化干燥效率、改善干制品品質效果。但是，HHAIB預處理對物料傳熱與傳質規律、微觀結構改性規律以及對后續干燥效率和品質影響等方面尚缺乏深入研究。

1.1.2 HHAIB在水產品干燥中的應用 HHAIB對果蔬細胞結構的高強度沖擊，同樣適用于水產品的干燥預處理。但是，目前HHAIB在水產品干燥領域的研究較少。高振江等[10]采用HHAIB代替傳統HWB和自然晾曬方法對海參進行干燥前預處理。結果表明，與HWB和自然晾曬相比，HHAIB處理的海參營養物質損失較少，顏色和形狀與新鮮海參更為接近。但是，HHAIB預處理在水產品干燥領域亟需系統、深入探究。

HHAIB在果蔬和水產品干燥領域可偏重：基于酶學和微生物學原理，探究HHAIB預處理鈍化酶和抑菌機理；HHAIB預處理對果蔬和水產品農藥/漁藥殘留、過敏原鈍化等涉及食品衛生與安全的指標是否具有積極作用。

1.2 IR燙漂

紅外線是介于可見光（0.38～0.78 μm）和MW（1～1000 mm）之間的一種電磁波，根據波長范圍，通常可分為近紅外（0.78～1.4 μm）、中紅外（1.4～3.0 μm）和遠紅外（3.0～1000 μm）等3種[15]。由于大多數食品成分（碳水化合物、蛋白質、脂質、水分等）在遠紅外區域吸收輻射能，而且IR穿透深度隨波長增加而加深，因此，遠紅外輻射（far-infrared radiation，FIR）對于食品加工最常用[16]。

遠紅外輻射燙漂（far-infrared blanching，FIRB）是指遠紅外射線以輻射能的形式將熱量傳遞給物料的過程。與傳統HWB和SB相比，FIRB熱量的傳遞高效且不需要介質參與，避免了污染微生物的可能性[15?16]。FIRB包括連續式和間歇式，連續式FIRB適用于快速鈍化酶活性，間歇式FIRB通過控制加熱溫度達到節能和保質效果[16]。因此，作為短暫的預處理手段，FIRB在食品干燥領域具有良好的應用潛力和發展前景。

1.2.1 IR在果蔬干燥中的應用 Shewale等[17]采用近紅外（1.1～1.3 μm，6 kW）輻射預處理蘋果片（150 ℃，45 s；200 ℃，30 s），然后采用3種干燥模式，即低濕熱風干燥（low humidity air，LHA），熱風干燥（hot air drying，HAD）和冷凍干燥（freeze drying，FD）。結果表明，近紅外輻射預處理使蘋果片的干燥時間縮短了23%（LHA）和17%（HAD），近紅外輻射預處理耦合LHA有效地保留了蘋果片的VC（80%～90%）和總酚含量（72%～74%），干制品品質接近FD蘋果片。Nalawade等[18]比較了FIRB、微波燙漂（microwave blanching，MWB）、HWB和SB預處理對HAD苦瓜片品質的影響。結果表明，FIRB和MWB處理的苦瓜片VC保留率（FIRB，93%；MWB，95%）顯著高于HWB（47.5%）和SB（58.1%）的樣品，FIRB苦瓜片綜合干燥品質最優。Wu等[19]研究了馬鈴薯切片厚度（0.6、0.8、1.0、1.3 mm）對連續式紅外燙漂-紅外干燥馬鈴薯片顏色、質構和干燥速率的影響。結果表明，隨著樣品厚度的增加，馬鈴薯片殘留的PPO活性降低，酶活鈍化遵循一級反應動力學；馬鈴薯片干燥速率隨切片厚度增加逐漸降低，馬鈴薯脆片最適加工參數為：切片厚度0.8 mm，紅外燙漂最佳參數為：輻射源與馬鈴薯片距離9.5 cm，紅外線燙漂時間150 s，紅外干燥最佳參數為：輻射源與馬鈴薯片距離21.5 cm，干燥時間330 s。Jamali等[20]探究紅外燙漂溫度和南瓜片厚度對過氧化物酶（peroxidase，POD）鈍化效果的影響，結果表明，南瓜片POD鈍化遵循一級反應動力學，南瓜片厚度為4、8 mm時，鈍化POD酶所需活化能和Z值分別為130.63、119.46 kJ/mol和18.18、17.85 ℃，而且厚度對活化能和Z值無顯著影響；但是，燙漂溫度和厚度對活化速率常數和D值具有顯著影響；相比于燙漂溫度，南瓜片厚度對產品的總色差值影響更為顯著。

1.2.2 FIRB在水產品干燥中的應用 FIRB在水產品干燥中應用較少，見諸于文獻的報道多為IR干燥水產品，或者IR干燥與其他干燥方式組合，例如：HAD、微波干燥（microwave drying，MWD）、熱泵干燥（heat pump drying，HPD），研究內容偏重IR參數對水產品干燥動力學和品質特性影響[21]。此外，近紅外光譜作為一種快速、無損檢測手段，可用于水產品品質檢測。

IR加熱是基于輻射源射線波長與被加熱物料特征成分的吸收波長接近，產生類似物理學“共振現象”，進而使物料吸收輻射能，起到加熱作用。但是，對于物料成分，尤其需要鈍化的各類酶，目前尚缺乏較為全面、系統的吸收光譜圖，這也為IR加熱裝備的設計帶來困惑。因此，FRIB在果蔬和水產品干燥領域應偏重：加強食品特征成分紅外吸收光譜數據庫的構建；FIRB預處理對農藥/漁藥殘留、過敏原鈍化等涉及食品衛生與安全的指標是否具有積極作用亟需探究。

1.3 MW燙漂

MWB是指利用頻率范圍300 MHz～300 GHz的電磁波穿透物料，在物料內部轉化成熱能，使物料由內向外完成加熱的過程[22]。MW技術通過電磁波直接傳遞到金屬艙內，由各個方向發散出能量以加熱物料。適當MW處理能夠保持物料抗氧化活性，降低褐變率，果蔬細胞壁多糖結構改性，增加其親水性[23]。MW加熱溫度高、速率快，加熱速率隨系統輸出功率的增加而提高[24?25]，高溫破壞物料中微生物和酶的蛋白質結構，從而達到良好的殺菌和滅酶效果。MWB不需要借助水/蒸汽等介質就可以完成燙漂處理，能夠減少物料加工過程中污染微生物的幾率[24]。

1.3.1 MWB在果蔬干燥中的應用 MWB能夠破壞果蔬細胞壁/膜結構，使細胞壁多糖結構改性，促進后續干燥的快速進行[26]。Liu等[27]比較了MWB、HWB和SB對紫薯HAD特性的影響。結果表明，相比于對照組，MWB預處理使紫薯HAD時間縮短了44%，干制品中花青素保留率為59.35%，高于HWB（53.55%）和SB（40.37%）處理。Jiang等[28]發現，相比于HWB處理，MWB的雙孢菇片在MW真空干燥后微觀結構更均勻，干燥時間縮短了22%。Ruiz-Ojeda等[29]以HWB為對照，研究了MW功率（650、750、900 W）和處理時間（50、100、150、200、250、300 s）對青豆物理特性、酶活和VC含量的影響。結果表明，POD鈍化是描述燙漂效果的最適指標，最適燙漂條件下，HWB和MWB對青豆品質無顯著影響，但是MWB顯著縮短加工時間，而且VC保留率高。因此，MWB是替代HWB的有效方式。

1.3.2 MWB在水產品干燥中的應用 對水產品而言，MWB破壞生物組織細胞結構，進而內部水分狀態發生重排。Binsi等[30]對新鮮鯰魚片進行MWB處理，與對照相比，MWB使鯰魚肉的硬度和咀嚼度增加，可能是由于MW加熱促進魚肉組織中水分轉移，MW加熱也加快了魚肉蛋白質變性。此外，MWB對魚肉中脂肪酸和礦物質組成的影響最小，并使其在后續貯藏中具有較高的穩定性。Zhu等[31]采用HWB（70 ℃，5 min）和MW-US組合燙漂（MW功率：800、1000 W；US頻率25 kHz，振幅50%、100%；燙漂時間：60、120、300 s）預處理翅藻（Alaria esculenta），然后進行后續HAD和FD，探究燙漂預處理對翅藻干制品品質影響。結果表明，脫水翅藻中含有76種揮發性成分，單獨MWB（1000 W）和MW-US（MW 800 W，US振幅50%）具有最高的揮發性成分保留率（98.61%）；而對于礦物質元素，燙漂預處理顯著影響鈉、銅、鐵、錳等元素，而干燥方法顯著影響鈣、鈷、銅、鐵等元素。

MWB極易受物料形狀、大小和物質組成成分的影響，MW穿透能力有限而且使物料受熱不均勻，在部分物料還未達到設定溫度時，其他部分就已經處于過熱狀態；不僅使物料過熱燒焦，還會因為受熱不均勻而產生不同程度的收縮。高強度的MWB可能會導致物料內部結構產生破壞，造成營養物質流失，破壞干制品感官品質等問題。所以，MWB應用于果蔬和水產品干燥時，要根據物料的種類、大小和形狀選擇合適的功率，例如：根據物料含水率變化而實施變功率調節；根據物料不同干燥階段實施的變溫調節等措施，從而達到良好的干燥效果。

1.4 RF燙漂

RF指電磁波譜中頻率范圍1～300 MHz的電磁波（盡管工業上加熱主要頻率范圍10～50 MHz）[32]。RF工作原理與MW類似，都屬于介電加熱，二者區別：MW加熱采用磁控管發射微波，經由波導轉移至加熱腔體，物料在腔體內吸收微波能，并通過偶極子極化和碰撞作用產生熱能；RF加熱則是將待加熱物料置于一對平行電極板之間，物料吸收RF能量，通過離子遷移和偶極子旋轉轉變為熱能，進而起到加熱作用[32]。

RF燙漂（radio frequency blanching，RFB）是指利用RF產生的能量對物料進行加熱的過程。RFB具有較強的穿透能力，且加熱均勻，與MWB和FIRB相比，更適宜于處理體積較大的物料。高強度RF電場會對物料內部組織結構造成破壞，使細胞膜破裂，內容物流出，促進組織中水分擴散。憑借這些特性，RFB能夠作為一種新型預處理方式應用果蔬和水產品干燥領域，從而實現對物料無接觸式、均勻和快速加熱。

1.4.1 RFB在果蔬干燥中的應用 Manzicco等[33]比較了RFB（3.5 kW，27.12 MHz）和HWB處理對蘋果氧化酶活性的影響。結果表明，與HWB相比，RFB能夠有效抑制PPO和脂氧合酶（lipoxygenase，LOX）活性，且蘋果亮度和甜度更高，這是由于RFB處理不需要介質參與，從而有效避免了以水作為介質造成的水溶性營養物質的流失。Zhang等[34]研究了RFB對馬鈴薯PPO、色澤、質地和微觀結構影響，結果表明，隨著溫度增加（25～85 ℃），PPO相對活性降低至小于10%；RFB 85 ℃時，PPO相對活性最低；圓二色譜分析表明，RFB改變了PPO的二級結構，α-螺旋含量降低，導致PPO完全失活；此外，RFB改變了馬鈴薯細胞和淀粉結構。Zhang等[35]研究了RFB和HWB對馬鈴薯PPO、微觀結構和淀粉顆粒特性影響。結果表明，隨著RFB溫度增加（50～90 ℃），殘余PPO活性由60.47%降低至1.35%；與HWB相比，RFB獲得相似的PPO鈍化效果所需溫度為70 ℃，因此，可以有效保留馬鈴薯物理特性；RFB和HWB改變了馬鈴薯細胞形貌和淀粉顆粒形態；相比于HWB，獲得相同PPO鈍化效果時，RFB引起的細胞壁/膜損傷較低。Gong等[36]比較了熱風輔助射頻（hot air-assisted radio frequency，HA-RF）加熱和超聲波輔助滲透脫水（ultrasound-assisted osmotic dehydration，UOD）對胡蘿卜丁同步燙漂和預干燥效果的影響。結果表明，胡蘿卜丁經過HWB處理后，再經過30 min UOD處理，胡蘿卜丁的濕基含水率降低至58.5%；然而HA-RF處理9.0～12 min，胡蘿卜丁含水率降低至60.9%～71.9%，POD酶活降低至5%；UOD在降低胡蘿卜丁水分活度和色澤方面具有顯著優勢，但是HA-RF則在VC保留率和質構方面效果顯著。此外，相比于HWB-UOD預處理（<0.20 kW·h/kg），HA-RF預處理能耗（0.67 kW·h/kg）顯著降低。

1.4.2 RFB在水產品干燥中的應用 RF加熱在水產品領域中的應用主要是殺菌方面，Uemura等[37]采用RF（9 kW）加熱秋刀魚（19 min），直到魚肉中心溫度增加至130 ℃；對照組采用120 ℃、45 min。研究表明，RF加熱可使枯草芽孢桿菌孢子數量降低5個對數級；而對照組降低4個對數級；RF處理后的肉色澤更加明亮。然而，RFB在水產品干燥領域方面的報道尚屬空白，亟需系統、深入研究。

RF加熱在果蔬和水產品干燥領域可偏重：為了有效設計RF加熱系統，提高溫度分布均勻性，亟需明晰各類食品材料的介電特性、形狀、大小和在RF加熱裝置中的最適位置；RF加熱對生鮮食品有害微生物和貨架期方面的影響尚需系統、深入研究；電弧放電現象及其對包裝材料的影響，開發適用于RF加熱的包裝材料。

2 非熱力預處理

2.1 EC

EC是指選擇天然的大分子多糖類、蛋白質類或脂類物質作為成膜劑，采用浸漬、噴灑等方式均勻涂抹于物料表面，在物料表面形成的一層透明薄膜[3]。EC處理可以覆蓋食品表面孔隙結構，進而隔絕氧氣，緩解物料氧化變質；抑制微生物活性，防止腐敗變質[38]。目前，EC主要應用于新鮮果蔬，達到抑制呼吸作用，減少營養成分消耗，延長果蔬貨架期的作用。親水膠體成膜預處理是一種新型的預處理方式，不僅降低了食品干燥過程中風味、色澤和營養素損失，而且不影響食品干燥效率，有些EC預處理甚至提高了物料干燥過程中有效水分擴散系數。EC作為一種新穎的非熱力預處理，在果蔬和水產品干燥領域具有非常廣闊的應用前景。

2.1.1 EC在果蔬干燥中的應用 Dinani等[39]采用響應面法研究了羧甲基纖維素（carboxymethyl cellulose，CMC）成膜預處理對香菇片對流干燥品質特性的影響。結果表明，CMC與氯化鈣在香菇表面形成的交聯網絡結構起到屏障作用，限制了物料與干燥介質之間的空氣交換，從而抑制香菇氧化、蛋白質變性和色澤變化，但會使香菇片硬度增加。Garcia等[40]探究了果膠成膜預處理對番木瓜熱風干燥特性和品質的影響，結果表明，與對照相比，果膠成膜預處理有效防止了活性成分的氧化反應，提高了維生素C的保留率；此外，成膜預處理的水分擴散系數高于對照組，這可能是與由于果膠的親水特性所致；成膜預處理番木瓜干燥前后的細胞組織結構和新鮮番木瓜接近，說明果膠成膜預處理有效地保留了番木瓜的細胞結構。Silva等[41]探究了果膠、乳清分離蛋白（whey protein isolate，WPI）-槐豆膠（locust bean gum， LBG）等2種成膜預處理對菠蘿HAD動力學與品質特性影響，結果表明，2種成膜預處理不會改變菠蘿干燥效率；干燥溫度60 ℃時，2種成膜預處理具有明顯的氧氣阻隔特性；但是，干燥溫度為70 ℃時，果膠成膜預處理較WPI-LBG更能提高維生素C的保留率。Filho等[42]研究了果膠成膜和HWB預處理對南瓜干燥動力學的影響。結果表明，恒速干燥速率由高到低依次為：HWB預處理>EC預處理>對照組；有效水分擴散系數由高到低依次為：EC預處理>HWB預處理>對照組；EC預處理和HWB預處理都可作為南瓜HAD預處理方式。Gamboa-Santos等[43]采用海藻酸鈉（sodium alginate，SA）-乳酸鈣成膜預處理對草莓滲透脫水（osmotic dehydration，OD）-MWD效果的影響。結果表明，EC預處理顯著降低OD過程中固形物的滲入，而對OD效率無影響；后續MVD中，EC預處理對草莓干燥速率和有效水分擴散系數無影響。

2.1.2 EC在水產品干燥中的應用 水產品OD過程中，過多的溶質（氯化鈉）滲入導致肌肉蛋白質尤其肌原纖維蛋白黏彈性降低、品質下降。為抑制OD過程中溶質的過多滲入，提高扇貝柱OD效率，Tian等[44]研究了殼聚糖（chitosan，CHI）、低甲氧基果膠（low methoxyl pectinate，LMP）和SA等3種成膜預處理對扇貝柱OD效率影響，結果表明，扇貝柱OD過程受到成膜材料種類、滲透溶液溫度和氯化鈉質量分數顯著影響；SA和LMP成膜預處理后扇貝柱OD效率高于對照組。Shi等[45]討論了SA成膜預處理、干燥溫度和風速對HDP扇貝柱干燥動力學和品質特性的影響，結果表明，與未經成膜預處理的對照相比，SA成膜后的扇貝柱收縮率顯著降低；有效水分擴散系數隨SA預處理、干燥溫度和風速的增加而增大；而干燥過程中所需的活化能則隨SA預處理而降低。朱智壯等[46]探究了親水膠體成膜預處理對HPD扇貝柱干燥特性和品質特性的影響。結果表明，與未成膜對照組相比，LMP和CHI成膜預處理均顯著提高了扇貝柱干燥速率，有效水分擴散系數分別提高了11.08%和26.73%，成膜預處理降低了扇貝柱的收縮率，提高了干制品的復水率。壓差膨化干燥（explosion puffing drying，EPD）作為一種膨化技術，廣泛應用于非油炸果蔬脆片加工，但對于蛋白質含量豐富的肉制品尤其水產品尚缺乏報道。基于此，Sui等[47]采用親水膠體SA成膜預處理扇貝柱，利用低場核磁共振（low-field nuclear magnetic resonance, LF-NMR）技術，采用預干燥前成膜和2次成膜預處理，顯著提高了EPD扇貝柱品質特性，使EPD技術應用于富含蛋白質的食品物料的膨化干燥成為可能；此外，作者將核磁共振弛豫參數T2與扇貝柱品質特性關聯，闡明扇貝柱壓差膨化機理，該研究為EPD在蛋白質含量豐富的食品尤其水產品中的應用提供理論依據。

EC作為一種新穎的非熱力預處理方式，在生鮮食品干燥領域嶄露頭角，但是EC預處理對于不同生鮮食品干燥效果尚需系統、深入研究。此外，未來EC預處理研究應偏重：親水膠體膜的種類對食品干燥特性和品質的影響；親水膠體膜在不同干燥條件下理化特性、力學特性、熱力學特性和微觀結構等變化規律；成膜條件下，食品內部微觀結構變化規律，闡明成膜預處理對干燥效率和品質影響的機制。

2.2 US

US是指頻率>20 kHz的聲波[48]，根據頻率范圍，US可分為3類：低頻率功率US（20～100 kHz）、高頻率US（100 kHz～1 MHz）和診斷US（1～500 MHz）[2]。高頻US和診斷US主要用于分析材料的物理化學特性，而功率US主要用于破壞細胞結構，強化食品加工過程中的傳熱與傳質[49]。功率US的作用機理主要體現在2個方面：a.在US作用下，物料內部結構不斷進行收縮和膨脹，最終形成海綿狀結構；b.US使物料內部水分產生微小蒸汽氣泡，氣泡在物料內部迅速破裂、壓縮或膨脹而形成空化效應[49]。US預處理可縮短干燥時間，降低干燥能耗，改善干制品品質，在食品干燥領域具有非常廣闊的應用前景。

2.2.1 US在果蔬干燥中的應用 US預處理可強化傳導、對流和輻射等干燥方法。Tao等[50]研究表明，接觸式US可有效縮短大蒜片HAD時間，US可同時強化水分內擴散和水分外擴散，US耦合HAD可有效保留大蒜風味成分和色澤。Dehghannya等[51]采用US輔助強化馬鈴薯間歇MW-HAD聯合干燥。結果表明，US處理10 min，然后MW干燥（900 W，脈沖比4），馬鈴薯干燥效率最高；干燥效率隨US時間、MW功率和脈沖比增加而提高，而收縮率隨US時間和MW脈沖比的減少而降低。Guo等[52]研究了接觸式US對胡蘿卜片IR干燥效果的影響，結果表明，US預處理顯著提高了胡蘿卜片干燥速率和復水比，與單一IR相比，US預處理可使IR干燥時間縮短21%（IR 900 W）、17%（IR 1200 W）和11%（IR 1500 W）；US預處理導致胡蘿卜組織形成更多的多孔結構，促進水分遷移。Krishnan等[53]研究表明，象桔干燥至含水率8.5%時，托盤干燥（tray drying,TD）、真空干燥（vacuum drying，VD）和US輔助真空干燥（ultrasonic vacuum drying，UVD）所需時間分別是930、870、690 min；UVD色澤也優于其他2種方法。Merone等[54]以胡蘿卜和茄子為研究對象，以能耗和環保為評判指標，探究US在常壓冷凍干燥（ultrasound-assisted atmospheric freeze-drying）中的應用。結果表明，US預處理使干燥總能耗降低70%，生命周期評估（life cycle assessment，LCA）表明，與傳統FD相比，采用US預處理時，所研究的每種研究類別降低58%～82%（具體值取決于產品和影響類別）。

2.2.2 US在水產品干燥中的應用 US預處理在水產品干燥中也展示出良好的效果。Zhu等[2]利用LF-NMR分析了不同功率（90、180 W）US預處理對扇貝柱HPD動力學及品質影響，結果表明，US預處理破壞了扇貝柱結構，促進扇貝柱中結合水向自由水的轉化，從而提高HPD效率；功率90和180 W的US預處理使扇貝柱有效水分擴散系數提高了12.43%和23.35%；此外，US預處理可降低扇貝柱總色差和硬度，但是對收縮率和復水速率影響不顯著。Santacatalina等[55]研究了US（20.5 kW/m3）預處理對脫鹽鱈魚片（50 mm×30 mm×5 mm）在不同HAD溫度（?10、0、10 ℃）條件下動力學特性和品質的影響，結果表明，US預處理可提高低溫干燥鱈魚干燥速率，尤其對于?10℃干燥；US預處理略微降低了鱈魚片復水速率，但增加了樣品硬度，而且干制品色澤更好。Kadam等[56]研究了US預處理對褐藻HAD動力學影響，結果表明，US預處理顯著縮短干燥時間，降低能耗；而且，US預處理有利于保持干制品的色澤。此外，US預處理在強化干制品復水特性方面也有明顯效果，Zhang等[57]研究了US預處理對干制海參復水特性的影響，結果表明，隨著US功率由100 W增加至300 W，頻率由45 kHz降低至28 kHz，干制海參復水比和持水性增加；隨著US功率增加，復水過程中不易流動水和自由水比例增加，進而提升了海參的持水力；US輔助復水使干制海參復水效率提高12倍，節約復水時間44 h，而且對海參質構無任何不利影響。

US在食品干燥領域研究較多，尤其在果蔬干燥領域，但是在水產品干燥領域研究的廣度和深度較為欠缺。此外，US在食品干燥領域研究應偏重：a.基于多學科（如聲學、化學、力學和材料科學等）交叉的US強化干燥效率機理；b.目前US輔助干燥研究多在實驗室范圍內，開發工業化應用的US設備是未來發展趨勢。

2.3 PEF

PEF指通過施加外加電場（食品領域常采用200～1000 V/cm）使生物細胞膜內外產生的電位差，當電位差超過細胞膜臨界值時，發生電穿孔效應，導致細胞膜破裂，通透性增強[3?4]。PEF電穿孔效應使細胞膜局部失去選擇透過性，細胞膜通透性增加，導致微生物死亡。此外，對于食品物料而言，細胞膜破裂加速物料中熱量和水分的傳遞速率，提高干燥效率。

2.3.1 PEF在果蔬干燥中的應用 PEF預處理也可強化傳導、對流和輻射等干燥方法。Yamakage等[58]比較了PEF、HWB和對照組對菠菜HAD動力學和品質特性影響，研究表明，PEF預處理抑制干制品收縮，提高了干燥速率；與HWB和對照相比，PEF預處理降低了菠菜抗壞血酸降解率，保持了菠菜表面色澤。Liu等[59]研究表明，PEF預處理強化了胡蘿卜片的VD動力學，尤其干燥溫度低時更為明顯，例如：干燥溫度為25和90 ℃時，PEF預處理可使胡蘿卜片干燥時間分別縮短55%和33%；相比于對照，PEF預處理對VD胡蘿卜色澤影響較小。Lammerskitten等[60]研究表明，相比于對照，PEF預處理可強化蘋果片FD效率，有效水分擴散系數提高44%，干燥時間縮短57%；盡管PEF預處理后的FD蘋果片初始水分活度高，但是對照組蘋果片貯藏過程中水分吸附能力更強，因此貯藏穩定性：PEF預處理>對照組，這是由于PEF預處理的蘋果片結晶度（35.5%）高于對照組（11.0%）。Rybak等[61]采用PEF預處理紅甜椒，然后榨汁，最后進行噴霧干燥（spray drying，SD）。結果表明，與對照相比，PEF預處理所得的SD粉具有維生素C含量高、粉末粒徑大、粉末吸濕性低等特性。Andreou等[62]采用PEF（0.5～1.5 kV/cm，時間1.3、2.2、135.0 ms）預處理西葫蘆，然后進行HAD（40～70 ℃）；此外，PEF（1.5 kV/cm，500次脈沖）預處理后西葫蘆，然后進行后續深層油炸（150、160、170 ℃）。研究表明，相比于對照，PEF可提高西葫蘆HAD過程中有效水分擴散系數35%，減少干燥時間25 min，節能169 MJ/kg；此外，相比于對照，PEF預處理可使油炸西葫蘆含油量減少36%。

PEF-US聯合預處理，在果蔬干燥領域展示良好效果，Wiktor等[63]研究了PEF、US聯合預處理（PEFUS和US-PEF）對胡蘿卜HAD動力學和品質的影響。結果表明，聯合預處理使干燥時間由對照組298 min縮短至180～255 min；PEF-US預處理胡蘿卜具有最高的有效水分擴散系數（11.5×10?10m2/s），其值較對照組高63%；相比于對照，PEF、US聯合預處理具有較高的胡蘿卜素保留率（60.5%～80.6%）、較低的吸濕能力，而且色澤良好（即紅度值高，黃度值低）。Li等[64]研究了PEF、US和PEF-US對香菇HAD傳質和品質特性影響，結果表明，相比于對照，預處理可加速香菇HAD過程中傳質效率，縮短干燥時間，降低干燥能耗；預處理使香菇細胞內空間拓展，形成大空洞，進而促進干燥和干制品復水過程；預處理可有效保留干制品色澤和營養特性；預處理組中，PEF-US處理香菇的干燥時間（4.7 h）最短，酚類物質含量（224.17 μg/μL）和可溶性糖（3.90 mg/mL）含量最高。

2.3.2 PEF在水產品干燥中的應用 電場預處理在水產品干燥領域報道較少。Semenoglou等[65]研究了PEF預處理（1.6 kV/cm，1500脈沖/19.7 kJ/kg）對海鱸魚魚片OD效果的影響。結果表明，1500脈沖PEF預處理使魚片有效水分擴散系數提高50%，溶質擴散系數提高66%。Bai等[66]采用電流體動力學干燥（electrohydrodynamic drying，EHD）（45 kV，8 h，環境溫度15 ℃，RH 65%）、HAD（60 ℃）和風干（15 ℃，RH 65%）等3種方式干燥蝦肉。結果表明，EHD、HAD和風干分別去除71.1%、91.8%和16.4%蝦肉水分；干燥前6 h，3種干燥方式的平均干燥速率分別為62.95、81.76和16.24 mg/min；相比于HAD，EHD蝦肉收縮率低、復水率和色澤增加。Bai等[67]探討了EHD、FD和EHD-FD等3種干燥方式對海參干燥效果影響。結果表明，相比于FD，EHD-FD可顯著縮短干燥時間，降低干燥能耗；而且干制品收縮率降低，復水率、蛋白質含量增加。Tamarit-Pino等[68]采用EHD（20、30、45 kV，時間30、45、60 min，介質溫度25.6 ℃，RH 54.8%）預處理海參，然后進行FD（EHD-FD），此外，海參進行FD和日光干燥，探究3種方式對海參干燥特性與品質影響。結果表明，隨著電壓增加，海參表面水分蒸發加快，初始干燥速率增加；30 kV、30 min預處理干燥效率最高，而且干制品復水比高；日光干燥表面硬化最嚴重，其次是EHD-FD，最后是FD，這和海參復水率變化吻合。

PEF在食品干燥領域應用大多處于實驗室規模，而且集中在果蔬干燥領域，而對于水產品干燥領域研究不夠深入。但是，PEF在食品干燥領域中應用遠遠達不到工業化規模，這主要是因為：PEF機理尚未明確；PEF預處理效果顯著依賴于干燥方式和食品種類，但這方面的數據較為欠缺。此外，同PEF類似，脈沖磁場（Pulsed magnetic field，PMF）是由變化的脈沖電場產生，其在食品干燥領域同樣具有潛在的研發和應用前景。

2.4 CP

CP是一種含有不同電子、離子和中性活性物質的電離氣體。等離子體被稱為第4態物質，包含許多活性物質，如電子、正負離子、自由基、激發態或非激發態粒子[69]。CP中電子和其他粒子處于非熱力學平衡狀態，電子溫度遠大于其他粒子溫度，體系能量主要集中在高能電子中，因此整體溫度可維持在較低水平。CP的產生過程可分為電子碰撞階段和重粒子碰撞階段。常見的產生方式有大氣壓等離子體射流（atmospheric pressure plasma jets，APPJ）、介質阻擋放電（dielectric barrier discharge，DBD）、電暈放電（corona discharge，CD）、微波放電（microwave discharges，MD），食品加工中，最常用的是APPJ與DBD[70?71]。CP在食品工業領域的應用主要有食品殺菌、抑制酶活性、抑制蛋白質類過敏源、食品組分改性、包裝材料改良、農藥降解等[71]。

2.4.1 CP在果蔬干燥中的應用 應用CP作為預處理方式在生鮮食品干燥中報道較少，Zhang等[72]采用CP（15、30、45、60 s）預處理紅辣椒，探究其對HAD動力學及品質特性的影響。結果表明，CP預處理能夠提高紅辣椒干燥速率，預處理30 s干燥效率最佳；CP預處理時間對干制品色澤無顯著影響；CP預處理時間30 s時，紅辣椒色素含量顯著提高，但是，CP預處理時間高于30 s時，色素含量逐漸降低；抗氧化能力則隨CP預處理時間延長而增加；CP預處理后的辣椒具有明顯的孔隙結構；干燥過程中水分通過孔隙結構進行轉移，從而加快干燥速率；另外，CP預處理會引起細胞超微結構改變，這種改變可能促進了細胞內水分和植物化學物質的擴散。Zhou等[73]研究了CP（15、30、45、60 s）預處理對枸杞HAD動力學和品質特性影響，同時與化學預處理（碳酸鈉溶液）和未進行任何預處理組進行對比。結果表明，適宜CP預處理可縮短50%干燥時間；CP預處理增加枸杞復水率7%～16%，干制品色澤顯著強于對照組，總色差降低18%～27%；隨著CP處理時間延長，營養素含量呈先增加而后降低趨勢；這主要是由于細胞壁、細胞膜隨CP處理時間延長而破裂，促進了水分和營養素的釋放和擴散，進而強化了干燥效率和營養素提取。Bao等[74]探究CP（15、30、60 s）預處理對棗片HAD（50、60、70 ℃）效果的影響。結果表明，CP蝕刻作用改變了棗片表面形貌，促進水分遷移，進而強化干燥效率和有效水分擴散；CP預處理使棗片原花青素、黃酮和酚類成分分別增加53.81%、33.89%和13.85%，使抗氧化能力最多增加36.85%；CP預處理可降低5-羥甲基糠醛52.19%。Loureiro等[71]研究了CP激發頻率（200、500、800 Hz）對Tucum?（Astrocaryum aculeatum）干燥過程和生物活性成分影響。結果表明，CP預處理改變果片表面結構，促進水分擴散，提高干燥速率，縮短干燥時間；不同頻率預處理之間干制品色澤和干燥時間差異不顯著；CP預處理提高了酚類含量（45.3 mg GAE/g）和抗氧化成分含量（799.8 μm ET）。

2.4.2 CP在水產品干燥中的應用 CP在水產品中的應用主要集中在生鮮水產品或水產加工制品貯藏保鮮方面，通過CP對微生物抑制和鈍化酶的作用，延長水產品貨架期[75]。此外，CP預處理可以影響水產品品質特性，主要體現在理化特性、脂肪酸組成、脂質降解和蛋白質氧化、結構改性等方面[75?76]。但是，CP作為預處理方式，在水產品干燥領域尚未有報道，亟需系統、深入研究。

綜上，CP作為新型殺菌方法，在生鮮食品貯藏保鮮領域應用較多，但是在生鮮食品干燥領域應用報道較少，但是潛力巨大，未來研究應偏重：a.CP預處理在生鮮食品干燥領域的應用的廣度和深度亟需加強；b.CP在干制品殺（抑）菌、殺蟲等方面的研究；c.CP預處理對干制品營養素影響規律和變化機制。

2.5 其他新型預處理方式

歐姆加熱(Ohmic heating，OH)，又稱電阻加熱、焦耳加熱，是指將物料置于2個電極之間，利用食品本身具有的介電特性，當電流通過食品時，在食品內部電能轉化為熱能，起到加熱、殺菌等作用。歐姆燙漂（ohmic blanching，OHB）預處理時間短，而且產品營養素、色澤、質構優，可替代傳統HWB和SB，應用于櫻桃、草莓、菊芋、胡蘿卜等果蔬及其制品燙漂預處理；燙漂溫度難于精準控制、水分子電解產生氫氣和氧氣、電極易于腐蝕是OH在食品燙漂預處理領域應用存在的問題[16]。IR是指采用極短波長、高強度電磁波發射能量，使被輻照物質原子電離的過程。常用射線包括X-射線、γ-射線、電子射線，可對被輻照物質產生直接和間接影響；直接影響是指對細胞成分如DNA、脂質等影響，間接影響是電離產生的自由基和活性基團與細胞或食品成分作用；IR在食品領域用于主要集中在殺（抑）菌、鈍化酶、殺蟲等方面[77?78]。UHP是指將物料置于100～1000 MPa，維持一段時間，達到殺菌[79]、物料改性[80]、調控生化反應速率[81]等目的。目前，OH、IR和UHP等在果蔬和水產品干燥領域應用報道少。但是，這些新型預處理具有潛在的強化干燥效率和改善干制品品質效果，亟需全面、深入研究。

3 結語

干燥前預處理可顯著強化果蔬和水產品干燥特性，改善干制品品質。新型熱力或非熱力預處理技術通過電場磁場或聲波等形式對物料內部結構進行改造，以達到縮短干燥時間、提高干燥品質、節能等目的。未來干燥預處理領域應偏重：a.新型預處理技術（如IR、PEF、CP等）在水產品干燥領域的研究較少，因此對于其加工條件、操作參數和作用機理值得進一步的研究；b.對于MW、RF等技術，作為干燥預處理方式尚存在一些缺陷，例如：加熱不均勻、受影響因素過多等，這些不足可以作為未來預處理技術研究的突破點；c.生鮮食品結構復雜多樣，目前大部分預處理技術僅能滿足部分物料的預處理要求，基于材料科學與工程基本理論，將其與干燥預處理方式結合，探究預處理提高干燥效率機理，是未來干燥領域的研究重點和難點；d.研發一類影響因素少、涵蓋范圍廣的新型預處理技術，也成為干燥預處理技術研究的重點；e.可以根據不同食品種類、組織結構特點，將不同預處理技術結合使用，取長補短，以達到干燥過程和干制品品質的最優效果，使干燥預處理技術成為食品干燥領域提高干燥效率、改善產品品質的有效途徑。