果蔬分阶段组合干燥技术的研究现状

秦军伟，李成华，宫元娟

1(沈阳农业大学工程学院，辽宁沈阳，110866)2(沈阳理工大学机械工程学院，辽宁沈阳，110159)

果蔬分阶段组合干燥技术的研究现状

秦军伟1，李成华2，宫元娟1

1(沈阳农业大学工程学院，辽宁沈阳，110866)2(沈阳理工大学机械工程学院，辽宁沈阳，110159)

文中主要介绍了热风、热泵、微波、真空冷冻相组合和干燥技术在果蔬干制中的研究现状，并提出组合干燥技术需解决的问题。

果蔬，组合干燥，热风干燥，热泵干燥，微波干燥，冷冻干燥

目前，果蔬干燥技术主要有热风干燥、微波干燥、真空干燥、微波真空干燥、冷冻干燥、热泵干燥和渗透脱水等几种方式。不同干燥方式都有其优势和不足。除了改进现有干燥设备、开发干燥新技术以外，组合干燥技术也是解决这一问题的有效途径。

1 组合干燥技术

果蔬中的水以游离水、胶体结合水和化学结合水3种状态存在。大部分游离水和胶体结合水在干燥过程中被除去，化学结合水一般不能用干燥的方法除去。组合干燥技术是根据物料特性，将2种或2种以上的干燥方式组合起来，利用其优点，在不同干燥阶段采用不同的干燥方法，分别以蒸发或升华等方式除去物料中大部分游离水和胶体结合水的干燥技术［1］。

根据组合的时间段，组合干燥可分为串联式和并联式2种。串联式组合干燥又称分阶段组合干燥，其特征是在不同的时间段中组合不同的干燥技术，如热风-微波和微波-热风组合干燥技术就是分阶段组合干燥的典型方式;而并联式组合干燥又称同阶段组合干燥，其特征是在相同的时间段中组合不同的干燥技术［2］，如微波真空干燥即是微波干燥和真空干燥技术的组合形式，既可提高干燥效率，又能保证干燥品质。

国外学者侧重于同阶段组合干燥技术的研究和应用，但采用的干燥设备多需专门研制，如 Abbasi Souraki等采用改装的微波-流化床、微波-热风等组合干燥设备对大蒜、橙子等进行研究［3－5］。而国内学者则侧重于分阶段组合干燥技术的探索，即采用常用干燥设备进行组合搭配，如热风与真空、热风与微波的组合，主要研究组合干燥的工艺顺序、转换点含水率及最佳工艺参数。

2 果蔬分阶段组合干燥技术的研究

2.1 热风相关的分阶段组合干燥技术

热风干燥技术被广泛用于加工传统的干燥食品［6］，我国90%的蔬菜脱水采用常压热风干燥。但是，在热风干燥的降速阶段，热能利用率低，干燥时间长;而高温干燥下，产品的颜色、营养价值和风味等品质变差［7］。根据热风干燥的特点，可考虑与微波、微波真空、冷冻等干燥技术配合使用。

马先英等对胡萝卜片进行了热风-微波组合干燥研究，分析热风温度、转换点含水率、微波功率对组合干燥速率和产品感官品质的影响。研究表明，当热风温度为65℃、转换点的含水率为60%、微波输出功率为170 W时，组合干燥速率比热风干燥速率提高1.4倍以上，干燥时间缩短了38 min，且干制品的色泽、香味、形状和表面硬度都有较大的改善［8］。张丽华等对木瓜片的热风-微波组合干燥进行了研究，考察工艺参数对干燥速率、总黄酮含量和色泽的影响。结果表明，热风70℃ +微波功率210W的组合干燥工艺的干燥速率是热风干燥的6倍左右，而干燥时间仅为热风干燥的50%;组合干燥木瓜片干制品的总黄酮含量最高，达1.98%;但组合干燥的木瓜片色泽不如70℃热风干燥的效果［9］。杨大伟等采用热风-微波组合干燥方法加工黄花菜，研究表明，采用先微波后热风的组合干燥方法，虽能缩短干燥时间，但干制品质量较差;而采用先高温热风后低功率微波的组合干燥方法，既可缩短干燥时间，提高生产效率，又能保证产品质量［10］。

胡庆国等分别以毛豆、甘蓝为原料，进行热风-真空微波组合干燥的研究，考察热风干燥温度、转换点含水率、微波功率和真空度对干燥特性的影响。研究表明，组合干燥毛豆和甘蓝所需时间远低于热风干燥，干制品中叶绿素等成分的保留率均高于热风干燥;但徐艳阳的研究未能解决叶(根)菜类产品易出现气泡、焦边及微波加热分布不均等工艺问题［11－13］。

Adam Figiel以甜菜根为对象，先以热风干燥进行预处理，再进行真空-微波干燥，并与冷冻干燥结果进行比较。研究表明，与热风干燥比较，热风-真空-微波组合干燥明显缩短干燥总时间，降低干制品的收缩率;组合干燥制品还能获得较好的复水性、较高的抗氧化性，这与冷冻干燥效果相近［14］。

2.2 热泵相关的分阶段组合干燥技术

热泵干燥是近期发展的一项能效显著而又切实可行的新技术［15］，已应用于木材干燥、蔬菜脱水以及生物制品干燥等领域［16］。因为采用低温干燥(40～50℃)，其干燥效率低，易导致微生物超标，特别是干燥后期的能耗较高，从而制约了它的推广应用。而与热风、远红外等其他干燥技术结合，在保证干制品质量的同时，可提高后期干燥的效率，降低能耗。

张绪坤以胡萝卜为原料，对热泵-热风组合干燥与单一的热泵干燥和热风干燥进行比较。研究表明，当采用热泵干燥温度35℃、转换点含水率1.36kg/kg、热风干燥温度65℃的干燥工艺时，组合干燥时间比热泵干燥缩短3.5h，产品复水性比热泵干燥高16.6%、比热风干燥高24.5%，耗能只有隧道式干燥的74.1%、网带式干燥的84.7%和真空冷冻干燥的9.4%［17］。徐建国的研究表明，采用热泵-热风组合干燥胡萝卜片，既能显著缩短热泵干燥时间，又能最大程度地降低了热风干燥对物料有效成分的热破坏，提高了产品品质［18］。

徐刚等对胡萝卜片进行了先热泵后远红外的组合干燥研究，考察漂烫时间、热泵干燥温度和远红外辐射功率对含水率的影响，确定最佳参数分别为120s、45℃和2kW;并根据干燥速率、能耗、类胡萝卜素保存率进行综合评价，确定最佳转换点含水率为50%，此时的干燥时间短、干燥能耗低、类胡萝卜素损失少［19］。顾震的研究也证实，对胡萝卜片采用热泵-远红外的组合干燥方法，既能提高干燥速率、降低能耗，又能保证干制品的品质［20］。

成刚在甘蓝菜热泵干燥单因素试验基础上，确定联合干燥方式为先热泵干燥后热风干燥。以热泵干燥温度、转换点含水率、热风干燥温度为因素，以单位能耗除湿量SMER和叶绿素含量为指标，通过响应面优化分析，确定联合干燥最佳工艺参数:热泵干燥温度57.2℃、转换点含水率 26.4%、热风干燥温度54.5℃。研究表明，热泵-热风组合干燥甘蓝制品的叶绿素含量高于热泵干燥，Vc含量和复水比高于热风干燥，SMER比热风干燥降低了40.67%［21］。

2.3 冷冻相关的分阶段组合干燥技术

冻干过程中，由于不存在液态水，且低温干燥，所以变质现象和微生物反应被抑制［22］，冻干制品的挥发性、热敏性和芳香成分损失小，营养成分保留率高，外观品质高;但是，冻干过程能耗高、时间长，制约了冻干技术的应用。将冷冻干燥与热风、热泵、微波等其它干燥技术相结合，在提高产品品质的同时，可实现节时降耗的要求。

李瑞杰对苹果片进行了冷冻-微波真空组合干燥的研究。通过实验分析冷冻干燥和微波真空干燥对苹果片干燥过程的含水率、能耗、Vc保留率及感官品质的影响，确定最佳组合工艺参数为:冷冻干燥的真空度10～100 Pa、物料装载量250 g、加热板温度55℃，转换点含水率22.0%，微波真空干燥的真空度20.4 kPa、微波功率346.3 W，此时的干燥能耗低、Vc保留率高、感官品质高［23］。

宋芸对胡萝卜片采用微波真空-冷冻干燥组合干燥进行研究，考察工艺参数对干制品的色泽、收缩变形、营养成分、复水性、质构等的影响，确定最佳工艺参数:微波真空干燥的真空度为30～45 kPa、微波功率密度为0.82 W/g、胡萝卜片厚度为8 mm，当水分损失40%时，采用冷冻干燥，加热板初始温度为－15℃，12h后升温至5℃，3 h后升温至15℃，l h后温升至30℃至干燥终点。研究表明，经组合干燥后，胡萝卜片的色泽、营养成分保留率、复水性接近冷冻干燥效果，且能耗比冷冻干燥降低56%;虽有收缩变形，但仍可保持较好的外形［24］。

徐艳阳等对草莓和毛竹笋进行了冷冻-热风组合干燥实验，确定最佳转化点含水率和干燥工艺。研究发现，组合干燥的果蔬品质和外观接近于冷冻干燥，而明显优于热风干燥;与冷冻干燥相比，在组合干燥最佳转化点时，能耗费用分别降低了32%和21%左右;对组合干燥后的草莓研究时，发现切面的芯部有褐变现象，有待进一步研究［25－26］。

2.4 渗透脱水相关的分阶段组合干燥技术

渗透脱水是指在一定温度下，将果蔬浸入高渗透压的溶液(糖溶液或盐溶液)中，利用细胞膜的半渗透性使果蔬中的水分转移到溶液中，达到除去部分水分的一种技术。近年来，由于对能量的需求相对较低，渗透脱水技术受到密切关注，目前已应用于食品原料的部分脱水工艺中，特别是可以作为其他干燥方法的前期处理工艺［27］，暂时不能独立干燥果蔬，只能与微波或热风干燥等其他技术结合使用。

庞韵华以苹果片为研究对象，前期采用渗透脱水技术，考察渗透液的成分和温度及渗透时间对失水率、固形物增加率和复水率的影响，当渗透时间为100 min、渗透温度为42℃、渗透液组成为25%麦芽糖+45%蔗糖时，可脱除20%的水分。后期采用微波真空+热风的组合方式进行后期干燥，当微波功率为314 W、真空度为3.0～4.5 kPa，转换点含水率为40%、热风干燥温度为60℃时，干燥后苹果片的色泽、营养成分保留和复水性比较接近真空冷冻干燥效果，干燥制品的收缩变形和脆性比真空冷冻干燥产品变化大，但仍比微波真空干燥的产品好［28］。

程璐以渗透脱水最佳工艺条件下的莴笋片为原料，分别进行后期的热风干燥和微波干燥试验。研究发现，渗透-热风组合干燥与热风干燥相比，Vc保存率提高了7～10倍，水分活度降低了10%以上，复原率提高了2～3倍，但在60℃热风温度时组合干燥要比热风干燥时间长2～3 h;渗透-微波组合干燥与微波干燥相比，干燥时间缩短约50%，而与渗透－热风组合干燥相比，渗透-微波组合干燥的时间短，色泽、品质优良［29］。

FreHdeHric Prothon等分别以苹果、西红柿和蘑菇为对象，前期进行渗透脱水预处理，后期采用微波-热风干燥，研究组合干燥对产品干燥时间及品质的影响。结果表明，采用渗透脱水预处理，可缩短干燥时间，提高产品质量，如复水性、收缩率、质地和微观结构等都有明显改善［30－32］。

3 展望

3.1 分阶段组合干燥工艺和最佳转换点含水率的研究

由于果蔬的种类和组织结构差别较大，某种组合干燥方式和工艺参数并不适合所有果蔬的干燥。所以，应针对具体果蔬，研究合理的组合干燥方式和工艺条件，实现低能耗和高品质的果蔬干燥要求。

转换点含水率是组合干燥工艺中的关键参数，其对干燥过程中的干燥时间、能耗、营养成分保留率及外观品质等产生重要影响。但是，目前主要采用实验测定法来确定转换点含水率，而缺乏必要的理论支持。所以转换点含水率的研究将是组合干燥研究的重点内容之一。

3.2 分阶段组合干燥过程数学模型的完善

干燥过程的传热传质理论是建立在分子动力学和热力学基础上的，建立合理的数学模型对研究组合干燥机理、干燥过程优化和自动控制具有非常重要的意义。国内学者也已利用各种方法，建立了一些较好的组合干燥数学模型，但是其通用性较差，只适合于某一种果蔬，而且与实际干燥过程的拟合程度并不理想。因此，完善组合干燥的数学模型，提高其通用性，对于预测和指导组合干燥工艺及提高产品质量是十分必要的。

［1］张慜，徐艳阳，孙金才.国内外果蔬联合干燥技术的研究进展［J］.无锡轻工业大学学报，2003，22(6):103－106.

［2］张慜.生鲜食品联合干燥节能保质技术的研究进展［J］.干燥技术与设备，2009，7(5):214－219.

［3］Abbasi B Souraki，Mowla D.Experimental and theoretical investigation of drying behaviour of garlic in an inert medium fluidized bed assisted by microwave［J］.Journal of Food Engineering，2008，88:438－449 .

［4］Ruiz G Diaz，Martinex-Monzo J，Fito P，et al.Modelling of dehydration-rehydration of orange slices in combined microwave/air drying［J］.Innovative Food Science and Engieering Technologies，2003，4:203－209.

［5］Sharma G P，Suresh Prasad.Drying of garlic(Allium sativum)cloves by microwave – hot air combination［J］.Journal of Food Engineering，2001，50:99－105.

［6］Mongpraneet S，Abe T，Tsurusaki T.Accelerated drying of welsh onion by far infrared radiation under vacuum conditions［J］.Journal of Food Engineering，2002，55:147－156.

［7］Reyes A，Ceron S，Zuniga R，et al.A comparative study of microwave-assisted air drying of potato slices［J］.Biosystems Engineering，2007，98:310－318.

［8］马先英，林艾光，牟晨晓.用热风与微波组合干燥胡萝卜的工艺［J］.大连水产学院学报，2007，22(2):30－33.

［9］张丽华，徐怀德，李顺峰.不同干燥方法对木瓜干燥特性的影响［J］.农业机械学报，2008，39(11):70－78.

［10］杨大伟，夏延斌.微波和热风联合干燥薄层黄花菜的方法研究［J］.食品科技，2003(9):29－32.

［11］胡庆国，张慜，杜卫华，等.不同干燥方式对颗粒状果蔬品质变化的影响［J］.食品与生物技术学报，2006，25(2):28－32.

［12］Hu Qing-guo，Zhang Min，Arun S.Mujumdar，et al.1Drying kinetics and quality of beetroots dehydrated by combination of convective and vacuum-microwave methods［J］.Journal of Food Engineering，2006，77:977－982.

［13］徐艳阳，张慜，陈亦辉，等.热风和微波真空联合干燥甘蓝试验［J］.无锡轻工业大学学报，2003，22(6):64－67.

［14］Adam Figiel.Drying kinetics and quality of beetroots dehydrated by combination of convective and vacuum-microwave methods［J］.Journal of Food Engineering，2010，98:461－470.

［15］Soylemez M S.Optimum heat pump in drying systems with waste heat recovery［J］.Journal of Food Engineering，2006，74(3):292－298.

［16］Prasertsant S，Saen-saby P.Heat pump drying of agricultural materials［J］.Drying Technology，1998，16(1/2):235－250.

［17］张绪坤，李华栋，徐刚，等.脱水蔬菜热泵－热风组合干燥试验［J］.农业工程学报，2008，24(12):226－229.

［18］徐建国，李华栋，徐刚，等.胡萝卜片热泵－热风联合干燥特征与模型化研究［J］.食品工业科技，2008，29(11):145－148.

［19］徐刚，顾震，徐建国，等.胡萝卜热泵－远红外联合干燥工艺研究［J］.食品与发酵工业，2009，35(6):96－99.

［20］顾震，徐刚，徐建国，等.胡萝卜热泵与远红外辐射加热联合干燥工艺研究［J］.食品科技，2009，34(4):75－79.

［21］成刚.蔬菜热泵型联合干燥研究［D］.无锡:江南大学，2008.

［22］Lin Yeu pyng，Lee Tsai-yun，Tsen Jen-horng，et al..Dehydration of yam slices using FIR-assisted freeze drying［J］.Journal of Food Engineering，2007，79:1 295 –1 301.

［23］李瑞杰.休闲型脱水果蔬的联合干燥工艺研究［D］.无锡:江南大学，2008.

［24］宋芸.微波真空与真空冷冻干燥组合生产脱水果蔬［D］:无锡:江南大学，2008.

［25］徐艳阳，张慜，孙金才，等.真空冷冻与热风联合干燥草莓［J］.无锡轻工业大学学报，2005，24(1):45－48.

［26］徐艳阳，张慜，屠定玉，等.真空冷冻与热风联合干燥毛竹笋［J］.无锡轻工业大学学报，2004，23(6):27－32.

［27］Ade-Omowaye B I O，Rastogi N K，Angersbach A，et al..Combined effects of pulsed electric field pre-treatment and partial osmotic dehydration on air drying behaviour of red bell pepper［J］.Journal of Food Engineering，2003，60:89－98.

［28］庞韵华.组合干燥法生产苹果片的研究［D］.无锡:江南大学，2008.

［29］程璐.莴笋渗透脱水及其复合干燥的试验研究［D］.合肥:合肥工业大学，2007.

［30］FreHdeHric Prothon，Lilia M.Ahrne，Tomas Funebo，et al.Effects of combined osmotic and microwave dehydration of apple on texture，microstructure and rehydration characteristics［J］.LWT，2001，34:95－101 .

［31］Heredia A，Barrera C，Andres A.Drying of cherry tomato by a combination of different dehydration techniques.Comparison of kinetics and other related properties［J］.Journal of Food Engineering，2010，98:461－470.

［32］Erik Torringa，Erik Esveld，Ischa Scheewe，et al.Osmotic dehydration as a pre-treatment before combined microwave-hot-air drying of mushrooms［J］.Journal of Food Engineering，2001，49:185－191.

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

硕士，讲师(E-mail:qinjunwei 2010@163.com)。

2010－09－13