真空冷凍聯合干燥技術在果蔬加工中的應用現狀

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，延長貨架期，減少損耗，在一定程度上保留營養物質。目前，在果蔬干燥領域，為了最大限度地保留營養，應用較多的是真空冷凍干燥技術。本文綜述真空冷凍聯合干燥技術在果蔬加工中的應用現狀，為真空冷凍聯合干燥技術在果蔬加工中的應用提供參考。

關鍵詞：真空冷凍干燥；果蔬加工；應用

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

我國是世界上果蔬產量最大的國家之一，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養物質，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、運輸等過程中容易發生腐敗變質及機械損傷，既導致營養成分的損失，又造成經濟損失。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，產品附加值較低，不利于消費升級。果蔬的干燥加工可以減少水分含量，延長果蔬的保質期，且方便儲存和運輸。真空冷凍干燥技術在食品中的應用非常廣泛，本文對真空冷凍聯合干燥技術在果蔬加工中的應用進行研究。

1 真空冷凍干燥技術概述

1.1 真空冷凍干燥技術的原理

真空冷凍干燥是先將濕物料凍結到共晶點溫度以下，使水分變成固態的冰，然后通過抽真空將物料中的水分由固態直接升華為氣態而排出物料之外的一種干燥方法。其干燥過程主要分為預凍和干燥兩部分。在預凍階段，凍結速率將會影響冰晶的尺寸大小。凍結速率越大則形成的冰晶越大，會導致物料內部形成較多孔隙結構，有利于干燥的進行，但對物料的細胞結構會造成一定程度的破壞；當凍結速率較小時，形成的冰晶較小，對物料結構的影響較小[1]。

真空冷凍干燥的干燥階段有升華干燥和解析干燥兩個過程。升華干燥階段是在真空條件下物料中的水分從凍結狀態直接以氣態形式大量升華逸出的過程。隨著升華干燥的進行，物料內部形成的孔隙結構有利于后續干燥的進行[2]。解析干燥主要是與物料結合緊密的結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變溫度決定，一般認為物料中冰晶消失時即為解析干燥的起點，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 真空冷凍干燥技術的優缺點

相較于傳統高溫高熱的干燥方式，真空冷凍干燥在低溫、真空的環境下進行，具有其他干燥不可比擬的優點。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養物質[4]。②冷凍干燥是凍結的固態冰晶通過升華除去水分，可保持物料的原有結構而不發生皺縮等現象。③真空冷凍干燥后物料呈現疏松多孔的網狀結構，有利于復水及后續加工[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點，但目前也存在自身難以克服的顯著缺點，如相較于傳統的干燥方式，真空凍干時間明顯較長，是其他干燥方式的幾倍甚至十幾倍之多[6]；同時，真空冷凍干燥能耗較高，設備機組昂貴，干燥效率較低，生產成本限制了真空冷凍干燥在果蔬加工中的產業化應用。

2 真空冷凍聯合干燥技術在果蔬加工中的應用

為了克服真空冷凍干燥技術的缺點，提高干燥效率，可以引入熱風、微波、紅外等常用的干燥方式與真空冷凍干燥技術進行聯合使用。通過對真空冷凍聯合干燥技術的原理、效率、能耗及干燥品質進行分析，并與單一干燥方式進行對比，為果蔬加工提供干燥效率高、時間短、加工品質好的聯合干燥技術。

2.1 真空冷凍+熱風聯合干燥技術的特性及應用研究

2.1.1 真空冷凍+熱風聯合干燥技術的特性

熱風干燥在當前果蔬干燥中應用最為廣泛。其干燥介質為熱空氣，通過與干燥對象進行濕熱交換，使干燥對象的表面水分通過氣膜向氣流主體進行擴散，隨干燥的進行在物料內部和表面之間形成水分梯度差，促進物料內部的水分向表面擴散而進行干燥，干燥過程取決于物料表面及物料內部水分的擴散速度[7]。通常情況下，果蔬含水量高，單純采用熱風干燥需在一定高溫下進行長時間干燥，導致果蔬中易揮發性成分損失嚴重、酶被鈍化、活性成分也易受到破壞。而真空冷凍與熱風干燥聯合進行果蔬干燥，可融合兩種干燥方式的優點，縮短干燥時間，降低能耗，提高果蔬加工產品的品質。

2.1.2 真空冷凍+熱風聯合干燥技術的應用

真空冷凍+熱風聯合干燥技術的應用主要有兩種方式。①先進行熱風干燥，再通過真空冷凍干燥去除內部水分。②先真空冷凍干燥形成多孔結構，然后采用熱風干燥加速干燥進程。姚娜娜[8]采用冷凍干燥+熱風聯合干燥的方式對大果沙棘進行干燥，發現聯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色澤，以及產品中維生素C、總酚和總黃酮的含量。于宛加等[9]采用真空冷凍干燥+熱風干燥聯合方式進行桃片干燥試驗，結果表明，聯合干燥與真空冷凍干燥樣品的孔隙結構具有明顯的差異，聯合干燥樣品表現出較低的吸濕率，桃脆片的品質和貯藏穩定性更好。鄧媛元等[10]對真空冷凍+熱風干燥的龍眼果干品質進行分析研究，結果表明，聯合干燥產品的復水比、水分活度和皺縮率等參數介于真空冷凍干燥和熱風干燥的產品參數之間，且聯合干燥可縮短12.16%的干燥時間，并降低25.40%的單位能耗。羅小梅等[11]研究表明真空冷凍+熱風聯合干燥與單獨冷凍干燥相比，其干燥效率更高，且制成的金花茶花朵的貯藏時間更長，同時能更好地保留花朵中茶多酚的活性。根據不同果蔬類型選擇合適的真空冷凍+熱風聯合干燥工藝，可克服單一干燥的缺點，為果蔬干燥提供高效、優質的干燥方式。

2.2 真空冷凍+微波聯合干燥技術的特性及應用研究

2.2.1 真空冷凍+微波聯合干燥技術的特性

微波干燥通過高頻電磁波對含水分的物質進行加熱，果蔬通過吸收微波進行加熱而完成干燥。微波干燥具有功率可調、加熱效率高、干燥時間短等特點，但微波干燥受水分含量等因素影響易導致加熱不均勻，物料不同部分的干燥速率不一致，且干燥制品的顏色、形狀及結構可能會產生變化，且不易控制干燥產品的最終水分含量[12]。通過真空冷凍+微波干燥可實現低溫快速干燥，將兩種干燥方式的優勢進行互補。微波作為干燥的加熱源，其能量吸收主要在凍結區進行，且凍結物料的導熱性較好，微波加熱可極大地促進真空冷凍干燥冰晶體的升華速率，可節省冷凍干燥過程60%～75%的時間[13]。與傳統的真空冷凍干燥相比，聯合干燥的方式對耗時最長的冷凍干燥階段以微波干燥進行替代，可顯著縮短干燥過程，節約能耗，且能較好地保留果蔬色澤及營養物質，同時還能起到微波殺菌的作用[14]。

2.2.2 真空冷凍+微波聯合干燥技術的應用

真空冷凍+微波聯合干燥技術在果蔬干制品中的應用通常依據不同果蔬的干燥特性進行聯合干燥工藝參數的選擇，從而實現最優的干燥品質和較低的能耗。趙月明[15]采用真空冷凍+微波聯合干燥方式對藍靛果片進行干燥，結果表明聯合干燥提高了干燥效率，且產品品質也較好。CHEN等[16]在菠蘿干燥研究中發現采用微波輔助真空冷凍干燥，可比真空冷凍干燥節省34.5%的能耗，并縮短33.3%的干燥時間。韓瑋等[17]采用真空冷凍+微波聯合干燥李果干發現聯合干燥對產品的風味影響更小。孫靜儒[18]利用真空冷凍+微波聯合干燥蘆筍，結果表明聯合干燥顯著降低能耗，干燥時間可減少40%，脫水率可達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，再進行真空微波干燥，利用凍干形成的疏松多孔結構加速水分遷移，可實現獼猴桃片的快速干燥。以上文獻表明，真空冷凍+微波聯合干燥的方式具有兩種干燥方式的優點，干燥效率高、品質好，對風味物質的影響較小且具有殺菌效果。

2.3 真空冷凍+紅外聯合干燥技術的特性及應用研究

2.3.1 真空冷凍+紅外聯合干燥技術的特性

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中的分子產生強烈振動，通過物料內部摩擦產生熱而進行干燥，與傳統常規的干燥方式相比，是一種干燥熱通量高、傳熱傳質快、效率高的新型干燥方式。通過將真空冷凍+紅外進行聯合干燥，可改善傳熱方式，加速水分升華，可以縮短干燥時間，提升果蔬干制品質，并能較大程度地保留果蔬營養物質[20]。

2.3.2 真空冷凍+紅外聯合干燥技術的應用

目前，真空冷凍+紅外聯合干燥技術在果蔬加工中應用的研究較多，主要有以下兩種形式。①通過真空冷凍+紅外分段聯合干燥的方式，先以真空冷凍干燥進行自由水的干燥，然后通過紅外干燥的傳熱快特性加快果蔬中結合水和內部自由水的揮發，從而縮短干燥時間[21]。②真空冷凍和紅外干燥同時進行，將紅外燈安裝在真空冷凍空間內，通過紅外輻射持續提供穩定的熱源，使物料均勻受熱，并可在一定范圍內逐步增加紅外輻射強度，顯著提高干燥效率，較好地保持果蔬營養物質，改善產品品質[22]。吳曉菲[23]在真空冷凍干燥設備中安裝紅外設備，對3種類型的蔬菜進行干燥品質及減損機理的研究，發現聯合干燥可顯著提高3種類型蔬菜的干燥效率，縮短干燥時間，且聯合干燥樣品的感官、質構、營養特性、抗氧化及特征風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+紅外聯合干燥制備酥脆香蕉休閑食品，結果表明聯合干燥方式可減少70%的干燥時間。WANG等[20]采用真空冷凍與紅外聯合干燥制備香菇制品，比單一真空冷凍干燥減少48%的時間，且風味物質保留率較高。結合以上研究結果，真空冷凍+紅外干燥可顯著降低真空冷凍干燥時間，且獲得的干燥加工產品質量與真空冷凍干燥產品差別較小。

2.4 真空冷凍+壓差閃蒸聯合干燥技術的特性及應用研究

2.4.1 真空冷凍+壓差閃蒸聯合干燥技術的特性

壓差閃蒸干燥原理是通過將環境壓力迅速降低，促使物料的水分因壓力突降而蒸發，物料因壓差變化而膨脹變得疏松多孔，從而達到干燥的目的，該方式是一種能耗低、干燥效率高的新型干燥技術。冷凍干燥與壓差閃蒸干燥的聯合應用，非常適用于生產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+壓差閃蒸聯合干燥技術的應用

壓差閃蒸聯合干燥方法在處理不同原料時的工藝差別較大，如需根據物料特性選擇不同的預處理方式，干燥工藝方式、流程序位及條件參數也需根據物料性質進行選擇。真空冷凍+壓差閃蒸聯合干燥產品有諸多優點，如干燥速度快、比單一凍干能耗低等。ANTAL等[26]通過真空冷凍+壓差閃蒸聯合方式干燥梨片，結果表明聯合干燥工藝既能保持梨的營養成分、口感，且能耗低于真空冷凍干燥。王萍等[27]以真空冷凍干燥+變溫壓差膨化技術對菠蘿蜜進行干燥研究，聯合干燥產品與真空冷凍干燥產品的風味、色澤和營養品質相近，但干燥時間顯著降低。高鶴等[28]在番木瓜干燥中對真空冷凍+壓差閃蒸聯合干燥工藝進行優化，確定了最佳干燥條件，且聯合干燥可以獲得品質較好的番木瓜片。通過以上分析可知，真空冷凍干燥與壓差閃蒸聯合進行果蔬干燥時可極大縮短干燥時間，且果蔬干制品的品質與單一真空冷凍干燥的產品相接近。綜上可知，真空冷凍干燥+壓差閃蒸干燥的聯合干燥技術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，聯合干燥加工的果蔬產品也更加健康。

3 結語

真空冷凍干燥在果蔬加工中應用已較為普遍，盡管真空冷凍干燥存在干燥時間長、價格高等缺點，但產品的干燥品質較好，仍是高品質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仍是目前的研究熱點。真空冷凍聯合干燥技術可顯著縮短真空冷凍干燥時間、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，將成為果蔬干燥加工技術未來的發展方向之一。

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基金項目：洛陽職業技術學院校級科研項目（2024B02）。

作者簡介：屈展平（1994—），女，河南洛陽人，碩士，助教。研究方向：農產品加工及貯藏。