張應(yīng)玲，馬 朋，易俊杰，唐浩藍(lán)

（長江師范學(xué)院現(xiàn)代農(nóng)業(yè)與生物工程學(xué)院，重慶 408100）

我國是果蔬出口大國，據(jù)國家統(tǒng)計局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，我國2018 年水果蔬菜出口金額達(dá)8 050.43 百萬美元，占據(jù)世界重要的市場份額[1]。而作為日常生活中常見的食用物質(zhì)之一，果蔬因其自身具有豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，也為微生物的繁殖提供了良好的棲息環(huán)境[2]。干燥是常見的使果蔬脫水后延長保存期和貨架期的方法之一，是一種利用傳熱、滲透壓和相變等方式使水分減少的單元操作。水分含量和水分活度（Aw） 的減少可有效抑制微生物的生命活動，為食品的長久貯藏提供更好的條件。現(xiàn)有的干燥方法眾多，如熱風(fēng)干燥[3]、熱泵干燥[4]、冷凍干燥[5]、真空冷凍干燥[6]和遠(yuǎn)紅外干燥[7]等。根據(jù)不同物料的特性可選擇其適合的方法以達(dá)到預(yù)期效果。其中，紅外線為電磁波的一種，具有較強(qiáng)的熱輻射效應(yīng)，是波長為0.75～1 000.00 μm 的不可見光，根據(jù)紅外線波長的不同又可將其分為近紅外、中紅外和遠(yuǎn)紅外[8]（具體的波長范圍見表1）。遠(yuǎn)紅外較近紅外和中紅外來講，輻射能力更強(qiáng)，故常應(yīng)用于干燥領(lǐng)域。遠(yuǎn)紅外干燥技術(shù)是一種具有眾多優(yōu)點(diǎn)的干燥方式，相較于熱風(fēng)干燥，由于物料可以獲得較高的熱流密度，其干燥速率更快[9]。同時，遠(yuǎn)紅外干燥可輻射表層和表下層的水分，可使物料干燥得更均勻、品質(zhì)更好。并且，它是以輻射傳熱的方式進(jìn)行，傳遞過程中無需介質(zhì)，也減少了能量消耗[10]。將遠(yuǎn)紅外聯(lián)合干燥技術(shù)在果蔬領(lǐng)域的研究發(fā)展進(jìn)行綜述，對了解目前紅外干燥領(lǐng)域具有一定借鑒作用。

電磁波分類見表1。

表1 電磁波分類/μm

1 遠(yuǎn)紅外干燥的機(jī)理

遠(yuǎn)紅外干燥是傳熱類輻射干燥的一種。在紅外波長范圍內(nèi)，分子的熱振動產(chǎn)生輻射能至濕物料，接觸后使物料分子振動產(chǎn)生熱量，從而利用空氣作為介質(zhì)帶走物料表面的水分，當(dāng)物料表面的水分含量低于物料內(nèi)部水分含量時，內(nèi)外濕度差推動內(nèi)部水分往外擴(kuò)散，使其在表面汽化，達(dá)到物料干燥的目的[11]。

遠(yuǎn)紅外干燥示意圖見圖1。

圖1 遠(yuǎn)紅外干燥示意圖

2 遠(yuǎn)紅外干燥在果蔬加工中的應(yīng)用

針對單一的遠(yuǎn)紅外干燥技術(shù)，國內(nèi)外有大量的研究，分別從輻射溫度、輻射時長、物料切片厚度等方面研究遠(yuǎn)紅外干燥技術(shù)對原料品質(zhì)的影響。

麥馨允等人[12]對遠(yuǎn)紅外干燥白玉菇的工藝條件進(jìn)行了優(yōu)化，探究了遠(yuǎn)紅外干燥技術(shù)對物料品質(zhì)的影響，分別對遠(yuǎn)紅外溫度、切片厚度和裝載量進(jìn)行單因素試驗后得出各單因素條件下對白玉菇品質(zhì)影響的最佳值，在最佳值條件下，產(chǎn)品亮度、復(fù)水率、維C 含量和感觀評價均較好。黃斌等人[13]對香蕉片遠(yuǎn)紅外干燥工藝研究后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)護(hù)色劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%，遠(yuǎn)紅外烘干溫度80 ℃，烘干時間5 h 時制得的香蕉片有較好的感官品質(zhì)。李武強(qiáng)等人[14]利用響應(yīng)面法優(yōu)化了桔梗切片遠(yuǎn)紅外干燥工藝，以干燥溫度、切片厚度和輻照高度作為試驗單因素，以平均干燥速率、復(fù)水比和色差值作為檢驗指標(biāo)，得到的最優(yōu)參數(shù)為干燥溫度60 ℃，切片厚度3 mm，輻照高度240 mm。

在遠(yuǎn)紅外輻射溫度對水分遷移和速率影響方面，Afzal T M 等人[15]以馬鈴薯為原料，研究了輻射強(qiáng)度和平板厚度對干燥速率的影響，發(fā)現(xiàn)輻射強(qiáng)度增加、平板厚度增大有利于擴(kuò)散系數(shù)的增加和活化能的減少，可提高干燥的速率。Ning Xiaofeng等人[16]用遠(yuǎn)紅外干燥技術(shù)研究了黑木耳的干燥特性，結(jié)果表明干燥溫度和氣體流速的提高可縮短干燥時間，并且探索出最佳干燥條件和干燥模型。曾雅等人[17]研究表明，溫度的升高有利于獼猴桃干燥時間的縮短和擴(kuò)散系數(shù)值的增加。在干燥后期，樣品中殘余水分主要是以結(jié)合水的形式存在；提高輻射溫度可以促進(jìn)各種水分狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)變，提高干燥效果。綜上所述，遠(yuǎn)紅外干燥技術(shù)由于其自身優(yōu)勢已廣泛運(yùn)用到了果蔬干燥領(lǐng)域。

3 遠(yuǎn)紅外的聯(lián)合干燥技術(shù)在果蔬加工中的應(yīng)用

熱風(fēng)干燥、真空干燥、微波干燥、紅外干燥等單一干燥技術(shù)可以針對性地對某一類產(chǎn)品進(jìn)行干燥并且可以得到良好的干燥效果。但是，隨著對產(chǎn)品品質(zhì)要求的不斷提高，單一干燥技術(shù)已經(jīng)難以滿足大眾的需求，而聯(lián)合干燥技術(shù)可以集2 種或2 種以上干燥技術(shù)的優(yōu)勢，使物料原有品質(zhì)進(jìn)一步提高，能更好地滿足市場需要。

不同干燥方式的對比見表2。

表2 不同干燥方式的對比

3.1 微波-遠(yuǎn)紅外干燥

微波是波長大于紅外線的電磁波，微波干燥又稱介電加熱干燥，也為傳熱類輻射干燥。微波能穿過物料表面到達(dá)內(nèi)部，物料吸收微波后引起離子極化和偶極分子的振動，相互摩擦產(chǎn)熱[18-19]，使樣品干燥更加均勻，大大減少了干燥時間[20]。相較于紅外線，微波具有更強(qiáng)的穿透性，可以干燥比較難脫去水分的果蔬類產(chǎn)品，微波-遠(yuǎn)紅外的聯(lián)合干燥可揚(yáng)長避短，充分利用兩者干燥的特點(diǎn)，使得遠(yuǎn)紅外聯(lián)合干燥優(yōu)于單一干燥技術(shù)[21]。2 種干燥技術(shù)轉(zhuǎn)換的時間方面也有研究顯示，使用微波聯(lián)合遠(yuǎn)紅外干燥香菇，遠(yuǎn)紅外干燥轉(zhuǎn)化微波干燥越早，干燥過程平均失水速率越高，干燥能耗越小[22]。在產(chǎn)品品質(zhì)方面，遠(yuǎn)紅外聯(lián)合干燥技術(shù)使得樹莓的復(fù)水率和脆度值優(yōu)于單一干燥[23]。

3.2 真空-遠(yuǎn)紅外干燥

真空干燥是指用真空泵抽走干燥環(huán)境中的空氣，給環(huán)境造成一個負(fù)壓狀態(tài)，使得物料中水分的沸點(diǎn)降低從而加速干燥過程的一種方式。真空-遠(yuǎn)紅外聯(lián)合干燥技術(shù)結(jié)合了真空干燥的水分蒸發(fā)沸點(diǎn)低和遠(yuǎn)紅外干燥熱流密度大、干燥速率快的特點(diǎn)，使得這一聯(lián)合技術(shù)在果蔬干燥成品方面理化指標(biāo)均較好。真空-遠(yuǎn)紅外聯(lián)合干燥技術(shù)除去了空氣，可有效防止物料的氧化褐變。張曉妮[24]研究了檸檬片真空遠(yuǎn)紅外干燥工藝，采用了真空遠(yuǎn)紅外變溫干燥與真空遠(yuǎn)紅外-熱風(fēng)干燥，結(jié)果表明改善后的2 種方法較之前，檸檬片干燥均勻的程度和降低褐變的程度都得到了一定提高。物料品質(zhì)方面，使用此法干燥可使得白蘿卜微觀結(jié)構(gòu)保存較好、維C 保存率較高、復(fù)水性能更好[25]，使得枸杞干燥后的多糖含量、復(fù)水率、色澤外觀較好[26]。Thanit Swasdisevia 等人[27]利用真空聯(lián)合遠(yuǎn)紅外干燥技術(shù)干燥香蕉片，用數(shù)學(xué)建模的方法通過模型來預(yù)測食品(香蕉)在遠(yuǎn)紅外真空干燥條件下的含水率和溫度的變化。

3.3 熱泵-遠(yuǎn)紅外干燥

我國常用的熱泵機(jī)主要是蒸汽壓縮式熱泵，主要利用逆卡諾循環(huán)原理將低溫?zé)嵩吹臒崃恳韵臋C(jī)械能為補(bǔ)償，通過制冷裝置傳至高溫?zé)嵩?，高溫?zé)嵩磁c濕物料接觸后達(dá)到干燥除水的目的[28]。熱泵干燥具有高效節(jié)能、手段溫和、質(zhì)量好、可調(diào)節(jié)范圍廣等優(yōu)點(diǎn)[29]。熱泵聯(lián)合紅外干燥可充分發(fā)揮兩者優(yōu)勢，前期使用熱泵干燥，保證熱敏性物質(zhì)不被分解，后期使用遠(yuǎn)紅外干燥進(jìn)一步增大除水率，利用此法干燥熱敏性物質(zhì)是比較好的選擇，值得注意的是，紅外輻射板具有較大的熱慣性，容易超過原本設(shè)定溫度，造成物料的損壞[30]。例如，干燥熱敏性物質(zhì)胡蘿卜時，采用此法干燥，在物料含水量為50%的時候切換干燥方式的工藝最佳[31-32]。在探究魷魚蛋白質(zhì)含量方面，發(fā)現(xiàn)此法不會影響蛋白質(zhì)的品質(zhì)[33]。

3.4 熱風(fēng)-遠(yuǎn)紅外干燥

熱風(fēng)干燥又稱熱空氣干燥，是傳熱類對流干燥。通過熱空氣將熱量傳遞給物料，物料內(nèi)部水分?jǐn)U散至表面被汽化成水蒸氣除去，達(dá)到原料干燥目的。從經(jīng)濟(jì)的角度看，熱風(fēng)干燥的成本更低，且干燥效果仍能達(dá)到目標(biāo)狀態(tài)[34]。熱風(fēng)干燥在食品加工生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，熱風(fēng)聯(lián)合遠(yuǎn)紅外干燥具有明顯的協(xié)同增效的作用，干燥速率快于單一干燥技術(shù)[35]。使用熱風(fēng)-遠(yuǎn)紅外聯(lián)合干燥技術(shù)試驗紅棗，在分別進(jìn)行熱風(fēng)和遠(yuǎn)紅外的單因素試驗后，通過組合干燥試驗對操作工藝優(yōu)化，得出前期熱源熱風(fēng)溫度、后期遠(yuǎn)紅外溫度、水分轉(zhuǎn)換點(diǎn)的最佳值，在此條件下干燥速率及干燥效果均較好[36]。確定熱風(fēng)-中紅外干燥最佳工藝后，謝小雷等人[37]研發(fā)了一款連續(xù)熱風(fēng)-中紅外干燥設(shè)備，與普通單一的熱風(fēng)干燥設(shè)備相比，此設(shè)備可以更好地降低能耗，提高生產(chǎn)效率。

3.5 超聲-遠(yuǎn)紅外干燥

超聲波是一種頻率高于2 萬Hz 且人耳不能聽見的聲波，具有極強(qiáng)的穿透力。超聲波的空化作用可促進(jìn)微粒間的相互碰撞，使其運(yùn)動更為劇烈，有利于分子之間的運(yùn)動。超聲作為遠(yuǎn)紅外干燥的輔助方式，具有協(xié)同的作用。超聲的速率、頻率、時間的增加可顯著提高干燥速率、縮短干燥時間，在品質(zhì)方面，可以提高胡蘿卜的色差值[38]。超聲波的存在會導(dǎo)致物料微觀結(jié)構(gòu)的變化，使得物料內(nèi)部的孔數(shù)目和孔尺寸增加[39]，提高了傳熱傳質(zhì)速率和干燥速率。席慧涵等人[40]以馬鈴薯為材料探究了超聲強(qiáng)化對遠(yuǎn)紅外輻射干燥特性的影響，并構(gòu)建了Elman，RBF，BP 3 種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。最終的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，超聲強(qiáng)化遠(yuǎn)紅外干燥可促進(jìn)水分的擴(kuò)散、提高有效水分?jǐn)U散系數(shù)（Deff）。其中，BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的預(yù)測值與真實值最接近，可快速準(zhǔn)確地預(yù)測馬鈴薯在超聲強(qiáng)化紅外干燥過程中含水量的值。

3.6 冷凍-遠(yuǎn)紅外干燥

冷凍干燥是通過降溫的方式，使溫度降到物料冷凍的冰點(diǎn)之下，使物料內(nèi)部水分形成固態(tài)冰晶，利用升華的原理，將固態(tài)水分直接變成氣態(tài)，從而達(dá)到水分干燥目的。冷凍干燥是一種比較好的干燥方式，經(jīng)眾多科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)其可以很大程度地保證食品原有的色澤品質(zhì)和營養(yǎng)成分。冷凍-遠(yuǎn)紅外聯(lián)合干燥還可以縮短干燥時間、減少能源消耗。Lin Y P 等人[41]比較了冷凍干燥、遠(yuǎn)紅外干燥和冷凍聯(lián)合遠(yuǎn)紅外干燥對紅薯的干燥效果，發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)紅外干燥可以減少冷凍干燥的時間，并對紅薯遠(yuǎn)紅外冷凍干燥數(shù)據(jù)進(jìn)行了4 個數(shù)學(xué)模型的擬合。結(jié)果表明，該模型能較好地描述遠(yuǎn)紅外線冷凍干燥的干燥特性。王洪彩[42]研究了短波紅外干燥聯(lián)合冷凍干燥技術(shù)對香菇的影響，不管是將MIRD（短波紅外干燥技術(shù)） 用作FD（冷凍干燥） 的預(yù)干燥還是后續(xù)干燥，都可以縮短冷凍干燥的時間，并且相對于單一的冷凍干燥，MIRD 用作FD 的預(yù)干燥和后續(xù)干燥可分別減少26%和40%的能耗。

4 結(jié)語

紅外干燥是一項高效且節(jié)能的技術(shù)，對干燥果蔬等農(nóng)產(chǎn)品方面都可以起到很好的作用，現(xiàn)有的科學(xué)研究局限于對某一具體樣品的遠(yuǎn)紅外最佳干燥工藝的探索，并未具體分析得出的結(jié)論是否也適用于同種類產(chǎn)品。遠(yuǎn)紅外聯(lián)合干燥技術(shù)的干燥效果優(yōu)于單一的干燥技術(shù)，體現(xiàn)了聯(lián)合干燥的優(yōu)勢，未來這項技術(shù)必將更加廣泛地應(yīng)用于干燥領(lǐng)域，但這部分的研究仍需要完善與充實。例如，遠(yuǎn)紅外聯(lián)合熱風(fēng)干燥仍然缺乏一些試驗數(shù)據(jù)的支持，對真空冷凍干燥聯(lián)合遠(yuǎn)紅外干燥的研究甚少。我國作為科學(xué)技術(shù)發(fā)展強(qiáng)國和能源消耗大國，干燥技術(shù)的發(fā)展趨勢也必將走向節(jié)能化和一體化。特別是在遠(yuǎn)紅外聯(lián)合干燥技術(shù)研究領(lǐng)域，得出相關(guān)工藝參數(shù)后，研發(fā)具體的聯(lián)合干燥設(shè)備是未來發(fā)展的一個方向。同時，隨著人工智能的發(fā)展，干燥類機(jī)械設(shè)備利用工作站達(dá)到自動化、智能化，這是未來的一個發(fā)展方向。