果蔬微波联合干燥技术研究进展

　　摘要：目的 通过对微波和微波联合干燥技术干燥效果的探讨，以期为我国果蔬采后加工贮藏的研究提 供理论参考。方法 介绍果蔬微波干燥以及果蔬微波联合干燥的原理、特性、研究进展和存在的问题， 并对我国果蔬干燥加工的研究进行展望。结果 微波干燥技术在果蔬加工方面具有很好的应用前景，它 不仅可以达到干燥的目的，提高果蔬的经济效益，还能缩短果蔬的干燥时间，减少能量的消耗，维持产 品较好的色香味和营养物质含量。 结论 微波干燥技术在采后的果蔬加工方面发挥着极其重要的作用， 是果蔬采后加工过程中重要的技术，具有广阔的应用前景。

　　关键词：果蔬;微波干燥;微波联合干燥;研究进展

　　果蔬含有丰富的营养物质，深受大家的喜爱。由 于果蔬水分含量较高，生命活动和呼吸代谢强，因此 不宜贮藏时间过长，极易发生腐败变质问题。最常见 的果蔬保存方式之一就是干燥。果蔬中的水分以自由 水和结合水存在，干燥可除去自由水，但是结合水难 以去除[1]。随着国家的进步，人民生活水平逐渐提高， 不再局限于温饱问题，而是更加看重健康和营养。

　　传统的干燥技术不仅会造成果蔬的营养成分大量流失， 而且还会产生对人体健康危害的物质，严重影响果蔬 干制品的经济效益，因此，果蔬加工过程急需一种有 效的干燥技术。 果蔬微波干燥的原理是果蔬中水分吸收微波能 后转变为热能，使果蔬温度升高，水分蒸发散失，从 而达到干燥的效果[2]。相对于单一的干燥技术，微波 联合干燥技术在干燥时间、品质、能量消耗等方面具 有较好的优势，是一个很好的发展方向[2]。微波干燥 技术在果蔬干燥加工方面发挥着极其重要的作用。文 中通过对微波干燥以及微波干燥联合其他干燥技术 的干燥效果进行探讨，为我国果蔬采后干燥贮藏的研 究提供参考，并对我国果蔬采后干燥技术的进一步研 究进行展望。

　　1 果蔬微波干燥技术

　　1.1 原理和特点

　　果蔬微波干燥的微波频率为 300 MHz~3000 GHz，波长为 0.1 mm~1 m，果蔬在微波的辐射条件 下，内部的分子运动产生热量，使得果蔬的温度上升， 游离水和结合水散失，从而达到干燥的目的[3—7]。微波干燥技术在保持果 蔬的营养物质、复水性、产品的外观形状以及产品的 色香味等方面均具有较好的优势，而且果蔬微波干燥 过程不仅干燥速度快、时间短，且无污染物和热量的 残留[8—9]。

　　微波干燥技术缩短了干燥的周期，主要是由于微波干燥时，微波具有极强的穿透性，使得果蔬内部温度远高于表面温度，内部的水分化学势也显著 高于表面，在化学势差的作用下，水分由内到外的传 递速度加快，且其热传导方向与水分扩散方向相同， 这为水分的蒸发制造了有利条件，促进了果蔬中水分 的蒸发，提高了干燥速率。

　　微波能的利用率较高，主 要是由于在密闭的系统中，微波能主要用于加热，其 他方面的消耗极少，大大地节约了能量，并且装置的 内壁对微波能具有反射作用，再次减少了微波能的损 失[10—11]。微波干燥技术的不足之处在于干燥不均匀， 产品颜色和形状变化较大，水分的含量难以控制等方 面。果蔬内外温度相差过大或者温度过高会造成果蔬 干制品品质的下降，若表面的热量和水分散发不及 时，会对果蔬的品质造成破坏[12]。

　　1.2 研究现状

　　近几年来，微波干燥技术在果蔬干燥加工方面研 究较为普遍。魏来[13]、贾淞[14]、刘梦迪[15]、孔庆新[16]、 Concetta[17]、马林等[18]分别研究了采用微波干燥技术 对白胡椒、油菜花、绿萼梅、南瓜粉、西西里红色大 蒜和枸杞进行干燥的效果，发现微波干燥速度较快， 可缩短干燥时间，干燥产品具有较好的质量、色泽和 感官性状，而且会产生一些对人体有益的活性物质， 深受消费者的喜爱。

　　干燥功率和时间是影响营养物质 含量减少的主要因素，应选择合适的微波功率和处理 时间。王美霞等[19]在研究微波干燥苹果切片过程中发 现，干燥产品的相对含水量不能过低或者过高，过低 会造成焦糊，过高则不能达到干燥的目的。和珊等[20] 研究表明，微波功率与菜籽干燥的速度呈正相关，但 微波功率过高会对营养物质造成不必要的损失。张 怡[21]、张芳等[22]对莲子和当归进行了微波干燥研究， 发现微波的功率与钝化莲子 PPO 活性呈正比，但功 率过高或时间过长会造成焦化现象;当微波干燥功率 为 12 kW，水分的质量分数为 15%时，当归的外观和 品质最佳。微波干燥的功率和时间对果蔬的干燥影响 较大，均不宜过大，否则会造成焦化现象。

　　最佳的微 波干燥功率和时间不仅可以缩短干燥时间、保持果蔬干制品较好的外观和提高产品品质，还能达到灭菌的 目的。微波干燥的不足之一在于干燥的不均匀性，有 研究者通过改变干燥设备提高干燥的均匀性。俞建峰 等[23]以胡萝卜为实验材料，在干燥的过程中通过增加 转盘和搅拌扇片的速度来降低微波干燥的不均匀性， 从而增加干燥的均匀性，达到更好的干燥效果。

　　2 果蔬微波冷冻干燥技术

　　2.1 原理和特点

　　果蔬在低温条件下水结冰，再转变为蒸汽而蒸发 的过程称为果蔬冷冻干燥。由于该技术消耗的成本和 能量较大，且干燥时间过长，导致其在果蔬干燥方面 的应用受到限制。微波冷冻干燥技术不仅能降低生产 成本，减少能量消耗和缩短干燥周期，还能使果蔬保 持较好的营养物质含量、产品复水性和色香味[24—29]。 微波冷冻干燥技术是在低温、低压下将冻结在果蔬 中的水分直接升华为水蒸气而散失，以达到干燥效 果[27]。由于微波冷冻干燥设备成本高，且优质品率较 低，另外部分产品很难达到冷冻生产产品的质量要 求，因而使其的推广应用受到限制。可以通过优化干 燥工艺，以达到更好的脱水干燥效果。微波冷冻干燥 技术被认为是传统冷冻干燥技术的替代品。

　　2.2 研究现状

　　在果蔬干燥研究领域，相对于微波热风干燥和微 波真空干燥而言，针对微波冷冻干燥的研究较少。微 波冷冻干燥果蔬的优势主要集中在能维持较好的营 养成分方面。江昊[30]采用微波冷冻干燥和冷冻干燥技 术对香蕉片进行对比研究，发现微波冷冻干燥技术的 干燥效果更好，可减少能耗大约 33.8%，缩短干燥时 间 40%，且更好地维持香蕉片的色香美和营养物质含 量。

　　吴翔等[31]以刺梨为实验材料，研究微波冷冻干燥 技术对其品质的影响，发现刺梨产品保持了较好的物 理性状、外观形状和回复性，且可减少营养物质的流 失。李伟等[32]研究了杨梅果粉的干燥过程，发现采用 微波联合冷冻干燥技术所得杨梅的色香味和营养成 分含量保持效果最佳，香气损失最少，维生素 C 含量 最高，产品的水分含量最低。刘文超[33]研究表明，微 波冷冻干燥微波密度(即微波密度与物流质量之比) 对双孢菇干燥产品的外观和内在营养成分的影响更 显著(P<0.05)。

　　3 果蔬微波真空干燥技术

　　3.1 原理和特点

　　真空干燥技术是在真空条件下，降低水的沸点， 干燥果蔬时水分更容易达到蒸发的温度，从而加快了干燥的速率，缩短了干燥时间。微波干燥技术则是果 蔬在微波的辐射条件下，内部的分子产生运动，并产 生热量，使得果蔬的温度上升，内部的水分散失，能 够更快地实现干燥，缩短干燥时间。微波真空联合干 燥技术克服了微波和真空的不足，结合了两者的优 点，是一项新技术，相对于单一的干燥技术，进一步 缩短了干燥时间，干燥后产品安全环保，能保持较好 的微观结构、外观形状和营养品质[34—37]。

　　3.2 研究现状

　　Monteiro[38]、Nowacka[39]、张向阳等[40]研究了不 同干燥技术对果蔬的效果，发现微波真空干燥技术具 有时间较短、速度较快，还可提高产品的品质，干燥 效果最佳。温建荣[41]的研究结果表明，微波真空干燥 的樱桃番茄干制产品色泽和营养成分的保留量最高， 维生素 C 和番茄红素的质量分数分别可达到 82%和 65.2%;真空冷冻干燥技术的效果次之;热风干燥技 术的效果较差。汪小娉[42]、黄艳斌[43]等研究了微波真 空干燥南瓜片、柠檬片，发现影响干燥效果的主要因 素是切片厚度、微波强度和真空度。

　　南瓜片通过微波 真空干燥可获得较高的营养成分。郭正南[44]研究了黄 秋葵的质量、微波功率和真空度与产品多糖含量的关 系，发现不同的质量、微波功率和真空度的搭配均可 使多糖的含量达到最大值。仇干 [45]、刘娟 [46]、 Weerachai 等[47]将微波真空干燥技术分别用于紫马铃 薯片、鲜地黄和红辣椒的干燥，发现真空度对干燥效 果的影响较小，切片厚度和微波功率对干燥效果的影 响最大，在一定微波功率范围内，功率越大，干燥的 速度越快、时间越短。

　　Krulis 等[48]研究发现，草莓的 初始含水率和微波功率的大小直接影响理化性质的 好坏，要获得较好的理化性质，应该提高草莓的初始 含水率和微波功率。Michalska[49]、Candia-Muoz[50]、 王国锭等[51]分别研究了不同的干燥技术对梅粉、蓝莓 和洋葱粉性质的影响，研究发现微波真空干燥技术能 获得较好质量的产品，干燥产品的色香味、外观形状 保持效果最佳;在一定微波功率范围内，微波功率与干燥的速度呈正相关，功率越大，果蔬干燥速度越快。

　　优化干燥工艺以获得更佳的干燥产品是近几年研究 的热点。周琦[52]、付辉战[53]、罗鸣等[54]将微波真空干 燥柠檬片、桑椹和青梅的工艺参数进行了优化，得出 柠檬片最佳干燥工艺的微波功率和切片厚度分别为 1.01 kW 和 4 mm，桑椹最佳干燥工艺的微波功率和 切片厚度分别为 3.0 kW，30 mm;当干燥温度为 65 ℃ 左右，微波功率为 2 kW 时，青梅的外观最好，微波 功率为 1 kW 时，达到最高的含糖量。

　　4 果蔬微波热风干燥技术

　　4.1 原理和特点

　　热风干燥对果蔬的影响较大，不仅营养损失严重， 而且干燥的时间长，干燥环境温度和湿度难以控制。微 波干燥不均匀，对干燥产品的品质影响较严重[55]。微波 热风干燥技术是根据不同干燥时期的需求，采取不同 的方式进行干燥[56]，避免了耗时、营养成分严重损失 和不均匀性干燥等问题的发生，不仅达到了干燥的目 的，还保证了产品的质量。微波热风干燥技术不仅在 外观品质和内在品质方面均具有较强的优势，还能够 进一步缩短干燥时间，提高干燥效率;能够内外同时 加热果蔬;干燥的成本低;既达到了干燥的目的，还 具有杀菌的效果[57]。相关研究表明，微波热风干燥技 术的效果高于单一的热风干燥技术[11]。

　　4.2 研究现状

　　王宸之[58]、顾熟琴等[59]研究结果表明，龙眼采用 热风干燥技术的效率低于微波干燥技术的效率;热风 干燥油枣，其黄酮含量与干燥时间、干燥温度以及油 枣的质量密切相关，不同的干燥温度、干燥时间和油 枣质量都会达到不同的干燥效果。彭郁等[60]研究了间 歇式微波干燥白胡萝卜，发现当干燥的白胡萝卜中心 温度和表面温度相差最低，干燥效果最佳时，间歇比 为 5s/20s，热风温度为 30℃。

　　Vafith 等[61]研究发现， 相较于单一的干燥技术，联合干燥技术较占优势。李 湘利[62]、刘清[63]、王浩等[64]研究发现，当热风温度和 微波功率分别为 60 ℃和 550 W 时，蒜片干燥产品的 品质最好，干燥速率最快，感官品质较好;油菜籽在 干燥温度和微波功率分别为 80 ℃，500 W 时，其含 水率下降了 0.49%，达到了快速干燥的效果;灰枣片的干燥温度为 80 ℃，时间为 4~5 h 时，所获得干制 品的干燥效果最好。Ilknur[65]、 雷苗[66]、罗树灿[67]、 WANG 等[68]分别以南瓜脆片、木瓜粉、荔枝和香菇为 干燥对象，综合考虑各种因素，确定微波热风干燥技 术为最优的干燥方法，在此方法下，干燥产品的品质 最佳，大大缩短了干燥的时间，干燥效果最好。

　　相较于单一的热风干燥技术和微波干燥技术而言，采用微波热风干燥技术的果蔬质量和性质较好，微波功率、 热风温度和干燥时间对于微波联合热风干燥的效 果影响较大，要想达到最佳的干燥效果，应根据不 同果蔬的性质，确定不同的微波功率、热风温度和 干燥时间。

　　5 果蔬微波联合干燥技术存在的问题和应用前景

　　通过干燥不仅解决了新鲜果蔬难贮藏、易腐烂 变质等难题，还带来了更高的经济价值。传统的干燥 方式主要采用单一的干燥技术。冷冻干燥消耗的成 本和能量较高，且干燥时间较长;真空干燥不易控制 水分和温度;热风干燥的温度过高，会造成挥发性成 分的损失，以及酶活性的钝化;微波干燥不均匀，产 品色泽和外观变化较大。

　　干燥速度快，无热量和污染 物残留，干燥产品具有较好的品质是微波干燥技术 的最大优势[8—9]。微波干燥果蔬能基本保持其原有的 形状、色泽、味道和营养成分，食用方便，同时由于 含水量较少，容易运输，贮藏时间长，能有效地调节 蔬菜生产淡旺季，因此广泛应用于各种果蔬的加工过 程中。微波联合干燥蔬菜的主要品种有胡萝卜、马铃 薯、辣椒、油菜花、蒜、食用菌、白菜、甘蓝和姜等， 干燥水果主要有苹果、柿子、蓝莓、南瓜、柠檬和香 蕉等。

　　为获得更好的干燥效果，需要寻找有效的干燥方 式，联合干燥技术是当前研究的一大热点。微波联合 其他技术干燥，是将单一的干燥方式结合起来，弥补 单一干燥的缺陷，发挥各自的优点，除去果蔬中的水 分，达到干燥的目的，在干燥时间、能量消耗、生产 成本，以及干燥产品的内外品质等方面均具有较大的 优势[69]。

　　常见的微波联合干燥技术有微波联合冷冻干 燥、微波联合真空干燥、微波联合热风干燥。微波联 合冷冻干燥技术具有成本过高、能量消耗大、干燥时 间长、生产力小等缺陷，导致该技术无法推广，从而 限制了其发展。微波真空干燥技术无法监测水分和温 度的变化。微波联合热风干燥技术具有加热不均匀等 缺点。 微波联合干燥技术较好地克服了单一干燥技术 的缺陷，具有很高的应用价值，相对于单一干燥技术 而言，不仅能缩短果蔬干燥的时间，得到高品质的果 蔬干制品，而且还能降低能量消耗。为了使干燥效果 达到更佳，可对联合干燥工艺进一步进行优化，选择 出最佳的干燥条件。

　　农业果蔬论文投稿刊物：《江苏农业科学》(月刊)是由江苏省农业科学院主管并主办的综合性农业科技期刊，《江苏农业科学》发表的文章被世界著名的CABI、AGRIS等农业数据库广泛收录，CABI的13种检索刊物和FAO的《AGRINDEX》收录了本刊发表的文章。在国内，本刊发表的论文被中国科学引文数据库、中国农林文献数据库、《中国农业文摘》收录，全文收录于"万方数据--数字化期刊群"、《中国学术期刊(光盘版)》和"中国期刊网"、重庆维普中文科技期刊数据库、中国生物学文献数据库、台湾华艺中文电子期刊数据库。

　　6 结语

　　微波联合干燥技术是果蔬采后干燥的关键技术，干燥的果蔬不仅具有较好的色香味和品质，而且降低 了果蔬的损失，提高了果蔬的市场经济价值。微波干 燥技术果蔬干燥加工方面具有广阔的应用前景，是未 来干燥加工行业发展的一个方向。

　　参考文献：

　　[1] 孙术国. 干制果蔬生产技术[M]. 北京: 化学工业出 版社, 2009: 15—30. SUN Shu-guo. Production Technology of Dried Fruits and Vegetables[M]. Beijing: Chemical Industry Press, 2009: 15—30.

　　[2] 江宁, 刘春泉, 李大婧, 等. 果蔬微波干燥技术研究 进展[J]. 江苏农业科学, 2008(1): 216—219. JIANG Ning, LIU Chun-quan, LI Da-jing, et al. Research Progress on Microwave Drying Technology of Fruits and Vegetables[J]. Jiangsu Agricultural Sciences, 2008(1): 216—219.

　　[3] 曹崇文. 微波真空干燥技术现状[J]. 干燥技术与设 备, 2004(3): 5—9. CAO Chong-wen. Current Status of Microwave Vacuum Drying Technology[J]. Drying Technology and Equipment, 2004(3): 5—9.

　　[4] 段振华. 现代高新灭菌技术及其在食品工业中的应 用研究[J]. 中国食物与营养, 2006(9): 28—30.

　　作者：张鹏 1 ，颜碧 2 ，李江阔 1 ，李春媛 1