真空冷冻联合干燥技术在果蔬加工中的应用现状

摘 要：果蔬的干燥加工可以有效降低其水分含量，延长货架期，减少损耗，在一定程度上保留营养物质。目前，在果蔬干燥领域，为了最大限度地保留营养，应用较多的是真空冷冻干燥技术。本文综述真空冷冻联合干燥技术在果蔬加工中的应用现状，为真空冷冻联合干燥技术在果蔬加工中的应用提供参考。

关键词：真空冷冻干燥；果蔬加工；应用

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

我国是世界上果蔬产量最大的国家之一，因果蔬及其制品口感鲜美、富含维生素和膳食纤维等多种营养物质，是人们最主要的食物来源。但是，新鲜的果蔬因含水量较高，在采收、运输等过程中容易发生腐败变质及机械损伤，既导致营养成分的损失，又造成经济损失。所以，目前的果蔬仍以鲜食居多，果蔬加工制品较少且加工方式单一，产品附加值较低，不利于消费升级。果蔬的干燥加工可以减少水分含量，延长果蔬的保质期，且方便储存和运输。真空冷冻干燥技术在食品中的应用非常广泛，本文对真空冷冻联合干燥技术在果蔬加工中的应用进行研究。

1 真空冷冻干燥技术概述

1.1 真空冷冻干燥技术的原理

真空冷冻干燥是先将湿物料冻结到共晶点温度以下，使水分变成固态的冰，然后通过抽真空将物料中的水分由固态直接升华为气态而排出物料之外的一种干燥方法。其干燥过程主要分为预冻和干燥两部分。在预冻阶段，冻结速率将会影响冰晶的尺寸大小。冻结速率越大则形成的冰晶越大，会导致物料内部形成较多孔隙结构，有利于干燥的进行，但对物料的细胞结构会造成一定程度的破坏；当冻结速率较小时，形成的冰晶较小，对物料结构的影响较小[1]。

真空冷冻干燥的干燥阶段有升华干燥和解析干燥两个过程。升华干燥阶段是在真空条件下物料中的水分从冻结状态直接以气态形式大量升华逸出的过程。随着升华干燥的进行，物料内部形成的孔隙结构有利于后续干燥的进行[2]。解析干燥主要是与物料结合紧密的结合水干燥逸出的过程，解析干燥过程往往比较缓慢，其干燥速率通常由物料温度及其玻璃化转变温度决定，一般认为物料中冰晶消失时即为解析干燥的起点，但物料在升华干燥过程中冰晶升华的部分也伴随着解析干燥，所以在果蔬真空冷冻干燥的升华干燥阶段也发生了解析干燥，其干燥速率受到物料崩解温度的制约[3]。

1.2 真空冷冻干燥技术的优缺点

相较于传统高温高热的干燥方式，真空冷冻干燥在低温、真空的环境下进行，具有其他干燥不可比拟的优点。①真空冻干的过程中隔绝空气且低温处理能够较大程度地保留营养物质[4]。②冷冻干燥是冻结的固态冰晶通过升华除去水分，可保持物料的原有结构而不发生皱缩等现象。③真空冷冻干燥后物料呈现疏松多孔的网状结构，有利于复水及后续加工[5]。④从干燥程度来说，真空冷冻干燥脱水更彻底。

虽然在果蔬干燥中真空冷冻干燥具备很多优点，但目前也存在自身难以克服的显著缺点，如相较于传统的干燥方式，真空冻干时间明显较长，是其他干燥方式的几倍甚至十几倍之多[6]；同时，真空冷冻干燥能耗较高，设备机组昂贵，干燥效率较低，生产成本限制了真空冷冻干燥在果蔬加工中的产业化应用。

2 真空冷冻联合干燥技术在果蔬加工中的应用

为了克服真空冷冻干燥技术的缺点，提高干燥效率，可以引入热风、微波、红外等常用的干燥方式与真空冷冻干燥技术进行联合使用。通过对真空冷冻联合干燥技术的原理、效率、能耗及干燥品质进行分析，并与单一干燥方式进行对比，为果蔬加工提供干燥效率高、时间短、加工品质好的联合干燥技术。

2.1 真空冷冻+热风联合干燥技术的特性及应用研究

2.1.1 真空冷冻+热风联合干燥技术的特性

热风干燥在当前果蔬干燥中应用最为广泛。其干燥介质为热空气，通过与干燥对象进行湿热交换，使干燥对象的表面水分通过气膜向气流主体进行扩散，随干燥的进行在物料内部和表面之间形成水分梯度差，促进物料内部的水分向表面扩散而进行干燥，干燥过程取决于物料表面及物料内部水分的扩散速度[7]。通常情况下，果蔬含水量高，单纯采用热风干燥需在一定高温下进行长时间干燥，导致果蔬中易挥发性成分损失严重、酶被钝化、活性成分也易受到破坏。而真空冷冻与热风干燥联合进行果蔬干燥，可融合两种干燥方式的优点，缩短干燥时间，降低能耗，提高果蔬加工产品的品质。

2.1.2 真空冷冻+热风联合干燥技术的应用

真空冷冻+热风联合干燥技术的应用主要有两种方式。①先进行热风干燥，再通过真空冷冻干燥去除内部水分。②先真空冷冻干燥形成多孔结构，然后采用热风干燥加速干燥进程。姚娜娜[8]采用冷冻干燥+热风联合干燥的方式对大果沙棘进行干燥，发现联合干燥方式比单一干燥方式的干燥效率更高，能够较好地保持大果沙棘的果实色泽，以及产品中维生素C、总酚和总黄酮的含量。于宛加等[9]采用真空冷冻干燥+热风干燥联合方式进行桃片干燥试验，结果表明，联合干燥与真空冷冻干燥样品的孔隙结构具有明显的差异，联合干燥样品表现出较低的吸湿率，桃脆片的品质和贮藏稳定性更好。邓媛元等[10]对真空冷冻+热风干燥的龙眼果干品质进行分析研究，结果表明，联合干燥产品的复水比、水分活度和皱缩率等参数介于真空冷冻干燥和热风干燥的产品参数之间，且联合干燥可缩短12.16%的干燥时间，并降低25.40%的单位能耗。罗小梅等[11]研究表明真空冷冻+热风联合干燥与单独冷冻干燥相比，其干燥效率更高，且制成的金花茶花朵的贮藏时间更长，同时能更好地保留花朵中茶多酚的活性。根据不同果蔬类型选择合适的真空冷冻+热风联合干燥工艺，可克服单一干燥的缺点，为果蔬干燥提供高效、优质的干燥方式。

2.2 真空冷冻+微波联合干燥技术的特性及应用研究

2.2.1 真空冷冻+微波联合干燥技术的特性

微波干燥通过高频电磁波对含水分的物质进行加热，果蔬通过吸收微波进行加热而完成干燥。微波干燥具有功率可调、加热效率高、干燥时间短等特点，但微波干燥受水分含量等因素影响易导致加热不均匀，物料不同部分的干燥速率不一致，且干燥制品的颜色、形状及结构可能会产生变化，且不易控制干燥产品的最终水分含量[12]。通过真空冷冻+微波干燥可实现低温快速干燥，将两种干燥方式的优势进行互补。微波作为干燥的加热源，其能量吸收主要在冻结区进行，且冻结物料的导热性较好，微波加热可极大地促进真空冷冻干燥冰晶体的升华速率，可节省冷冻干燥过程60%～75%的时间[13]。与传统的真空冷冻干燥相比，联合干燥的方式对耗时最长的冷冻干燥阶段以微波干燥进行替代，可显著缩短干燥过程，节约能耗，且能较好地保留果蔬色泽及营养物质，同时还能起到微波杀菌的作用[14]。

2.2.2 真空冷冻+微波联合干燥技术的应用

真空冷冻+微波联合干燥技术在果蔬干制品中的应用通常依据不同果蔬的干燥特性进行联合干燥工艺参数的选择，从而实现最优的干燥品质和较低的能耗。赵月明[15]采用真空冷冻+微波联合干燥方式对蓝靛果片进行干燥，结果表明联合干燥提高了干燥效率，且产品品质也较好。CHEN等[16]在菠萝干燥研究中发现采用微波辅助真空冷冻干燥，可比真空冷冻干燥节省34.5%的能耗，并缩短33.3%的干燥时间。韩玮等[17]采用真空冷冻+微波联合干燥李果干发现联合干燥对产品的风味影响更小。孙静儒[18]利用真空冷冻+微波联合干燥芦笋，结果表明联合干燥显著降低能耗，干燥时间可减少40%，脱水率可达95.4%，且具有较好的杀菌效果。廉苗苗等[19]通过真空冷冻干燥去除猕猴桃中的自由水，再进行真空微波干燥，利用冻干形成的疏松多孔结构加速水分迁移，可实现猕猴桃片的快速干燥。以上文献表明，真空冷冻+微波联合干燥的方式具有两种干燥方式的优点，干燥效率高、品质好，对风味物质的影响较小且具有杀菌效果。

2.3 真空冷冻+红外联合干燥技术的特性及应用研究

2.3.1 真空冷冻+红外联合干燥技术的特性

红外干燥是利用辐射传递热量，不需要传热媒介，红外以电磁波使干燥物质中的分子产生强烈振动，通过物料内部摩擦产生热而进行干燥，与传统常规的干燥方式相比，是一种干燥热通量高、传热传质快、效率高的新型干燥方式。通过将真空冷冻+红外进行联合干燥，可改善传热方式，加速水分升华，可以缩短干燥时间，提升果蔬干制品质，并能较大程度地保留果蔬营养物质[20]。

2.3.2 真空冷冻+红外联合干燥技术的应用

目前，真空冷冻+红外联合干燥技术在果蔬加工中应用的研究较多，主要有以下两种形式。①通过真空冷冻+红外分段联合干燥的方式，先以真空冷冻干燥进行自由水的干燥，然后通过红外干燥的传热快特性加快果蔬中结合水和内部自由水的挥发，从而缩短干燥时间[21]。②真空冷冻和红外干燥同时进行，将红外灯安装在真空冷冻空间内，通过红外辐射持续提供稳定的热源，使物料均匀受热，并可在一定范围内逐步增加红外辐射强度，显著提高干燥效率，较好地保持果蔬营养物质，改善产品品质[22]。吴晓菲[23]在真空冷冻干燥设备中安装红外设备，对3种类型的蔬菜进行干燥品质及减损机理的研究，发现联合干燥可显著提高3种类型蔬菜的干燥效率，缩短干燥时间，且联合干燥样品的感官、质构、营养特性、抗氧化及特征风味方面与真空冷冻干燥接近，是一种较好的干燥方式。KHAMPAKOOL等[24]通过真空冷冻+红外联合干燥制备酥脆香蕉休闲食品，结果表明联合干燥方式可减少70%的干燥时间。WANG等[20]采用真空冷冻与红外联合干燥制备香菇制品，比单一真空冷冻干燥减少48%的时间，且风味物质保留率较高。结合以上研究结果，真空冷冻+红外干燥可显著降低真空冷冻干燥时间，且获得的干燥加工产品质量与真空冷冻干燥产品差别较小。

2.4 真空冷冻+压差闪蒸联合干燥技术的特性及应用研究

2.4.1 真空冷冻+压差闪蒸联合干燥技术的特性

压差闪蒸干燥原理是通过将环境压力迅速降低，促使物料的水分因压力突降而蒸发，物料因压差变化而膨胀变得疏松多孔，从而达到干燥的目的，该方式是一种能耗低、干燥效率高的新型干燥技术。冷冻干燥与压差闪蒸干燥的联合应用，非常适用于生产疏松多孔的冻干类果蔬制品，且比单一冷冻干燥具有更低的能耗[25]。