1.3　新型食品干燥技術

1.3.1　冷風干燥

熱泵干燥是一種利用熱泵除濕原理來除去空氣中所含水分、調節空間溫度和濕度，從而干燥實驗物料的節能干燥實驗設備，具有能耗小、可靠性高、操作簡便等特點。熱泵干燥溫度控制在5～40℃時的干燥方式稱為熱泵式冷風干燥，簡稱冷風干燥。

任廣躍等以新鮮香椿芽為原料對其進行冷風干燥處理，探究不同干燥方式條件下（冷風干燥、真空冷凍干燥、熱風干燥），香椿芽葉綠素總含量、復水率及維生素C含量。結果顯示，相對于熱風干燥而言，冷風干燥產品的品質更接近真空冷凍干燥產品的品質。物料熱風干燥過程中，由于其內部水分擴散速率小于表面水分蒸發速率，且熱風干燥溫度較高，最終導致熱量在物料表面過度積累，造成物料表面過熱現象發生，嚴重影響產品品質。薛超軼等以鳀魚片為原料，研究不同冷風干燥溫度對鳀魚片的水分、蛋白質和脂肪等營養素含量的影響，同時比較不同冷風干燥溫度對鳀魚片硫代巴比妥酸（TBA值）和揮發性鹽基氮（TVB-N）值的影響，進一步研究冷風干燥溫度對鳀魚片的硬度與色澤的影響。結果顯示：隨冷風干燥溫度的升高，干燥速率不斷加快，鳀魚片蛋白質和脂肪含量隨之增加；TBA值和TVB-N值也不斷增大，同時硬度與外表黃度也出現增大現象，但亮度明顯降低。結果說明，較低的冷風干燥溫度有利于控制鳀魚片的感官生化品質，研究結果為冷風干燥用于鳀魚片品質控制提供了理論依據。吳靖娜等以液熏鮑為研究對象，采用冷風干燥技術干制液熏鮑。在單因素試驗基礎上，通過響應面設計試驗，以冷風干燥溫度、干燥風速和干燥時間為因素，對干制熏鮑的硬度和彈性變化情況進行研究并建立相關數學模型，確定液熏鮑冷風干燥的加工工藝：同時探討干制熏鮑的安全指標及保藏性。結果顯示，由模型方程確定液熏鮑魚冷風干燥工藝的最優參數為：溫度26℃、風速4m/s、時間23h。經該工藝生產的干制熏鮑，各項指標均符合國家食品安全標準和商業無菌要求，并且具有較好的風味和品質。

1.3.2　微波冷凍干燥

在我國，對流干燥是當前最普遍的干燥方式。然而，在工業上由于干燥時間長以及干燥溫度高，常常導致產品顏色變暗、形態收縮、失去風味以及復水能力差等問題的發生。相對于其他干燥方式，冷凍干燥是一種能夠對幾乎所有的食物都能較好地維持其營養、顏色、結構以及風味物質的一種干燥方式。而且，冷凍干燥還能夠為多孔結構的材料提供較好的復水能力。然而，眾所周知，冷凍干燥代價十分昂貴，這限制了將其應用于農產品干燥中的發展。

隨著干制品需求量的不斷上升和消費者對其品質要求的日益提高，迫切需要研發出更加高效的干燥方式。微波是一種電磁波，且已經作為一種熱源廣泛地應用于食品工業。微波可以穿透物質，即不借助熱梯度便可加熱產品，相對于傳統熱風干燥，微波干燥更加迅速、均勻、高效節能。將微波作為冷凍干燥的熱源，在真空條件下，微波可以加熱容積大的物質，并可大大提高冷凍干燥的速率，這種技術稱為微波冷凍干燥（microwave freeze drying，MFD）。近幾年，微波冷凍干燥已經作為一種潛在的獲取高品質干燥產品的方法被研究出來。MFD包含了微波干燥和冷凍干燥的所有優點。在MFD過程中大部分的水是在一個高真空狀態下通過升華的方式去除的，因此能夠得到一個同FD干燥有著相似品質的干燥產品。此外，微波是一種快速的過程，因此有潛在的提高干燥效率的可能。

Duan等對比了雙孢菇 3種不同升華干燥方式的干燥效果和干燥效率，結果發現微波冷凍干燥得到的雙孢菇干制品的品質與冷凍干燥所得產品相當，但能耗卻遠低于冷凍干燥。Ren等研究了雙孢菇玻璃化轉變溫度在微波冷凍干燥中的變化規律，并測定了雙孢菇微波冷凍干燥擊穿放電發生時的臨界微波比功率，發現在整個干燥過程中直到雙孢菇含水率低于20%時，產品的平均溫度才低于玻璃化轉變溫度，這說明在干燥的大部分時間里雙孢菇均處于橡膠態，而且當壓強在67Pa左右時臨界微波比功率達到最低值約為3～4W/g，當微波系統壓強大于100Pa時隨著壓強的增大臨界微波比功率趨于穩定，但都在5.5～6W/g。江昊等以切割香蕉為原料，討論了利用微波冷凍干燥（MFD）為基礎加工高品質果蔬脆片的方法，同時對改善其干燥均勻性的方法做出研究。研究結果表明，MFD不僅提高干燥速率，同時也保持了良好的產品品質。與FD相比，MFD在干燥相同質量樣品時能節省33.8%的能耗和40%的干燥時間。同時研究了在解吸干燥階段采用不同干燥參數對物料進行處理以達到進一步節能縮時的目的。利用數學手段對能耗進行分析，認為對比單位時間能耗MFD并沒明顯優勢，縮短干燥時間是節能的最主要原因。實驗也采用多元線性回歸模型對干燥能耗進行分析。最后，為了提高MFD的干燥均勻性，對現有MFD干燥設備進行改進并開發出負壓噴動微波凍干設備（PSMFD），建立了依據均方根誤差（RMSE）法的干燥均勻性評價方法，利用紅外熱成像儀分析了PSMFD干燥過程中溫度分布情況，發現較長的噴動時間和較短的噴動間隔有利于物料溫度分布更加均一且熱點區域更少。利用RMSE法對單塊香蕉粒進行分析，結果表明較高的微波強度、較長的噴動間隔以及較短的噴動時間使得物料溫度較高且均勻性相對較差。

1.3.3　微波真空干燥

微波真空干燥技術是將微波技術與真空技術相結合的一種新型微波低溫干燥技術，它兼備了微波加熱及真空干燥的一系列優點，克服了常規真空干燥周期長、效率低的缺點，在一般物料干燥過程中，可比常規方法提高工效4～10倍；具有干燥產量高、質量好，加工成本低等優點，由于真空條件下空氣對流傳熱難以進行，只有依靠熱傳導的方式給物料提供熱能。常規真空干燥方法傳熱速度慢，效率低，并且溫度控制難度大。微波加熱是一種輻射加熱，是微波與物料直接發生作用，使其里外同時被加熱，無須通過對流或傳導來傳遞熱量，所以加熱速度快，干燥效率高，溫度控制容易。

吳濤等對黑莓進行微波真空干燥，研究不同微波功率和真空度對黑莓干燥過程中溫度的影響，觀察樣品整個溫度場的分布規律。結果表明：黑莓在微波功率為400W、真空度為80kPa的條件下加熱2min后，熱點的溫度維持在60℃左右，溫度差異性為0.27，在樣品熱點區域加熱溫度高度一致性的前提下，保證了合適的加熱溫度，滿足黑莓的干燥要求。丁睿以馬鈴薯為原料，通過改變微波功率、裝載量、切片厚度3個因數，測得不同條件下馬鈴薯微波真空干燥的干燥曲線及干燥速率曲線，分析不同因素對干燥時間及干燥速率的影響。對馬鈴薯微波真空干燥的動力學模型進行了研究。通過對多個薄層物料干燥動力學模型進行比較分析，并運用數據分析軟件對實驗結果進行擬合，得出了馬鈴薯微波真空干燥最適合的干燥動力學模型，該模型可較準確地描述水分比隨干燥時間的變化規律。

楊曉童等設計了一種集微波干燥與真空干燥于一體的新型裝置，將波導和波源冷卻裝置融為一體，有效地解決了微波分布不均和微波源受熱易損壞兩大難題。物料室是微波室和真空室的交集，可以使物料既能受到微波輻射，又能處于真空環境中。分層設計的物料盤一方面可以方便拆卸，另一方面可以充分地利用物料室的空間。模塊化的冷阱設計使冷阱可以根據干燥的需求自由地裝卸，可以有效地提高冷阱的利用效率。該微波真空干燥設備設計巧妙，安全可靠，可以滿足高品質物料的干燥加工。