荔枝脫水干燥技術(shù)研究進展

杜瑋瑤，李遠志，蔡國富，陳 菲，陳 佩

（1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，廣東廣州 510642；2.惠州市四季鮮綠色食品有限公司，廣東惠州 516000）

荔枝原產(chǎn)于中國的南部，是一種無患子科常綠喬木[1]。目前，荔枝在世界各地均有種植，我國的荔枝種植范圍主要集中在廣東和福建地區(qū)。新鮮荔枝果實不僅香甜美味，而且富含人體所需的大量營養(yǎng)物質(zhì)，可以作為營養(yǎng)物質(zhì)來滿足人們的需求。荔枝除了含有豐富的營養(yǎng)物質(zhì)外，還有一定的降血脂、消腫解毒、止血止痛等功能。新鮮荔枝的貯藏十分困難，因為果實容易發(fā)生褐變和腐爛變質(zhì)，這就大大降低了新鮮荔枝的利用率，而將荔枝先干燥可以使荔枝的利用更廣泛。常用的荔枝干制方法是傳統(tǒng)的熱風(fēng)干燥和日曬，這些傳統(tǒng)的干燥方法干燥出來的荔枝干產(chǎn)品的品質(zhì)比較差、干燥所用的時間較久、干燥成本偏高等缺點。在干燥過程中，干燥溫度過高、干燥時間過長也會使果皮嚴重褐變，使得品質(zhì)降低，還會導(dǎo)致細菌大量生長繁殖。在荔枝干燥過程中，除了要達到最根本的脫水目的外，還要注意荔枝的外觀變化和品質(zhì)的問題。介紹了幾種先進的荔枝干燥技術(shù)，包括熱泵干燥、微波真空干燥、真空冷凍干燥、熱風(fēng)-熱泵聯(lián)合干燥。

1 荔枝的干燥技術(shù)

1.1 熱泵干燥技術(shù)

熱泵干燥由熱泵和干燥兩大系統(tǒng)組成。熱泵的閉路循環(huán)系統(tǒng)主要是由膨脹閥、冷凝器、蒸發(fā)器、壓縮機和干燥室等組成[2]。熱泵工作時，首先干燥過程排放的濕空氣中的熱量被蒸發(fā)器吸收后，濕空氣里的水分被冷凝下來排掉，除濕后的干燥空氣送到冷凝器中，對低溫干空氣進行加熱，達到需要的溫度后便進入干燥室內(nèi)，然后對物料進行干燥。這樣反復(fù)循環(huán)，就可以達到除濕干燥的目的。熱泵干燥是一種封閉的循環(huán)系統(tǒng)，其熱效率幾乎接近100%[3]。熱泵干燥的特點有：①能源消耗小。這是因為通過熱泵干燥后其所蒸發(fā)出的水分顯熱和潛熱都能被利用，這是熱泵干燥技術(shù)特有，而其他干燥技術(shù)都不具備的[4]。②干燥溫度低。對于熱敏性物料十分適用，避免在干燥溫度太高和干燥速度太快時，造成的物料表面硬化及糖的析出。③外界氣候?qū)Ω稍餂]有影響。熱泵干燥的溫度調(diào)節(jié)范圍在-20～100℃（加輔助加熱裝置），相對濕度調(diào)節(jié)范圍在15%～80%，所以熱泵干燥十分適用密閉條件下高濕干燥工藝的物料[5-6]。④維修保養(yǎng)要求高，技術(shù)性強。熱泵干燥應(yīng)用范圍比熱風(fēng)干燥和真空干燥都要廣泛，相比之下其投資成本和運行成本都最低[7]。

熱泵干燥與干燥方式的結(jié)果比較見表1。

表1 熱泵干燥與干燥方式的結(jié)果比較

楊韋杰等人[7-8]研究結(jié)果表明，干燥溫度對荔枝干燥效率影響顯著，當干燥溫度越高時，干燥時間也就越短；風(fēng)速對荔枝干制加工時間的影響較??；降速干燥階段為荔枝熱泵干燥過程的主要階段。干燥溫度會影響荔枝果肉中發(fā)生美拉德反應(yīng)，也會對荔枝果肉的生物活性成分有一定的破壞，因此在保證干燥效率的同時也要注意保證荔枝果肉的品質(zhì)。黃菲等人[9]研究了不同干制方式對荔枝多糖理化特性和抗氧化活性的影響，結(jié)果表明熱泵干燥處理荔枝果肉可明顯影響其多糖的理化性質(zhì)及抗氧化活性，熱泵干燥處理荔枝果肉多糖中總酚含量要高于其他干燥方式且多糖具有更好的總抗氧化能力。在對荔枝進行干燥時，要弄清楚干燥目的，不能盲目追求外觀或者某一特性。荔枝在熱泵干燥箱內(nèi)還會受到物料的堆積密度、空氣相對濕度等因素的影響；所以在之后的研究要更全面考慮干燥過程條件對荔枝的影響。

1.2 微波真空干燥技術(shù)

微波真空干燥是最近幾年來興起的一種干燥技術(shù)，它相當于是將微波干燥和真空干燥結(jié)合起來。微波干燥技術(shù)是利用微波輻射的原理，當微波接觸物料并進入物料內(nèi)部時，在電磁場的作用下，偶極分子會做有序的高速擺動，在這種高速的擺動下，分子之間會不斷產(chǎn)生摩擦而產(chǎn)生大量的熱量，這樣水分子會快速逸出，達到快速干燥物料的目的[10]。因為微波本身的特性（強穿透能力），就能夠使物料的內(nèi)外部同時受熱，所以微波干燥的干燥效率特別高。不過微波干燥技術(shù)存在一些缺陷，當壓力為常壓時，需要提供高溫度的熱量，水分才得以去除；但是當干燥溫度太高時，會破壞產(chǎn)品的品質(zhì)。在真空條件，水的沸點會降低，這便是真空干燥的原理。通過真空干燥得到的產(chǎn)品組織結(jié)構(gòu)好、干燥品質(zhì)高，能夠很好地保留產(chǎn)品的營養(yǎng)成分，但是也存在干燥時間過長、耗能大、成本過高等缺點[11]。

這種聯(lián)合干燥，可以取長補短，同時發(fā)揮各自的優(yōu)點。在真空條件下，水分可以向外進行轉(zhuǎn)化，還可以防止物料氧化。當微波存在時，可以水分汽化，能夠在較低溫度下對物料進行高效干燥，這樣對于熱敏性產(chǎn)品就比較實用，可以防止成分遭到破壞，快速達到干燥物料的目的[12]。微波真空干燥技術(shù)所需要的空間很小，這就使得操作加工的成本要遠小于冷凍干燥，并且其工作的壓力和工作溫度都比較低，且是在密閉環(huán)境下工作的，所以十分安全。微波的功率可以根據(jù)實際情況進行調(diào)節(jié)，可以連續(xù)化生產(chǎn)，這一優(yōu)勢可以將實驗室小型干燥轉(zhuǎn)化成企業(yè)化大型干燥。微波還具有抑制有害微生物生長的特點，在一定程度上保證產(chǎn)品的衛(wèi)生。雖然微波真空干燥技術(shù)早已經(jīng)有所研究了，但是相關(guān)設(shè)備的研究和實際生產(chǎn)還很少，能夠把微波干燥優(yōu)良的性能發(fā)揮的設(shè)備就更少了，因此微波真空干燥技術(shù)及設(shè)備的研究還需要更深一步的研究[13]。微波真空干燥對不同品種荔枝多糖抗氧化及降血糖作用的研究表明微波真空干燥作為近幾年出現(xiàn)的新型干燥方式，不僅對常規(guī)化學(xué)指標有很好保留，對生物活性物質(zhì)的活性也有很好保留，可以用作荔枝干燥脫水。

在利用微波對荔枝進行干燥時，在干燥的初期，荔枝的水分含量高、干燥速度快，會在荔枝內(nèi)部形成一個比較強的蒸汽壓，從而導(dǎo)致果殼破裂，所以在用微波干燥的時候，建議采用間歇干燥方式，以保證荔枝的完整性和品質(zhì)。張君慧等人[14]研究微波真空干燥對不同品種荔枝多糖抗氧化及降血糖作用的影響，結(jié)果表明微波真空干燥妃子笑荔枝對糖尿病小鼠的降血糖作用比較好，對于一般的物理化學(xué)指標（外觀、色澤、孔隙率和抗壞血酸含量等），微波真空干燥要好于熱風(fēng)干燥，但是對于荔枝粗多糖的抗氧化活性卻不如熱風(fēng)干燥。多糖的抗氧化活性會受到其分子質(zhì)量的分布和多酚等含量的影響，在之后荔枝干燥過程中，可以進一步研究干燥方式對多糖的影響。在現(xiàn)有的研究中，荔枝微波真空干燥試驗通常都是實驗室試驗條件設(shè)計和工作的，在實際應(yīng)用中，要根據(jù)具體情況做出具體參數(shù)的調(diào)整和修改，如何將實驗生產(chǎn)和工廠連續(xù)化生產(chǎn)也是在日后研究中值得深入研究的。

1.3 真空冷凍干燥技術(shù)

真空冷凍干燥技術(shù)是在低溫下將濕物料或者溶液轉(zhuǎn)化成為固態(tài)，然后將物料中的水分在真空條件下升華成氣態(tài)，達到脫水的一種干燥技術(shù)。基于以下2個條件，升華干燥才能得以連續(xù)進行，一是連續(xù)地供給熱量和連續(xù)地排除生成的蒸汽。在剛開始的階段，如果物料溫度相對較高，升華干燥所需要的潛熱就可以從物料本身獲取。但是隨著升華干燥的進行，物料溫度就會下降，在一定時刻干燥室蒸汽分壓相應(yīng)的溫度就會與物料溫度相平衡，如果這時沒有熱量提供，升華干燥過程就會中斷。如果繼續(xù)供熱，而升華干燥所生成的蒸汽不能及時排除，物料的溫度就會隨蒸汽分壓的升高而升高，物料的溫度升高到物料凍結(jié)點時，物料在凍結(jié)過程中形成的冰晶融化，真空冷凍干燥也就無法繼續(xù)進行了。目前，冷凍干燥方式獲得的產(chǎn)品品質(zhì)是相對來說最好的[12]。冷凍干燥技術(shù)雖然優(yōu)點顯著，但是也因為干燥過程消耗能量高，投入、運行和維護的成本太高，它也被認為最貴的一種干燥技術(shù)。研究表明，與傳統(tǒng)干燥方式相比，冷凍干燥所需要的能量幾乎是傳統(tǒng)的干燥方式的2倍。如果和微波聯(lián)合起來會在一定程度上提高效率，微波加熱十分均勻，這就很大程度上提高了干燥效率[15-16]。冷凍干燥和微波干燥結(jié)合在一起被稱為微波冷凍干燥。

荔枝果肉通過凍干后，外觀形狀與新鮮的荔枝相比基本不變，既保持了荔枝原有的顏色同時也具有濃郁的新鮮荔枝芳香氣味。課題組對真空冷凍干燥技術(shù)進行了深入研究。經(jīng)過真空冷凍干燥的荔枝果肉產(chǎn)品其樣貌、顏色、香味和總糖接近新鮮荔枝肉，VC的含量比熱風(fēng)干燥的高16倍，真空包裝的產(chǎn)品可以在常溫下貯藏。

不同干燥方式對產(chǎn)品品質(zhì)的影響見表2。

表2 不同干燥方式對產(chǎn)品品質(zhì)的影響

張向陽等人[17]研究了多種干燥方法對荔枝果肉干制品品質(zhì)的影響，真空冷凍干燥法制成荔枝果肉干VC含量可以達到103.64 mg/100 g，遠高于其他干燥方式，而且經(jīng)過真空冷凍干燥的荔枝干的顏色要優(yōu)于其他干燥方式。但是，冷凍過程的干燥時間較長，所以如何提高干燥效率也是在實際應(yīng)用中需要解決的。根據(jù)冷凍干燥的原理，當冷凝器內(nèi)水蒸氣的壓力降低時,會加速水蒸氣從凍干箱流向冷凝器，這樣就可以加快質(zhì)的傳遞，提高干燥速率。但是，這樣會增加投資和運行費用，所以在實際的應(yīng)用中要根據(jù)物料的特性和設(shè)備的性能，設(shè)定合理控制冷凝器的溫度，以達到經(jīng)濟運行的目的。

1.4 熱風(fēng)微波聯(lián)合干燥技術(shù)

熱風(fēng)微波干燥顧名思義就是將熱風(fēng)干燥技術(shù)和微波干燥技術(shù)聯(lián)合起來，取長補短。微波干燥有一大特點就是可以在較低溫度下進行干燥，這樣不致使產(chǎn)品中的干物質(zhì)過熱而損壞，這是基于微波對水有選擇加熱的特性。但是當產(chǎn)品的含水量太高時，微波干燥也不適用。熱風(fēng)微波聯(lián)合干燥的研究也越來越多。將微波干燥技術(shù)和熱泵干燥技術(shù)結(jié)合起來，一方面可以有提高干燥效率，另一方面還可以提高產(chǎn)品的品質(zhì)。Baysal T等人[18]將胡蘿卜片進行微波-熱風(fēng)聯(lián)合干燥，結(jié)果表明胡蘿卜片的結(jié)合干燥時間大大縮短，是熱風(fēng)干燥時間的70%；并且對樣品進行復(fù)水率試驗發(fā)現(xiàn)，微波-熱風(fēng)聯(lián)合干燥的胡蘿卜片復(fù)水率比熱風(fēng)干燥的產(chǎn)品高。Maskan M[19]將香蕉先通過熱風(fēng)干燥，然后再進行微波干燥。結(jié)果顯示，聯(lián)合干燥對比單純熱風(fēng)干燥或微波干燥，縮短了干燥時間、降低了加工成本。研究人員在對荔枝干燥的試驗中表明微波干燥時間（6.7 h）約為熱泵干燥時間（60 h） 的1/10，熱泵-微波聯(lián)合干燥時間（41.5 h）介于熱泵干燥和微波干燥之間，說明聯(lián)合干燥技術(shù)在一定的程度上可以取代某一種干燥技術(shù)。課題還研究了熱風(fēng)-熱泵結(jié)合干燥對荔枝的影響，結(jié)果表明通過熱風(fēng)與熱泵聯(lián)合干燥，與熱風(fēng)干燥相對，荔枝果肉在香味、色澤、風(fēng)味和營養(yǎng)成分上都相對來說更好。

2 展望

荔枝的干燥技術(shù)（熱泵干燥，微波真空干燥，真空冷凍干燥，熱風(fēng)-熱泵聯(lián)合干燥）既有各自特有優(yōu)點，又有其不同的缺陷。因此，一方面要努力克服各種干燥技術(shù)本身技術(shù)方法上的缺點，還要理論和實際聯(lián)合起來，克服設(shè)備上的缺點，另一方面需要將2種或多種干燥方式結(jié)合起來，進行聯(lián)合干燥技術(shù)研究，這樣不僅可以發(fā)揮各自的優(yōu)點，在一定程度也可以互相彌補缺點，達到互補的作用。例如，文中已經(jīng)提到的幾種干燥技術(shù)（真空冷凍干燥-微波干燥、熱風(fēng)-熱泵聯(lián)合干燥）。除此之外，從成本上考慮，不管是單一的還是聯(lián)合的干燥設(shè)備，都應(yīng)該與產(chǎn)品的工藝研究緊密結(jié)合起來，這樣才能更好地發(fā)揮各種裝備的特點，滿足產(chǎn)品的各種需求，也可以節(jié)約經(jīng)濟成本。對于荔枝而言，需要更深一步的了解荔枝的各種特性，改變干燥條件和干燥方式開發(fā)出一種更適合荔枝干燥的方法。