現(xiàn)代水果干制工藝技術(shù)研究進(jìn)展

陳子民，莫江婷，陳廣生，郭小璇，朱賢文

（1.廣西電網(wǎng)有限責(zé)任公司南寧供電局，廣西 南寧 530029；2.廣西電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，廣西 南寧 530023；3.南方電網(wǎng)數(shù)字電網(wǎng)科技（廣東）有限公司，廣東 廣州 510663）

我國(guó)物產(chǎn)豐富，各類水果產(chǎn)量穩(wěn)居世界前列，但水果產(chǎn)量豐收的同時(shí)也伴隨著部分水果不易貯存的難題。作為西部地區(qū)的農(nóng)業(yè)大省的廣西，其芒果、荔枝、龍眼、楊桃、百香果、番木瓜、柿子、沙田柚等水果在產(chǎn)量和種植面積上都穩(wěn)居全國(guó)前列，但熱帶及亞熱帶水果普遍具有鮮貯貨架期短、易發(fā)生冷害、帶菌率高等缺點(diǎn)。每年需對(duì)大量的應(yīng)季水果進(jìn)行加工。干制加工不僅能夠快速消耗季節(jié)性強(qiáng)的水果，同時(shí)能豐富水果本身的口感和風(fēng)味，給消費(fèi)者提供更多的選擇[1]。本文總結(jié)了現(xiàn)代水果干制工藝技術(shù)研究進(jìn)展，并以作為農(nóng)業(yè)大省的廣西為例，通過對(duì)該省目前的水果干制工藝水平與國(guó)內(nèi)先進(jìn)水果干制工藝進(jìn)行比較，為我國(guó)未來水果干制工藝發(fā)展方向提供參考。

1 水果主要干制工藝及其現(xiàn)狀

1.1 傳統(tǒng)單一干燥方式

不同特性的水果適用于不同的干燥方式。荔枝、龍眼目前通常采用熱風(fēng)干燥和冷凍干燥的方式進(jìn)行加工處理[2]，而芒果則可以通過噴霧干燥方式加工成芒果粉[3]，也有研究人員對(duì)火龍果進(jìn)行微波干燥處理，得到火龍果干[4]。不同的干燥方式有其特定的優(yōu)缺點(diǎn)，能耗比、工作效率、得到的產(chǎn)品風(fēng)味和品質(zhì)也各不相同。

1.1.1 熱風(fēng)干燥

熱風(fēng)干燥（Hot-air drying，HAD）是水果干制行業(yè)中最傳統(tǒng)、最常用的一種干燥方式。但是，熱風(fēng)干燥存在能量利用效率低、能耗高、干燥時(shí)間長(zhǎng)和干燥不均勻等缺點(diǎn)，此外，由于水果長(zhǎng)時(shí)間暴露在較高的干燥溫度下，導(dǎo)致水果品質(zhì)大幅下降、產(chǎn)品質(zhì)地和風(fēng)味受損[5-6]。盡管如此，由于操作簡(jiǎn)單、處理量高、適用范圍廣，熱風(fēng)干燥仍然是目前水果加工工業(yè)中最常用的干燥手段。

Huang等[7]比較了熱風(fēng)干燥前后荔枝果肉多糖的變化，發(fā)現(xiàn)熱風(fēng)干燥可以改變荔枝多糖的結(jié)構(gòu)，同時(shí)提高其免疫活性，這也是荔枝干被用作中藥的原因之一。牛坡等[8]研究發(fā)現(xiàn)，在熱風(fēng)干燥過程中，橘皮干燥至安全含水率所需要的時(shí)間短，水分有效擴(kuò)散系數(shù)大，活化能低。由于熱風(fēng)干燥成本低，技術(shù)成熟，因此它是目前應(yīng)用較為廣泛的水果干燥技術(shù)。

1.1.2 熱泵干燥

熱泵干燥（Heat pump drying，HPD）也是目前應(yīng)用較為廣泛的一種干燥方法。與熱風(fēng)干燥相比，熱泵干燥不僅能更高效地利用能源，還能夠保持水果中部分熱敏成分的完整，提高產(chǎn)品品質(zhì)[9]。

熱泵干燥具有高效、節(jié)能和環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，目前廣泛應(yīng)用于紡織、制藥和食品加工等行業(yè)[10]。Kohayakawa等[11]研究表明，在芒果的干制過程中，熱泵干燥的能效比較傳統(tǒng)鍋爐熱風(fēng)干燥方式高。郭小璇等[12]也發(fā)現(xiàn)，采用熱泵干燥芒果，可以有效提高芒果的干燥效率，降低干燥成本。此外，溫靖等[13]研究發(fā)現(xiàn)，熱泵干燥得到的龍眼干其非酶褐變程度顯著低于熱風(fēng)干燥。李昌寶等[14]將熱泵干燥用于番木瓜的干制處理，結(jié)果表明，在40～70 ℃的范圍內(nèi)，提高溫度可以大大節(jié)省干燥時(shí)間，提高干燥效率。黃燕芬等[15]對(duì)荔枝果肉干制工藝進(jìn)行了優(yōu)化，結(jié)果表明，荔枝果肉在60 ℃烘干2 h 的條件下干燥速率最快，18～20 h 后果肉水分含量降至25%，此時(shí)的荔枝果肉風(fēng)味、品質(zhì)和貯藏性最佳。

與其他干燥方式相比，熱泵干燥技術(shù)特點(diǎn)更符合我國(guó)國(guó)情，作為替代的工藝技術(shù)，可響應(yīng)“雙碳”政策，穩(wěn)步推進(jìn)小型鍋爐的淘汰，在節(jié)能減排方面充當(dāng)著先鋒角色。

1.1.3 冷凍干燥

冷凍干燥（Freeze drying，F(xiàn)D）是使水果中的水分從液態(tài)凍結(jié)成固體，再直接升華為氣態(tài)的一種干燥方式，其可以很好地保留產(chǎn)品的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[16]。冷凍干燥過程中，如何調(diào)節(jié)冷凍速率和控制失水參數(shù)，并能同時(shí)滿足產(chǎn)品品質(zhì)和能耗需求是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)[17]。Yi 等[18]研究表明，經(jīng)冷凍預(yù)處理后的芒果片、火龍果片和木瓜片，其理化性質(zhì)、質(zhì)地、顏色、微觀結(jié)構(gòu)和復(fù)水特性等方面均顯著優(yōu)于熱風(fēng)干燥，冷凍干燥也可以最大限度地保留3種水果的營(yíng)養(yǎng)成分和品質(zhì)特性。黃思涵等[19]對(duì)真空冷凍干燥柚子皮的工藝進(jìn)行了優(yōu)化，結(jié)果顯示，在加熱溫度50 ℃、真空度40 Pa、物料厚度5 mm的工藝條件下可以得到品質(zhì)較好的柚子皮干。幾種典型的水果凍干工藝參數(shù)詳見表1。

表1 典型水果凍干工藝參數(shù)Table 1 Freezing process parameters of typical fruit

相較于其他干燥方式，冷凍干燥是一種非常獨(dú)特的干制工藝，得到的產(chǎn)品也能夠很大程度地復(fù)原水果本身的口感。目前，市面上已有凍干水果干，比如凍干芒果片、火龍果片、荔枝干、龍眼粉、木瓜干等的售賣，但由于其工藝成本較高，并不適用于大批量水果的干制處理。

1.1.4 微波干燥

微波干燥（Microwave drying，MD）是相對(duì)新興的一種干燥方式，也是目前常用的果蔬干燥方式之一。微波干燥過程中，物料中的離子和水分子在電磁場(chǎng)的作用下運(yùn)動(dòng)加劇，導(dǎo)致表面溫度上升，水分蒸發(fā)[26]，該技術(shù)適用于多種水果的干制加工過程[27]。荔枝是微波干燥常用的水果之一。王宸之等[28]研究發(fā)現(xiàn)，微波干燥比熱風(fēng)干燥更適用于龍眼的干燥加工，微波干燥的效率顯著高于熱風(fēng)干燥，且微波干燥下的果肉褐變度及多酚氧化酶活性均低于熱風(fēng)干燥。

然而，微波干燥仍有一定的局限性，加熱不均勻是目前微波干燥存在的主要問題。造成其加熱不均勻的原因主要有以下幾方面：①物料尺寸過大；于形狀不規(guī)則；③果肉成分不均勻。同時(shí)相比于冷凍干燥，微波干燥得到的產(chǎn)品復(fù)水性稍遜[29]，因此，盡管微波干燥優(yōu)點(diǎn)明顯，但是加熱不均勻的缺點(diǎn)致使微波干燥并不適用于多數(shù)水果的加工。

不同的干燥方式有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，并且適用于不同水果的干制過程。然而，每一種干燥方式都存在短板和不足，如果能將兩種或多種干燥方式的優(yōu)點(diǎn)同時(shí)結(jié)合起來用于水果的干制，將會(huì)大大提高干制的品質(zhì)和效率。

1.2 新型聯(lián)合干燥技術(shù)

兩種或兩種以上的聯(lián)合干燥技術(shù)可充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，具有低能耗、低污染、高效率、高品質(zhì)等特點(diǎn)，更加符合工業(yè)化生產(chǎn)的要求，已成為近年來的研究重點(diǎn)。

1.2.1 熱風(fēng)聯(lián)合干燥

熱風(fēng)-微波聯(lián)合干燥是水果干制工藝中最常見的一種聯(lián)合干燥方式。微波干燥具有速度快、效率高的優(yōu)點(diǎn)，但是運(yùn)行成本較高，熱風(fēng)干燥則正好相反，因此，通過熱風(fēng)-微波聯(lián)合干燥（HAD-MD）的方式可以充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)。Jia 等[30]研究發(fā)現(xiàn)，通過熱風(fēng)-微波聯(lián)合干燥得到的柿子干片，其再水化能力、色澤和質(zhì)地都明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的熱風(fēng)干燥，整體品質(zhì)接近凍干柿子片。同時(shí)，熱風(fēng)-微波聯(lián)合干燥還大大節(jié)約了干燥時(shí)間和能耗。潘瑩瑛[31]通過對(duì)比芒果的不同干制方式發(fā)現(xiàn)，熱風(fēng)干燥的單位耗電量為28.15 kW·h·kg-1，而微波熱風(fēng)聯(lián)合干燥的單位耗電量?jī)H為7.63 kW·h·kg-1。在水果干制技術(shù)研究中，熱風(fēng)-微波聯(lián)合干燥是目前研究最多的聯(lián)合干燥方式，其充分結(jié)合了熱風(fēng)干燥低成本和微波干燥高效率的優(yōu)點(diǎn)，并且得到的果干品質(zhì)也明顯提升。

然而，持續(xù)的微波可能會(huì)使產(chǎn)品表面溫度過高而導(dǎo)致水果的物理和化學(xué)結(jié)構(gòu)受損，影響果干的品質(zhì)。而熱風(fēng)-紅外聯(lián)合干燥（HAD-ID）的出現(xiàn)可以解決這一問題。由于紅外線的能量可以直接被物料吸收，避免了因產(chǎn)品表面和內(nèi)部溫度不均勻而導(dǎo)致水果的物理結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分受損[32]。紅外和熱風(fēng)聯(lián)合不僅可以快速完成干制過程，同時(shí)可以保證果干的品質(zhì)。與微波干燥相比，紅外干燥的加入可以更大限度地降低果干中的水分含量，而對(duì)于高水分含量的水果，熱風(fēng)-紅外聯(lián)合干燥的方式可以通過內(nèi)部蒸發(fā)和壓力驅(qū)動(dòng)來提高表面水分，從而保留產(chǎn)品的口感和風(fēng)味[33]。目前，已經(jīng)有許多學(xué)者將熱風(fēng)-紅外聯(lián)合干燥方式用于龍眼加工[34]。Nuthong 等[35]研究表明，在紅外功率500 W、熱風(fēng)溫度40 ℃、風(fēng)速1.5 m/s的參數(shù)下，可以將龍眼中的水分含量快速降低至20%以下。

熱風(fēng)-真空冷凍聯(lián)合干燥（HAD-FD）是將熱風(fēng)干燥和冷凍干燥的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合的一種聯(lián)合干燥方式，其可以在縮短干制時(shí)間、降低成本的同時(shí)保證產(chǎn)品的品質(zhì)。如何控制干制過程的成本、更好地利用能源效率、節(jié)約干制時(shí)間、優(yōu)化干制工藝是目前的研究重點(diǎn)。有研究將熱風(fēng)-真空冷凍干燥用于龍眼的加工，發(fā)現(xiàn)與單一的熱風(fēng)干燥相比，通過熱風(fēng)-真空冷凍聯(lián)合干燥得到的龍眼果干，其水分活度和皺縮率更低，復(fù)水比更高，同時(shí)含有更多的多糖和酚類物質(zhì)；此外，聯(lián)合干燥比傳統(tǒng)冷凍干燥時(shí)間縮短了12.16%，節(jié)約單位能耗25.4%[36]。然而，在另一篇報(bào)道中，熱風(fēng)-真空冷凍聯(lián)合干燥雖然能很好地保持火龍果的口感，使酸度降低，但火龍果在干制過程中蛋白質(zhì)含量損失高達(dá)60%，這表明營(yíng)養(yǎng)成分損失較大[37]?？梢?，雖然熱風(fēng)-真空冷凍聯(lián)合干燥很好地結(jié)合了各自的特點(diǎn)，但是對(duì)于不同的水果，這種干制方式能否發(fā)揮其本身的優(yōu)勢(shì)仍需通過工藝優(yōu)化進(jìn)一步明確。

1.2.2 其他聯(lián)合干燥方式

微波-真空聯(lián)合干燥（MD-VD）是在物料微波干燥的過程中為其提供真空環(huán)境的一種干燥技術(shù)。通過微波和真空聯(lián)合干燥的方式可以有效降低干制過程中的溫度，在保證效率的同時(shí)最大程度地保留產(chǎn)品本身的口感和其中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[38]。微波-真空干燥適用于很多熱敏性的水果，例如芒果[39]、荔枝[40]、火龍果[41]和番木瓜[42]等。微波-真空干燥方式從上個(gè)世紀(jì)末才開始被廣泛研究，是一種相對(duì)新興的干燥方式，而其用于水果干制的研究也僅有十多年。這一干制方式主要包括兩個(gè)階段：初始干制階段和第2干制階段。與傳統(tǒng)的干燥方式不同，微波-真空干燥在初始階段升溫速度極快，可以在短時(shí)間內(nèi)將溫度升高至60 ℃，然后減壓進(jìn)入真空階段繼續(xù)以60 ℃干制，直到干制完成[43]。采用微波-真空干燥可以得到品質(zhì)與冷凍干燥接近的干制產(chǎn)品，并且有研究顯示，相較于后者可以縮短約40%的干制時(shí)間[39]。

冷凍-微波真空干燥（FD-MVD）將3種干制方式結(jié)合，這種方式不僅能夠得到高品質(zhì)的果干產(chǎn)品，還能發(fā)揮微波真空效率高、干制速度快和能耗低的優(yōu)點(diǎn)[44]。Li等[45]通過冷凍-微波真空干燥的方式對(duì)柚子進(jìn)行干制，發(fā)現(xiàn)與冷凍干燥相比，聯(lián)合干燥可以顯著縮短干燥時(shí)間，并有效保留產(chǎn)品的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。

為了克服熱泵干燥在干制過程中當(dāng)含水率降低到一定程度時(shí)干燥速率減慢等缺點(diǎn)，出現(xiàn)了新型的熱泵-微波聯(lián)合干燥方式。關(guān)志強(qiáng)等[46]通過熱泵-微波聯(lián)合干燥探究了荔枝的最佳工藝，發(fā)現(xiàn)熱泵在50 ℃、微波時(shí)間2.5 min 下可以得到品質(zhì)較高的荔枝果干，并且與熱泵干燥相比，干制時(shí)間顯著縮短，同時(shí)降低了能耗。

有學(xué)者嘗試將真空滲透脫水聯(lián)合熱泵干燥方式用于芒果的干制加工，結(jié)果表明，芒果片經(jīng)0.04 MPa真空處理20 min后，在熱泵干燥濕度55 ℃，每干燥2 h間歇4 h 的工藝條件下，得到的芒果干亮度高，色澤好，總酸含量低，β-胡蘿卜素能得到較好地保留[47]。

1.3 輔助干制加工技術(shù)

傳統(tǒng)的干制加工技術(shù)在經(jīng)歷多年的不斷發(fā)展和進(jìn)步后，目前已經(jīng)發(fā)展出大量成熟的干燥工藝。不同干制工藝或多或少存在一定的缺陷或弊端，因此，需要通過一些輔助的加工技術(shù)來更好地滿足干制需求。

1.3.1 超聲波輔助干制

超聲波輔助干制技術(shù)是常見的輔助水果加工的技術(shù)之一，該技術(shù)通過分子表面的相互作用力，使物料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，形成微孔道和細(xì)小裂縫，從而使內(nèi)部的水分更容易向表面轉(zhuǎn)移，這一過程稱為海綿效應(yīng)[48]。超聲預(yù)處理輔助干制適合用于非熱處理的干制技術(shù)，由于非熱干制加工往往具有能耗高、干制效率低的缺點(diǎn)，因此超聲輔助干制可以有效彌補(bǔ)這一不足。Méndez-Calderón 等[49]使用超聲輔助對(duì)流干燥技術(shù)對(duì)芒果進(jìn)行了加工，采用響應(yīng)面法以果干品質(zhì)和干制速率兩項(xiàng)參數(shù)為評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)干制工藝進(jìn)行優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)中等超聲功率（70～80 W）和較低的對(duì)流溫度（55～60 ℃）可以在保證芒果干品質(zhì)的同時(shí)，將干制時(shí)間縮短23%。Da Silva Júnior 等[50]探究了超聲輔助真空干燥對(duì)木瓜干制的影響，結(jié)果表明，與常規(guī)真空干燥相比，超聲輔助真空干燥對(duì)木瓜的干燥過程有積極的影響，不僅可以大大縮短干制時(shí)間，同時(shí)還能保持木瓜原有的形態(tài)和色澤，制成的木瓜干質(zhì)地和口感更佳。

1.3.2 脈沖電場(chǎng)

脈沖電場(chǎng)（Pulsed electric field，PEF）是一種新興的輔助干制加工技術(shù)，可以替代傳統(tǒng)的熱處理手段來滅活病原微生物以及相關(guān)酶，在干制前使用PEF對(duì)水果進(jìn)行預(yù)處理可以有效提高其表面的水分?jǐn)U散系數(shù)，并對(duì)干制效果起到改良作用[51]。作為一種起步較晚的新興加工技術(shù)，目前已有眾多學(xué)者將其應(yīng)用于水果干制加工研究中。Lammerskitten 等[52]將PEF 技術(shù)用于芒果干制的預(yù)處理，在使用參數(shù)30 kV、40μs的單極指數(shù)衰減脈沖處理芒果整果后，再分別對(duì)芒果進(jìn)行真空干燥和對(duì)流干燥。結(jié)果表明，PEF預(yù)處理可以使真空干燥和對(duì)流干燥后樣品的再水合能力分別降低21%和16%，同時(shí)，經(jīng)過PEF 預(yù)處理后干燥的芒果干中酚類物質(zhì)的保留率可達(dá)到70%，而未使用PEF 處理的對(duì)照組酚類物質(zhì)保留率僅為30%。另一篇文獻(xiàn)中，PEF對(duì)酚類物質(zhì)的保留效果進(jìn)一步得到了驗(yàn)證，在3 kV/cm的工藝參數(shù)下，PEF預(yù)處理可以將柚子皮中的酚類物質(zhì)含量提升30%以上[53]。目前，PEF預(yù)處理輔助干制技術(shù)在國(guó)內(nèi)應(yīng)用十分有限，僅有的幾篇關(guān)于PEF的文獻(xiàn)均來自國(guó)外的實(shí)驗(yàn)室。因此，盡管從幾篇報(bào)道均能看到PEF技術(shù)的優(yōu)勢(shì)與潛力（主要集中于對(duì)干制效率的提升和對(duì)營(yíng)養(yǎng)成分的保留），但對(duì)于這一工藝技術(shù)的能耗比、設(shè)備穩(wěn)定性以及適用范圍等問題還是較為模糊。該技術(shù)是否適用于特殊水果的干制加工，同時(shí)為產(chǎn)業(yè)帶來實(shí)質(zhì)性的幫助，仍然需要大量的研究來證明。

1.3.3 冷等離子體

冷等離子體是一種新興的非熱處理技術(shù)，研究發(fā)現(xiàn)，冷等離子可增強(qiáng)植物細(xì)胞的生物合成，從而增加營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)成分[54]。因此，這項(xiàng)技術(shù)在近幾年被用于果蔬干制的預(yù)處理。Li 等[55]使用冷等離子體處理鮮切火龍果，發(fā)現(xiàn)這種方式可以很好地保存火龍果中的酚類物質(zhì)。

1.4 干燥技術(shù)特點(diǎn)總結(jié)

為了更好地體現(xiàn)各種干制工藝之間的差異，將各干制工藝的優(yōu)缺點(diǎn)、應(yīng)用現(xiàn)狀以及研究進(jìn)展進(jìn)行總結(jié)，詳見表2。

表2 不同干制方式的優(yōu)缺點(diǎn)、應(yīng)用現(xiàn)狀及其研究進(jìn)展Table 2 The characteristic,application status and research development of each drying technologies

2 干制工藝對(duì)水果品質(zhì)的影響

2.1 產(chǎn)品品質(zhì)

食品的顏色、風(fēng)味、質(zhì)地等共同決定了產(chǎn)品的品質(zhì)，而品質(zhì)的好壞直接決定了干制食品在市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力。顏色和外觀是評(píng)價(jià)水果品質(zhì)的重要因素，其直觀地反映了水果的新鮮程度和腐敗狀態(tài)。水果的顏色在干制過程中受多種因素，比如色素的降解、美拉德反應(yīng)、抗壞血酸的氧化和酶促褐變等的影響[56]。除此之外，水果的種類、酸堿度、干制的溫度及持續(xù)時(shí)間等也會(huì)對(duì)最終產(chǎn)品的顏色產(chǎn)生較大的影響[57]。通常使用色差計(jì)來測(cè)定果干的L*、a*和b*值，這3項(xiàng)參數(shù)常用來評(píng)判產(chǎn)品在干制過程中的顏色變化。Cárcel 等[58]研究表明，相較于高溫對(duì)流干燥，低溫干制方式可以顯著降低柿子變暗的速度。黃曉蕓[59]通過試驗(yàn)得出，不同干制方式對(duì)龍眼果肉褐變度的影響由大至小排序?yàn)椋杭t外干燥＞真空干燥＞熱風(fēng)干燥＞冷凍干燥。隨著干制溫度的升高（45～65 ℃），得到的柿子干L*值從67.8 上升到70.3[60]。這些結(jié)果都說明，溫度是引起水果發(fā)生褐變的主要因素，高溫的干制方式會(huì)加速果肉的褐變。因此，有學(xué)者開始通過一些人為干預(yù)的方式來減緩于水果顏色在干制過程中的改變。有報(bào)道證明，低溫、真空、滲透處理和二氧化硫填充等手段可以有效地防止水果的顏色發(fā)生改變[59，61]。通過滲透預(yù)處理干燥后得到的木瓜干制產(chǎn)品，其顏色與新鮮木瓜非常接近，這是由于蔗糖溶液和水果果肉之間的滲透壓存在差異，從而導(dǎo)致在木瓜表面生成了一層糖層，糖層有效地避免了木瓜在干燥過程中發(fā)生褐變[62]。對(duì)于藍(lán)莓來說，二氧化硫填充的預(yù)處理手段可以將藍(lán)莓的干燥時(shí)間由17 d縮短到12 h，同時(shí)經(jīng)過預(yù)處理后的藍(lán)莓果干賣相更佳[63]。

對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)的評(píng)價(jià)指標(biāo)還包括其內(nèi)部結(jié)構(gòu)、紋理和機(jī)械特性，對(duì)于傳統(tǒng)的熱干燥技術(shù)（熱風(fēng)、熱泵和微波等）來說，盡管果干能達(dá)到較低的水分含量，但是加熱的方式會(huì)破壞水果的物理結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致塌陷和收縮。目前常見的干制方式中，冷凍干燥是公認(rèn)的最好的水果干制方式，其得到的果干風(fēng)味、外觀、質(zhì)地明顯優(yōu)于其他干制方式，同時(shí)復(fù)水率更高、產(chǎn)品口感更脆[64]。

影響果干質(zhì)地的因素主要包括孔隙率、水分?jǐn)U散率及水分活度。在水果干制過程中，由于水分蒸發(fā)速度加快，導(dǎo)致產(chǎn)品內(nèi)部產(chǎn)生蒸汽壓，從而形成多孔結(jié)構(gòu)?？紫堵手苯記Q定了果干的口感和松脆度，孔隙率越高表明其含水量越低，則口感越佳。Apinyavisit 等[65]通過掃描電鏡（SEM）表征了3種干制方式對(duì)龍眼果肉微觀結(jié)構(gòu)的影響，結(jié)果表明，熱風(fēng)干燥得到的龍眼果干孔隙率較低，而微波-熱風(fēng)和微波-真空聯(lián)合干燥可以使產(chǎn)品中形成更多的孔隙，其中微波-真空聯(lián)合干燥得到的龍眼果干孔隙率最高，同時(shí)孔徑最大。水分?jǐn)U散率是評(píng)價(jià)果干品質(zhì)的重要指標(biāo)，可以反映水果在干制過程中的收縮率和塌陷程度，通常荔枝的水分?jǐn)U散率在1.322×10-13～9.629×10-10m/s，荔枝果肉的水分?jǐn)U散率隨溫度的升高而增加。

水果干制前，選擇適當(dāng)?shù)姆椒▽?duì)其進(jìn)行預(yù)處理可以有效地改善產(chǎn)品的品質(zhì)。Nyangena 等[66]研究表明，在芒果干制前選擇檸檬汁和檸檬酸進(jìn)行預(yù)處理，太陽能干燥后的芒果水分含量、水分活度和顏色都得到顯著的改善。Dereje 等[67]研究發(fā)現(xiàn)，檸檬汁和熱燙預(yù)處理對(duì)于芒果干制有改善作用，并且能夠提高VC含量。典型水果干燥前適宜預(yù)處理方式歸納總結(jié)見表3。

表3 水果的預(yù)處理方式和干制方式Table 3 The pretreated and dried manners of fruits

2.2 營(yíng)養(yǎng)成分

大量研究表明，水果在干制前后營(yíng)養(yǎng)組成和比例會(huì)發(fā)生較大改變，同時(shí)對(duì)于不同水果、不同的干制方式和工藝參數(shù)處理后，營(yíng)養(yǎng)成分含量千差萬別[73]。

郭亞娟[74]比較了真空冷凍（FVD）、真空微波（MVD）、熱泵（HPD）和熱風(fēng)干制（HAD）4種方式對(duì)荔枝果肉營(yíng)養(yǎng)成分的影響，研究表明，總糖減少量排序?yàn)椋赫婵瘴⒉ǎ?0.27%）＞熱泵（9.55%）＞熱風(fēng)（9.46%）＞真空冷凍（3.18%）。

Duan等[75]分別在65～70 ℃、60～65 ℃、55～60 ℃的微波條件下對(duì)荔枝進(jìn)行干燥，得到荔枝干的VC含量分別為14.45、15.38、16.81 mg/100 g，且含量隨著溫度的降低而升高。說明溫度對(duì)果肉中營(yíng)養(yǎng)成分的影響較大，而相對(duì)低溫的干制過程可能有助于改善營(yíng)養(yǎng)成分的流失。目前，大部分的水果都通過熱風(fēng)干制的方式進(jìn)行加工，然而長(zhǎng)時(shí)間的高溫會(huì)導(dǎo)致果肉氧化速度加劇，破壞果肉中的熱敏成分，導(dǎo)致干制品中營(yíng)養(yǎng)成分損失嚴(yán)重。相反，盡管低溫干制（如冷凍干燥等）成本較高，但是低溫環(huán)境不僅有利于果干中營(yíng)養(yǎng)成分（如酚類物質(zhì)）的保留，還能降低水果中酶促褐變的反應(yīng)速度[76-77]。事實(shí)上，在熱加工過程中，隨著溫度的升高，水果中的色素和花青素會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使水果的顏色變得更加明亮鮮艷，水果中的果膠和纖維素也會(huì)發(fā)生變化，使水果變得更加軟嫩，同時(shí)水果中的淀粉和蛋白質(zhì)等物質(zhì)會(huì)發(fā)生變化，使水果變得更加甜軟，因此，水果的顏色、質(zhì)地、風(fēng)味和口感隨溫度的升高而提升，較高溫度下干燥的果干總體可接受度更高[64]。因此，如何對(duì)溫度這一參數(shù)在產(chǎn)品品質(zhì)與營(yíng)養(yǎng)成分之間進(jìn)行權(quán)衡，從而得到最優(yōu)加工工藝仍需要進(jìn)一步探究。

楊曉紅等[78]研究表明，60 ℃熱風(fēng)烘干會(huì)導(dǎo)致番木瓜中的醛類、酮類和脂類物質(zhì)含量降低。Yao 等[79]發(fā)現(xiàn)，60 ℃的熱風(fēng)干燥導(dǎo)致芒果片酚酸類、VC 和總糖含量降低。這可能是由于長(zhǎng)時(shí)間高溫對(duì)果肉中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)造成了持續(xù)破壞，因此，對(duì)于熱干制的方式，可以通過縮短加熱時(shí)間來盡可能減少高溫對(duì)果肉中營(yíng)養(yǎng)成分的破壞。Cao 等[80]研究表明，相對(duì)于熱風(fēng)干燥，到達(dá)同一水分含量時(shí)，熱風(fēng)-超聲聯(lián)合干燥能更好地保持荔枝中的VC 和總酚含量。此外，通過熱風(fēng)-超聲聯(lián)合對(duì)柿子進(jìn)行干制加工后，還原糖、抗壞血酸、總多酚和β-胡蘿卜素含量幾乎維持不變[24]。這些結(jié)果表明，聯(lián)合干燥不僅可以提升干制產(chǎn)品的品質(zhì)，同時(shí)還能有效地減少營(yíng)養(yǎng)成分在干制過程中的損失。

2.3 生物學(xué)活性

大量的研究表明，干制會(huì)造成水果中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的含量或結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，從而導(dǎo)致果干在生物學(xué)活性上的差異。Gan等[81]研究表明，通過熱風(fēng)干燥得到的龍眼干多糖結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著變化，新鮮龍眼中的多糖主要由葡萄糖和甘露糖組成，而干制后的龍眼多糖包括葡萄糖、甘露糖、半乳糖和鼠李糖，同時(shí)平均分子量也降低了30%。此外，相較于新鮮龍眼，龍眼干多糖顯著增加了淋巴細(xì)胞和巨噬細(xì)胞的免疫活性。另一篇研究也表明，與新鮮龍眼相比，熱風(fēng)干燥得到的龍眼干多糖具有更高的免疫調(diào)節(jié)活性和抗炎活性[82]。熱干制過程會(huì)導(dǎo)致水果中的多糖結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，糖主鏈發(fā)生斷裂或降解，同時(shí)，在外源性β-半乳糖苷酶的作用下，多糖的末端殘基在加工過程中被水解釋放，而后這些糖殘基可以通過酯化作用再次與主鏈連接[83-84]。在高溫干燥過程中，由于β-（1→3）糖苷鍵比β-（1→4）糖苷鍵更穩(wěn)定且更容易形成，因此導(dǎo)致了果干中單糖組成的改變及分子鏈的易位[84]。此外，熱風(fēng)干燥得到的荔枝干多糖免疫活性也顯著增強(qiáng)[7]。多糖作為一種具有多種生物學(xué)活性的大分子物質(zhì)，其結(jié)構(gòu)特異性強(qiáng)，每種天然來源的多糖都具有特定的結(jié)構(gòu)，這也導(dǎo)致了其不同的生物活性，如免疫調(diào)節(jié)[85]、抗炎[86]、抗氧化[87]、降血糖[88]等活性已經(jīng)被廣泛報(bào)道。因此，在水果干制過程中，如何通過特定的干制工藝和參數(shù)得到某一種獨(dú)特結(jié)構(gòu)的多糖將是未來研究的方向之一。

在水果干制過程中，加熱會(huì)直接造成水果多糖物質(zhì)結(jié)構(gòu)的改變，而這個(gè)過程影響了酚類物質(zhì)活性。之前的研究已表明，酚類物質(zhì)含量與多種生物學(xué)活性密切相關(guān)，而其含量的減少直接影響干制水果的抗氧化能力。熱泵干燥后的荔枝果肉中游離酚、結(jié)合酚和總酚含量顯著降低，導(dǎo)致其抗氧化活性下降[89]。鄧彩玲[90]研究表明，熱泵干燥導(dǎo)致龍眼果肉中的游離酚及總酚含量下降，同時(shí)DPPH自由基清除能力顯著降低。說明熱干制過程對(duì)水果中的酚類物質(zhì)含量和生物活性具有較大的影響，而不同干燥方式可能會(huì)有不同的影響。Karaman 等[91]比較了冷凍干燥、烘箱干燥和真空烘箱干燥對(duì)柿子生物學(xué)活性的影響，結(jié)果表明，相比于另外兩種干燥方式，通過冷凍干燥得到的柿子酚類物質(zhì)減少程度最低，而且具有更好的抗氧化活性和抗糖尿病活性。這可能是低溫環(huán)境維持了酚類物質(zhì)的含量，并使其具有更好的生物學(xué)活性。然而另一項(xiàng)研究中則得到了相反的結(jié)論，曾廣琳等[92]發(fā)現(xiàn)熱風(fēng)干燥后的番木瓜的總酚含量（6.11 mg/g）高于微波干燥（4.36 mg/g）和冷凍干燥（4.32 mg/g），因此，對(duì)于DPPH 自由基清除能力表現(xiàn)為：熱風(fēng)干燥＞微波干燥＞冷凍干燥。

綜合來看，不同干燥方式對(duì)不同水果活性物質(zhì)的影響和作用方式不同，故針對(duì)特定的水果需要選擇不同的干制方式。

3 現(xiàn)代水果干制工藝技術(shù)應(yīng)用分析

囿于企業(yè)規(guī)模與設(shè)備投入，當(dāng)前果脯加工企業(yè)大多為中小微企業(yè)，為了節(jié)約成本，大多數(shù)選擇采用化石能源供熱的傳統(tǒng)熱風(fēng)干燥技術(shù)。以農(nóng)業(yè)大省廣西為例，經(jīng)過筆者實(shí)地調(diào)研，在2021 年，廣西的芒果干與木瓜干總產(chǎn)量均超過25 000 t，相關(guān)生產(chǎn)企業(yè)超過40家，80%企業(yè)都是采用此干燥工藝技術(shù)，其中采用燃煤或柴鍋爐干燥作為熱源的熱風(fēng)干燥企業(yè)占比為75%，使用電能（熱泵）+燃煤或柴鍋爐組合熱源熱風(fēng)干燥的企業(yè)占比20%，使用天然氣鍋爐干燥作為熱源的熱風(fēng)干燥的企業(yè)占比5%，如圖1所示。

圖1 廣西芒果干與木瓜干干燥工藝技術(shù)運(yùn)用占比圖Fig.1 Guangxi dried mango and dried papaya drying process technology utilization ratio chart

徐玉娟等[93]研究表明，相比于傳統(tǒng)的熱風(fēng)干燥，熱泵干燥不僅可以有效保留水果的營(yíng)養(yǎng)成分，提高果脯品質(zhì)，產(chǎn)品風(fēng)味遠(yuǎn)超傳統(tǒng)熱風(fēng)干燥生產(chǎn)的果干制品。張福錚[94]研究發(fā)現(xiàn)，在同一供熱條件下，將2 臺(tái)20 t/h的鍋爐供熱采用熱泵供熱代替，電價(jià)按市場(chǎng)價(jià)0.6元/（kW·h）計(jì)算，則供熱成本可以節(jié)約680萬元左右，節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤5 272 t，溫室氣體CO2減排1.546 9萬t，SO2減排465.47 t，氮氧化物減排232.73 t。由此可見，從經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益來看，熱泵干燥技術(shù)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)化石能源為熱源的熱風(fēng)干燥技術(shù)。

因此，隨著果脯果干加工的產(chǎn)業(yè)升級(jí)，小型果脯廠家必將以熱泵或熱泵聯(lián)合干燥技術(shù)替代傳統(tǒng)化石能源為熱源的熱風(fēng)干燥技術(shù)，全面推進(jìn)果脯果干干制電氣化進(jìn)程，這也是未來國(guó)家干燥行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)。

4 展望

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和消費(fèi)水平的不斷提升，高品質(zhì)果干產(chǎn)品的市場(chǎng)需求逐漸增大。然而，當(dāng)前的水果干制行業(yè)存在技術(shù)落后、設(shè)備老化、果干品質(zhì)低和能源利用效率低等問題。在不斷改進(jìn)現(xiàn)有傳統(tǒng)干制技術(shù)的同時(shí)，還需進(jìn)一步加大創(chuàng)新力度，研發(fā)新技術(shù)和新裝備，敢于嘗試應(yīng)用新興加工技術(shù)，注重多種干制技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用，在快速有效地處理大量應(yīng)季水果和降低能源消耗的同時(shí)，提升干制產(chǎn)品的品質(zhì)。果脯果干干制作為水果加工業(yè)中的高能耗環(huán)節(jié)，在實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排以及國(guó)家“30·60”雙碳目標(biāo)上任務(wù)艱巨，通過先進(jìn)干制工藝技術(shù)及設(shè)備的推廣應(yīng)用，推動(dòng)實(shí)現(xiàn)我國(guó)果脯加工產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)。