荔枝脱水干燥技术研究进展

杜玮瑶，李远志，蔡国富，陈 菲，陈 佩

（1.华南农业大学食品学院，广东广州 510642；2.惠州市四季鲜绿色食品有限公司，广东惠州 516000）

荔枝原产于中国的南部，是一种无患子科常绿乔木[1]。目前，荔枝在世界各地均有种植，我国的荔枝种植范围主要集中在广东和福建地区。新鲜荔枝果实不仅香甜美味，而且富含人体所需的大量营养物质，可以作为营养物质来满足人们的需求。荔枝除了含有丰富的营养物质外，还有一定的降血脂、消肿解毒、止血止痛等功能。新鲜荔枝的贮藏十分困难，因为果实容易发生褐变和腐烂变质，这就大大降低了新鲜荔枝的利用率，而将荔枝先干燥可以使荔枝的利用更广泛。常用的荔枝干制方法是传统的热风干燥和日晒，这些传统的干燥方法干燥出来的荔枝干产品的品质比较差、干燥所用的时间较久、干燥成本偏高等缺点。在干燥过程中，干燥温度过高、干燥时间过长也会使果皮严重褐变，使得品质降低，还会导致细菌大量生长繁殖。在荔枝干燥过程中，除了要达到最根本的脱水目的外，还要注意荔枝的外观变化和品质的问题。介绍了几种先进的荔枝干燥技术，包括热泵干燥、微波真空干燥、真空冷冻干燥、热风-热泵联合干燥。

1 荔枝的干燥技术

1.1 热泵干燥技术

热泵干燥由热泵和干燥两大系统组成。热泵的闭路循环系统主要是由膨胀阀、冷凝器、蒸发器、压缩机和干燥室等组成[2]。热泵工作时，首先干燥过程排放的湿空气中的热量被蒸发器吸收后，湿空气里的水分被冷凝下来排掉，除湿后的干燥空气送到冷凝器中，对低温干空气进行加热，达到需要的温度后便进入干燥室内，然后对物料进行干燥。这样反复循环，就可以达到除湿干燥的目的。热泵干燥是一种封闭的循环系统，其热效率几乎接近100%[3]。热泵干燥的特点有：①能源消耗小。这是因为通过热泵干燥后其所蒸发出的水分显热和潜热都能被利用，这是热泵干燥技术特有，而其他干燥技术都不具备的[4]。②干燥温度低。对于热敏性物料十分适用，避免在干燥温度太高和干燥速度太快时，造成的物料表面硬化及糖的析出。③外界气候对干燥没有影响。热泵干燥的温度调节范围在-20～100℃（加辅助加热装置），相对湿度调节范围在15%～80%，所以热泵干燥十分适用密闭条件下高湿干燥工艺的物料[5-6]。④维修保养要求高，技术性强。热泵干燥应用范围比热风干燥和真空干燥都要广泛，相比之下其投资成本和运行成本都最低[7]。

热泵干燥与干燥方式的结果比较见表1。

表1 热泵干燥与干燥方式的结果比较

杨韦杰等人[7-8]研究结果表明，干燥温度对荔枝干燥效率影响显著，当干燥温度越高时，干燥时间也就越短；风速对荔枝干制加工时间的影响较小；降速干燥阶段为荔枝热泵干燥过程的主要阶段。干燥温度会影响荔枝果肉中发生美拉德反应，也会对荔枝果肉的生物活性成分有一定的破坏，因此在保证干燥效率的同时也要注意保证荔枝果肉的品质。黄菲等人[9]研究了不同干制方式对荔枝多糖理化特性和抗氧化活性的影响，结果表明热泵干燥处理荔枝果肉可明显影响其多糖的理化性质及抗氧化活性，热泵干燥处理荔枝果肉多糖中总酚含量要高于其他干燥方式且多糖具有更好的总抗氧化能力。在对荔枝进行干燥时，要弄清楚干燥目的，不能盲目追求外观或者某一特性。荔枝在热泵干燥箱内还会受到物料的堆积密度、空气相对湿度等因素的影响；所以在之后的研究要更全面考虑干燥过程条件对荔枝的影响。

1.2 微波真空干燥技术

微波真空干燥是最近几年来兴起的一种干燥技术，它相当于是将微波干燥和真空干燥结合起来。微波干燥技术是利用微波辐射的原理，当微波接触物料并进入物料内部时，在电磁场的作用下，偶极分子会做有序的高速摆动，在这种高速的摆动下，分子之间会不断产生摩擦而产生大量的热量，这样水分子会快速逸出，达到快速干燥物料的目的[10]。因为微波本身的特性（强穿透能力），就能够使物料的内外部同时受热，所以微波干燥的干燥效率特别高。不过微波干燥技术存在一些缺陷，当压力为常压时，需要提供高温度的热量，水分才得以去除；但是当干燥温度太高时，会破坏产品的品质。在真空条件，水的沸点会降低，这便是真空干燥的原理。通过真空干燥得到的产品组织结构好、干燥品质高，能够很好地保留产品的营养成分，但是也存在干燥时间过长、耗能大、成本过高等缺点[11]。

这种联合干燥，可以取长补短，同时发挥各自的优点。在真空条件下，水分可以向外进行转化，还可以防止物料氧化。当微波存在时，可以水分汽化，能够在较低温度下对物料进行高效干燥，这样对于热敏性产品就比较实用，可以防止成分遭到破坏，快速达到干燥物料的目的[12]。微波真空干燥技术所需要的空间很小，这就使得操作加工的成本要远小于冷冻干燥，并且其工作的压力和工作温度都比较低，且是在密闭环境下工作的，所以十分安全。微波的功率可以根据实际情况进行调节，可以连续化生产，这一优势可以将实验室小型干燥转化成企业化大型干燥。微波还具有抑制有害微生物生长的特点，在一定程度上保证产品的卫生。虽然微波真空干燥技术早已经有所研究了，但是相关设备的研究和实际生产还很少，能够把微波干燥优良的性能发挥的设备就更少了，因此微波真空干燥技术及设备的研究还需要更深一步的研究[13]。微波真空干燥对不同品种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为近几年出现的新型干燥方式，不仅对常规化学指标有很好保留，对生物活性物质的活性也有很好保留，可以用作荔枝干燥脱水。

在利用微波对荔枝进行干燥时，在干燥的初期，荔枝的水分含量高、干燥速度快，会在荔枝内部形成一个比较强的蒸汽压，从而导致果壳破裂，所以在用微波干燥的时候，建议采用间歇干燥方式，以保证荔枝的完整性和品质。张君慧等人[14]研究微波真空干燥对不同品种荔枝多糖抗氧化及降血糖作用的影响，结果表明微波真空干燥妃子笑荔枝对糖尿病小鼠的降血糖作用比较好，对于一般的物理化学指标（外观、色泽、孔隙率和抗坏血酸含量等），微波真空干燥要好于热风干燥，但是对于荔枝粗多糖的抗氧化活性却不如热风干燥。多糖的抗氧化活性会受到其分子质量的分布和多酚等含量的影响，在之后荔枝干燥过程中，可以进一步研究干燥方式对多糖的影响。在现有的研究中，荔枝微波真空干燥试验通常都是实验室试验条件设计和工作的，在实际应用中，要根据具体情况做出具体参数的调整和修改，如何将实验生产和工厂连续化生产也是在日后研究中值得深入研究的。

1.3 真空冷冻干燥技术

真空冷冻干燥技术是在低温下将湿物料或者溶液转化成为固态，然后将物料中的水分在真空条件下升华成气态，达到脱水的一种干燥技术。基于以下2个条件，升华干燥才能得以连续进行，一是连续地供给热量和连续地排除生成的蒸汽。在刚开始的阶段，如果物料温度相对较高，升华干燥所需要的潜热就可以从物料本身获取。但是随着升华干燥的进行，物料温度就会下降，在一定时刻干燥室蒸汽分压相应的温度就会与物料温度相平衡，如果这时没有热量提供，升华干燥过程就会中断。如果继续供热，而升华干燥所生成的蒸汽不能及时排除，物料的温度就会随蒸汽分压的升高而升高，物料的温度升高到物料冻结点时，物料在冻结过程中形成的冰晶融化，真空冷冻干燥也就无法继续进行了。目前，冷冻干燥方式获得的产品品质是相对来说最好的[12]。冷冻干燥技术虽然优点显著，但是也因为干燥过程消耗能量高，投入、运行和维护的成本太高，它也被认为最贵的一种干燥技术。研究表明，与传统干燥方式相比，冷冻干燥所需要的能量几乎是传统的干燥方式的2倍。如果和微波联合起来会在一定程度上提高效率，微波加热十分均匀，这就很大程度上提高了干燥效率[15-16]。冷冻干燥和微波干燥结合在一起被称为微波冷冻干燥。

荔枝果肉通过冻干后，外观形状与新鲜的荔枝相比基本不变，既保持了荔枝原有的颜色同时也具有浓郁的新鲜荔枝芳香气味。课题组对真空冷冻干燥技术进行了深入研究。经过真空冷冻干燥的荔枝果肉产品其样貌、颜色、香味和总糖接近新鲜荔枝肉，VC的含量比热风干燥的高16倍，真空包装的产品可以在常温下贮藏。

不同干燥方式对产品品质的影响见表2。

表2 不同干燥方式对产品品质的影响

张向阳等人[17]研究了多种干燥方法对荔枝果肉干制品品质的影响，真空冷冻干燥法制成荔枝果肉干VC含量可以达到103.64 mg/100 g，远高于其他干燥方式，而且经过真空冷冻干燥的荔枝干的颜色要优于其他干燥方式。但是，冷冻过程的干燥时间较长，所以如何提高干燥效率也是在实际应用中需要解决的。根据冷冻干燥的原理，当冷凝器内水蒸气的压力降低时,会加速水蒸气从冻干箱流向冷凝器，这样就可以加快质的传递，提高干燥速率。但是，这样会增加投资和运行费用，所以在实际的应用中要根据物料的特性和设备的性能，设定合理控制冷凝器的温度，以达到经济运行的目的。

1.4 热风微波联合干燥技术

热风微波干燥顾名思义就是将热风干燥技术和微波干燥技术联合起来，取长补短。微波干燥有一大特点就是可以在较低温度下进行干燥，这样不致使产品中的干物质过热而损坏，这是基于微波对水有选择加热的特性。但是当产品的含水量太高时，微波干燥也不适用。热风微波联合干燥的研究也越来越多。将微波干燥技术和热泵干燥技术结合起来，一方面可以有提高干燥效率，另一方面还可以提高产品的品质。Baysal T等人[18]将胡萝卜片进行微波-热风联合干燥，结果表明胡萝卜片的结合干燥时间大大缩短，是热风干燥时间的70%；并且对样品进行复水率试验发现，微波-热风联合干燥的胡萝卜片复水率比热风干燥的产品高。Maskan M[19]将香蕉先通过热风干燥，然后再进行微波干燥。结果显示，联合干燥对比单纯热风干燥或微波干燥，缩短了干燥时间、降低了加工成本。研究人员在对荔枝干燥的试验中表明微波干燥时间（6.7 h）约为热泵干燥时间（60 h） 的1/10，热泵-微波联合干燥时间（41.5 h）介于热泵干燥和微波干燥之间，说明联合干燥技术在一定的程度上可以取代某一种干燥技术。课题还研究了热风-热泵结合干燥对荔枝的影响，结果表明通过热风与热泵联合干燥，与热风干燥相对，荔枝果肉在香味、色泽、风味和营养成分上都相对来说更好。

2 展望

荔枝的干燥技术（热泵干燥，微波真空干燥，真空冷冻干燥，热风-热泵联合干燥）既有各自特有优点，又有其不同的缺陷。因此，一方面要努力克服各种干燥技术本身技术方法上的缺点，还要理论和实际联合起来，克服设备上的缺点，另一方面需要将2种或多种干燥方式结合起来，进行联合干燥技术研究，这样不仅可以发挥各自的优点，在一定程度也可以互相弥补缺点，达到互补的作用。例如，文中已经提到的几种干燥技术（真空冷冻干燥-微波干燥、热风-热泵联合干燥）。除此之外，从成本上考虑，不管是单一的还是联合的干燥设备，都应该与产品的工艺研究紧密结合起来，这样才能更好地发挥各种装备的特点，满足产品的各种需求，也可以节约经济成本。对于荔枝而言，需要更深一步的了解荔枝的各种特性，改变干燥条件和干燥方式开发出一种更适合荔枝干燥的方法。