作者：李伟荣 任爱清 陈国宝
摘要胡萝卜具有很高的营养价值及多种保健功效。干燥加工是胡萝卜产业精深加工主要方式之一。主要介绍了胡萝卜干燥技术的种类、技术原理、国内外研究现状、存在的问题以及发展趋势，旨在为胡萝卜产业的发展提供参考和引导。关键词胡萝卜;干燥技术;研究进展
胡萝卜具有很高的营养价值和多种保健功效，其中含有丰富的维生素、糖、淀粉、钾、钙、磷、铁等营养成分及无机盐类和5种人体必需的氨基酸。胡萝卜还含有大量的类胡萝卜素、双歧因子和核酸物质，这些物质对于增强免疫力、减轻氧负自由损伤、抗基因突变、保护肠道黏膜和增殖肠道益生菌有独特疗效;能增加冠状动脉血流量、降低血脂、促进肾上腺素的合成，进而具有降压、强心的功效[1]。我国是胡萝卜生产大国，胡萝卜加工产品有冷冻和保鲜处理、胡萝卜饮料、脱水蔬菜、胡萝卜泥、添加剂等[2]。研究胡萝卜的加工方法显得尤为重要，干燥加工为国内外研究最多加工方法之一。干燥加工是利用产品低水分活度，从而抑制微生物的生产繁殖和酶的活性，同时可以赋予产品良好的风味，达到长期贮藏、易于运输、便于消费的目的。现对胡萝卜干燥技术的原理、国内外研究现状、存在的问题以及发展趋势和应用前景进行了综述，旨在为胡萝卜产业的发展提供参考。
1胡萝卜干燥技术简介
胡萝卜干燥技术的发展经历了一个较长的发展过程。第1类干燥技术为以自然日晒干燥、热风干燥和油炸干燥为代表的干燥技术。太阳能干燥和热风干燥存在干燥时间长，产品褐变严重的缺点。油炸干燥生产过程会生成丙烯酰胺等对人体有害物质，同时产品含油量高，油脂易氧化易酸败影响产品质量。第2类干燥技术主要包括真空干燥、热泵干燥和高温瞬时干燥，在一定程度上提高了干燥效率，褐变程度有所减轻，营养成分和风味物质损失也有改善。第3类干燥技术为联合干燥技术，即采取2种或2种以上方法结合的干燥技术，主要有真空微波、真空油炸、热风-热泵联合干燥、红外-热风联合干燥、变温压差膨化干燥技术[3]、真空冷冻干燥技术[4]、真空微波-真空油炸-真空微波干燥技术[5]等。这类干燥技术将不同干燥方法的优点相结合，生产出来的产品品质较单一，干燥方式有很大的提高。第4类干燥技术为介电干燥技术[6]，主要有微波干燥、红外干燥及与联合干燥等。第5类干燥技术为新兴的一些干燥技术，克服了真空冷冻干燥的高能耗缺点，同时保持产品品质。包括折射窗薄层干燥技术[7]、低温吸附干燥技术等[8]。
2部分新干燥技术原理
2.1热泵-热风联合干燥技术
热泵干燥是利用热泵从低温热源吸收热量，将其在高温环境释放，从而对物料进行干燥。与普通的热风干燥相比，热泵干燥充分利用了干燥排出的水蒸汽潜热，在整个干燥过程中没有能量损失(唯一的损失就是设备与空气的热交换)，能耗低，是一种新型节能技术。尽管热泵干燥具有较好的节能效果，但热泵干燥本身也有缺点，热泵干燥在干燥中后期存在干燥速率较小和能耗比升高的问题。热泵热风联合干燥能够克服单一热泵干燥后期干燥效率较差的问题[9]。李志远等[10]和徐建国等[11]在胡萝卜热泵-热风联合干燥研究方面，已取得了较好的效果。
2.2真空油炸技术
真空油炸是一项新的食品加工技术，是将真空脱水干燥和油炸有机地结合为一体生产出兼有两者效果的食品。该项技术主要是利用负压状态下食品中的水分沸点降低的原理，实现在低温条件下的脱水油炸，同时可以保存油炸果蔬的营养成分，避免油脂氧化劣变和产生致癌物质[12-13]。
2.3介电干燥技术
介电加热干燥[6]是一种内部加热方式，它以微波或无线电磁波发射的能量为加热介质，亦即用高频或超高频电磁场使干燥介质的极性分子随不断变化的电场高速摆动。由于分子原有的热运动和相邻分子间的相互作用，使分子随外电场变化而摆动的规则运动受到干扰和阻碍，产生类似摩擦的效应。结果一部分能量转化为分子杂乱热运动的能量，以热的形式表现出来，这样干燥介质的温度也随着升高。
2.4变温压差膨化技术
变温压差膨化干燥又称气流膨化干燥、压差膨化干燥等，是指将物料在密封的环境加热，达到高温高压状态，然后释放到真空状态，利用物料内部水分瞬间升温汽化，减压膨胀，并依靠气体的膨胀力，带动组织中高分子物质的结构变性，从而形成具有网状骨架、定型的多孔状结构的过程[3]。
2.5折射窗薄层干燥技术
Refractance Window(RW，意为“折射窗”或“偏流窗”)干燥是一种新的薄层干燥技术，是以透明聚酯膜覆盖于热水的表面上，湿物料喷涂于聚酯膜上进行干燥，物料蒸发的水分通过抽风排除，物料与聚酯膜分离为干燥终点。RW干燥一般采用循环热水作为热源。当含水物料置于聚酯膜表面的时候，物料中的水分与聚酯膜接触的部位形成一个可以让红外能量通过的“窗口”。热能同时以传导和辐射的方式传送到物料上，物料受热而水分被蒸发。由于蒸发和抽风冷却作用，物料温度很少超过75 ℃，物料干燥后，“红外线窗口”就会关闭，热量只能以传导的方式传送，由于聚酯膜是热的不良导体，干燥样品能够避免过度加热[14]。
2.6低温吸附干燥技术
吸附干燥是一种新的低温干燥方法[15]，它利用吸附除湿能除去空气中的水分获得干燥气流(露点温度可达-10 ℃以下)，可用表冷器调节气流温度;在低温下进行干燥，能耗仅为一般干燥的20%~50%，且可用低品位热源，无环境污染，操作运行简便，能有效地避免高温对食品营养成分的破坏，很好地保存原有制品的色香味，可以代替冷冻干燥。
3胡萝卜干燥技术研究现状
3.1胡萝卜干燥工艺研究
市售干燥胡萝卜片以热风、微波、真空油炸和真空冷冻产品居多。王福娟等[16]采用真空干燥胡萝卜，确定0.07 MPa和60 ℃为适宜工艺条件;关植基等[17]采用热风干燥胡萝卜，确定热风75 ℃、物料表面穿流风速在1.0 m/s、输送带线速度在500 mm/min可作为最佳干燥条件;郭强等[18]采用流化床干燥胡萝卜，认为70 ℃间歇干燥效果较好;娄琦等[19]研究胡萝卜冷冻干燥，认为降低系统压力可有效缩短冻干时间，物料的最佳冻干厚度为1 cm;丁昌江等[20]研究了高压电场干燥胡萝卜条，并与热风干燥工艺进行对比发现，采用高压电场干燥胡萝卜条，胡萝卜素含量为43.4 mg/100 g，而热风干燥后胡萝卜素含量为39.15 mg/100 g，保存率提高了10.86%;范柳萍等[12]研究了不同预处理条件以及油炸温度、真空度、时间对胡萝卜脆片品质的影响，通过响应面分析确定其最佳油炸工艺为温度100~110 ℃、真空度为0.08～0.09 MPa、时间为15 min;王喜鹏等[21]进行了胡萝卜真空微波干燥特性研究及工艺优化研究;毕金峰等[22]通过研究胡萝卜变温压差膨化干燥的关键影响因素，确定最佳工艺条件:膨化温度为100 ℃，抽空温度为80 ℃，抽空时间为150 min，膨化压力差为0.2 MPa，停滞时间为10 min。
单一的干燥方式往往不能获得令人满意的品质，于是部分学者试图将几种干燥方式结合，充分发挥不同干燥方式的优点，获得高品质的产品。李志远等[10]采用热风-热泵干燥结合干燥的胡萝卜片，将胡萝卜素损失率由单一热风干燥的37.8%减少至17.5%;金丽梅等[23]对热风-微波联合干燥胡萝卜的工艺进行了研究，并与单独热风干燥进行比较，证明联合干燥胡萝卜制品的品质最优;李志远等[10]和徐建国[11]等进行了胡萝卜片热泵-热风联合干燥研究，获得了品质较好的胡萝卜片。 免费论文下载中心
3.2胡萝卜干燥机理研究
对干燥机理的研究有助于更好地了解胡萝卜干燥特性，有利于产品工艺的确定和产品质量的提高。研究人员已进行了热风干燥的传热分析、预处理对产品干燥机理的影响、热泵干燥机制、微波干燥机制、冷冻干燥机制、联合干燥模型、吸附式低温干燥特性、变温压差膨化干燥机制的研究。
刘正怀[24]研究了切片胡萝卜热风干燥过程中传热模拟分析，综合湿热扩散过程，提出了切片胡萝卜内部传热模型和内部传质模型，运用第三边界条件进行了传热过程的模拟，并做了试验验证。结果表明:模拟值和实测值十分接近，最大相对偏差小于1.8%。赵玉生等[25]研究了干燥前预处理对胡萝卜脱水机理和产品质量的影响表明，烫漂和冻结处理均能提高干燥速率，但糖渍处理的物料，要达到相同的平衡湿含量，需要更高的温度和更长的时间，然而脱水制品的稳定性，并不是以湿含量最小为标准，而是与它的水分活度有关，因此经预处理的胡萝卜，只要干燥介质的相对湿度适宜，仍能缩短干燥时间和降低能量消耗，物料的糖渍处理对干燥过程的热量传递和质量传递以及干制品的复水性能均有显著影响。李志远等[10]研究了胡萝卜热泵干燥特性，还建立了胡萝热泵干燥数学模型，在试验条件范围内，模型预测值与实测值吻合较好，可以用Page模型比较准确的预测干燥过程中的水分比或含水率。王金双等[26]通过对胡萝卜片的微波干燥试验，获得了切片厚度、装载量及微波功率3个因子对失水及耗电的影响;并利用SAS软件进行了回归分析，获得了微波干制胡萝卜片拟合方程。邱学青等[27]通过胡萝卜冷冻干燥过程的研究，得出了胡萝卜的共熔点、冻干曲线及其恃热传质特性。探讨了胡萝卜在冻干过程中系统的压力、物料表面的气速及循环变压法对冻干速率的影响。通过对不同厚度物料冻干速率的研究，确定了物料的最佳冻干厚度。徐建国等[11]研究了胡萝卜片热泵-热风联合干燥过程的特征，确定了前期低温热泵干燥、后期短时热风干燥的联合干燥方式，建立了干燥过程数学模型。孙庆梅等[8]对胡萝卜吸附式低温干燥过程的干燥特性进行了试验研究，考察了干燥气体(空气)的湿度和风量以及物料粒度对胡萝卜干燥特性和复水比的影响，得到形状相似的干燥曲线，用自定义最小二乘法拟合均能获得较好的结果，结果表明:吸附式低温干燥过程可使被干燥物料达到超干水平(含水率<5%);增加干燥气体流量对干燥过程进行有利，当气体流量从200 L/h增加至400 L/h时，胡萝卜含水率从41.31%降低至34.93%;被干燥物料颗粒大小和形状对干燥过程有显著影响;经过吸附式干燥后的胡萝卜色泽鲜艳、无褐变，外表品质优于热风干燥。吸附式低温干燥后胡萝卜的复水比(6.52)显著高于热风干燥(1.78)。中国农业科学院农产品加工所正在进行胡萝卜变温压差膨化干燥技术研究，在前人研究的基础上，从设备和工艺上都做了相应的改进，已经做过苹果、哈密瓜、柑橘、马铃薯、甘薯、大蒜、桃、枣、菠萝、草莓等原料。现在正在做的胡萝卜变温压差膨化干燥技术也已取得阶段性进展。加强了前处理、预干燥等工艺的研究，采取渗透失水、热风干燥和膨化干燥相结合的方式，基本达到了操作温度更低、营养损失更少、保质期更长、口感更加酥脆的目标[28]。
4胡萝卜干燥技术存在的问题
综合市场上现有的胡萝卜干燥产品，主要存在着以下问题:一是褪色。胡萝卜色泽鲜艳，在加工过程中水溶性色素损失较多，造成产品不同程度的褪色。在加工过程中应该尽量缩短水处理时间，如缩短热烫和浸糖时间，或采用真空浸糖，以减少色素损失。二是外形不平整。由于干燥过程传热、传质作用，胡萝卜组织内部产生应力，造成变形。可以通过适当的预处理、采取合适的加工方法改善变形。三是风味变淡。胡萝卜在烫漂和干燥等处理过程，可能造成营养和风味物质的大量损失，使产品口感粗糙、淡而无味。可通过工艺不断完善，尽量减少预处理和干燥过程中的风味损失，或通过后期回填风味的方法加以解决。四是包装材料不合格。胡萝卜片含水率很低容易吸潮，特别是膨化的胡萝卜脆片结构疏松多孔更容易吸湿回潮，包装材料的透水、透气、透光性能，直接影响到产品的品质和贮藏时间。要尽量降低产品水分，寻找不透光、不透水、不透气的包装材料，辅助加些干燥剂，使产品具有尽可能长的货架期。
5胡萝卜干燥技术发展趋势
我国胡萝卜产量位居世界前列，但胡萝卜加工主要停留在简单的冷冻和保鲜处理层面上，附加值较高、增值空间较大的胡萝卜饮料、脱水蔬菜、胡萝卜泥、添加剂等精、深加工技术相对落后。干燥技术作为提高胡萝卜附加值的主要方法之一，今后的发展趋势应集中在以下方面。一是节能环保新干燥技术的开发。节能减排是我国食品工业的走向，研究开发生产工艺简单、能耗低、绿色环保的生产流程是其发展趋势。应研究开发低温短时干燥工艺，既能减少能源消耗，又能减少产品营养和风味物质损失，同时赋予产品良好的色泽和口感，达到经济效益与社会效益的双赢。今后应着重研究节能环保、绿色营养、品质优良的新干燥技术。如低温吸附干燥技术、折射窗薄层干燥技术、真空油炸技术、变温压差膨化技术、介电干燥中微波干燥及红外干燥以及2种或2种以上结合使用的联合干燥技术。二是开发自动化、连续化生产工艺和设备。设计开发结构紧凑、操作简单、自动化、连续化、低投入高产出、能耗低、品质优的干燥设备和工艺，能促进胡萝卜加工业的健康持续发展。三是产品多元化开发，综合利用。应充分利用胡萝卜的各种营养成分，开发无废弃物工艺和产品，丰富胡萝卜加工产品和种类，形成以胡萝卜为主料的系列化产品，如胡萝卜渣综合利用、胡萝卜素提取、胡萝卜饮料等。
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