摘 要：随着食品、农副产品加工的工业化不断推进，其产品干燥问题已越来越引起人们的关切。重点论述微波干燥、喷雾干燥、真空冷冻干燥、太阳能干燥的应用现状，并提出各种干燥技术研究和发展的方向。
关键词：食品干燥；微波干燥；喷雾干燥；真空冷冻干燥；太阳能干燥
随着工农业的迅猛发展，干燥工业正不断成熟和壮大，成为机械工业中一个具有蓬勃生机的新兴行业。干燥设备在化工、建材、食品、药物和生化等行业得到了广泛应用。
干燥技术按干燥制度是否进行控制可分为，自然干燥和人工干燥，由于人工干燥是人为控制干燥过程，所以又称为强制干燥。按干燥方法不同进行分类，可分为对流干燥、辐射干燥、真空干燥和联合干燥。下面就微波干燥、喷雾干燥、真空冷冻干燥、太阳能干燥的应用现状进行概述。
微波是一种高频电磁波，频率为300 MHz～300 000 MHz，其波长为0.001 m～1 m。微波干燥不同于热风及其它干燥方式，食品吸收微波后内部直接升温，形成较小的正温度梯度，有利于内部水分的扩散，使干燥速度大大加快，是一项值得深入研究的新技术。下面介绍一下微波干燥的原理、特点及应用现状。
1.1微波干燥的原理和特点
微波干燥原理是：微波发生器将微波辐射到干燥物料上，当微波射入物料内部时，穿透使水等极性分子随微波的频率作同步旋转，例如干燥蔬菜类制品采用RGS+DNO的微波，则蔬菜内的极性分子等每秒转动R>GS亿次，水等极性分子作如此高速旋转的结果使物料瞬时产生摩擦热，导致物料表面和内部同时升温，使大量的水分子从物料逸出，达到物料干燥的效果[1]。微波干燥的特点[2]：
1.1.1 干燥速度快、干燥时间短
由于微波能够深入到物料内部而不是靠物体本身的热传导进行加热，所以加热时间非常短，干燥时间可缩短50 %或更多。
1.1.2 产品质量高
微波加热温度均匀，表里一致，干燥产品可以做到水分分布均匀。由于微波对水有选择加热的特点，可以在较低温度下进行干燥，而不致使产品中的干物质过热而损坏。微波加热还可以产生一些有利的物理或化学作用。
1.1.3 反应灵敏、易控制
通过调整微波输出功率，物料的加热情况可以瞬间改变，便于连续生产和实现自动化控制，提高劳动生产率，改善劳动条件。
1.1.4 热能利用率高，节省能源、环保、设备占地少
微波加热设备本身不耗热，热能绝大部分（＞80 %）都作用在物料上，热效率高，所以节约能源，一般可节电30 %～50 %；对环境温度几乎没有影响，微波干燥设备可以做得较小。
1.1.5 不偿失低温杀菌，保持食品营养和风味
微波加热具有热效应和生物效应，因此能在较低的温度下杀灭霉菌和细菌，最大限度地保持物料的活性和食品中的维生素、色泽和营养成份。微波干燥经常与热风干燥相联合，可以提高干燥过程的效率和经济性。因为热空气可以有效地排除物料表面的自由水分，而微波干燥提供了排除内部水分的有效方法，两者结合就可以发挥各自的优点使干燥成本下降。
1.2 微波干燥在国内外的发展现况与展望
郭梅介绍了微波干燥、杀菌的原理、特点及微波技术在不断完善自身技术与设备的同时，与其它干燥技术，如热风干燥、真空干燥、冷冻干燥、远红外线干燥等技术相结合，向更深更广的方向发展[3]。
张国琛，徐振方，潘澜澜详细阐述了微波真空干燥技术的原理、特点及在食品工业中的应用，分析了微波真空干燥技术存在的问题，介绍了该技术在国内外的研究现状。微波真空干燥是综合微波干燥和真空干燥各自优点的一项新技术，非常适合食品的干燥生产，随着微波真空干燥设备的计算机监测技术和自动化水平的不断提高，微波真空干燥技术将在食品生产中获得更广泛地应用[1]。
杨旭，刘俊杰，杨存志从微波干燥的加热特性和干燥机理等方面，对微波干燥设备的性能特点进行了论述，并根据我国干燥机市场现状，认为微波干燥在食品工业、医药工业和农产品加工等方面是从优的选择。而且，现在市场上出现的大功率微波干燥设备的性能价格比已经能为广大用户所接受[4]。
徐振方，张国琛，潘澜澜介绍了一种新型的计算机自动监测手段，能够非常方便的在线测试物料实时的温度、重量、真空度，解决了在干燥过程中在线监测水分含量及物料内部温度这一难题，比较方便的在线记录和查询试验的数据和试验的结果，实现无纸记录，减轻了试验人员的工作量和人为误差[5]。
王娟丽、王以强、任石苟以一些具体的果蔬为例，介绍了微波干燥在果蔬干制中的具体应用，通过与其他干制方法进行对比，来比较微波干燥在果蔬加工方面的优劣性，并在此基础上对今后微波干制技术做了预测，建议加快开发研制完善的自动控制系统和热泵技术，提高干燥设备的性能；开发热回收装置，提高能源利用率；加快微波热风干燥技术的推广；开发连续微波与传统加热方式相结合的技术[6]。
1.3 小结
国外发达国家微波技术的研发与应用已有20年的时间，但我国在这方面还处于起步阶段，主要应用在化工、木材、造纸、食品等领域[7]。目前，真正做到设计完善、自动化程度很高的设备不是很多，渗透面很窄，微波干燥技术开发的潜在市场还很大。
喷雾干燥是用喷雾器将料液喷成雾滴分散于热气流中，使料液所含水分快速蒸发的一种干燥方法。喷雾干燥技术的应用已有100多年的历史，但在我国发展起步较晚。自1865年喷雾干燥最早用于蛋品处理以来，这种由液态经雾化和干燥在极短时间直接变成为固体粉末的过程，在20世纪取得了长足的进展，现已广泛应用于食品、制药、化工、环保等诸多领域[8]。
2.1 喷雾干燥在食品工业中的应用
刘静波，马爽，林松毅等采用喷雾干燥技术制备速溶蛋黄粉并对不同溶解程度的蛋黄粉进行特性研究。通过流变学性质、颗粒结构和稳定性分析研究不同溶解程度的蛋黄粉性质差异。结果表明，蛋黄粉喷雾干燥最佳工艺条件如下：喷雾流量为17.37 mL/min，进料温度为35.65℃，进风温度为185.36℃，此时速溶蛋黄粉溶解指数平均值为1.850 6，溶解度平均值为98.74 g/100 g[9]。
刘贺，王雪，李君等通过响应面设计方法探讨减压浓缩脱水比例、进风温度和进料速度等喷雾干燥工艺参数对扁杏仁水解蛋白溶液干燥效果及水解蛋白粉抗氧化活性的影响，获得表征相关指标的数学模型。结果表明，扁杏仁水解蛋白粉具有一定的抗氧化活性，但受到喷雾干燥工艺参数的影响，脱水比例在0.5～0.6之间，进风温度200℃左右，进料速度在270 mL/h～320 mL/h，可以获得较好的综合效果[10]。
廖传华，王永德，黄振仁结合目前我国所使用的奶品干燥设备及国内外干燥技术和干燥机的现状，对奶粉干燥设备即喷雾干燥设备的现状、应用及发展方向作了简述。喷雾干燥设备的雾化结构和形式、塔体结构、均风、排风、扑粉、出粉形式、与其他工艺设备组合情况、自动控制系统等的设计均必须与所处理物料相适用[11]。
胡继强分析了微波真空冷冻干燥的技术特性，以及在应用中容易出现理论、工艺和设备问题，并提出了相应的技术方法和手段。研究开发了集微波技术、喷雾干燥、冷冻干燥为一体的奶粉干燥装置，实现奶粉在-40℃～-30℃冷冻干燥[12]。
2.2 喷雾干燥在国内外的发展现状与展望
赵丽霞针对喷雾干燥流程、喷雾干燥设备类型及喷雾干燥技术的应用进行了探讨。表明一般喷雾干燥包括料液雾化、物料与热干燥介质的接触混合、物料的干燥、干燥产品与干燥介质分离四个阶段。介绍了喷雾干燥在制药领域、烟气脱硫、造纸黑液处理中的应用[8]。
李国庆提出了喷雾干燥器的改进方法：热风炉的改进、提高喷枪高度、提商塔内负压、提高泥浆浓度、改进喷嘴结构等。一年多的应用实践证明，改进的喷雾干燥塔投入生产，在提高粉料质量、产量及管理等方面取得了一定的成效[13]。
张彩虹，黄立新从工艺、机理、产品的质量和节能等几个方面对喷雾干燥在生物质资源加工利用中的发展状况进行了概述，发现研究过程中尚存在着一些问题，如由于高进气温度使产品质量下降；在干燥室或工艺管中发生产品粘壁；系统能效低及生物制品中活性物质被破坏等，亟需在工艺及设备等方面改进和提高，因此很有必要对喷雾干燥技术进行更深入的研究[14]。
2.3 小结
喷雾干燥技术可对溶液、悬浮液、乳浊液等进行干燥，所得产品粒度小、均匀，流动性和速溶性好，现已广泛应用于食品、制药、化工、环保等诸多领域。它使许多有价值但不易保存的物料得以大大延长保质期，使一些物料便于包装、贮存和运输。同时，简化了一些物料的加工工艺。随着对喷雾干燥技术和设备的深入研究与开发，喷雾干燥技术将拥有更为广阔的应用前景。
食品真空冷冻干燥设备是利用冰的升华原理，将水果、肉类、蔬菜、食用菌、浓缩液等食品进行低温干燥的高新技术，能最大限度地保持食品的色、香、味、形和营养成分，保证了食品的质量。
3.1 真空冷冻干燥在食品工业中的应用
王白鸥、崔春红探讨了真空冷冻干燥在果蔬中的应用。他指出冻干食品避免了传统脱水技术方法带来的变色、变味、营养成分损失大、复水性差等缺陷，具有保持原食品形、色、香、味、营养不变、复水性好、重量轻、可常温贮藏等优点[15]。
李志军，贾忠伟等研究了真空冷冻干噪技术在水产品加工中的应用，发现真空冷冻干燥食品价格是热风干燥食品的4倍～6倍，是速冻食品价格的7倍～8倍。表明真空冷冻干燥技术在我国水产品加工业中的应用是可行的，前景光明[16]。
郭雅翠，杜钦生，朱鸣丽等阐述了冻干技术的原理、工艺操作、冻干食品的特点及冻干技术在食品工业中的应用。指出了真空冷冻干燥技术在食品加工中的应用范围，包括蔬菜类、水果类、肉禽类、水产品、保健食品、饮料类、食品添加剂等[17]。
3.2 真空冷冻干燥的发展现状与展望
黄松连对食品真空冷冻干燥设备进行了相应的探讨。在控制系统控制要求、控制系统的硬件构成、控制程序的编制等方面介绍了食品真空冷冻干燥设备控制系统设计思路[18]。
谢国山，王立业介绍了食品冻干设备的组成及其工作原理，详细探讨了国内外食品冻干设备的开发现状，并提出了食品冻干机发展趋势，包括改进结构、优化设计、降低成本、减少能耗，保证质量，提高性能，开发连续式冻干设备，提高卫生标准[19]。
魏庆瑞，宋继林从冻干食品特点、食品冻干技术的研究状况、冻干工艺及应用方面介绍了食品真空冷冻干燥技术。真空冷冻干燥具有其它干燥方法无可比拟的优点，因此该技术问世以来越来越受到人们的青睐，在医药、生物制品和食品方面的应用已日益广泛[20]。
关柏鹤介绍了食品真空冷冻干燥技术的优点，综述了国内外食品真空冷冻干燥技术的应用状况，对食品真空冷冻干燥技术的发展前景进行了预测。指出了国外正在或拟开发的冻干食品：新型方便食品、颗粒蔬菜、粉末蔬菜等[21]。
3.3 小结
目前，国内科技工作者已经成功研制出系列真空冷冻干燥设备，为发展我国真空冷冻干燥技术奠定了良好的基础。随着国际市场对冻干食品需求量的不断增加和我国加入世贸组织以及人民生活水平的逐渐提高，冻干食品在国内将具有美好的发展前景，冻干设备也将会有长足的发展。
太阳能干燥（solar drying）是指利用太阳辐射能和太阳能干燥装置所进行的干燥作业。应用太阳能干燥食品原料已发展了较长的时间，针对不同的食品原料，国内外已开发出相应的太阳能干燥设备。太阳能干燥设备（系统）是以太阳能利用为主的干燥设备，一般由集热器和干燥室组成，还有其他如风机、泵、辅助加热设备等的辅助设备[22]。下面就太阳能干燥的原理、优点及应用情况进行一下概述。
4.1 太阳能干燥的原理和优点
太阳能干燥原理是：利用热能，使固体物料中水分汽化，并扩散到空气中去，是一个传热、传质的过程。使被干燥的物料直接吸收太阳能或通过太阳能集热器，所加热的空气的对流传热，间接地吸收太阳能，物料表面获得热能后，再传至物料内部，水分从物料内部，以液态或气态方式扩散，使液态或气态方式扩散，使物料逐步干燥。这种过程得以进行的条件是必须使被干燥的物料表面所产生的水汽的压强大于干燥介质中的水汽的分压，压差愈大，干燥得愈迅速[23]。
我国太阳能干燥利用的实践经验表明，太阳能干燥的社会、经济效益还是相当显著的，它有以下一些优点[24]：（1）节煤省电，减少环境污染，自然对流的温室型干燥器，100 %由太阳能供热干燥；强迫通风的温室型干燥器，其风机的耗电量仅占总能量的5 %以下；太阳能与常规能源联合供热的干燥器，可节能20 %～40 %或以上。（2）太阳能干燥的产品干净卫生，且色、香、味好，提高了产品的等级。（3）适合广大农村和乡镇企业使用，促进农村种植业的发展。（4）用太阳能代替燃烧木材干燥农副产品，有利于保护山林，保护生态环境。（5）缩短干燥周期，改善工人劳动条件，提高生产效率。
4.2 太阳能干燥在食品工业中的应用现状
徐麟，蒋涛，冯建荣等以新鲜库买提杏果实为试材，自然风干晾晒为对照，研究两种太阳能干燥设备加工杏干的品质效果。结果表明，当杏干基含水率达到20 %时，GTG太阳能干燥设备用时5 d，5HT-2型太阳能干燥设备用时6 d，自然风干晾晒用时8 d；GTG太阳能干燥设备处理的杏干含水率为17.458 %，含水量适中，口感更好，且易于储藏[25]。
申晓曦，李汴生，刘伟涛以干湿梅为样品，利用小型太阳能连续干燥设备，研究了干湿梅的干燥特性，分析了产品的理化性质和感官品质。结果表明，干燥过程中干燥介质的温湿度与外界环境相比有明显差异，干燥室白天日照时温度会高于环境温度，干燥时间明显缩短，高效且避免了缓苏产品色泽口感品质的不利影响[26]。
刘伟涛，李汴生，俞裕明等介绍了如便携式干燥设备、太阳能辅助干燥设备、太阳能储能干燥设备等适用于食品干燥的太阳能干燥设备的性能及优点，并提出太阳能干燥设备都是向节能和智能化方面，并辅助其他形式的设备一起使用，实现干燥设备可连续作业等观点[22]。
4.3 小结
总体而言，国内太阳能干燥在食品领域的应用还处于起步阶段，有许多需要完善的地方，实用性、自动化和工业化是主要的发展方向。目前需要研制适用于太阳能干燥装置的重点和难点在于干燥过程中热能的充分利用。我国各地太阳能资源丰富，利用太阳能干燥农副产品的条件良好，它对于提高我国农业生产水平，提高农民的科技应用意识和素质，节省能源和保护环境具有十分深远的意义。
干燥是食品保藏的重要手段，在食品生产中应用非常广泛，干燥的方法有热风干燥、微波干燥、真空干燥和冷冻干燥等。热风干燥是目前应用最多、最为经济的干燥方法，但经热风干燥的食品，其色、香、味难以保留，维生素等热敏性营养成分或活性成分损失较大[27]；微波干燥的一个最大缺点是易出现过度加热，局部温度可超过100℃，从而导致食品、药品等热敏性物料的品质下降，营养风味损失；真空干燥虽然干燥温度较低，可在一定程度上保留食品的色、香、味及营养成分，但传热速度慢，干燥时间较长；冷冻干燥的食品虽然色、香、味均好，营养流失少，但生产成本太高。
高效、节能、通用和环保是干燥工艺及设备的未来发展趋势，我们要结合各种干燥技术及设备的特点，协同研究，提高干燥和产品质量水平，促进食品行业健康发展。
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Research Progress of Food Drying Technology and Equipment
Abstract：With the development of food and agricultural and sideline products processing，its product drying problem has increasingly aroused people's concern. This paper elaborated the present application situation and direction of microwave drying，spray drying，vacuum freeze drying and solar drying.
Key words：food drying；microwave drying；spray drying；vacuum freeze drying；solar drying
DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2016.04.050
收稿日期：2014-08-12