《JOURNAL OF FOOD PROCESSING AND PRESERVATION》：Drying Technologies for Fruits, Vegetables, and Animal-Source Foods: A Critical Review of Effects on Nutritional Quality, Functional Properties, and Food Safety
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摘要专业翻译
干燥是水果、蔬菜和动物源食品（animal-source foods, ASFs）最古老且应用最广泛的保藏方法之一，其通过降低水分活度（water activity, aw）延长货架期，同时便于储存、运输并实现全年供应。然而，干燥条件显著影响营养
摘要专业翻译
干燥是水果、蔬菜和动物源食品（animal-source foods, ASFs）最古老且应用最广泛的保藏方法之一，其通过降低水分活度（water activity, aw）延长货架期，同时便于储存、运输并实现全年供应。然而，干燥条件显著影响营养品质、功能特性、微生物安全性和整体产品质量。本综述对传统干燥技术（包括日晒干燥、太阳能干燥、热风干燥（hot-air drying, HAD）和真空干燥（vacuum drying, VD））中已确立的及近期进展进行了批判性评估，同时涵盖新兴方法，如冷冻干燥（freeze drying, FD）、微波干燥（microwave drying, MWD）、红外干燥（infrared drying, IR）、射频干燥（radio-frequency drying）、折射窗干燥（refractance window drying, RWD）及混合干燥系统。本综述讨论了干燥对不同食品基质中维生素、酚类化合物、类胡萝卜素、蛋白质、脂质、色泽、质构、抗氧化能力及复水特性产生影响的作用机制。综述还考察了预处理在提高干燥效率和营养素保留方面的作用，以及关于微生物安全性、可持续性、能源效率和技术经济考量方面的最新证据。对综述证据的比较性综合表明，没有任何单一干燥技术能够同时提供产品质量、加工效率、食品安全、环境可持续性和经济可行性方面的最优组合。因此，技术选择应依据食品特性、目标质量属性、生产规模和可用资源进行指导。当前研究趋势强调开发混合型和智能型干燥系统，将工艺优化与改善产品质量和降低能耗相结合。未来工作应优先开展工业验证、生命周期评估（life-cycle assessment, LCA）、经济评价和干燥规程标准化，以促进更广泛的商业应用。
论文主体内容总结
1. 引言
许多低收入和中等收入国家（LMICs）的饮食仍以有限的膳食多样性和营养密集型食物摄入不足为特征，尤其是水果、蔬菜和动物源食品（ASFs），这导致了广泛的微量营养素缺乏和不良健康结局。这些食品虽富含必需维生素、矿物质、膳食纤维和优质蛋白质，但其高易腐性、冷链基础设施不足、季节性生产和有限的市场准入，降低了资源受限环境下的全年可获得性和可负担性。因此，采后损失仍然是粮食安全、农民收入和资源利用效率的主要挑战。干燥作为最广泛采用的保藏方法之一，通过降低水分活度延长货架期、便于储存运输并减少采后损失。除水分去除外，干燥涉及复杂的热质传递过程，这些过程决定干燥动力学、能耗、营养素保留、功能特性、感官品质、复水能力和微生物稳定性。传统干燥方法（包括露天日晒、太阳能和热风干燥）因投资成本低且易于采用而在LMICs中占主导地位，但干燥时间长、依赖天气条件、污染风险及热敏营养素降解等问题常限制产品质量。为克服这些局限，先进技术——包括冷冻干燥、真空干燥、微波、红外、射频、折射窗及混合干燥系统——已被开发用于改善过程控制、缩短干燥时间、提高能效并更好地保留营养和功能品质。干燥还诱导决定产品质量的结构、化学和生化变化。热降解、氧化、酶促反应和美拉德褐变影响维生素和生物活性化合物，而蛋白质变性、脂质氧化和微观结构变化影响质构、功能性和复水能力。食品安全主要通过降低水分活度得以增强，但不均匀干燥可能允许病原体存活或增加加工后污染风险。现有综述通常聚焦于单一干燥方法或特定食品类别，对ASFs、食品安全、可持续性、技术经济性能以及2024–2025年期间报道的混合和预处理辅助干燥系统的最新进展整合相对有限。本综述通过提供一个整合工程、营养、功能、微生物、环境和技术经济视角的统一分析框架来弥补这些空白。
2. 综述方法
研究人员在PubMed、Scopus和Web of Science核心合集进行了同行评审文献检索，涵盖2006年至2026年7月的英文出版物。检索词包括“干燥”、“脱水”、“热风干燥”、“冷冻干燥”、“真空干燥”、“微波干燥”、“红外干燥”、“太阳能干燥”、“射频干燥”、“超声辅助干燥”、“折射窗干燥”和“混合干燥”等，用于组合干燥技术、食品基质和质量/加工结果三个核心概念。纳入标准为报告果蔬或ASFs干燥实验或分析数据并评估营养品质、功能品质属性、生物活性化合物、食品安全、能源使用、环境影响、经济方面或工业适用性的原始研究文章。排除仅包含会议摘要和社论、集中于与食品相关性不明确的非食品材料或模型系统、或不涉及食品干燥的研究。由于本综述为批判性综述而非系统综述或荟萃分析，优先选择代表性高质量证据进行比较性综合，而非全面覆盖或定量聚合。数值结果在各自特定实验背景下予以考虑，而非跨研究直接比较。
3. 水果干燥技术
3.1 冷冻干燥（FD）
与传统热力干燥技术相比，FD通常能更好地保留营养成分、微观结构和感官品质，使其成为生产优质干果的行业标准。维生素C、类胡萝卜素、花青素、酚类和黄酮类等热敏物质通过在低温和低压下升华去除水分而得到更好保留，因为这可减少热降解、酶活性和氧化反应。同时，升华产生极其多孔的细胞结构，防止组织塌陷、减少收缩、增强复水能力并保持水果原有形状。例如，冻干香蕉粉产率为40.04%，而托盘干燥为31.31%，喷雾干燥（SD）为13.54%。然而，与冷冻、真空形成和冰升华相关的高资本投入、高能耗和长干燥周期限制了其广泛工业应用。因此，FD主要用于高端水果粉、功能性添加剂、营养保健品和特色产品。脉冲电场（PEF）预处理可缩短苹果片冷冻干燥时间17.7%，降低比能耗24.7%，同时将复水能力提高至65.2%并减少结构收缩。配方技术也成为增强冻干产品稳定性的有效方法，如在真空冻干芒果零食中添加海藻酸钠和β-葡聚糖等膳食纤维，可将玻璃化转变温度从?7.13°C提高至48.58°C和52.06°C。值得注意的是，Husen等人报道过热蒸汽干燥（130°C–170°C）牛油果产生的总酚含量、总黄酮含量和氧自由基吸收能力（ORAC）高于FD，但这可能部分反映浓缩效应和提取性增强而非生物活性化合物绝对量的净增加。
3.2 热风干燥（HAD）
HAD（包括对流和托盘干燥）因其操作简单、资本投资低、可扩展性及与多种水果产品的兼容性，仍是水果加工业中使用最广泛的脱水技术，通常干燥温度为50°C–85°C。然而，长时间暴露于高温和大气氧会加速热敏生物活性化合物（包括维生素C、类胡萝卜素、花青素和酚类化合物）的热降解和氧化降解，同时促进酶促和非酶促褐变、结构塌陷、收缩和不良质构变化。因此，产品质量更多取决于通过优化加工条件最小化累积热暴露，而非干燥原理本身。近期研究已从用替代技术取代HAD转向通过工艺优化和靶向预处理改善其性能。例如，优化干燥条件增强了苹果的抗氧化活性、总酚含量和自由基清除能力；PEF预处理结合HAD在3.5 kJ/kg强度及70°C干燥条件下实现最佳性能；75°C干燥苹果零食在收缩率、硬度和脆度之间产生有利平衡。然而，在控制不良的干燥条件下品质劣化仍然明显，HAD期间酚类损失可超过60%。Li等人报道工业滚筒干燥苹果渣仅需30分钟，比能耗为4.88 kWh/kg，同时保留79.11 g/kg可溶性膳食纤维、4.12 g/kg酚类化合物和5.97 g/kg黄酮类化合物，营养品质仅次于FD。
3.3 真空和减压干燥
真空干燥（VD）在减压条件下去除水分，从而降低水的沸点，使脱水能够在相对较低温度和限氧条件下进行。这种降低热暴露和限制氧可用性的组合可最大限度地减少氧化反应、酶促褐变和氧化敏感化合物（包括维生素C、类胡萝卜素、花青素和多酚）的降解。在木瓜果肉中，VD在40°C–80°C和15 kPa条件下增加了总酚含量，40°C–50°C干燥的样品总酚含量比新鲜果肉高约63%。低温VD（10°C–40°C，1 kPa）将水分活度降至0.60以下，同时随着干燥温度升高，有效水分扩散率从2.819 × 10?11增加到13.08 × 10?11 m2/s。苹果片在VD前进行冷冻预处理，通过产生冰晶诱导的微通道增强水分迁移，将干燥时间从12小时缩短至7小时，最终水分含量从12%±1.75%降至10%±0.5%。抗坏血酸预处理改善了总类胡萝卜素（6%–11%）、β-胡萝卜素（8%–34%）、总酚含量（7%–58%）和总黄酮含量（6%–30%）的保留。然而，设备复杂性、真空生成要求和高于常压干燥的运营成本限制了其工业应用，VD最适用于优质水果产品。
3.4 混合干燥
混合干燥技术整合两种或多种热质传递机制，包括微波-对流、微波-红外、红外-真空和超声辅助系统，以克服单一干燥方法的局限性。微波辅助混合干燥可将干燥时间缩短高达80%，同时保持β-胡萝卜素保留率接近85%。微波-对流干燥南瓜（200 W微波功率，80°C空气温度）生产的粉末具有高孔隙率（61.82%）和升高总酚含量（1277.08 mg GAE/100 g干重）。乙醇-超声预处理将南瓜干燥时间减少59%，能耗降低44%，同时保留约100%的类胡萝卜素含量。对流-红外干燥实现了最高抗氧化活性（83.24%）和最低比能耗（24.52 MJ/kg）。混合系统的优越性能归因于互补传热机制的相互作用：微波能量产生内部蒸气压加速水分扩散，红外辐射快速加热产品表面，对流气流持续去除蒸发水分。然而，更高的设备复杂性、资本投资和更严格的工艺控制仍是广泛工业采用的重要障碍。
3.5 红外和远红外干燥
红外（IR）和远红外干燥（FIRD）利用辐射能量传递直接加热食品材料，加速水分迁移并缩短干燥时间。芒果片在70°C和7 mm切片厚度下优化的FIRD改善了抗坏血酸保留、糖酸比和复水能力。南瓜在238 W、5 kPa和5 mm厚度下的红外-真空干燥增强了β-胡萝卜素保留，同时最小化色泽劣化。IR干燥苹果片在0.341 W/cm2辐射强度、0.5 m/s气流速度和2 mm厚度下将干燥时间缩短至190分钟，水分活度范围为0.30–0.40。然而，过度辐射强度可能因热量分布不均导致表面过热、更大收缩和复水能力降低。超声辅助红外干燥香蕉将干燥时间缩短高达29%，同时增加有效水分扩散率并改善复水特性。
3.6 折射窗干燥（RWD）
RWD通过透明聚合物薄膜以传导、红外辐射和水介导传热相结合的方式传递热量。相对温和的产品温度和快速水分去除使RWD特别适用于水果果泥、粉末和果皮制品。牛油果在80°C–95°C下RWD在40–70分钟内实现快速干燥，保留超过80%的总酚含量和抗氧化活性。优化RWD加工芒果皮（2.49 mm果肉厚度，22.31分钟干燥时间）保留了62.33 mg/100 g抗坏血酸和7.72 mg GAE/g总酚含量。香蕉RWD将干燥时间缩短至780分钟（对比HAD 960分钟、VD 975分钟、FD 1155分钟），同时保持441 mg GAE/100 g的高总酚含量。菠萝和木瓜的优化RWD条件分别保留了64.88 mg/100 g维生素C（果泥）和46.83 mg/100 g（切片），以及超过80%的总类胡萝卜素和60%以上的β-胡萝卜素。
3.7 滚筒干燥
滚筒干燥是一种成熟的工业脱水技术，液态或半液态食品材料在蒸汽加热旋转滚筒上以薄膜形式干燥。其停留时间短、传热效率高且连续操作，特别适用于水果粉、果泥和加工副产物增值配料的大规模生产。Li等人报道滚筒干燥苹果渣仅需30分钟，比能耗4.88 kWh/kg，保留79.11 g/kg可溶性膳食纤维、4.12 g/kg酚类化合物和5.97 g/kg黄酮类化合物，营养品质仅次于FD。然而，与FD等低温技术相比，滚筒干燥因加工过程中表面温度升高而不太适合保留高度热敏化合物。其主要优势不在于最大化营养素保留，而在于实现高产量、较低加工成本和工业可扩展性。
3.8 太阳能和改进太阳能干燥
太阳能干燥是最可持续的水果保藏方法之一，特别是在低成本加工和可再生能源利用为重点的地区。传统露天日晒干燥受污染、虫害、天气依赖、干燥周期长和产品质量不一致等限制。改进太阳能技术包括间接太阳能干燥器、柜式干燥器和太阳能隧道系统，提供更好的气流控制、改善卫生和更均匀的干燥条件。芒果片改进太阳能干燥将干燥时间缩短至约6小时（对比露天日晒16小时），同时增强感官品质和营养素保留。菠萝太阳能隧道干燥（STD）实现了比柜式干燥更低的含水量、更低水分活度和改善的微生物质量，预测货架期约38.2至41.5个月。强制对流间接太阳能干燥实现了60%–80%的集热器效率，保持干燥室温度约48°C至50°C。然而，干燥性能高度依赖太阳辐射强度、环境条件和干燥器设计，限制了跨地点和季节的工艺一致性。
3.9 预处理辅助干燥
预处理辅助干燥已成为通过在水去除前修饰组织结构来提高脱水效率和保留水果品质的有效策略。常见方法包括超声、PEF、高压处理（HPP）、渗透脱水、可食用涂层、乙醇处理、冻融循环和有机酸处理。PEF通过诱导细胞膜电穿孔增强水分扩散，而超声产生空化和微通道促进水分迁移。在苹果片中，FD前PEF预处理将干燥时间缩短17.7%，比能耗降低24.7%，同时将复水能力提高至65.2%。超声-乙醇预处理在脉冲真空干燥前将干燥时间缩短22%–31%，有效水分扩散率增至4.08 × 10?8 m2/s。乙醇结合超声预处理南瓜将干燥时间减少59%以上，能耗降低约44%，同时保留近100%类胡萝卜素含量。HPP改善了干香蕉品质，可溶性固形物增至77.42°Brix，水分活度降至0.60以下。有机酸处理使用柠檬酸或乙酸增强了干燥动力学，有效水分扩散率增至6.68–7.31 × 10?8 m2/s；柠檬酸优先保留抗坏血酸和酚类化合物，而乙酸改善类胡萝卜素保留。可食用涂层减少水分损失和氧化劣化，同时改善苹果、芒果和香蕉中生物活性化合物的保留和储存稳定性。
4. 蔬菜干燥技术
4.1 冷冻干燥（FD）
FD被广泛认为是保留干燥蔬菜营养品质、功能特性和微观结构完整性的基准技术。胡萝卜渣和胡萝卜片中FD的类胡萝卜素损失仅为0.7%，而HAD期间为36.2%，同时持水能力提高22%、脂肪结合能力提高194%、溶胀能力提高54%。冻干红薯的类胡萝卜素和花青素损失保持在32%以下，收缩率更低（20.83%对比35.53%）、硬度更低（5.61 N对比7.63 N）、色泽变化更小（ΔE 6.19对比10.71）。羽衣甘蓝FD在储存12个月后保留了36%的总多酚和33%的Trolox等效抗氧化能力（TEAC）。然而，FD仍是最耗能和最昂贵的干燥技术，因为冷冻、真空形成、冷凝器运行和延长干燥时间大幅增加资本投资、运营成本和能耗。
4.2 热风干燥（HAD）
HAD因其操作简单、资本投资相对较低且适合大规模商业加工，仍是最广泛采用的蔬菜脱水技术。红薯冻融预处理将干燥时间缩短至约6小时，最终含水量6.5%，维生素C浓度12.73 mg/100 g，总酚含量26.20 mg GAE/g，抗氧化活性37.12%（ABTS）和44.77%（DPPH）。未处理HAD的酚类损失超过60%。番茄产品研究表明，低于70°C的干燥温度可改善番茄红素、β-胡萝卜素和维生素C的保留，而将温度提高至100°C使β-胡萝卜素含量从305.2降至12.96 mg/100 g。番茄皮在50°C、60°C和70°C及5%–20%相对湿度下托盘干燥，70°C干燥导致最大色泽变化（因美拉德褐变）但番茄红素含量和拉伸强度最高，而50°C产生最高整体消费者接受度。羽衣甘蓝在HAD前烫漂使维生素C和总多酚含量降低约32%，但干燥样品在储存后保留了43%–57%的维生素C和30%–37%的总多酚。
4.3 微波-真空干燥（MVD）
MVD结合体积微波加热和减压条件，在200–700 W微波功率和3.5–6.5 kPa真空水平下应用于胡萝卜零食和番茄产品。带可食用涂层的胡萝卜零食MVD实现98.7%干物质含量和0.25–0.60水分活度，维生素C保留率高达89.1%，总酚含量增加3–13倍。番茄零食MVD保持高番茄红素含量（25.44 mg/100 g干物质）。这些改善主要归因于减少氧暴露和缩短干燥时间。
4.4 微波-红外（MW–IR）和微波-对流干燥（MWCD）
微波辅助混合干燥技术结合体积微波加热与红外辐射或对流热风加热。橙肉红薯MW–IR干燥实现85.06%的β-胡萝卜素保留率，同时显著缩短干燥时间。南瓜粉优化MWCD条件（200 W微波功率，80°C空气温度）产生最高总酚含量（1277.08 mg GAE/100 g）、增强抗氧化活性（126.99 μmol Trolox/g）和改善粉末流动性（Carr指数15.28%）。
4.5 超声辅助干燥（UAD）
UAD通过声空化增强蔬菜脱水，在50°C–75°C下应用于胡萝卜和红薯切片（3–4 mm）。胡萝卜超声-真空干燥将干燥时间从340分钟缩短至140分钟，色泽差异（ΔE）从14.9降至8.4。红薯槽式射流再附着结合超声保留了淀粉（36.84 g/100 g）、总酚（158.19 mg GAE/100 g）、β-胡萝卜素（31.98 mg/100 g）和维生素C（5.27 mg/100 g）。
4.6 微波-超声干燥
微波-超声干燥整合体积微波加热与超声处理。羽衣甘蓝叶在50°C–70°C下MW–US将干燥速率提高69%–950%，能耗降低42%–90%，同时保留高达90%的维生素C、酚类化合物和光合色素。
4.7 射频膨化干燥
CO2爆炸膨化干燥通过快速压力释放产生高多孔、酥脆的蔬菜零食。马铃薯微波辅助乙醇渗透脱水后CO2膨化实现膨胀比2.15、硬度1290 g、脆度746 g和维生素C保留17.33 mg/100 g。紫薯片优化射频膨化（1 mm厚度，60%含水量）产生最小色泽变化（ΔE = 8.67）、满意硬度（752 gf）和最高复水比（3.42）。
4.8 滚筒干燥
滚筒干燥是生产蔬菜粉和粉末的成熟工业技术。橙肉和紫肉红薯最佳滚筒干燥条件（95°C，5 rpm）产生52.9 mg/100 g花青素，同时保留比常规HAD更高的总酚含量和抗氧化活性。
4.9 太阳能隧道干燥（STD）
STD提供低成本、环境可持续的传统干燥方法替代方案。番茄片（5 mm）太阳能隧道干燥实现番茄红素保留34.82%–37.70%、β-胡萝卜素保留32.37%–45.98%和总酚含量260–363 mg GAE/100 g，明显优于露天日晒干燥。
4.10 红外和红外-热风干燥（IR–HAD）
红外干燥提供快速表面加热，加速水分去除。红薯片IR–HAD将β-胡萝卜素保留率提高4%–42%，促进孔隙形成，减少收缩，增强结构完整性和复水特性。
