《Journal of Food Engineering》：Field-guided dielectric drying of foods: dynamic material properties, heating uniformity and scale-up boundaries
编辑推荐：
•介电干燥被理解为一种场引导的脱水过程，而不仅仅是快速加热。•动态介电特性决定了水分去除过程中的能量吸收情况。•加热效果的均匀性和水分去除的均匀性被视为定量过程的终点。•只有在明确的系统边界条件下，能量和碳减排的声明才是有根据的。•试点规模的研究应同时报告场控制效果、产品质量和能
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介电干燥被理解为一种场引导的脱水过程，而不仅仅是快速加热。
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动态介电特性决定了水分去除过程中的能量吸收情况。
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加热效果的均匀性和水分去除的均匀性被视为定量过程的终点。
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只有在明确的系统边界条件下，能量和碳减排的声明才是有根据的。
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试点规模的研究应同时报告场控制效果、产品质量和能耗情况。
引言
食品干燥仍然是食品制造中最广泛使用的保存方法之一，但它也是能耗最高且对质量要求最严格的单元过程之一（Qu等人，2021年）。传统的热风干燥方法简单、可扩展且应用广泛；然而，它主要依赖于表面到核心的热传递、较长的停留时间以及明显的温度和水分梯度。这些固有的局限性可能导致产品收缩、颜色变差、营养成分降解、脂质氧化、外壳硬化以及水分去除不均匀，尤其是在多孔植物组织、谷物颗粒、粉末、高端水果、蘑菇和热敏感的功能性成分中。因此，关于高质量和智能干燥的最新综述普遍认为，未来的干燥技术不仅应提高干燥速率，还应改善产品质量和过程可控性（Panigrahi等人，2025年）。
介电干燥技术提供了一种替代方案，因为电磁能量可以直接在食品内部转化为热能。MW、VMD和MWFD系统已被证明可以缩短干燥时间并保持食品质量（Feng等人，2012年；Dehghannya和Habibi-Ghods，2025b年）。RF和HARF系统具有更深的渗透能力和大负载处理潜力，但其效果很大程度上取决于电极设计、负载布置和过程控制（Altemimi等人，2019年；Mao和Wang，2023年）。因此，这些优势不应被视为技术的固有特性；只有当频率、介电损耗、产品几何形状、负载布置和水分分布得到共同控制时，这些优势才能体现出来。
正是介电干燥所具有的场介导性质使其性能难以泛化。能量吸收受介电常数、介电损耗因子、频率、温度、水分含量、离子和糖分含量、密度以及几何结构异质性的影响（Frabetti等人，2023年；Renshaw等人，2021年）。在干燥过程中，这些因素会发生变化。高水分区域可能会优先吸收电磁能量，蒸汽生成可能会重新分布水分，收缩可能会改变产品的几何形状和密度，而低水分或边缘区域则可能容易发生过热现象。在这篇综述中，这种转化障碍被解释为场-材料-过程之间的不匹配：控制能量吸收的材料属性在干燥过程中会发生变化，而场和设备配置则决定了这种变化的吸收模式是会导致有效的水分去除还是有害的不均匀加热（Zhou和Wang，2019年）。
现有的综述涵盖了介电干燥的重要方面。关于MW、VMD和MWFD的综述总结了加热原理、混合技术及其在食品中的应用。专注于RF的综述强调了穿透能力和设备设计，并指出了不均匀加热和失控加热作为持续的工业难题。基于人工智能的干燥综述则侧重于建模和过程控制（Chen等人，2020年）。目前尚未解决的问题是，如何将材料状态、电磁场分布、传输行为、局部质量与安全响应以及能量或放大界限联系起来。本文不同于传统的按产品或技术分类的综述，因为它以这些联系作为组织逻辑。
章节片段
搜索策略
文献的组织采用了一种基于证据矩阵的方法，而不仅仅是一个纯粹的叙述性目录。搜索在Web of Science、Scopus、ScienceDirect、SpringerLink、Wiley Online Library和Taylor & Francis Online中进行，并补充了对近期综述中参考文献列表的针对性检查。候选记录被管理在一个本地的Zotero介电干燥研究集合中，作为本次范围界定性综述的可审计候选记录池。
依赖于水分、温度和频率的介电行为
介电特性是介电干燥的起点。介电常数描述了材料储存电磁能量的能力，而介电损耗因子反映了其将电磁能量转化为热量的能力。渗透深度将这些特性与频率联系起来，并决定了能量是在表面附近还是在整个产品内部沉积。在食品中，这些参数受水分含量、温度等因素的影响。
MW和RF系统中不均匀加热的来源
加热均匀性仍是介电干燥中的主要转化瓶颈之一。在MW系统中，不均匀性可能由驻波、波干涉、有限的穿透深度、几何形状引起的聚焦、样品旋转以及湿区和干区之间的介电对比度变化引起。在RF系统中，不均匀性通常表现为边缘加热、角落加热、水分分布不均或由于局部温度之间的反馈导致的失控加热。
MW、RF、VMD、MWFD和混合系统中的热质耦合传输
介电干燥通过产品在内部产生热量来增强水分去除效果，但最终的传输行为取决于内部加热、蒸汽压力、气流、压力水平、产品收缩和表面蒸发的相互作用。核心工程问题不在于MW、RF或VMD在特定条件下哪种方式更快，而在于哪种传输阻力得到了降低，以及同样的干预是否增加了不均匀加热的风险。
场-材料耦合的空间效应与质量和安全
介电干燥中的质量不仅仅是最终产品的属性；它还是场-材料耦合的空间效应结果。颜色、质地、复水和储存稳定性取决于局部温度历史和水分变化过程（de Bruijn等人，2016年）。过热区域可能导致褐变、色素降解、维生素损失、脂质氧化、质地硬化或局部塌陷，而干燥不足的区域则可能保持较高的水分活性，从而降低储存性能。
建模和传感作为闭环控制的基础
建模和传感为从经验优化到预测性干燥提供了途径。应区分三类模型：EM-thermal模型适用于绘制场分布、吸收功率和局部加热图，但如果不包括耦合传输，则无法描述水分重新分布；当蒸汽压力、水分迁移、收缩和水分依赖的介电特性控制干燥过程时，需要使用EM-thermal-moisture模型。
测量框架
在跨技术比较能源和碳减排声明之前，需要一个测量框架。至少，能量报告可以围绕两个操作指标来组织：SEC = E_total/m_water（去除的水分质量）和SMER = m_water, removed/E_total（去除的水分质量与总能量的比值）。这些指标有助于评估操作效果。
图4中的转化路线图可以被视为场引导介电干燥的最低证据要求。该路线图关心的不是干燥加速效果本身，而是材料状态、场分布、模型验证、传感或控制、能量边界以及试点规模行为是否足够紧密相关，以便在原始产品和方法论之外进行推广。
该路线图并不旨在将每项研究都转化为完整的工业应用。
结论
应将从介电干燥中去除的水分理解为一种场引导的脱水过程，而不仅仅是快速加热。其潜力与挑战源于同一机制：电磁能量可以快速且选择性地沉积在食品内部，但沉积过程取决于材料的动态特性、场分布和变化的几何形状。虽然水分含量通常是介电损耗的主要决定因素，但温度效应因材料而异，因为离子
CRediT作者贡献声明
徐超：撰写 – 初稿、方法论、数据整理。行健飞：撰写 – 审稿与编辑、调查。雷登文：撰写 – 审稿与编辑、可视化、方法论。刘艳红：撰写 – 审稿与编辑、监督、方法论、资金获取。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的利益冲突或个人关系可能影响本文报告的工作。
徐超|行健飞|雷登文|刘艳红
