综述：微波与渗透脱水协同效应对食品加工的影响：一项综合性综述

《COMPREHENSIVE REVIEWS IN FOOD SCIENCE AND FOOD SAFETY》：Synergistic Effects of Microwave and Osmotic Dehydration on Food Processing: A Comprehensive Review

　　

将渗透脱水（OD）与微波辐射（MW）相结合的技术被称为微波辅助渗透脱水（MWOD），其作为一种极具前景的混合策略，可通过强化传质过程及保留生物活性成分来优化食品加工。本研究旨在系统阐述MWOD的协同效应，重点关注MW加热与传质过程的相互作用机制、关键操作参数及其对脱水食品品质的影响。研究人员遵循《系统综述和荟萃分析优先报告条目》（PRISMA）指南，系统检索了Scopus与Web of Science数据库，依据文献类型、食品加工相关性及MWOD实验应用等预设纳入排除标准筛选文献，提取并定性整合了原料特性、工艺条件、传质行为、品质属性及能耗相关数据。在初步检索到的178篇文献中，最终纳入25篇专门研究MWOD的实验性文献进行分析。总体而言，多数分析表明，在评估的工艺条件下，与传统OD相比，MWOD可提高水分脱除速率、降低固形物增益（SG）、改善色泽、质地及抗氧化成分的保留效果，且多项研究显示实验室尺度下的能耗有所降低。尽管取得了上述进展，但目前仍缺乏将扩散模型与理化及感官分析相结合的系统性研究，同时针对中试及工业尺度的探索亦显不足。这些发现凸显了MWOD作为一种可持续高效技术在高品质脱水食品生产领域的巨大潜力。

1 引言

随着对节能与环境友好型食品加工技术需求的不断增长，脱水工艺已成为科研与产业创新的核心焦点。干燥作为最古老的食品保藏方法之一，在延长货架期、保障微生物稳定性及丰富产品种类方面发挥着关键作用。然而，传统干燥方法普遍存在能耗高的问题，且易导致食品发生风味劣变、营养成分流失及质地、密度、色泽等物理特性改变。为缓解这些不利影响，渗透脱水（OD）作为一种预处理或脱水中间环节被广泛研究。OD通过食品基质在浓溶液中的浸泡实现部分水分脱除，其驱动力源于食品与溶液间的渗透压梯度，促进水分从食品向渗透介质迁移、溶质从渗透溶液向食品组织扩散及食品内源性可溶性成分向渗透溶液扩散这三类扩散传质流。水分减少与溶质渗入共同降低了食品的水分活度，该过程还可用于引入有益成分以提升终产品的营养或功能特性。OD效率受溶液类型、渗透剂分子量、溶液水分活度、食品水分活度、孔隙率、形状尺寸及温度、搅拌强度、料液比、接触方式等多因素影响。尽管浸没式仍为常规方法，但脉冲真空OD、超声辅助OD及渗透液喷雾等创新构型已被探索以强化传质并减少产品表面溶液残留。单独OD无法实现安全的水分活度水平，需结合干燥等后续保藏步骤以保障微生物稳定性。将OD与新兴技术结合的混合工艺因其在加速脱水、降低能耗及保持产品品质方面的潜力而备受关注，其中微波（MW）技术与OD的结合应用最为广泛。从机理层面看，传统OD存在的扩散控速传质、处理时间长及需后续干燥步骤等局限，可通过耦合MW能量得到缓解。MW辐射引发食品基质的体积加热，强化内部水分迁移，缩短工艺时间并减小热梯度。当与OD协同时，前期水分脱除及渗透处理导致的细胞通透性改变有利于MW阶段的传热与传质，提高干燥速率并降低能耗，同时有助于减轻传统方法中常见的质地与营养损失，促进色泽、质地及生物活性成分的保留。

2 研究方法

本系统综述遵循PRISMA协议指南开展。文献检索于2025年6月3日在Scopus与Web of Science（WoS）数据库进行，检索字段覆盖“标题”“关键词”“摘要”，检索词为“food” AND “microwave” AND “osmotic dehydration” OR “microwave-osmotic”。仅纳入研究论文类文献，无语言与出版时间限制。共检索到204条记录，经RStudio软件配合bibliometrix包自动去重后保留178篇独特记录进入筛选阶段。通过阅读标题与摘要手动排除153篇文献，排除原因包括综述论文、图书章节、与食品领域无直接关联或未专门涉及MWOD应用的文献。

3 技术基础

3.1 渗透脱水

OD是一种广泛用于延长食品货架期、保持其稳定性、品质及功能特性的工艺，同时可降低能耗，但也可能引起食品营养与感官特性的一定改变。该技术基于食品组织在浓溶液（通常由盐或糖组成）中浸泡实现部分水分脱除，传质现象源于溶液的高渗透压与低水分活度，构成工艺驱动力。由于细胞膜的半透性，水分从食品向渗透溶液的扩散在初始阶段最为剧烈，随过程推进速率逐渐降低。当具有细胞结构的固体材料浸入浓溶液时，浓度梯度诱导外层细胞失水收缩，进而在外层与内层细胞间形成水分化学势差，推动水分从内部向外部逐层迁移，导致不同组织层逐步收缩。随接触时间延长，水分扩散可达物料中心区域，驱动传质过程趋于平衡。除水分外，糖类、有机酸、矿物质、维生素等细胞组分也可能渗出至渗透溶液。与水分扩散同步发生的是溶质从渗透溶液向水果组织的反向扩散，该机制可用于引入活性成分、防腐剂或其他营养相关组分。渗透溶质在OD过程中进入食品组织会引起营养、感官及功能层面的显著变化，水分与天然固形物的损失及溶质的渗入会导致组织粘弹性改变，主要表现为细胞膨压丧失、中层片层与细胞壁强度变化、组织内气液体积分数改变及食品尺寸形状变化。OD过程通过水分损失（WL）、固形物增益（SG）、重量减少（WR）及效率指数（WL/SG）进行监测评价。该工艺设备简单、成本低廉，能耗较低是其核心优势之一，水分脱除依靠物理扩散，无需像对流干燥或冷冻干燥那样提供水的汽化潜热，显著降低能量需求并可使用更简易的设备，是一种经济可行的食品保藏替代方案。由于加工过程中无化石燃料直接燃烧与污染物气体排放，且渗透溶液可重复使用，OD常被描述为环境友好型技术，但其可持续性表现取决于工艺配置与规模，后续干燥步骤的能源需求及渗透溶液管理与废水产生相关的挑战可能限制其环境优势。当设计合理并与互补技术集成时，OD可在环境、社会与经济层面带来效益，助力实现与全球可持续发展目标一致的可持续食品加工策略。此外，OD是干燥尤其是热风干燥的有效预处理，通过提前部分去除水分，可减少热干燥的时间与能耗需求，降低化石燃料消耗，提升工艺效率与可持续性。OD已广泛应用于番石榴、柿子、胡萝卜、雅康果、白桑葚、香蕉、芒果、杨桃、无花果、苹果、菠萝、番茄、草莓、木瓜等多种植物基质。食品作为复杂体系，其化学成分与物理性质各异，对脱水过程的响应也存在差异，OD过程中的传质影响及其对食品理化与结构特性的作用已被广泛研究，这些效应与工艺参数及特定食品基质的特性密切相关。多种因素会影响OD过程中的传质动力学，主要包括渗透剂类型与浓度、溶液化学成分、温度与搅拌强度、浸渍时间与料液比，以及物料的内在特性如种类、大小与几何形状。蔗糖是最常用的渗透剂，但因其致龋性及高升糖反应特性，寻找替代方案成为研究热点，赤藓糖醇、木糖醇、麦芽糖醇、菊粉、低聚果糖、甘油、山梨醇及异麦芽酮糖等新型渗透剂已被证实具有接近或优于蔗糖的脱水效率，其中异麦芽酮糖作为蔗糖的天然异构体，具有缓慢消化、低升糖指数的特点，兼具生理优势与营养功能价值，作为替代渗透溶质的应用前景广阔。渗透溶液浓度、温度、搅拌强度、浸渍时间及料液比均会显著影响传质效率，需在优化脱水效果与避免过度固形物摄入、质地风味劣变间取得平衡。除工艺条件外，食品组织的物种、品种、成熟度及样品几何形状等内在特性也会通过改变细胞结构、可溶性固形物含量、细胞间隙、组织密度及截留空气量等影响传质。尽管研究广泛，OD仍存在传质速率低、处理时间长、均匀性差、易导致不良感官与营养改变、高浓度溶液成本与废液管理压力大及变量控制难度大、缺乏稳健的对流传质预测模型等关键局限，制约了其工业规模化应用。因此，OD不仅可采用传统浸没方式，还可通过渗透溶液喷雾等替代施加模式，或与脉冲真空、超声、MW加热等技术联用以克服上述局限。

3.1.1 渗透溶液喷雾

喷雾辅助渗透脱水（SOD）保留了传统浸没技术的基本原理，即食品与浓溶液间的渗透压梯度驱动水分流出与溶质部分扩散进入组织。在该方法中，浓溶液被雾化喷洒在产品表面，形成薄液膜以最大化相间接触并促进传质。该过程以沉积与扩散的多循环动态进行，相比静态浸没可实现更大的界面更新并降低边界层阻力。SOD的主要优势包括减少渗透溶液用量、降低废液产生量及更好地控制操作参数，便于其与连续或混合干燥系统集成。可控的表面施用还可缩短所需接触时间，减少热损伤与敏感成分损失。然而，该技术仍面临确保喷雾均匀性、控制液层厚度及防止表面过早干燥形成硬壳（结皮）进而阻碍水分扩散等技术挑战，需精确调节雾滴尺寸、喷雾流速及环境温度与相对湿度等条件，以平衡传质速率与产品品质保持，这对巩固该技术作为可持续工业工艺的地位至关重要。

3.2 微波

MW是频率介于300 MHz与300 GHz、波长介于1 mm与1 m之间的电磁波，由电场与磁场两个分量组成，两场同相振荡且平面垂直于波传播方向。食品加工中常用频率为2450 MHz与915 MHz，前者多用于家用微波炉，后者多用于工业加热。MW加热涉及电磁能向热能的转换，通过偶极子重定向与离子传导两种机制实现。果蔬约含80%水分，水分子作为偶极子可随波的电场取向排列，电场以极高频率交替变化，迫使水分子不断转向并产生摩擦，从而产生热量；离子传导则指离子在电场作用下沿电场方向移动，引起分子摩擦生热。由于MW产生的电磁场及由此引发的水分子摩擦导致食品体积加热，样品内部温度升高，分子膨胀与孔隙率增加共同促进了传质。当频率大于1 GHz时，偶极极化占主导；当频率小于1 GHz时，离子损耗占主导。MW加热应用广泛，涵盖干燥、巴氏杀菌、灭菌等。基本MW系统由磁控管、加热腔体与波导组成，磁控管负责将电能转换为电磁辐射，波导将能量传输至腔体，系统还包括用于调节功率与电磁场分布的控制装置及促进均匀加热的旋转托盘。MW加热与材料中的热量分布受介电特性与穿透深度等多因素影响。介电特性反映食品将MW能量转化为热能的能力，主要包括介电常数（ε'）与介电损耗因子（ε''）。损耗角正切（tanδ）由介电损耗与介电常数的比值给出。根据材料对MW电磁辐射的吸收特性，可将材料分为吸收体（tanδ>0.1）、透明材料（tanδ<0.1）及导体或不透明材料（反射辐射）。穿透深度定义为辐射功率衰减至表面功率1/e（e=2.718，相当于表面功率的36.8%）的距离，该参数反映了材料将电磁能转化为热能的效率，随材料化学成分、应用温度与频率而变化。MW加热过程中食品某点的单位体积产热速率可由相关公式表征。这些表达式基于MW食品加工研究中常用的简化电磁假设，假定材料均质各向同性且暴露于均匀电场，介电特性在特定频率与温度下视为恒定，虽未考虑脱水过程中的空间水分梯度、介电特性动态变化及场非均匀性，但仍为解释MW穿透、能量吸收及食品体系加热行为提供了有用的理论基础。值得注意的是，介电特性在MW辅助脱水过程中并非静态，而是随水分含量降低动态演变，水分的逐步脱除通常会降低介电常数与介电损耗因子，削弱材料吸收MW能量并转化为热能的能力，这种持续变化会改变穿透深度、加热速率及电磁能在产品内部的空间分布。在MWOD初期，高水分水平促进强MW吸收与相对均匀的体积加热；但随着脱水进行，介电损耗的降低可能加剧加热不均匀，导致局部热点或表面过热，这些效应还受组分异质性、OD过程中的溶质浸渍及组织结构变化的影响。因此，介电特性的动态演变在解释MWOD系统中观察到的温度梯度与加热不均匀性方面起着关键作用，在解读工艺性能与产品品质时应予以考虑。食品的介电特性强烈依赖于温度、频率与化学成分，随颗粒尺寸、密度与内部结构等物理特性变化。在高水分食品如果蔬中，水因其高介电常数及与电磁场的强相互作用而占主导地位。介电特性的测定可采用集总电路法、谐振法、传输线法与自由空间法等多种技术，其中自由空间法因可对异质样品进行无损测量而被广泛应用。此外，施加功率直接影响工艺效率，较高功率水平可缩短加热时间，但也易因过热造成结构破坏并对产品品质产生负面影响。因此，磁控管功率的校准对于估算实际功率密度至关重要，研究表明有效功率可能远低于设备标称功率，这既源于电能向MW转换的正常损耗，也源于烤箱结构改造（如加装天平或真空管路）导致的腔体可用谐振能量减少，但这种条件对小样品而言可能具有优势，可在无需降低磁控管入射功率的情况下，通过短时间的功率激活防止过热，实现对产品温度的精准控制。

3.2.1 微波辅助渗透脱水

MWOD工艺可根据食品基质、渗透介质与MW能量的相互作用模式进行分类，包括传统的基于浸没的模式（MWOD）与喷雾辅助系统等动态构型（MWODS）。关于OD与MW加热结合技术的研究已显示出对脱水动力学、产品品质与能源效率的积极效应，尤其是在缩短处理时间、强化水分脱除与降低固形物摄入方面优于传统OD。从传质角度看，OD过程中的溶质增益通常描述为组织内的扩散与边界层阻力共同作用的结果；但在强水分脱除条件下，溶质通量更适合描述为受斯特藩流控制的耦合扩散-对流过程。在此背景下，间质流速（v）与水分通量耦合，因此MW耦合促进的外向水流增强了对内向溶质扩散的反向对流分量，从而降低了净溶质摄取。此外，MW加热可能引起依赖基质微观结构的变化，如渗透性与孔隙率的改变，进而修饰有效扩散系数，因此固形物增益降低的幅度取决于组织完整性与工艺强度。传统浸没构型存在样品MW暴露不均及水果在溶液中漂浮等实际局限，阻碍了均匀接触与体积加热的实现。为克服这些限制，出现了通过溶液喷雾实现的MWOD（MWODS），该方法将薄层渗透液施加于食品表面，有利于直接加热、传质与热均匀性。Li与Ramaswamy在MWODS的巩固中做出了概念与实验里程碑式的贡献，他们系统评估了不同操作构型，包括传统构型、连续流动构型与MW加热构型，证实连续渗透溶液循环系统可显著缩短达到20%质量损失与25%水分损失的时间，且WL与SG值与传统OD相当，连续循环促进了热均匀性并减小浓度梯度，实现了更好的扩散控制与更高的操作效率；随后将MW加热集成至连续流动系统形成了MWODS概念，结合了MW的快速体积加热与外部渗透梯度，使传质速率提升，总处理时间较传统方法缩短50%以上，同时最小化了细胞塌陷并保持了色泽与质地属性，扩散系数数量级相当但实现时间大幅缩短，为扩散建模与组合干燥系统优化奠定了坚实的理论基础。后续研究进一步比较了浸没与喷雾系统，发现喷雾式MWODS可促进更高的水分损失、更大的WR、更低的SG与更短的处理时间，并推进了渗透扩散建模及后续干燥效应与产品物理性质的研究，该技术随后被应用于芒果、菠萝、蔓越莓等多种水果，聚焦于工艺参数优化与渗透脱水产品品质提升。近期的机理研究通过将传质动力学与食品基质的生物物理及结构变化耦合，推进了介电辅助条件下的OD建模，表明经典扩散模型可能不足以描述电磁加热诱导基质变形、细胞收缩及传输特性动态变化时的水分输运。尽管这些方法代表了向更真实预测迈出的重要一步，但其在混合MWOD系统中的适用性仍有限。在更广泛的新兴非电离食品加工技术格局中，MWOD应被视为介电增强策略这一更大类别的一部分，近期对非电离技术的比较分析表明，介电方法（包括MW与射频加热）共享体积能量沉积、快速响应及能量输入与传质现象强耦合等共同优势，同时在穿透深度、场均匀性与可控性上存在差异。在此背景下，MWOD凭借将MW的体积加热特性与OD的选择性传质机制相结合，实现了水分输运与工艺动力学的同步强化，与其他非电离策略（如压力辅助、脉冲电场辅助或超声增强渗透过程）相比，在缩短处理时间与降低能源需求方面具有独特优势，但也存在对介电异质性与温度不均匀性更敏感的特点，这使其定位为非电离过程强化技术谱系中一种互补而非孤立的方法。

3.2.2 实验系统

Li与Ramaswamy开发的系统由改造的家用MW烤箱（约1100 W，2450 MHz）组成，内部安装一个由玻璃或亚克力制成的MW透明圆柱形腔室，尺寸可调。腔室内放置标准化几何形状的水果样品，样品置于尼龙袋中或带孔亚克力板上，以便渗透溶液排出。浸没式布置中，样品浸没在容器内的渗透介质中；而更先进的喷雾式布置（MWODS）中，浓缩糖溶液通过环形扩散器持续喷洒在水果表面。MWODS模式的典型流程为：渗透溶液在封闭系统中循环，由蠕动泵从储液罐泵出，流经换热器将温度调节至设定值，随后进入MW腔体内的喷雾喷嘴与样品接触，最后返回储液罐进行再循环。连续流动确保了热均匀性，最小化浓度梯度并保持高溶液-样品比，防止显著稀释。溶液温度可通过位于腔体入口与出口的热电偶监测，显示流经MW期间温度略有升高（约3-5°C），并通过水浴冷却进行补偿。该实验装置作为大多数后续MWODS研究的基础，并在针对不同水果与操作构型的后续研究中被广泛调整与优化。

4 OD与MW的联合应用

通过PRISMA协议的系统综述，从178篇初筛文献中最终纳入25篇实验性研究MWOD的文献，仅占初筛文献的约14%，凸显了该联合方法相关研究数量的有限性。

4.1 MWOD/MWODS的工艺参数、传质行为与品质影响

表1总结了MWOD与连续喷雾MWOD（MWODS）的主要工艺参数及对WL、SG与WR的影响结果。尽管表中汇总了MW功率水平，但需注意多数研究仅报告标称功率或相对功率水平，未明确量化食品基质实际吸收的功率比例，这在MWOD系统中尤为相关，因为能量吸收受样品负载、水分含量、几何形状与工艺配置强烈影响，因此基于报告功率值的跨研究比较需谨慎解读。实践中，多数研究依赖温度调控、暴露时间、脉冲操作与溶液流动动力学等间接控制策略来管理能量输入并防止过热，而非直接测量吸收的MW功率。总体而言，将MW能量引入渗透过程可强化扩散机制，促进更高效的选择性水分脱除与更低的溶质摄取，优于传统渗透方法。温度是影响传质的最关键变量之一，在蔓越莓等小型水果中，较高温度显著提升了WL、SG与WR值；在苹果中，中等温度范围提高了WL/SG比值，表明在降低溶质扩散的同时增强了水分脱除效率；在芒果中也观察到类似规律，温度升高导致WL与WR值升高，缩短了总处理时间并提升了整体干燥效率。渗透溶液浓度直接影响渗透梯度，进而影响WL与SG的平衡，中等蔗糖浓度更有利于水分脱除而非溶质摄取，获得更高的WL/SG比值，而过高的浓度可能导致致密表层形成，阻碍传质。接触时间在MWOD中也至关重要，尤其在工艺初期渗透梯度最大时，但其效应需与MW功率共同解读，两者共同决定了有效能量输入、体积加热强度及最终的传质行为，苹果与蔓越莓的最高WL与WR速率通常出现在前30-60分钟，之后因渗透驱动力降低与可能的表面压实而下降；在香蕉中，处理时间是影响WL的最主要因素，而SG对MW功率与暴露时间的响应更强；在金针菇中，较长的渗透时间促进了更多的溶质渗透，但水分与溶质的扩散速率随时间下降。MW功率调控体积加热与水分蒸发，中等或脉冲功率水平与受控操作条件下的水分脱除效率提升相关。操作模式对传质动力学影响显著，连续喷雾系统（MWODS）可实现渗透介质的持续更新，与批次系统相比可获得更高的WL、更低的SG与显著缩短的总处理时间。渗透介质的组成也直接影响WL与SG的平衡，用麦芽糊精部分替代蔗糖可减少反向溶质扩散，从而提高WL/SG比值。基质性质也决定了对处理的响应，富含果胶的水果如苹果与芒果表现出更高的WL、更低的SG与更快的WR；果皮较厚的水果如蔓越莓对温度更敏感，受益于流动或喷雾操作模式；而象脚芋等块茎类作物的传质速率初期较高，但随时间推移因致密表层形成而下降。综合来看，MWOD的效率取决于温度、溶液浓度、接触时间与中等或脉冲MW功率之间的协同作用，最好在连续操作（MWODS）模式下进行，使用复合渗透溶质（蔗糖+麦芽糊精）及海藻酸钠基涂层等互补策略可改善工艺选择性，实现更高的WL、更低的SG与更快的WR。与其他OD辅助系统（如超声、真空与红外辅助方法）相比，MW在适宜操作条件下可提供更高的传质效率与更短的总处理时间，超声虽可通过空化加速渗透扩散，但也可能因增强表面通透性而增加SG，降低工艺选择性；真空辅助OD通过压差促进水分脱除，可缩短处理时间，但需精细操作控制以避免脆弱基质的结构损伤；红外则提供快速高效的表面加热，但不均匀的能量分布可能导致不良的热梯度与表面褐变。为评估MWOD/MWODS对产品品质的影响，表2总结了处理后评估的主要品质指标，包括色差参数（L、a、b、ΔE）、质地（硬度与咀嚼性）、感官分析、色素含量（如花青素）、生物活性化合物（如抗氧化活性）、滴水损失与水分脱除效率。但在25篇入选文章中，仅10篇（40%）聚焦于处理后品质分析，这种失衡凸显了MWODS/MWOD研究仍主要强调操作参数（WL、SG与WR）而非处理后品质指标，强调了需要将传质性能与品质属性及微观结构演变进行整合评估的必要性。颜色通常在CIELab空间中评估，是脱水产品接受度的关键感官参数，与热处理强度及渗透溶液组成密切相关，a参数倾向于随水果褐变增加而升高，反映红色色调的加深，MW辅助过程中的快速体积加热常促进焦糖化与非酶褐变等反应，导致L值降低，但不同研究结果存在差异，部分研究显示MWODS处理仅引起轻微初始颜色变化，未随工艺强度增加而加剧，表明超过一定暴露阈值后存在颜色稳定性；也有研究指出二元蔗糖-麦芽糊精溶液的防护作用可减少参与非酶褐变反应的活性单体可用性，维持颜色稳定。MW功率被确定为导致颜色劣化的主要因素，其次是渗透时间、蔗糖浓度与切片厚度，中等或脉冲功率水平可提升水分脱除效率而不损害颜色与质地，而过高的连续功率（尤其高于550 W）可能因表面过热、色素热降解及表面硬化导致褐变；较薄的样品与溶质含量较高的样品表现出较小的颜色变化，可能与糖的防护作用有关，其可减少氧气扩散并限制褐变反应。OD、MW与真空的同时应用显示出最小化这些不利效应的潜力，蔗糖作为保护性渗透屏障可减少氧化并稳定颜色，而真空则可防止过热区形成并限制美拉德反应，这些结果表明MWOD/MWODS对颜色参数的影响取决于功率水平、时间、样品厚度与渗透溶液组成的相互作用，在中等条件与麦芽糊精等保护剂存在下，工艺可保持水果天然色泽，但在严苛加热条件或溶液循环利用下，褐变反应与色素降解占主导，导致ΔE值升高。质地是受脱水处理影响最大的感官属性之一，在消费者感知中扮演关键角色，尤其体现在脆度、咀嚼性与坚实度方面，MWODS中的质地变化受处理温度、渗透溶液组成与MW加热强度的共同影响，这些参数共同作用于细胞完整性与水分重新分布。温度升高通常导致芒果块坚实度增加，归因于细胞膜硬化与部分细胞壁塌陷，但麦芽糊精的加入可减轻该效应，降低硬度并作为热硬化的保护剂；麦芽糊精还可增加样品咀嚼性，保持组织弹性与结构内聚性，而纯蔗糖溶液则促进更多细胞塌陷与弹性损失。MWODS预处理还对经冷冻的菠萝质地保持具有有益效应，虽冷冻前观察到坚实度略有初始降低，但处理样品在储存期间保持了显著更高的机械抗性。用麦芽糊精部分替代蔗糖可减少反向溶质扩散，改善产品外观与质地，而葡萄糖的加入则强化了水分脱除但增加了甜度。海藻酸钠与CaCl₂涂层在渗透预处理后的应用可保持冷冻期间的颜色与坚实度。另一方面，高温与长时间接触会显著降低质地参数，导致收缩、膨压丧失与细胞间隙减少等结构改变。总体而言，MWODS对质地属性的影响高度依赖于加工条件、溶质类型与基质种类，麦芽糊精的使用在保持组织内聚性与弹性方面发挥关键作用，而控制MW功率与暴露时间可防止过度的细胞塌陷与不期望的硬化，从而实现水分脱除与质地保持的平衡。滴水损失也在经MWODS预处理的样品中减少，表明该预处理具有冷冻保护作用，减少的结构损伤意味着解冻后更好的持水性。这些变量对理化属性的综合影响直接作用于消费者感官感知，凸显了优化加工条件以平衡效率与品质的重要性，MW功率是干燥效率的首要决定因素，其次是渗透浸渍时间，因此在香蕉片的脉冲模式MWOD中，采用较低功率与较短渗透时间可最小化能耗，而蔗糖浓度与切片厚度则对干燥效率呈显著负向影响。除对动力学与能源效率的影响外，对这些参数的适当控制对保持感官特性至关重要，过高的温度或渗透扩散可能导致色素降解、挥发性物质损失与组织硬化。感官评价作为脱水产品接受度的决定性参数，综合反映了加工过程中诱导的理化与结构改变，经渗透-MW-真空脱水的酸樱桃品种表现出接近9.0的高感官品质，其中“Debreceni Botermo”品种因浓郁果香、均匀色泽与平衡风味脱颖而出，“Nefris”表现出更高的脆度与轻微褐变而无苦味，“?utówka”则色泽较浅，总体接受度略低但仍具食用价值与香气。这些结果表明OD、MW与真空的同步结合可有效保持干燥水果的感官属性与吸引力，该工艺在减少热暴露时间与最小化特征香气风味挥发性物质降解方面效果显著，真空还有助于防止过热与氧化，促进颜色与质地更均匀。在渗透溶液循环利用的研究中，总单体花青素含量保持相对稳定，表明循环溶液中这些化合物的浓度不足以对天然富含花青素的蔓越莓产生显著影响，DPPH抗氧化活性随处理循环次数增加，可能源于还原糖与酚类化合物的更高摄取，但这并未反映在硬度的一致变化中，总体变异较小，支持渗透溶液回收在研究所设条件下对蔓越莓品质影响有限的结论。对葡萄柚果酱中微量营养素与植物化学物质稳定性的评估则显示，与鲜果相比，MWOD导致其总维生素C、总酚与类胡萝卜素显著减少，储存期间额外损失约达抗坏血酸34%与抗氧化能力（DPPH）46%，表明除加工本身的影响外，储存也进一步促进了这些化合物的降解，凸显了严格控制MW功率、渗透组成与储存条件以保持对热、氧化及长期储存敏感的化合物的必要性。综上，MWODS结合了均匀体积加热、精确的功率控制与渗透溶液的持续更新，可生产出更高保留色泽与生物活性化合物、改善质地且能源效率更优的产品，当控制得当时，MWODS与低强度超声或减压等辅助技术的集成，可能代表开发可持续高性能果蔬混合工艺的有前景路线。

4.2 MWOD/MWODS预处理后的后续干燥阶段及产品品质属性

表3总结了每项MWOD/MWODS后研究进行的干燥类型与实验参数，提供了所采用配置的对比概览。在评估MWOD的25篇文章中，仅9篇（36%）进行了后续干燥。需注意，关于MWOD/MWODS预处理后的干燥性能、能耗与品质属性的结果来自不同的干燥技术、实验尺度与分析方案，因此跨研究比较强调相对趋势与依赖工艺的响应，而非直接的定量等价性。在MWODS后的干燥路径中，真空微波干燥（MWV）因可大幅缩短处理时间（高达90%）而备受关注，这限制了热暴露并有利于品质属性保持。在报告能源指标的有限研究中，经MWODS预处理的果蔬通常表现出比新鲜样品更低的单位除水能耗，因为预处理促进了水分迁移与部分细胞壁破裂，加速了蒸发。尽管较低的初始含水量倾向于降低材料的介电能力并理论上增加能源需求，但MWODS诱导的结构变化（如水分重新分布与细胞弱化）提升了有效扩散系数并补偿了该效应，实现了更快更高效的干燥。然而，这种效益的大小取决于工艺强度，在低功率水平（20-25 W）下，预处理几乎使总干燥时间减半（从182分钟降至95分钟），而在高功率水平（100-110 W）下，新鲜样品与预处理样品的差异变得可忽略，这表明在高能条件下，加热足以克服扩散障碍，降低了预处理步骤的相对贡献，因此MWODS预处理在扩散限制占主导且可在不损害产品品质的前提下最大化能源效率的中等功率范围内尤其有利。能源消耗分析进一步揭示，真空泵占总能源需求的很大份额，MWV工艺的能耗约为7.1-10.6 MJ/kg除水，高于典型的热风干燥，尽管处理时间显著更短。苹果与蔓越莓的研究也报告了类似结果，MWODS与MWV的集成使干燥时间缩短60%以上，并提高了Page模型拟合的干燥常数（k），表明更高的扩散率与热效率，这种协同效应源于MWODS促进的微观结构修饰与水分重新分布，提升了扩散率与细胞通透性，促进了真空下的蒸发。此外，预处理后获得的更高孔隙结构改善了复水能力并减少了干燥过程中的收缩，转化为终产品更优的感官与视觉品质。但这些收益需与系统复杂性进行权衡，MWODS与真空MW路线需要额外的组件与控制，可能增加辅助能源需求、资本成本与操作维护要求。因此，MWV代表了一种有竞争力的替代方案，前提是参数优化可防止热降解，同时考虑真空操作的能源影响。受控的脉冲操作（交替加热与弛豫周期）可防止过热并改善内部水分重新分布，从而减少热损失并防止碳化，单纯降低磁控管功率并不总是有效，因为过短的脉冲会中断持续蒸发并导致再加热损失，功率水平、激活时间与关断周期之间的平衡对于最大化工艺效率至关重要。补充地，提高OD阶段的温度、浓度与接触时间可强化水分脱除并减少后续干燥所需时间，麦芽糊精的加入也对降低SG与平衡渗透梯度具有积极作用，改善了WL/SG比值与终产品的均匀性。因此，MWODS预处理与后续干燥（无论是真空MW还是对流方法）的联合效应优化了能源性能、最小化了操作时间并保持了终产品的理化与感官属性。尽管近期取得了进展，但系统探索MWODS后阶段的研究数量仍然有限，这阻碍了对干燥性能指标的标准化，并限制了对广义预测关系的建立。未来的研究应聚焦于关联介电、形态与能源参数，以巩固MWODS与干燥作为生产高品质产品的可持续可规模化路线。表4总结了经微波辅助渗透预处理（MWODS）后干燥样品的品质参数评估结果。MWODS过程对干燥水果的颜色参数产生了显著影响，总体而言，较高温度与较低浓度的组合有利于L与a的保持，而温度与浓度的同步升高则加剧了b与ΔE，导致颜色变深。在蔓越莓中，这种行为归因于预处理期间花青素（极性且热不稳定的化合物）的热降解与浸出，新鲜样品表现出比预处理样品更高的亮度。此外，高糖含量增加了MWV期间的褐变敏感性，尽管视觉外观仍令人满意。虽然较高的蔗糖浓度可能增强红色并增加花青素含量，但也因L与b的降低而导致ΔE升高，表明最终干燥阶段的变暗与炭化。此外，预处理期间温度升高与接触时间的延长导致L降低，可能与非酶褐变与部分炭化有关；a的降低与麦芽糊精的存在相关，其保护层影响了色素迁移并降低了颜色强度；较高流速与较长接触时间的条件下强化了溶质交换，促进了低分子量反应性化合物的浸出并部分减轻了变暗；b值的下降反映了类胡萝卜素的降解，导致黄色调减少与蓝色调增加。总体而言，经MWV干燥的MWODS样品在颜色保持方面表现出显著的防护效应，性能接近冷冻干燥，处理样品保持了更高的L与更低的ΔE值，反映出更明亮自然的外观，h的增加表明颜色更稳定且橙色更少，色度虽随工艺强度增加而降低，但仍接近冷冻干燥样品的水平，证实了颜色鲜艳度的保持。MWODS与MWV的组合被证明对小型水果特别有效，保持了颜色与花青素，获得了品质可与冷冻干燥媲美但能源成本更低的产品。水果的机械行为随加工条件变化，反映了传质、结构修饰与渗透溶质沉积之间的相互作用。预处理期间温度升高倾向于降低硬度，可能源于更大的固形物摄取与细胞结构的局部解体，这种现象与渗透过程典型的软化相关，且在具有耐嚼质地的产品中是可取的。较高的溶质浓度在一定限度内促进了坚实度降低，源于果胶溶解与细胞壁松弛；但过高的浓度（>50 °Brix）与过长的接触时间则促进了硬化，可能源于细胞壁增厚与孔隙堵塞，限制了组织变形性。接触时间是硬度最具决定性的变量，随工艺强度升高该参数逐步增加，在所研究的条件下这种行为被认为是有利的，因为它提供了坚实且在感官上可接受的质地。相反，在象脚芋中，Patel与Sutar报道了经渗透预处理的干燥样品硬度显著增加，归因于糖分与盐分积累形成致密紧实的表层。在MWV期间，质地强烈依赖于施加的功率与渗透溶液组成，硬度随MW功率增加而降低，在约30%以上的功率水平下，可观察到与冷冻干燥相似的脆性，表明该变量对终产品质地具有决定性作用。蔗糖与麦芽糊精的比例也具有显著影响，对硬度呈负向效应，证实了麦芽糊精在防止热硬化方面的防护作用。MWODS期间的较高温度与MWV期间的较高功率降低了样品硬度与咀嚼性，该效应归因于果胶的部分溶解、细胞壁重组与渗透溶质的受控沉积，这些机制解释了MW辅助技术可减轻对流干燥中典型硬化现象的原因，保持了植物组织的柔软度与结构完整性。相比之下，热风干燥过程中水分的逐步脱除诱导变形并促进无定形聚合物的交联，形成结晶区域并增加表面刚性，水分塑化作用的丧失赋予了空气干燥样品更高的机械抗性，而MWV获得的样品则因糖浸渍表现出更具粘性且弹性更低的组织，其质地介于对流干燥与冷冻干燥之间。复水能力反映了OD诱导的结构与化学变化，被广泛用作干燥产品品质的指标。Patel与Sutar观察到经渗透预处理的象脚芋干燥后复水能力较低，归因于孔隙填充与致密表面糖层的形成阻碍了水分渗透，这种行为也可能因高温而加剧，高温通过部分溶质溶解与细胞压实降低复水速率。另一方面，Azarpazhooh与Ramaswamy报道，与未经预处理的干燥样品相比，经MWODS处理的苹果复水能力显著提升，后者表现出细胞塌陷与表面硬化。MW的应用促进了膜通透化并减少了结构塌陷，而渗透阶段最小化了收缩并稳定了细胞基质。在MWODS期间采用较高温度与浓度并结合后续干燥阶段（MWV）的中等功率，也提升了复水能力。总体而言，MWODS的应用显著影响了该参数，结果取决于工艺条件与研究的食物基质。富含果胶的水果在复水后也表现出良好的复水能力，表明渗透处理期间诱导的结构修饰并未损害复水期间的水分摄取。增加渗透浓度与接触时间会强化SG并降低水分流动性，限制复水期间的扩散，而较高的流速则增强了传热并更好地保持了结构完整性。尽管冷冻干燥仍因其高孔隙率与细胞完整性提供最高的复水能力，但MWODS代表了一种有前景的替代方案，其结合了MW诱导的通透化与渗透阶段促进的组织稳定，实现了优于传统对流干燥的复水能力且能源成本更低。堆积密度直接与干燥期间的细胞塌陷程度相关，反映了收缩程度与产品的物理完整性。在MWODS中，温度与MWV功率均被确定为决定性变量：温度升高因更多水分脱除与组织收缩加剧而增加了堆积密度，而较高的渗透浓度与升高的功率水平则产生相反效应，可能源于更高的SG与样品溶胀。除工艺效应外，堆积密度还通过反映收缩程度与机械抗性来影响感官属性，更严苛的温度、浓度与接触时间条件加剧了收缩，降低了堆积密度，而较高的流速则通过减轻OD并限制收缩倾向于增加堆积密度。尽管如此，MWODS预处理与终干燥后获得的值仍高于对流干燥，证明了MW与溶质浸渍在保持质地与细胞结构方面的联合效应。感官分析是评估混合干燥技术效率的关键步骤，因为它将过程的物理、化学与结构效应整合为消费者对品质的整体感知。在Liu等与Patel与Sutar的研究中，MWODS对干燥产品的颜色、质地、风味与总体外观等感官属性产生了积极影响。Patel与Sutar的研究中，经MWODS预处理后MWV干燥的象脚芋表现出比太阳干燥产品更高的总体可接受性（9点享乐量表上为7.4分对6.8分），渗透预处理减少了细胞塌陷与表面硬化，保持了产品的天然质地与光泽，间歇MW应用促进了均匀加热，保持了较亮的颜色与坚实但不僵硬的质地，而渗透溶质浸渍有助于平衡风味并减少生芋头的典型涩味，功率（4 W/g）与脉冲比（1.625，计算为间歇操作期间MW开启时间除以关闭时间）的最佳组合实现了能源效率与感官品质的最佳平衡。同样，Liu等报道MWOD的结果在外观与风味评分上高于传统干燥，渗透预处理有助于保留芳香化合物并保持天然果肉颜色