综述：联合干燥技术提升干果品质、干燥效率与节能的研究进展：一篇重要综述

《Foods》：Advances in Combined Drying Techniques for Enhancing Dried Fruits’ Quality, Drying Efficiency, and Energy Conservation: A Critical Review

　　

水果因其富含多种维生素、矿物质及促进健康的化合物而被广泛消费。然而，其高水分含量导致的易腐性常造成严重的采后损失。为应对这一全球性挑战，干燥作为一种最古老的保存策略之一。在过去十年中，干燥策略的进展催生了联合干燥技术。本重要综述综合了关于水果保鲜联合干燥技术的现有文献，重点关注Scopus数据库中的出版物。将文献计量分析与VOSviewer结合，获得了67篇期刊文章，并评估了全球研究趋势、地理贡献和网络可视化。从机理角度来看，联合干燥技术提升了水果品质和干燥性能，同时最小化了能耗和生产成本，从而促进了全球可持续性。然而，各种挑战阻碍了它们的广泛接受，包括高昂的前期投资、缺乏立法支持以及阻碍大规模部署的技术困难。这种双重方法（文献计量与系统综述）强调了这些挑战，并为水果联合干燥技术的未来研究方向提出了建议。

1. 1.
   引言
   水果提供多种对人类健康有益的营养物质，如维生素、矿物质、膳食纤维、酚类、类胡萝卜素及其他生物活性化合物。平衡膳食包含水果不仅预防营养不良，还增强机体防御多种疾病。此外，水果在全球经济增长中作用显著，有助于家庭收入，特别是农村就业和经济发展。然而，水果由于其高易腐性，在供应链中发生显著采后损失，这与其活跃的采后生理和对微生物腐败的敏感性有关。这种快速变质导致保质期短，主要与其高水分含量（通常高于80%）、高呼吸速率和对处理损伤的敏感性相关。不断增长的世界人口加剧了对食品生产的需求，进而加剧了采后损失和食物浪费。例如，仅南非每年损失约420万吨水果，约占该国食物浪费和损失的47%。采后水果损失已成为一个主要的全球性问题，影响全球经济、农民收入，并最终挑战联合国可持续发展目标（SDGs）。为克服这些问题，最小加工水果，如即食、干燥、罐装或冷冻水果，已被提出作为新鲜水果的重要替代品。干果可显著有助于确保粮食安全，特别是在水果种植具有挑战性的地区和淡季。无疑，干果比鲜果具有更长的保质期，即使在干旱季节也能提供更大的可用性和可及性。此外，干果提供多种好处，满足消费者对方便、健康零食日益增长的需求。虽然干果有诸多好处，但干燥过程对于平衡品质、干燥效率和能源使用仍然至关重要。干燥通过降低食品的水分活度，限制微生物生长和酶活性来延长保质期。干燥受同时发生的传热和传质支配，提供给产品的热能引起水分从产品转移到周围环境。文献提出了各种通过不同水分去除机制运行的干燥方法，初始阶段以相对容易去除的表面水或自由水为主，随后是降速阶段，内部水分扩散增加，从而控制过程。研究表明，传统干燥方法，如日晒或空气干燥，有严重限制，如过程漫长，并可能对干燥产品质量产生负面影响。这导致了先进干燥技术的发展，包括热风、微波、真空、红外、冷冻干燥和烤箱干燥。然而，这些干燥程序有缺点，包括营养损失、变色、异味、结构变化、高能源需求和高成本。因此，结合多种干燥技术已成为实现可持续干燥过程而不损害水果品质的有前途的替代方案。这些新一代干燥技术，被称为混合干燥技术，正越来越多地被采用，通过捕获所涉及方法的协同效益同时减轻各方法的缺点来解决这些缺点。因此，若干研究表明联合干燥技术提高了能源效率，减少了干燥时间和能耗。尽管对联合干燥技术的兴趣日益增长，但以前的综述主要关注其对产品质量的影响。然而，综合理解这些新技术的研究如何演变、互补干燥机制如何相互作用以及如何改善干燥动力学、能源效率和干果品质，对未来发展至关重要。此外，预处理辅助干燥与联合干燥技术（即多种干燥机制的集成）之间的区别仍然报道不足。因此，需要进行更严格和广泛的文献综述，利用系统和文献计量分析来检查联合干燥技术。因此，本研究将文献计量映射与联合干燥机制、其干燥性能-品质权衡以及水果干燥中实际限制的批判性评估相结合。通过这种双重方法，综述旨在（i）突出最新进展和新兴研究趋势，（ii）识别主要研究主题和科学贡献模式，（iii）批判性评估技术性能，识别知识差距，并为水果联合干燥技术的工业转化提出未来研究方向。
2. 2.
   文献检索方法
   本研究的数据收集遵循系统综述和荟萃分析优先报告条目（PRISMA）指南。四个阶段，包括识别、筛选、纳入和排除，构成了PRISMA方法的基础。
   2.1. 识别
   数据于2025年8月12日通过Scopus数据库提取。选择Scopus数据库是因为其比其他数据库更广泛的论文覆盖和更高质量。数据库如ResearchGate和Google Scholar由于文献计量结果较差而被忽略。识别使用的检索字符串为（“combined dry” OR “hybrid dry” OR “combined dehydration” OR “hybrid dehydration”） AND （“fruit quality” OR “drying performance” OR “drying efficiency” OR “energy consumption” OR “energy savings” OR “energy conservation”）。检索策略故意宽泛，以最大化敏感性并捕获特定商品研究（例如芒果、苹果、香蕉或石榴），这些研究可能识别所调查的水果，而在标题、摘要或关键词中未使用“水果”一词。结果检索到216篇文献，包括关注水果和非水果基质的研究。尽管这种方法在初始检索阶段降低了特异性，但最小化了排除相关水果干燥研究的风险。因此，检索结果被进一步筛选以排除不符合预定义资格标准的记录。
   2.2. 纳入与排除标准
   纳入标准为英文出版物，分类为研究文章，发表于2025年8月之前，处于最终出版阶段，并讨论联合或混合干燥对水果品质的影响。关注单一干燥过程、蔬菜或除水果外的任何其他食品的研究被排除，仅可用于支持机理解释。因此，在最初记录的216项研究筛选后，只有67篇文章符合预定义的选择标准（以水果为重点的原始研究）。使用VOSviewer版本1.6.20进行文献计量分析。这包括作者关键词分析、年度科学产出和为该领域研究发展做出贡献的国家。图1说明了数据获取的整体流程。
3. 3.
   联合干燥技术研究文献计量映射
4. 4.
   全球研究趋势与联合干燥技术地理贡献者
   联合干燥技术（CDTs）对水果品质的研究在过去11年中显著增长。图2显示了从2015年到2025年CDT相关出版物数量的持续增长上升趋势，有间歇性波动。这些发现表明联合水果干燥的全球持续增长。这可能由消费者对优质产品需求的增长、对节能加工的需求以及向可持续食品加工的关注转移所驱动。此外，约27个国家正在努力推进联合干燥技术以保存水果品质。然而，它们的出版物产出高度不均，中国贡献最多，其次是伊朗。相反，越南和爱尔兰等国家在该领域贡献的出版物相对较少。总体而言，分布突显了以下强烈不平衡：研究主要由发达和新兴国家主导，而发展中国家的参与相对较低或没有。然而，文献计量数据本身不能建立这些发现背后的社会经济、制度或研究政策因素。
5. 5.
   混合/联合干燥技术（CDTs）概述
   4.1. 定义
   联合干燥是一种创新的干燥方法，依次应用两种或更多干燥技术，通过结合每种技术的优点来减轻单一干燥器的缺点。此外，混合干燥技术集成了两种或更多同时作为单一、紧密耦合过程运行的干燥机制。这些技术可以同时或混合排列操作。基于这种区别，联合和混合干燥的不同类别和示例在表1中呈现。
   4.2. 联合干燥基本原理
   全面理解传质、热力学、过程优化以及控制结构、生理和品质转变的机制对CDT至关重要。这种综合知识框架不仅展示了干燥过程中发生的复杂相互作用，还促进了对替代干燥技术的系统评估。因此，它作为合理选择和优化最合适的干燥技术以实现高产品质量和改进干燥效率的科学基础。
   4.2.1. 传热与传质原理
   在联合干燥技术中，不同的能量组合协同增强传热和传质。然而，传热和传质增强的程度在不同联合干燥系统中差异很大。具体而言，组合的热输入通过增加分子振动和促进更快的内部传热来提高食品材料表面和内部层的温度。此外，温度升高加速了传热和水分从食品材料内部向其表面的迁移。同时，伴随的热气流或二次加热机制促进表面水分的持续去除，同时调节表面温度，从而减少外部传质阻力。因此，集成的热作用改善了传热和传质以及干燥效率，超越了单个干燥器所能达到的水平。尽管热-热组合可以显著强化传热，但如果能量输入未充分控制，会增加不均匀加热或局部过热的风险。相反，在非热干燥组合中，组织渗透性增加，微射流破坏扩散边界层，形成加速水分迁移和蒸发的通道，而无需高温。实际上，在非热-热系统中，搅拌破坏结构，增强扩散，加速蒸发和内部水分迁移，从而通过收缩改变组织结构。因此，非热组合主要增强传质以限制过度的热暴露。总之，联合干燥策略的选择应考虑内部水分扩散、外部传质阻力或传热限制对于特定水果基质哪个是主要限制因素。
   4.2.2. 热力学与动力学原理
   在干燥技术中，传递现象建模是揭示功能机制、传递现象和过程相互作用的有用技术。此外，通过使用这种方法，速度、温度、湿度的分布以及食品材料不同物理和化学性质的变化，如孔隙率、导热系数、扩散、体积密度、颜色和抗氧化活性，可以使用微波辅助干燥中的传递现象建模进行检查和预测。
6. 6.
   联合干燥技术机制
   5.1. 联合干燥配置中的协同机制
   按顺序，太阳能辅助微波干燥结合了低温太阳能脱水与快速体积微波预热。利用微波和太阳能是一种经济高效的食品干燥方法，因为微波加速水分去除，而太阳能提供低成本的可再生热源。这种技术也可以改善干燥速率（DR），因为达到目标最终水分水平所需时间更少，太阳能去除外部水分，微波去除内部水分。同时，微波-真空干燥通过结合电磁辐射与低压以实现较低温度下的快速脱水，在保持热敏性营养物质的同时，提高了品质和能源效率。通过降低干燥温度，结合真空和微波干燥有助于减少感官品质的恶化。这种组合提高了复水率，因为与干燥方法相比，它对食品微观结构的损害较小。这两种配置在联合干燥系统设计上表现出重要差异。顺序干燥提供更大的灵活性，因为每个干燥可以针对特定水分范围独立优化。因此，相对便宜的干燥技术可以在降速期之前去除初始自由水，然后再使用能耗更高的技术。这种策略减少了操作时间、成本和能耗，如冷冻干燥等耗时的干燥技术。相比之下，同时系统可以强烈强化传热和传质，但通常需要更复杂的设备和过程控制。因此，顺序和同时操作之间的选择应整合多个因素的评估，包括水果基质、能源需求、目标水分含量、品质要求以及设备复杂性和可操作性。
   5.1.1. 结构与理化转化机制
   在联合干燥技术中，结构和理化转化导致增强的微观孔隙率、更大的复水能力和减少的变色。改善的传质特性也可以加速水分去除，如红外-热风干燥（IR-HAD）所示，与传统热风干燥（HAD）相比，干燥时间减少了31.25–38.1%。因此，材料的完整性和生物功能都得到改善，同时显著降低了操作成本。例如，红外热风干燥（IR-HAD）被认为是一种高效的干燥技术，因为它确保品质保存、均匀热量分布和精确温度控制。尽管红外加热提供快速能量传递，但其穿透深度有限，使其性能依赖于样品厚度和几何形状。此外，在较高微波功率下干燥速率（DR）增加，主要由于更大的能量输入、强化的传热和传质以及增强的piffing效应，促进多孔结构的形成和更高的内部蒸汽压力。此外，能量平衡用于测量能量存储品质、电磁到热能的转换、蒸发的潜热以及传导和对流热传输。通过集成各种能源和过程，CDTs提供对干燥过程更大的控制，实现更好的干燥条件和更高质量的产品。然而，增加能量输入并不一定能产生成比例的品质改善。这些权衡表明，联合干燥过程中的结构改性只有在适当的操作窗口内才是有益的。
   5.1.2. 建模、监测与控制机制
   最近的发展突出了建模、监测和控制机制在食品干燥中的基本作用，特别是在优化水果干燥中。智能控制系统调节温度、热空气速度和干燥时间以提高效率，而理化参数的实时监测确保一致的品质。此外，干燥动力学和机器学习模型能够准确预测和优化干燥器性能。最后，传感器的集成促进了对水分含量、温度和湿度的精确调节。当结合时，这些策略提高了能源效率、产品品质和过程精度。这些技术进步尤其重要，因为实现高质量干果需要干燥系统内均匀的温度分布和一致的气流。此外，优化关键干燥参数，包括温度、干燥速率、气流速度、干燥时间和湿度，对保持产品品质至关重要。考虑到水果对热的敏感性，控制不当可能导致相变或过度干燥，最终导致品质下降。总的来说，这些策略有助于改进能源效率、增强产品品质和更大的过程可靠性。
   5.1.3. 有效扩散系数
   在分析、设计和优化水果干燥操作中的传热和传质时，有效扩散系数（D_eff）是一个关键指标。在干燥行为的数学建模中，通常使用两种类型的有效扩散系数，即温度依赖有效扩散系数（TDED）和水分依赖有效扩散系数（MDED）。因此，准确确定D_eff至关重要，因为它直接影响干燥模型的可靠性和预测能力。此外，干燥过程受有效扩散系数控制，它缩放干燥速率。更具体地说，随着扩散效率提高，内部水分迁移增加和传质效率提高导致更高的干燥速率。除了内部传质，外部因素如加热均匀性和表面水分动力学也在干燥性能中起重要作用。研究表明，改善加热均匀性和避免食品表面水分积聚增强了产品的定性和感官特性。此外，在CDT中降低表面水分延长了保质期。此外，在以前的研究中，在较高微波和红外功率下快速加热和表面水分的更大减少是活化能随功率增加而降低的原因。
   5.1.4. 加工时间
   研究人员研究了不同红外功率（300 W–400 W）和真空（5 kPa–25 kPa）对柠檬片红外真空干燥的影响。研究结果表明，最快的干燥时间是通过增加真空和红外功率实现的。大多数联合干燥器，包括微波辅助真空干燥器、红外辅助热风干燥器和超声辅助热风干燥器，可以将干燥和加热所需时间减少35–50%。因此，通过避免微结构变化、减少变色、保持更高水平的营养素/生物活性化合物以及保留风味/香气。联合干燥的协同效应与适当的加热模式组合结合可以改善产品品质。尽管减少干燥时间是联合干燥的常见优势，但改进的程度严重依赖于技术组合和操作条件。因此，时间减少本身不应作为识别最合适联合干燥技术的唯一标准，因为标准应包括能源需求、品质保持、设备复杂性、过程可控性，特别是技术可扩展性。
   5.1.5. 干燥动力学
   流化床（FB）干燥已与微波干燥结合以制备肉豆蔻假种皮。流化床干燥的一个好处是其改善的传质和传热，使其非常适合干燥水果。通过加速热生成和提高整个干燥过程中的产品温度，结果显示干燥时间减少了60–70%。通过优化干燥参数48.24 °C和637.43 W，实现了50%的干燥时间减少。与对流干燥（4.15 h）和日晒干燥（16 h）相比，改进的程序（微波-流化床干燥）也显示出更短的干燥时间（1.3 h）。使用了红外和热泵混合干燥方法来干燥山药块茎。空气速度为10 m/s，红外功率范围为500 W至2000 W。单独热泵干燥需要约700 min和7.85 kWh能量将山药水分含量降低到20%以下。结合热泵（HP）和红外（IR）将干燥时间减少到250 min，能耗为4.39 kWh，占基线能源使用的44.08%。这些定量比较强调联合干燥的好处不仅仅来自添加第二能量源，而是来自策略性地解决水分去除的限制阶段。例如，微波-流化床干燥观察到的显著减少干燥时间可归因于体积微波加热和流化床中有效对流热和质传递的补充效应。类似地，红外辅助热泵干燥中干燥时间和能源需求的减少表明过程强化可以补偿低温热泵系统相关的相对慢的干燥速率。然而，这些发现应谨慎解释，因为在实验室规模条件下报告的能源节省和减少的干燥时间可能不能直接转化为工业操作，其中设备效率、过程控制、装载能力和辅助能耗非常重要。
7. 7.
   联合干燥技术对水果品质研究的主题结构与演变
   使用作者关键词映射了联合干燥技术对水果品质的研究集群和趋势，如图3所示。结果揭示了四个相互关联的研究集群，突显了CDT研究的多学科和综合性质。标记为绿色的集群以混合干燥为中心，这是最突出和连接度最高的关键词。其与干燥动力学、能耗和建模的强关联表明，混合干燥技术的研究主要集中在过程优化（能源效率）和干燥性能评估。第二个集群（红色）主要关注品质属性，与能源效率相关，突显了对干燥技术品质驱动优化的日益兴趣，特别是微波相关干燥方法。该集群还表明苹果是混合干燥技术研究的模式作物。此外，研究集群还揭示了一个以能源为导向的研究集群（蓝色），连接能源、太阳能干燥器、混合干燥器和火用分析。该集群反映了对CDT研究中热力学分析和可再生能源使用的强烈强调。最后，结果显示一个研究集群（黄色）专注于建模、超声和太阳能辅助干燥，代表了提高效率的机械理解（水分去除行为）的新兴方法。总体而言，作者关键词分析揭示了过程导向、性能导向和品质导向研究之间的强烈主题整合。此外，网络见证了CDT研究向优化驱动、应用导向研究的转变。观察到的转变可能反映了现代干燥研究的更广泛评估，其日益寻求改善过程效率、产品品质和可持续性。联合干燥系统的复杂性，具有多个处理变量及其相互作用，使优化对于确定合适的操作条件至关重要。叠加可视化显示了联合干燥技术对水果研究的时间演变。虽然过去十年的早期研究（2016–2020）主要关注建模、超声和品质，但最近的研究（从2022年）已经汇聚到混合干燥器开发、火用分析和能源效率，突显了更多的应用、效率驱动的调查。
8. 8.
   影响联合干燥过程效率的因素
   联合干燥技术越来越多地用作水果工业中的保存方法，因为它们有效地减少采后损失，保存干燥产品的营养品质并增加价值。此外，它们通过减少微生物生长，在延长干果保质期方面发挥重要作用。然而，它们的功效取决于许多因素之间的相互作用，包括水果特性、操作条件和技术特定参数（表2）。产品相关因素（孔隙率、厚度和初始水分含量）影响传热和传质，而过程参数（温度、气流和相对湿度）决定了干燥环境。在联合干燥系统中，额外的技术特定参数，如微波功率、红外强度、真空压力以及顺序干燥阶段之间的转换点，进一步影响干燥动力学、能源需求和最终产品品质。因此，深入了解影响干燥过程的基本因素至关重要。
9. 9.
   预处理辅助干燥与联合干燥技术
   区分结合两种干燥机制与整合预处理与后续干燥操作很重要。预处理包括在主干燥操作之前应用的广泛的热、非热、化学和基于传质的干预，以修改产品特性并改善后续干燥性能。其中，脉冲电场、超声和冷等离子体等技术主要修改水果基质的结构或理化性质，而不是作为独立的干燥方法。这些技术通常旨在增加细胞渗透性，减少内部或外部传质阻力，并促进后续水分去除。因此，预处理辅助干燥与联合干燥技术区分开来，后者中两种或更多干燥机制被有意集成为主要的脱水阶段。然而，一些预处理技术，如渗透脱水，可以去除大部分水分。在这种情况下，区别基于技术在整体过程中的主要功能角色。
   8.1. 脉冲电场（PEF）
   脉冲电场预处理诱导植物细胞膜的电穿孔，增加组织渗透性并促进后续干燥过程中的水分传递。PEF处理已被证明能使有效水分扩散率增加约1.5–3倍，并减少与未处理样品相比的干燥时间。PEF导致的结构修饰也可以改善复水和颜色保持；然而，其对质地和营养素保留的影响取决于产品和处理强度。此外，后续干燥时间的减少可能抵消PEF预处理所需的额外电能，如PEF预处理苹果的对流干燥所示。因此，PEF预处理的好处应基于整个预处理-干燥过程的净能耗来评估。
   8.2. 超声预处理（US）
   超声预处理通过空化增强传质，其中微观气泡的形成和坍塌导致植物组织的机械破坏，并创建在后续干燥过程中促进水分迁移的微通道。US的有效性取决于参数如频率、功率强度、处理时间和温度。研究报道了US预处理后更短的干燥时间，细胞结构的破坏和孔隙的形成促进了红外和真空干燥过程中的水分移动。US预处理也可以改善产品品质，包括β-胡萝卜素保留、复水能力和颜色保存。从能源角度看，后续干燥时间的减少可能补偿US处理所需的电能。US辅助冷冻干燥的特定能耗减少高达70%，而US辅助对流干燥的较低总能源需求也有报道。然而，US的能源效率不能跨水果和配置一概而论，因为它高度依赖于处理强度、持续时间、频率、水果结构和后续加工方法。因此，需要优化以平衡传质、能源节省和品质保持。
   8.3. 冷等离子体预处理（CP）
   冷等离子体预处理是一种非热预处理，其中活性氧和氮物种与食品表面相互作用，导致理化和结构修饰。与脉冲电场和超声不同，后者主要修改细胞渗透性和内部传质路径，CP主要通过蚀刻角质层和蜡层并创建微通道作用于水果表面，从而减少表面水分传递阻力。在产品如枣和苹果中，这些结构变化已被证明能增加干燥速率并减少干燥时间。此外，CP提供与品质相关的好处，通过灭活酶，从而限制后续干燥和储存过程中的酶促褐变和其他酶介导的品质恶化。增强酚类、黄酮类和原花青素的保留，以及减少羟甲基糠醛（HMF）的形成，已在CP预处理后观察到。改善的水分传递也可以降低能源需求，在联合干燥中特定能耗报告减少约25–46%。然而，各种因素影响CP有效性，包括处理时间、等离子体产生气体、电压和产物表面。
   8.4. 渗透脱水预处理（OD）
   渗透脱水预处理不同于其他非热预处理，因为它通过浸没在高渗溶液中建立的渗透压梯度，在主干燥步骤之前直接从水果组织中去除水分。水分流失的程度受因素如溶质浓度、温度、浸泡时间和使用的渗透剂类型影响。这种部分脱水可以显著减少后续干燥负荷；例如，OD已显示能在真空干燥的金橘片中减少20–70%的干燥负荷，在渗透处理的前三个小时内去除了48–68%的水分。OD也可以增强颜色保存，并且取决于渗透剂，改善类胡萝卜素保留和水分活度等品质属性。与PEF、超声和冷等离子体不同，OD涉及水分流失和溶质吸收，这可能改变最终产品的成分、风味和质地。此外，OD的表观能源优势应在过程层面评估，因为渗透溶液的制备、浓缩和再生可能显著贡献于总能源需求。因此，OD在能源密集型干燥操作之前特别有利，因为它能在干燥前去除大量水分，尽管溶质吸收和渗透介质管理仍然是产品品质和过程可持续性的重要考虑因素。总体而言，辅助干燥的预处理采用不同的机制（水果的结构修饰或减少干燥负荷）在主干燥阶段之前。因此，它们的有效性取决于水果基质、后续干燥方法、操作条件和目标品质。然而，这种过程强化并不构成联合干燥技术。因此，预处理应跨整个预处理-干燥链评估，考虑干燥效率、能源和资源需求、品质权衡和整体过程可持续性。
10. 10.
    水果干燥中联合干燥技术的分类与特征
    许多学者广泛研究了联合干燥技术作为解决传统单一干燥方法固有局限性的战略方法。实证结果表明，集成多种干燥技术可以增强生物活性化合物的保留，降低特定能耗，并降低总生产成本。然而，这些优势不是普遍的，取决于干燥配置、水果特性、操作条件和加工规模。因此，联合干燥技术应基于其整体品质-能源-时间-成本权衡来评估，而不是基于单个性能指标。因此，这种新方法近年来日益受到显著关注。此外，联合干燥技术可以分为不同的类别（表3），每个类别基于操作机制和水果特性提供特定优势。
11. 11.
    水果干燥中CDT的性能维度
    10.1. 产品品质保存
    产品品质是CDT的关键性能维度，特别是水果外观、风味、质地和营养素保留，这些高度影响消费者接受度。CDT一直被报道在保留品质属性（颜色、香气和复水）和增强技术功能特性方面优于单一干燥技术。例如，微波干燥虽然有效减少干燥时间，但由于干燥室内微波能量分布不均匀，常与不均匀结果相关。此外，过度微波暴露可能导致水果过热、不希望的质地变化和降低的产品品质。为解决这些限制，已显示微波干燥与热风结合改善了干燥产品的整体品质。水果和蔬菜的传统热风干燥（HAD），特别是在高温或长时间进行时，可能严重损害风味、颜色和营养素，以及干燥产品的复水能力。这些限制促进了替代联合技术的发展和应用，如表3总结。然而，在冷冻真空干燥中使用热风改善了品质保持（更好的香气和复水能力），缩短了干燥时间，并减少了45.5%的能耗。此外，研究人员报告使用冷冻真空干燥–热风干燥干燥的菠萝蜜 bulb 片比热风干燥的脆片产生更高质量的脆片，具有更高的复水比、收缩率、仪器质地、颜色值和感官评分。类似地，来自组合冷冻真空干燥和热风干燥的脱水竹笋片在感官、营养和细胞结构方面优于单一热风干燥，并导致比独立冷冻干燥低20%的能耗。远红外（FIR）与热风结合，缩短了35.2%的干燥时间，同时增强了颜色、风味和活性成分。FIR加热可以释放共价结合分子，增加生物活性。此外，当韩国人参使用IR和HA干燥器组合干燥时，所得干人参表现出比仅使用HA干燥的样品更高浓度的糖（果糖、葡萄糖和麦芽糖）和粗皂苷。微波-真空干燥已广泛应用于水果和蔬菜，包括苹果、胡萝卜、香蕉和番茄片。这些研究报告微波-真空干燥产品表现出更多孔的结构、更软的质地、更好的复水性能，以及更高的外观、颜色、味道、香气和整体品质保留，同时将干燥时间减少25%。此外，在60 °C下使用远红外辐射-脉冲真空干燥观察到柠檬颜色品质的显著改善。同样，在红辣椒中，FIR-PVD优于红外辅助热风干燥（IR-HAD），降低了非酶褐变指数，改善了复水能力，并最大化了红色色素和抗坏血酸。总体而言，已广泛证明策略性地组合干燥技术增强了结构和功能品质，同时提高了过程效率。图4说明了过去十年中联合干燥技术研究调查的水果商品的分布。因此，大约22种不同的水果已被研究，苹果占21%，成为研究最频繁的水果商品，其次是香蕉（11%）。这些发现强调了苹果在干燥研究中的模式地位，如前面图3a所强调。然而，尽管研究的商品多样，但缺乏石榴水果，一种具有特殊营养和功能价值的水果，代表了CDT研究中的一个关键空白。鉴于其高易腐性和营养值，这一发现突显了未来对石榴CDT研究的需要，可以提高干燥效率同时保持其功能品质。
    10.2. 干燥效率
    热风干燥的简易性和适应性使其成为食品工业中最常见的干燥技术之一。然而，这种干燥方法有以下两个关键缺点：漫长的干燥时间和低能源效率。相比之下，微波干燥诱导内部加热，加速水分迁移到表面，加速干燥过程与对流方法相比。然而，微波干燥中不均匀的能量分布可能导致可能的局部过热。因此，结合HA和MW干燥技术可以帮助克服单个干燥器的缺点。
    10.3. 能源与成本考虑
    在能源成本上升和气候变化的背景下，能源需求是选择干燥技术的决定性因素。联合干燥技术已证明显著减少能耗，导致比单一方法更低的操作成本。组合干燥技术（CDTs），如热风-微波（HAD-MW）、冷冻真空空气（FVD-AD）、微波辅助冷冻干燥（MW-FD）、热泵-冷冻干燥（HPD-FD）和红外辅助真空系统，与单一干燥方法相比，在能源效率和运营成本降低方面表现出显著改善。研究已显示组合或优化过程如FVD-AD和真空冷冻干燥可以减少能耗约34–35%，表明 substantial 效率增益。微波辅助冷冻干燥（MV-FD）由于系统组件操作时间缩短进一步降低了能源使用35.63%，而热泵辅助冷冻干燥（HPD-FD）被认为是比传统冷冻干燥更具成本效益和能源效率的选项，受益于低温操作，最小化热降解并减少总能源需求35.7%。结合热风和微波（HA-MW）增强水分去除，改善传热和传质，并显著缩短干燥持续时间，导致更低的总能量输入和生产成本。类似地，混合系统如FIR辅助脉冲真空干燥和间歇微波真空干燥进一步改善干燥均匀性，降低能耗，并通过增强加热控制和传质效率缩短干燥时间。总体而言，CDT中更短的干燥周期和集成能源系统通过最小化设备运行时间和能源需求、增加过程效率和减少废热，直接降低运营和资本成本。
    10.4. 环境足迹：碳节省、可再生能源集成
    干燥是水果工业中的关键操作，但由于其高能耗，继续面临重大障碍。这种高能耗经常对环境产生重大影响，特别是当涉及温室气体排放时。尽管如此，联合干燥方法已成为减少碳排放的可行手段，特别是当与可再生能源系统集成时，从而增强可持续性和能源效率。太阳能辅助干燥器已报告每年减少高达430,714.76吨CO₂排放，减少对传统能源的过度依赖，改善能源可及性，并最小化干燥空间，所有这些支持环境保护努力。此外，研究人员进行了生命周期评估（LCA），比较了传统冷冻干燥与组合冷冻干燥和渗透脱水用于工业草莓加工。发现显示加工阶段是环境影响的主要贡献者，而农业、包装和生命末期阶段只有轻微影响。此外，组合方法表现出更低的能耗和生命周期碳足迹减少25%。因此，CDT实现了比单个干燥方法更高的碳效率和更大的可持续性潜力。
12. 12.
    数字化与工业4.0：AI和ML、物联网使能的智能干燥系统的作用
    工业4.0背景下数字技术的出现彻底改变了干燥过程，实现了智能、自适应系统。数字化可以在四个相互关联的层面推进联合干燥系统：过程监测、预测、优化和自适应控制。实时传感器和成像系统可以监测水分、温度、能耗和品质变化，而机器学习可以预测或优化干燥终点和产品品质。人工智能（AI）、物联网（IoT）和机器学习（ML）集成到现代干燥过程中日益增加，提高了干燥效率，减少了能耗，并改善了产品品质。AI集成的控制和建模系统能够实时监测各种干燥条件下材料行为，允许调整关键干燥参数如温度和气流。这导致更高质量的结果、更一致的干燥和减少的能耗。机器学习算法在传感器反馈上训练，以实时预测干燥效率（动力学）、温度均匀性和产品终点品质。此外，计算机视觉已用于捕获干燥样本的实时图像，以分析干燥过程中水果和蔬菜的颜色变化。这些算法能够预测干燥模型和控制干燥参数，从而支持更高效的干燥操作并可能降低操作成本。此外，电子鼻，一种嗅觉技术，已展示其评估干燥期间挥发性化合物变化的潜力。因此，在水果干燥的联合干燥技术中利用此类数字工具可以显著支持智能干燥，从而改善干果品质和干燥过程的可持续性。然而，由于大多数智能干燥方法仍处于实验室或概念验证阶段，数字工具在联合干燥技术中的工业实施受到数据可用性有限、模型可转移性和恶劣加工条件下传感器可靠性的限制。
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    联合干燥系统与可持续发展目标（SDGs）的一致性
    联合干燥系统可以通过改善食品保存、集成可再生能源、增强粮食安全、减轻贫困、减少环境影响和促进可持续农业来支持几个可持续发展目标（SDGs）。然而，它们的贡献应基于可测量的技术和环境结果评估。因此，现有文献表明大多数贡献与SDGs 2、7、9、12和13相关。SDG 2零饥饿：为小规模生产者提供先进的CDT机会，增强农村生产力和收入生成机会。此外，提高效率允许长期食品保存，确保在干旱季节的粮食可用性。这有助于粮食安全，通过延长易腐水果的保质期并减少采后损失。然而，其贡献取决于技术的实际实施。SDG 7经济适用的清洁能源：联合干燥对该SDG的贡献高度相关，特别是当干燥系统集成可再生能源时。连续干燥器可以通过生物质操作、热泵、地热换热器和电力改进。热能存储提高干燥效率并延长操作，当没有直接阳光时最多五小时。生物质和沼气提供可再生、碳中性和循环能源解决方案，减少温室气体排放。SDG 9工业、创新和基础设施：CDT提高能源效率，支持小型和大型工业的可扩展应用，并在保持一致的干燥环境的同时改善产品品质。这些创新干燥技术促进可持续工业增长并与SDG9一致。SDG 12负责任的消费：CDT通过生产营养丰富、高品质的干果，使用更低的能源，支持负责任的消费。这些先进的干燥技术保存营养素，减少环境影响，并促进全球可持续性。SDG 13气候行动：非热技术改善食品安全和可持续性，同时减少温室气体排放，并开发了PV/T GHD系统，在20小时内将水分含量从80%降低到11% wb，保持薄荷天然颜色和营养素。该系统实现了34.2%的效率，并减少了140.97吨CO₂排放，对气候行动做出重大贡献。然而，直接量化联合水果干燥系统的碳足迹和生命周期影响的证据仍然稀缺，强调需要全面的生命周期评估。
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    挑战、研究空白与未来方向
    尽管对联合干燥技术增强水果品质的兴趣日益增长，但文献缺乏政策、经济和市场因素的综合分析，包括激励措施、可再生能源政策和清洁标签、可持续干果的需求。此外，关于将联合干燥技术从实验室规模转化为工业应用的信息在文献中仍然稀缺。尽管许多研究报道了干燥动力学、能源效率和产品品质的改善，但关于联合干燥技术工业应用的经验证据仍然不确定。然而，工业采用超越了影响技术性能的因素，包括资本和运营支出（CAPEX和OPEX）、过程可控性、维护要求、技术就绪水平（TRL）以及与现实生产线的兼容性。因此，技术指标（干燥时间、能耗）不能孤立考虑以可靠评估联合干燥配置的可持续性。这个知识空白特别重要，因为更大的加工能力引入了与传热和传质均匀性、产品装载能力和能源分配相关的挑战。因此，新兴实验室规模联合干燥技术的工业可行性仍然不确定，因为单个干燥技术的成熟度当组合时并不一定转化为等效的成熟度，因为它们的集成引入了对过程控制、设备兼容性、安全性、维护和能源管理的额外要求。因此，未来研究应超越优化干燥性能和品质保持，转向中试和大型工业规模验证。因此，未来对联合干燥技术的研究应整合加工能力、维护要求、过程可控性、经济指标（CAPEX、OPEX、投资回收期和投资回报率）以及环境影响评估。这些指标将能够可靠评估联合干燥技术的技术就绪和商业化潜力，促进其适应。同时，应给予显著关注以开发连续、模块化的联合干燥系统，集成可再生能源来源和智能过程控制策略。
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    结论
    本重要综述表明，联合干燥技术（CDTs）在水果干燥中已被越来越多地研究，并可以解决与单一干燥程序相关的某些限制。取决于干燥配置、水果特性和加工条件，CDTs可以增加干燥效率，改善生物活性化合物的保留，并增强干果的功能和营养品质。此外，它们可以降低生产成本，最小化能源使用，并减少温室气体排放。然而，这些好处的大小和性质在不同相关干燥技术和水果基质中差异很大，并且一个性能指标的改善可能涉及其他的权衡。尽管这些技术强烈支持几个可持续发展目标（SDGs），但它们的广泛采用仍然受到几个障碍的阻碍，包括高前期成本、不足的立法支持以及阻碍大规模部署的技术挑战。