农产品微波干燥技术的应用与展望

储涛涛 江阳 尹勇 王佳丽 张宏

摘 要：该文介绍了微波干燥技术的原理及其在农产品干燥领域的应用，总结了微波干燥具有传热速度快、均匀性好和节能环保等特点，并梳理了国内外微波干燥技术的研究现状。在分析目前农产品微波干燥技术存在问题的基础上，对其今后的发展进行了展望。

关键词：微波;干燥;农产品

中图分类号 TS255.36 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2022）05-0151-02

Abstract： This article introduces the mechanism of microwave drying technology and its application in the field of agricultural product drying， points out that microwave drying has the characteristics of fast heat transfer， good uniformity， energy saving and environmental protection， and analyzes the current research status of microwave drying technology at home and abroad. Finally， the article summarized some problems existing in the microwave drying technology of agricultural products， and prospected its future development.

Key words： Microwave; Drying; Agricultural products

干燥是农产品保藏的重要手段，也是农产品加工过程中的关键环节之一。微波是一种高频率的电磁波，频率为300MHz～300GHz，其大小和方向可随时间作周期性变化[1]。微波干燥与传统的干燥方式相比，具有节能、清洁及高效率等优点。由于微波在干燥农产品过程中的传热和传质方向一致，热阻碍小，因此干燥过程中水分迁移条件得到了极大地改善，加快了干燥速度[2]。本文对微波干燥机理及其优缺点、国内外微波干燥研究现状等方面进行了分析，并对农产品微波干燥技术今后的发展应用前景进行了展望。

1 微波干燥机理

常见的干燥方式如热风、红外、热泵等是利用热辐射、热传导的原理，被加热物料的表面先得到热量，温度从外到内逐渐升高，所需的干燥时间与物料的热传导性息息相关，因而它们具有传热速率慢、消耗能量大等缺点。而微波干燥是直接将热能传递到物料的内部，被干燥物料内部首先得到干燥，然后逐渐由内向外扩散热能。微波干燥技术的基本原理为[2]：一般情况下，农业物料由极性分子和非极性分子组成，在周期性的高频微波作用下，这些分子不断吸收微波能量，使其分布状态得以改变从而呈现出方向性，同时电磁场的变化也会使其随之改变，从而电磁场的势能转变为热能，使被加热物料内部温度得以快速上升，从而形成“体加热”。如图1所示。

2 微波干燥技术的特点

2.1 传热速度快 常见的热风等常规干燥方式首先是将热量传送到物料表面，然后由表及里逐渐使整个物料温度得以提升。与此相反，在微波干燥过程中微波能是从多个角度穿透物料，在物料内部温升的同时其表面的水分得以蒸发，从而使物料内部的水分立即成为蒸汽，这就是压力梯度形成的基本过程。随着物料含水率的增多，压力梯度对去除水分的影响也会越显著，形成“泵”效应，使水分短时间向表面流动，达到干燥的效果[3]。

2.2 均匀性好 常见的加热方式要想提高干燥速率，通常是通过增加温度来实现，但它会导致被干燥物料表面焦灼。而微波具有穿透性强、波长较短等特点，能够使热能传递到物料的各个部位。此外，不规则形状的物料对加热无影响，均匀性显著提升。

2.3 节能环保 通过微波能加热物料时，加热室内的材料大多都能对微波作出反射，只有极少的微波能被吸收損耗。由于物料加热时微波处于一个封闭的环境，绝大多数微波能都能够转化为热能被物料吸收，干燥效率较高。

3 微波干燥技术研究现状

国外对微波干燥技术的研究较为领先，已将其应用于农业、轻工业和食品工业等行业，一大批科研人员从自身领域出发，从理论、工艺和设备等多个角度对微波干燥技术进行了深入探索，并提出了相关理论。

Silva F A等利用微波热风联合干燥的方式对澳洲坚果进行了研究，结果表明：该方法极大地提高了干燥速率，坚果感官品质明显提高，并建立了微波干燥澳洲坚果的动力学模型[4]。Maskan M通过微波干燥和对流干燥的方式对香蕉切片进行了对比，结果表明，微波干燥速率与微波功率有关，达到相同状态下，微波干燥在功耗、品质等方面都要优于对流干燥[5]。Borompichaichartkul C.等利用热泵热风联合的方式对澳洲坚果进行干燥，结果表明：先用40℃的热泵干燥将物料干燥至含水率为11.1%，然后转为热风干燥，能够使澳洲坚果达到最佳的感官品质以及还原糖含量[6]。

目前，国内已经在农产品干燥、包装业和化工业等领域广泛应用微波干燥技术，经过技术的不断积累，微波干燥设备已基本实现国产化。目前，微波干燥技术已应用到龙眼、薯片和芒果等果蔬的干燥，同时也有很多关于微波干燥坚果的研究进展。

陈燕等[7]利用微波干燥装置和在线检测系统对龙眼进行了不同温度、间歇时间下的定功率微波干燥试验。结果表明：微波干燥龙眼过程中存在加速、恒速和降速3个阶段，其中恒速阶段失水速率最大，对干燥速度影响最大的因素是加热时间，在干燥后期应尽量缩短加热时间以避免局部温升，造成过度干燥从而影响干燥品质。朱德文等[8]利用微波干燥设备对玉米进行了在不同功率和加热时间下的干燥特性对比，确定了微波干燥玉米的最佳工艺参数，并得出了合理的工艺流程。结果表明：微波干燥过程中恒速干燥阶段对干燥速率的影响最大，能达到最佳的种用价值并保证其感官品质。谭蓉等[9]利用微波干燥设备对黄姜进行干燥，极大地提升了感官品质，使其达到出口标准，为黄姜的干燥加工提供了极大的参考意义。目前，此微波干燥设备仅适用于小型加工场所。

4 展望

目前，微波干燥技术在农产品加工领域的基础研究方面已经取得了一定的进展，并投入到工业化生产中，市场中也能看到多种样式的微波干燥设备。然而，从实验室阶段到规模化应用还有很长的一段路要走，首先，在生产加工中微波的不均匀性尤为突出，从而出现“过热点”，这不仅与微波场的结构有关，而且与被加热物料的结构异质性有很大关联，从而极大地影响了微波干燥农产品的稳定性[10]。因此，一方面可通过改善微波设备，使被加热物料进行翻转或空间运动来改善其不均匀性;另一方面，还可以通过与其他干燥方式联合干燥来弱化微波的不均匀性等问题。其次，微波干燥设备的高昂售价也限制了其大范围推广。因此，除了通过控制零部件成本来降低整机价格外，还可以开发多用途的微波干燥设备，提高其通用性，从而间接地降低成本[11]。

微波干燥技术具有效率高、节约能耗和清洁等诸多优点，在农产品的干燥领域得到了一定规模的应用，也越来越受到人们的重视。随着微波干燥技术的不断成熟，现存在的一些问题必将得到解决，微波干燥技术在农产品加工领域的应用前景也将更加广阔。

参考文献

[1]谭蓉，彭增华，何明奕，等.黄姜干制品加工现状及微波干燥方法的可行性研究[J].包装与食品机械，2007，25（2）：34-37.

[2]顾颢，张世庆，蔡健荣，等.基于微波的大米水分快速检测研究[J].食品科技，2015，40（6）：318-321.

[3]郭全友，王晓晋，姜朝军.微波杀灭虾源地衣芽孢杆菌孢子特性及效果[J].农业工程学报，2018，34（21）：281-287.

[4]芈韶雷. 山核桃微波干燥特性及工艺优化研究[D].合肥：安徽农业大学，2014.

[5]KUBO M T K，CURET S，AUGUSTO P E D，et al.Multiphysics modeling of microwave processing for enzyme inactivation in fruit juices[J].Journal of Food Engineering，2019，263：366-379.

[6]KUBO M T，SIGUEMOTO E S，FUNCIA E S，et al.Non-thermal effects of microwave and ohmic processing on microbial and enzyme inactivation：A critical review[J].Current Opinion in Food Science，2020，35：36-48.

[7]陳孟雅，鲁加惠，张海伟.低能微波预处理对巨峰葡萄贮藏品质的影响[J].食品与机械，2018，34（3）：142-145.

[8]苏东民，赵晓琳，林江涛.微波对小麦粉中蜡样芽孢杆菌的杀菌效果[J].食品与发酵工业，2020，46（4）：234-238，246.

[9]刘杰，陈玉麒，舒在习，等.微波处理大米的品质指标检测[J].粮油食品科技，2013，21（5）：52-55.

[10]胡婷，樊明聪，车丽，等.脉冲微波处理对大米理化指标和流变特性的影响[J].华中农业大学学报，2016，35（4）：100-105.

[11]蔡佳昂，匡世瑶，张敏.微波对鲜切山药护色及品质的保持[J].食品与发酵工业，2019，45（19）：138-143.

（责编：张宏民）