变温压差膨化干燥技术研究进展

收稿日期：2014－06－20；修稿日期：2014－07－04基金项目：“十二五”国家科技支撑计划项目（2012BAD34B03－4）作者简介：贾亭亭（1989－），女，硕士，研究方向为食品加工原理与应用。

通信作者：牛广财（1971－），男，博士，教授，硕士生导师，研究方向为食品加工与贮藏，通信地址：163319黑龙江大庆市高新区黑龙江
八一农垦大学食品学院，
E-mail ：gcniu@126．com 。

变温压差膨化干燥技术研究进展
贾亭亭1，牛广财1
，朱
丹2，魏文毅1
，关
琛
1
（1．黑龙江八一农垦大学食品学院，黑龙江大庆163319；2．黑龙江八一农垦大学
生命科学技术学院，黑龙江大庆163319）
摘要：变温压差膨化干燥技术是近年来发展起来的一种新型、环保、节能的非油炸膨化干燥技术。

介绍了变温压差膨化干燥技术的原理及其产品特点、阐述了物料厚度、预干燥原料含水量、膨化温度、停滞时间、膨化压力、抽空温度、抽空时间等影响产品质量的主要工艺参数，并对该技术的发展前景进行了展望。

关键词：变温压差膨化干燥；原理；工艺参数；进展中图分类号：TS255．42文献标志码：A 文章编号：1005－1295（2014）04－0058－05doi ：10．3969/j．issn．1005．2014．04．014
Ｒesearch Progress on Explosion Puffing Drying at Modified Temperature and Pressure
JIA Ting-ting 1，NIU Guang-cai 1，ZHU Dan 2，WEI Wen-yi 1，GUAN Chen 1
（1．FoodCollege ，Heilongjiang Bayi Agricultural University ，Daqing 163319，China ；2．College of Life
Science and Technology ，Heilongjiang Bayi Agricultural University ，Daqing 163319，China ）
Abstract ：The technology of explosion puffing drying at modified temperature and pressure is a new ，envi-ronmentally-friendly and energy-saving technology ，instead of fried puffing drying technology．In this paper ，the research progress on the technology principle and its products characteristics were reviewed．Technological pa-rameters affecting the quality of the products ，such as material thickness ，water content ，puffing temperature ，puffing pressure ，vacuum temperature ，vacuum time and so on ，were discussed．Moreover ，the development pros-pect of this technology was discussed．
Key words ：explosion puffing drying at modified temperature and pressure ；principle ；technological pa-rameters ；research progress
引言
变温压差膨化技术起源于20世纪60年代，
其母体是真空干燥技术，结合了传统真空冷冻干燥技术（最大限度保持形、色、香、味不变，营养物
质分布均匀，复水性好［1］
），热风干燥技术和微波真空干燥技术（具有微波干燥快速、
整体加热和低温快速除湿特点
［2］
）的优点。

该技术最初并不
是专门用于果蔬膨化生产的，经过了50多年的发
展历程，先后经历了3次设备改造，才形成了今天专门用于果蔬膨化的设备。

经过变温压差膨化干燥的果蔬产品具有绿色天然（不添加色素、添加剂）、品质优良（酥脆性好、入口即化、复水性好）、营养丰富（保留并浓缩了鲜果的营养成分）、食用方便（便于携带、超微粉碎）、易于贮存（含水量
低，不利于微生物繁殖）等特点。

目前，国内外对
其研究逐渐增多，现已被证实可以用来做变温压差膨化的产品原料广泛，蔬菜类的有红薯、马铃薯、辣椒、胡萝卜、黄瓜、芸豆、食用菌等；水果类的例如苹果、猕猴桃、哈密瓜、菠萝、桃、桑椹、枸杞子等［3－8］。

1原理
变温压差膨化干燥又称微膨化干燥、气流膨化干燥、爆炸膨化干燥或加压减压气流膨化干燥。

其基本原理是：将新鲜的果蔬物料经过一定预处理（一般预处理主要包括清洗，去皮核、切分或不切分、热烫、增加固形物含量等）和预干燥等前处理工序后，根据相变和气体的热压效应原理，将物料放入相对低温高压的膨化罐中，通过不断改变罐内的温度、压差，使被加工物料内部的水分瞬间汽化蒸发，并依靠气体的膨胀带动组织中物质的结构变性，使物料形成均匀的多孔状结构具有一定膨化度和脆度的过程［9］。

利用这种技术干燥的产品，绿色天然、外观良好，具有物料本身特有的香气［10－11］，并且产品内部能形成大气泡，酥脆度俱佳，同时能较大程度地保留产品的营养成分，食用方便，便于贮藏，有利于生产休闲食品、方便食品及保健食品。

变温压差膨化干燥中的变温是指物料膨化温度和真空干燥温度不同，其范围为75 135ħ。

压差是外界空气通过压缩机产生，使物料在膨化瞬间经历了一个由高压到低压的过程，其范围为0．1 0．5MPa。

膨化过程是通过原料组织在高温高压下瞬间泄压时内部产生的水蒸汽剧烈膨胀来完成的。

干燥则是指在真空状态下去除物料水分的过程［12］。

变温压差膨化设备主要由膨化罐和真空罐（膨化罐的5 10倍大小）组成。

膨化时将真空罐抽真空，同时将预干燥后水分含量为15% 35%的物料放入膨化罐内，对其加热升温，物料内部的水分会不断的汽化蒸发，罐内压力慢慢升至0．1 0．5 MPa，保温5 10min后迅速打开泄压阀，罐内的压力骤降，物料内的水分瞬间蒸发，体积膨胀，形成均匀的蜂窝状结构。

在真空的状态下维持加热脱水的状态，直到含水率为3% 7%，停止加热，打开冷凝水阀，当膨化罐内的温度降至室温后，取出产品分级包装，即得到膨化产品［13］。

2变温压差膨化干燥技术主要工艺参数研究进展
影响膨化的关键因素有：物料厚度、预干燥原料含水量、膨化温度、停滞时间、膨化压力、抽空温度、抽空时间等。

毕金峰等以苹果、柑桔、哈密瓜、马铃薯为主要原料，选取预干燥原料含水量、膨化温度、膨化压力、停滞时间、抽空温度、抽空时间等关键因素，通过测定膨化产品含水量、色泽、膨化度、酥脆度等指标，最终得出膨化苹果的最佳生产工艺：切片厚度为5mm、预干燥后含水量为30%、膨化温度为105ħ、膨化压力为0．3MPa、停滞时间为5min、抽空温度为85ħ，抽空时间为48min。

柑桔膨化最佳生产工艺：预干燥后含水量为35%、膨化温度为95ħ、停滞时间为5min、压力差为0．1MPa、抽空温度为80ħ、抽空时间为2．5h。

哈密瓜脆片最佳生产工艺：预干燥后含水量为25%、膨化温度为90ħ、停滞时间为5min、压力差为0．2MPa、抽空温度为80ħ、抽空时间为2h。

马铃薯脆片最佳生产工艺：切片厚度为2mm、膨化温度为135ħ、停滞时间为10min、压力差为0．3 MPa、抽空温度为125ħ、抽空时间为lh［14－15］。

由此可见，当膨化上述水果时，停滞时间是相同的5min；当膨化蔬菜时停滞时间延长了5min，膨化温度也较高于膨化水果的温度。

Kozempel等对胡萝卜、马铃薯、苹果、蓝莓、蘑菇、芹菜、洋葱、甜菜、洋芋、梨、菠萝、甘蓝等进行了广泛的研究，确定了蒸汽压力，膨化温度、干燥时间、切片尺寸、含水量、品种等因素对膨化产品的影响，并进一步研究了一些果蔬原料的膨化条件［16］。

部分果蔬原料的最佳膨化条件如表1。

表1部分原料膨化条件
原料
种类
蒸汽压力/kPa温度/ħ停滞时间/s复水时间/min
胡萝卜275149495
马铃薯414176605
苹果117121355
蓝莓138204394
芹菜275149395
菠萝83166601
蘑菇193121395
草莓90177—3
酸梅138163643
甘蓝241160606
Sullivan等对苹果的变温压差膨化干燥过程进行了详细研究，以温度、压力、含水量为影响因素，得出了影响此技术的重要条件，确定了预干燥含水率为15%、膨化压力117kPa、膨化温度121ħ为最佳膨化工艺。

同时，确定了不同品种的苹果膨化后的风味物质不同［17］。

2．1物料厚度
在变温压差膨化干燥技术中，物料的厚度对膨化产品的品质具有一定的影响。

物料过厚，使原料不易干，则需要较高的温度，消耗热能；物料过薄，则原料较易焦糊，膨化后的产品虽然酥脆，但是伴有苦涩的味道。

赖必辉对切分成不同厚度的芒果条进行了膨化，结果表明，切片厚度最优值为6mm。

此时芒果脆片硬度适中且口感酥脆，具有较大的膨化度；随着芒果条厚度的增加，产品硬度极显著增加（P ＜0．01），当切片厚度为7mm时芒果脆片硬度已经超过了7000g，口感偏硬；脆度显著增加，但不规律；切片厚度为5mm以下时，芒果脆片易碎，膨化度低，口感欠佳［18］。

石启龙等考察了苹果片厚度对膨化效果的影响，从而得出随着苹果切面厚度的增加，产品膨化度也随着增加。

但结合复水比和脱水速率这两方面，综合考虑，在苹果切片厚度5mm时最好［19］。

毕金峰也得出了苹果片厚度应小于7mm的相似结论，同时指出膨化后苹果的色彩度与护色时苹果片的浸泡程度有关，苹果片越厚，护色液越难渗入到物料中心部位。

综上所述，物料厚度对膨化产品的脆度和硬度有直接关系。

因为物料厚度超过最佳厚度时，中心水分向外扩散越慢，距离太长，造成原料表面形成硬壳同时萎缩越快，原料内部的水分不能充分蒸发，此种状态下膨化的产品较硬，且酥脆度和膨化度较小［20］。

2．2预干燥物料的含水量
预干燥时变温压差膨化技术中重要的一步，其要求物料预干燥后的含水量在15% 35%之间。

变温压差技术主要的原理是靠水分受热瞬间蒸发使压力上升，产生压差，从而达到膨化的效果。

因此，经过预干燥处理后的物料的水分要适宜，过高或过低均会对膨化后的成品产生影响。

水分含量过低，成品的外观、酥脆度、膨化度均会变差；水分含量过高，在干燥时很难在较短的时间内将自由态和表面吸附态的水完全迅速汽化，而剩余的水具有较大的表面张力，在细胞之间起到粘连的作用，从而对膨化进行了抑制，难以使最终水分达到安全含水率7%以下，同时导致真空干燥时间加长，增加能耗。

当水分含量达到20%前，产品的膨化度、复水比随着预干燥物料水分含量增加而增大；在水分含量为15% 20%时达到最大值。

王荣梅得出预干燥后的枸杞子水分含量应控制在17%左右，此时的膨化度最高［21］。

张培正等以预干燥含水率不同的苹果为影响因素，以膨化度、复水性、脱水速率为指标，测定了不同含水率对变温压差膨化工艺的影响，验证了上述结论［22］。

得出预干燥后苹果片水分含量在18%左右为宜，此时的膨化度、复水比均达到了最大值。

如果苹果切片水分含量继续增加，产品的膨化度和复水比反而逐渐下降。

这是因为：当苹果切片内部水分含量过低，能够被闪蒸的水分少，难以在膨化瞬间产生足够的蒸汽压力，致使产品未能得以膨化。

何新益等研究了桃的预干燥含水量对变温压差膨化工艺的影响，结果表明，桃的含水率在20% 35%时，提高含水率有利于提高桃的膨化度，当水分含量达到30%时，膨化度最高达到1．74。

再进一步提高桃的含水率，并不能增加桃的膨化度，反而有所下降。

因此，最后确定桃的最适预干燥含水率为30%［23］。

因为如果物料内部水分过高，那么大量的水分通过升温会被瞬间蒸发，导致物料内部的水分和空气迅速迁移到物料表面，不能形成足够的膨化动力，降低了膨化度［24］。

2．3膨化温度
膨化温度是变温压差膨化干燥技术的重要参数之一，其对膨化产品品质的影响较大，膨化温度是水分的载体，压力形成的条件。

在升温的过程中，应保持缓慢升温，有利于物料内部受热均匀。

膨化温度过低，动力不足，不利于充分膨化，温度过高，物料则易焦糊，色泽较暗。

所以膨化温度的控制尤其重要。

丁媛媛对甘薯的最适膨化温度做了进一步的研究，随着膨化温度的升高，产品的含水率逐渐降低，硬度出现了先较小后增大的趋势。

当膨化温度为110ħ时，产品的色泽，复水比和酥脆度都最优。

如果继续升高温度，产品色泽出现了较大变化，色泽不断加深，较暗，同时复水比下降［25］。

与甘薯相似，当桃的膨化温度增加时，桃的膨化度也随之增大。

当膨化温度达105ħ时，膨化度较高，产品色泽较好。

再稍增加膨化温度至110ħ时，
膨化度提高了，但增加的程度较小，但是此时桃的色泽变暗，呈褐色，伴有轻微焦糊味［26］。

陈传福得出菠萝片在75ħ下膨化效果最佳。

温度过低，则水分散失不完全，使产品的酥脆度不佳；温度过高，产品焦糖化严重，呈现褐色。

同时会导致营养成分大量损失，影响了产品的外观色泽及口味。

因此，膨化温度最佳设在70 75ħ［27］。

综上所述，在膨化过程中应选择最适的温度，在保证膨化度、酥脆度的同时，也要保证产品的色泽。

如果膨化温度过高，那么热敏性的果蔬原料极易发生褐变，产生不溶性的类黑色素，严重破坏了产品的色泽和风味。

2．4停滞时间
停滞时间是指将经过预干燥处理的物料放入膨化罐内，对其升温至所需的膨化温度后，保持膨化温度到物料开始膨化所需的时间。

停滞时间的作用是，使膨化罐内的温度均匀，物料充分受热，为膨化做充足准备。

停滞时间过短，会使物料内部受热不均匀，对产品口感产生一定影响，酥脆度较低、硬度较大。

如果停滞时间过长，则导致产品焦糊并伴有苦味，同时会使产品的营养成分损失较多。

贾玉洁在研究花生变温压差膨化工艺中指出，停滞时间10min是花生膨化的中间值。

随着停滞时间的延长，产品的硬度显著降低，脆度显著增加；在10min之后，产品的硬度、脆度变化不大。

根据现有研究结果来看，一般变温压差膨化工艺的最适停滞时间为5 10min［28］。

2．5压力差
压力差是指物料膨化前膨化罐的压力和真空罐压力的差值。

压力差是变温压差膨化干燥工艺中的重要参数。

压力差过大，产品膨化度较好，但是对于一些较脆的原料会导致碎裂，影响外形和包装；压力差过小，产品膨化不起来［29］。

贾玉洁对花生的研究得出，在0．1MPa和0．2MPa两个处理间，产品的脆度差异显著，硬度差异不显著；其他压力差时的硬度差异不显著，脆度略有变化，说明高压力差对花生休闲产品的品质影响并不大。

石启龙等对低温高压膨化过程中采用的压力作了研究，但研究范围都在0．2MPa以下，认为苹果组织疏松，膨化所需压力0．1MPa左右就可以［30］。

这是因为：随着压力差的逐渐增大，苹果内部的水分充分蒸发，膨化所需的压力差增大，膨化效果随之提高；但当膨化压力差超过一定值，产品过度膨化，致使成品表面产生气泡状鼓泡，甚至裂开，会对产品的外观造成很大影响。

2．6抽真空温度
抽真空温度是指将物料放入膨化罐内，打开泄压阀进行膨化后，通过真空系统继续抽除物料剩余水分时所保持的温度。

抽真空温度是最终产品达到终止水分的重要影响因素。

过低的抽真空温度，对物料水分的蒸发影响不大，过高的抽真空温度，会使产品出现焦糊现象。

值得注意的是：抽真空温度一定要保证低于膨化温度。

随着抽真空温度的升高，产品的水分含量、硬度和色差均显著降低，脆度会显著升高。

胡萝卜的最适抽真空温度为80ħ。

当抽真空温度低于80ħ时，产品硬度很低，脆度很差；当抽真空温度高于80ħ时，产品的硬度较低，但高于温度80ħ时的硬度，脆度也同样优于80ħ以下的产品。

但当抽真空温度高于100ħ时，产品的脆度和硬度均不如80ħ时的好。

因此每一种原料都有一个最适抽真空温度［31］。

2．7抽真空时间
抽真空时间是指物料在膨化后，通过真空系统继续抽除物料剩余水分的起止时间。

适当的抽真空时间可以使原料充分受热，但时间过长，膨化产品的含水率呈显著下降，产品焦糊，有苦味；如果时间过短，则产品发硬，不酥脆［32－34］。

不同物料的抽真空时间不一样，内部组织形态紧凑的原料，所需的抽真空时间较长。

一些食品原料的最适抽真空时间如表2。

表2常见果蔬原料的最适抽真空时间
品名苹果芒果桃花生胡萝卜甘薯
抽真空时间/h1．51．522．52．52 2．5 3结束语
变温压差膨化干燥技术作为一项新技术，工艺简单，成本低，设备占地面积较小，原料利用率高，生产能力强，具有极高的推广和应用价值。

目前，我国对变温压差膨化干燥技术的研究，主要集中在工艺参数的研究方面，今后应注重膨化机理、膨化干燥的数学理论模型、动力学方程和传质传热的数学模型，寻找具有相似结构或者相同成分食品原料的合适关键工艺条件，以及相关膨化产品品质评价体系和包装材料与贮藏条件方面的研
究。

由于变温压差膨化干燥技术摆脱了传统的油炸膨化，最大限度地保留了新鲜原料的色泽、味道、营养成分与风味，使膨化后的食品具有了休闲健康食品、“二十一世纪食品”的称号，促进了人们对健康理念的认知。

因此，变温压差膨化干燥技术具有持久的市场生命力，其应用前景非常广阔。

参考文献：
［1］夏业鲍，曾海彬，陆宁．胡萝卜真空冷冻干燥工艺的研究［J］．包装与食品机械，2009，27（4）：30－32．［2］李辉，袁芳，林河通．食品微波真空干燥技术研究进展［J］．包装与食品机械，2011，29（1）：46－50．
［3］曾萃，毕金峰，庞杰．胡萝卜变温压差膨化干燥技术研究进展［J］．食品科学，2008，29（12）：756－759．［4］孟宪军，王杕，毕金峰．哈密瓜变温压差膨化干燥工艺研究［J］．食品科学，2007，28（12）：183－187．
［5］毕金峰．影响柑橘变温压差膨化干燥的因素研究［J］．核农学报，2007，21（5）：483－487．
［6］毕金峰，魏益民．马铃薯片变温压差膨化干燥影响因素研究［J］．核农学报，2008，22（5）：66－664．
［7］毕金峰．苹果变温压差膨化干燥工艺优化研究［J］．食品科学，2008，29（11）：213－218．
［8］李大婧，卓成龙，江宁，等．热风联合压差膨化干燥对苏99－8毛豆仁风味和品质的影响［J］．核农学报，2010，24（6）：1219－1225．
［9］谢焕雄，王海鸥．我国膨化食品加工技术概况与发展［J］．农产品加工：学刊，2006（9）：40－42．
［10］Wyllie S G，Leach D N．Sulfur-containing compounds in the aroma volatiles of melons（Cucumis melo）［J］．J Ag-
ric Food Chem，1992，40（2）：253－256．
［11］Huber U A．Homofuranoeol：a powerful tool to prepare and improve sophisticated high quality flavor［J］．Per-
fume and Flavor，1992，17（4）：15－19．
［12］刘志勇，吴茂玉，葛邦国，等．果蔬膨化技术现状及前景展望［J］．中国果菜，2012，30（5）：58－59．
［13］张群．果蔬变温压差膨化干燥技术研究［J］．食品与生物技术学报，2012，31（4）：448．
［14］毕金峰．果蔬低温高压膨化干燥关键技术研究［D］．北京：中国农业科学院，2005．
［15］黄寿恩，李忠海，何新益．干燥方法对脱水柑橘皮品质特性的影响［J］．中国食品学报，2011，8（3）：1－8．［16］Kozempel M F，Sullivan J F，Craig J C，et al．Explosion
puffing of fruits and vegetables［J］．Journal of Food Sci-
ence，1989，154（3）：772－773．
［17］Sullivan J F，Craig J C，KonstanceＲP，et al．Continous Explosion－Puffing of apples［J］．Journal of Food Sci-
ence，1980，45（6）：1550－1555．
［18］赖必辉．芒果变温压差膨化干燥技术研究［D］．福州：福建农林大学硕士学位论文，2012．
［19］石启龙，张培正，李坤．气流膨化苹果脆片加工工艺初探［J］．河北农业大学学报，2001，24（4）：69－72．［20］张炎，吴玥霖．气流膨化草莓脆片的优化条件［J］．食品工业，2009，30（4）：55－57．
［21］王荣梅．低温气流膨化枸杞子的研制及其品质测定［D］．泰安：山东农业大学硕士学位论文，2004．［22］张培正，石启龙．膨化苹果脆片的研制和生产［J］．农牧产品开发，2000（7）：24－25．
［23］何新益，黄宗海，范为，等．桃变温压差膨化干燥工艺研究［J］．食品科技，2010，35（11）：94－97．
［24］黄宗海，何新益，王佳蕊．预处理方式对胡萝卜变温压差膨化干燥品质的影响研究［J］．食品与机械，2011，27（1）：48－52．
［25］丁媛媛．甘薯变温压差膨化干燥技术研究［D］．北京：中国农业科学院硕士学位论文，2011．
［26］吕健，毕金峰，刘璇，等．桃变温压差膨化干燥预处理工艺研究［J］．核农学报，2013，27（9）：1317－1323．［27］陈传福，李坤，张培正．气流膨化菠萝脆片的工艺研究［J］．食品工业，2008，29（1）：47－49．
［28］贾玉洁，马和庆，孙晓东，等．变温压差膨化技术制取花生裹衣食品的研究［J］．花生学报，2012，41（3）：11
－15．
［29］黄寿恩，李忠海，何新益．果蔬变温压差膨化干燥技术研究现状及发展趋势［J］．食品与机械，2013，29
（2）：242－245．
［30］石启龙，赵亚．交互因素对气流膨化苹果脆片产品质量的影响［J］．粮油加工与食品机械，2002（9）：41
－43．
［31］毕金峰，丁媛媛，王沛，等．胡萝卜变温压差膨化干燥影响因素研究［J］．食品与机械，2009，25（5）：14
－17．
［32］徐峰，王蔚，王聪，等．中草药微波真空连续干燥机控制系统的设计［J］．机电工程，2014，31（1）：67－71．［33］曾萃．胡萝卜变温压差膨化干燥技术研究［D］．福州：福建农林大学硕士学位论文，2009．
［34］宋阳．变温压差膨化干燥甘薯脆片技术的研究［D］．乌鲁木齐：新疆农业大学硕士学位论文，2012．。