毕金峰，研究员，博士，主要从事果蔬食品制造与营养健康理论与技术方面的研究。
压差闪蒸联合干燥技术是一种新型、环保、节能、优质的干燥技术，近些年发展速度很快，其干制产品具有绿色天然、品质优良、营养丰富和食用方便等特点，应用前景广阔。中国农业科学院农产品加工研究所毕金峰、胡丽娜、吕健、金鑫、易建勇、周沫和王凤昭介绍了压差闪蒸技术的国内外研究进展，对比了国内外压差闪蒸设备及技术特点的差异，分析了不同设备条件下压差闪蒸联合干燥工艺的区别。在已有研究基础上，进一步阐述了压差闪蒸联合干燥工艺中预干燥、预处理、压差闪蒸等各个环节的工艺研究进展，重点介绍了压差闪蒸环节关键技术参数对产品品质的影响研究现状及其优化策略；介绍了一种基于过程控制的新型工艺优化策略，即基于理论模型计算的动态优化，阐释了其技术特点和研究进展；结合已有的压差闪蒸水分迁移与品质规律等研究，分析并展望了动态优化在压差闪蒸联合干燥工艺优化中的应用前景，以期为压差闪蒸联合干燥工艺发展和相应的设备升级提供参考。压差闪蒸联合干燥是一种将常用食品干制方法(如热风、热泵、真空冻干等)与压差闪蒸技术串联起来，用以生产疏松多孔的膨化型干制食品的干燥方法。其中压差闪蒸技术是该联合干燥方法的核心组成，其原理是将预干燥或预处理的原料进行加热(加压)处理，保持一段时间后瞬间泄压至真空状态，使得物料内部水分瞬间汽化蒸发。此时物料或瞬间膨胀达到玻璃态而得到成品,或需继续脱水干燥直至达到安全水分含量。
根据处理原料特性的不同，压差闪蒸联合干燥工艺有明显区别，主要包括预处理、联合干燥方式和条件的不同，压差闪蒸技术在联合干燥工艺流程中的序位及其各操作参数存在的差异。与传统干制产品相比压差闪蒸联合干燥产品有诸多优点，如与热风、热泵干燥产品相比其体积膨胀，口感更酥脆，与真空低温油炸干燥产品相比更低脂健康，与冻干产品相比则表现为更低的能耗等。目前该联合干燥已成功应用于果蔬、谷物、肉类等多种农产品的加工生产[1-5]，并已被国内外多家企业采用，市场前景良好。在压差闪蒸联合干燥工艺研究方面，前人已做了大量工作。其中法国Allaf教授团队以及笔者研究团队针对不同产品的压差闪蒸联合干燥工艺做了一系列的研究，为该干燥方法的发展提供了大量的实验数据参考，也为实际生产中的工艺优化与设备开发奠定了良好的理论和实践基础[4-5]。
受到原料特性、设备构造与功能差异以及因产能放大而导致的条件改变等因素的影响，实验室条件下的干燥工艺研究策略在应用于实际生产时往往还需要做进一步的工艺条件调整，面临工作量大、实验成本高等问题。另一方面，压差闪蒸设备制造成本较高，功能模块更新难度大，设备的可控条件设置常滞后于复杂多变的工艺设计，进而影响新产品工艺的实现，也限制了压差闪蒸联合干燥方法在更多农产品加工领域中的拓展应用。
目前已有文献阐述了压差闪蒸干燥技术在食品工业生产中的应用[6]、联合干燥产品品质变化规律及其影响因素研究现状[7-10]、压差闪蒸干燥机理研究现状[7,11]等，而对压差闪蒸联合干燥工艺及其优化的综述较少，对联合干燥中除压差闪蒸外的其他环节如预处理、预干燥方法及相应的工艺特点尚未有明确的梳理。因此，本文重点阐述了典型压差闪蒸干燥工艺特点的差异，综述了压差闪蒸联合干燥各环节的工艺研究进展及联合干燥的优化策略，结合工程学中的动态优化法提出新的压差闪蒸联合干燥工艺优化思路和展望。
1压差闪蒸联合干燥技术研究进展图1国内典型压差闪蒸干燥设备及结构
压差闪蒸联合干燥可追溯至20世纪50年代，国外研究团队主要有美国农业部东部研究中心(USDA-ARS)Sullivan教授团队和法国拉罗谢尔大学TamaraAllaf教授团队[12]。前者在—年间开展了一系列爆炸膨化干燥(explosionpuffingdrying，EPD)装备的研究，并探讨了多种原料膨化产品的制备工艺；后者发明了第三代压差闪蒸技术——可控瞬时压差技术(法语为Détenteinstantannéecontrlée，DIC)。在我国，类似的传统压差闪蒸联合干燥可追溯至宋代，据范成大在《吴郡志·风俗》中记载“爆糯榖於釜中，名曰孛娄，亦曰米花”，成为最早的类似压差闪蒸加工产品[6]。我国的现代压差闪蒸联合干燥发展始于20世纪末，在不同研究阶段该干燥方法还被称为“爆炸膨化干燥”“气流膨化干燥”“低温高压膨化干燥”“压差膨化干燥”和“变温压差膨化干燥”等[10]。
1.1压差闪蒸干燥技术的典型流程
压差闪蒸环节是利用压差闪蒸联合干燥方法生产具有疏松多孔结构产品的核心技术，样品在此过程中经历的条件变化因设备条件差异而明显不同。以笔者研究团队和法国Allaf教授团队的研究为例，分别代表了两种不同的典型压差闪蒸技术流程。前者压差闪蒸设备特点见图1[12]，利用此种设备的压差闪蒸联合干燥工艺过程中样品通常需先经过预干燥。压差闪蒸处理中样品经加热升压—瞬间降压—抽空干燥—压力回复等4个阶段的压力和温度变化，根据样品不同历时1～3h。其中加热环节是利用物料仓内部通有热蒸汽的金属管道对置于管道上托盘内的物料进行加热。样品经瞬间降压前承受压力随样品水分蒸发产生的蒸汽压力的增加而增大，瞬间降压后物料仓内压力从大于0.1MPa快速降至0.～0.MPa，从而使样品体积膨胀，产生疏松多孔的结构。随后进入抽空干燥阶段，此时热蒸汽和冷却水交互通入仓内管道而使物料仓维持在一定温度，仓内物料残余水分被继续抽空脱除。抽空干燥一段时间后，物料仓内管道通入冷却水使样品环境温度快速降低，物料多孔结构在此阶段也得以冷却定型，随后打开放气阀门使物料仓内压力回复至常压，即可得到最终产品。后者(法国Allaf教授)压差闪蒸设备特点见图2[13]，预干燥的样品主要经过瞬间压降—蒸汽加热加压—瞬间压降—压力回复等4个阶段，历时数十秒。样品首先在物料仓内经历了相对短暂的蒸汽加热加压过程，处理仓内压力可达0.6MPa，样品直接与热蒸汽接触，温度可达到℃。随后瞬间压降使物料仓内压力快速降至约0.MPa，物料迅速膨胀，经压力回复后得到干燥或半干样品，半干样品还需继续干燥至安全水分含量从而得到疏松多孔的产品。总之，这两种压差闪蒸技术流程的关键环节基本一致，即利用瞬间压降帮助产品形成多孔结构，主要差别在于加热方式和压差范围上。
图2国外典型压差闪蒸干燥设备结构
1.2压差闪蒸联合干燥技术的工艺研究
由于压差闪蒸瞬间样品的脱水量有限，研究人员常将压差闪蒸技术与热风、热泵、中短波红外、真空冷冻等干燥方式联合使用以生产干制产品，由此产生的干燥技术即被称为压差闪蒸联合干燥。由于不同设备条件下样品经历的温度和压力变化的差异对相同产品的干燥效果有明显影响，因而相应的联合干燥工艺流程研究也十分不同。以苹果和胡萝卜为例，在不同设备条件下所经历的两种典型压差闪蒸联合干燥工艺见图3[9,12,14-15]，国内设备条件下(笔者团队)的样品在进行压差闪蒸处理前需要进行预干燥，均湿，样品经过闪蒸后有抽空干燥阶段。而使用国外压差闪蒸设备(法国Allaf教授团队)时，经过预干燥后的样品通常在经过压差闪蒸处理后还需要进一步干燥[14-15]。在压差闪蒸环节的技术条件研究方面，二者都主要通过改变不同操作参数实验出其对产品品质的影响，但可调控操作参数有所不同：国内设备可调控的操作参数有预热温度和时间、抽空干燥温度和时间、瞬间膨化时的压力差等[9,12]；国外设备则包括物料罐真空度、物料罐内压力和热处理时间及瞬间膨化时的压力差等[14-15]。在产品生产方面，压差闪蒸设备条件的不同导致产品适用范围的差异。国外高压力差的压差闪蒸设备条件下多种原料如苹果、马铃薯、胡萝卜、洋葱、鹰嘴豆等都可以得到很好的膨胀[14-16]，而国内的压差闪蒸干燥设备由于加热和压差变化条件较为温和，可使苹果、洋葱等组织强度不高的原料发生很好地膨胀，但对胡萝卜、马铃薯、红薯等细胞结构紧密、硬度相对较高的原料在进行压差闪蒸处理前需要有预处理环节如渗透、冷冻、蒸煮才能使产品产生足够的膨胀[17-21]。
针对不同设备条件和原料组织特性，除对压差闪蒸操作参数进行系统性的实验，前人对联合干燥过程中的样品预处理环节也做了较多研究，通过热烫[22-25]、蒸煮[17]、渗透[22-26]和冻融[23-24]等预处理方式改善原料的原有组织结构，探索适宜的工艺条件以得到高品质的产品。如适当程度的热烫预处理有利于哈密瓜产品膨化度和色泽品质的提高[22]；经煮制和冻融处理的膨化红薯丁色泽鲜亮，酥脆可口[17]。均湿也可看作样品预处理的一部分，现已证明均湿条件差异会导致产品微结构变化和最终干制品质地的显著不同。Li等[27]对苹果丁压差闪蒸联合干燥中的不同温度和湿度条件进行了系统实验，结果显示4℃，相对湿度40%～45%为最佳均湿条件。
就预干燥或后联合干燥方式而言，目前压差闪蒸联合干燥研究中使用到的有热风干燥[9]、热泵干燥[28]、真空冷冻干燥[29]、微波干燥[30]、中短波红外干燥[31]等。由于不同的干燥方式热质传递机理不同，可能会导致产品干燥过程中形成不同的微结构，并最终影响压差闪蒸联合干燥产品的质地。有研究对比了热风和真空冷冻为预干燥方法的苹果丁压差闪蒸联合干燥产品品质，发现真空冷冻结合压差闪蒸苹果丁的质构品质较差[32]。Hu等[33]对比了以热风、热泵、真空和中短波红外为预干燥方法得到的压差闪蒸联合干燥香菇的复水特性，发现经真空预干燥得到的联合干燥产品复水性较差，而经其他预干燥得到的产品复水特性表现相近。
图3国内外典型压差闪蒸联合干燥工艺流程对比
此外，绝大部分样品都是将原料进行预干燥后再进行压差闪蒸处理，压差闪蒸处理在前、干燥在后的联合方式较少研究，目前仅在香菇[33]、虾[34]等产品中进行了实验，前者研究得出经过压差闪蒸处理的香菇再进行热风干燥后得到的产品比单一热风干燥的产品表现更好的干燥效率和复水品质；后者发现预先进行压差闪蒸处理后进行微波干燥的产品比单独微波干燥在质构、感官、复水特性等方面表现更好[33]。总之，压差闪蒸联合干燥工艺中压差闪蒸环节外的其他预处理、预干燥等环节的工艺条件以及压差闪蒸在联合干燥中的序位对产品品质的影响还需要进一步探索。
1.3压差闪蒸联合干燥技术的工艺优化
由压差闪蒸联合干燥工艺描述可知，压差闪蒸处理中操作参数较多，针对不同设备和样品的关键工艺条件和操作参数也不尽相同。为实现高品质压差闪蒸干燥产品的稳定生产，前人对压差闪蒸环节的工艺优化做了大量工作，其优化策略一般是先采用单因素实验得出对产品品质指标影响显著的因素，分析压差闪蒸工艺参数与产品品质之间的数学关系[4,35-37]，建立了不同操作参数与相应产品品质的数学模型[14-15,36,38]。随后利用中心组合设计(central
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