中国农业大学工学院肖红伟教授课题组围绕农产品真空脉动干燥技术发表系列论文

核心提示：近期，中国农业大学工学院肖红伟教授课题组在食品科学知名期刊《Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety》、《Food Chemistry》以及《Food Research International》上围绕农产品真空脉动干燥技术（Pulsed vacuum drying, PVD）发表系列论文，系统阐释真空脉动干燥技术在果蔬和中药材等农产品干燥中的研究现状、品质变化机制及优化调控策略。……（世界食品网-www.shijieshipin.com

中国农大新闻网讯 近期，中国农业大学工学院肖红伟教授课题组在食品科学知名期刊《Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety》、《Food Chemistry》以及《Food Research International》上围绕农产品真空脉动干燥技术（Pulsed vacuum drying, PVD）发表系列论文，系统阐释真空脉动干燥技术在果蔬和中药材等农产品干燥中的研究现状、品质变化机制及优化调控策略。

真空脉动干燥技术（PVD）是基于“真空-常压”交替循环的动态压力调控策略的新型干燥方法，通过显著加速物料内部水分迁移速率，实现干燥速率、产品品质及能效的全面提升。PVD技术的发展经历了从实验室研究到工业应用的三个阶段。通过开发温湿度调控系统、多层碳纤维红外板PID加热系统、自适应动态规划优化算法，确保干燥过程中的精准控制和提质增效。并且随着技术的不断进步，已在葡萄、枸杞、山药、茯苓等水果、蔬菜和中药材的干燥中进行实验室和产地加工试验，验证该技术在缩短干燥时间、降低能耗及保持产品风味与外观品质方面具备独特优势。此外，PVD技术的数学模型在描述PVD过程中复杂的热、质量和动量传递方面仍面临挑战。未来研究需重点关注优化过程参数、开发更精确的数学模型，并结合先进的控制系统，以进一步提高PVD技术的可扩展性和适用性。PVD技术仍面临一些挑战，如较高的初始投资成本和操作复杂性。未来的研究方向包括开发更高效的加热系统、降低能耗、优化设备设计以及探索PVD与其他干燥技术的集成应用等。该研究以“Pulsed vacuum drying of fruits, vegetables, and herbs: Principles, applications and future trends”（果蔬和中药材真空脉动干燥技术：原理，应用和未来趋势）为题发表在综述类期刊《Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety》上。

在枸杞干燥加工过程中，存在干燥不均匀、产品品质不均一等突出问题，严重影响消费者接受程度和市场价值。真空脉动干燥技术已应用于枸杞干制，具有干燥效率高、能耗低等优点，但在加工过程中物料的成熟度差异及由此所带来的影响容易被忽略。因此，揭示成熟度对枸杞真空脉动干燥行为和品质的影响规律对于优化干燥工艺具有重要的启示。试验结果表明，不同的成熟度（I、II和III）对枸杞真空脉动干燥特性和干后品质具有显著影响。低成熟度Ⅰ的干燥时间最短，较高成熟度Ⅱ和Ⅲ分别缩短了13.95%和28.85%，主要与其初始理化性质差异（物理尺寸、单果重、可溶性固形物、可滴定酸和硬度）、超微结构变化和水分分布状态改变有关。随着成熟度的增加，枸杞细胞壁结构显著变薄，高成熟度阶段细胞骨架崩解果肉组织变为无定形态，水分迁移通道坍塌。同时，果胶组分的键合状态和溶解度在成熟过程中随着细胞壁结构的完整性而发生变化，从而延长干燥时间。虽然低成熟度Ⅰ干燥时间最短，但会发生严重的褐变，主要影响因素有酚类物质的酶促和非酶促反应、色素降解以及Maillard反应等。此外，果胶组分转化及降解产物（如不饱和尿苷酸和糖基）也直接或间接通过参与其他化学反应形成褐变。其中，酚类物质是导致不同成熟度枸杞褐变行为差异的主要因素。因此，有必要在干燥前对枸杞成熟度进行分级，提高干燥品质和均匀性、降低能耗。该研究结果以“Effect of the ripening stage on the pulsed vacuum drying behavior of goji berry （Lycium barbarum L.）： Ultrastructure, drying characteristics, and browning mechanism”（成熟度对枸杞真空脉动干燥行为的影响：超微结构、干燥特征和褐变机理）为题发表在食品科学知名期刊《Food Chemistry》上，该文发表半年来已被国内外学者引用16次，入选ESI高被引论文。

对于枸杞干果而言，保存和延长保质期至关重要。研究比较了采用PVD脱水的枸杞干果与传统热风干燥（HWD）脱水的枸杞干果在加速储存期间的储存稳定性，重点研究了包装条件与物理化学成分之间的复杂相互作用。结果表明，PVD脱水的枸杞干果的褐变程度高于HWD脱水的枸杞干果。这种差异归因于类胡萝卜素、酚类、还原糖等酶促和非酶促前体以及包括 5-羟甲基糠醛在内的中间产物，同样受到角质层蜡质的影响。结构方程模型和皮尔逊分析表明，美拉德反应产物是PVD脱水枸杞干果颜色劣变的主要因素，而HWD脱水枸杞的褐变主要是由于醌类物质的积累，与酚类物质和中间化合物有关。研究结果表明，干燥方法的选择对于确定枸杞干果的适宜储存条件至关重要，这为未来选择合适的干燥和储存方法以提高产品质量和稳定性提供了科学指导。该结果以“Enhancing shelf-life of dried goji berry: Effects of drying methods and packaging conditions on browning evolution”（提高枸杞干燥后的货架期：干燥方法和包装条件多褐变演化的影响）为题发表在食品科学知名期刊《Food Research International》上。

工学院已毕业博士生张卫鹏（现任北京工商大学副教授）和在读博士生张安安为上述论文的第一作者，肖红伟教授为上述论文的通讯作者，康奈尔大学农业与生命科学学院助理教授陈畅博士、北京市农林科学院蔬菜所助理研究员谢龙博士等参与了研究工作为部分论文的共同第一或共同通讯作者，上述系列研究得到了国家自然科学基金（No.32372014）、中国农业大学2115人才发展计划、新疆维吾尔自治区重点研发计划（2023B02009-2）等项目的资助。

论文信息：

1. Zhang Wei-Peng#, Chen Chang#, Ju Hao-Yu, Okaiyeto Samuel Ariyo, Sutar Parag Prakash, Yang Li-Yi, . . . Xiao Hong-Wei* （2024）。 Pulsed vacuum drying of fruits, vegetables, and herbs: Principles, applications and future trends. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety, 23（5）， e13430. https://doi.org/10.1111/1541-4337.13430.

2. Zhang An-An, Xie Long, Wang Qing-Hui, Xu Ming-Qiang, Pan Yan, Zheng Zhi-An, . . . Xiao Hong-Wei*（2024）。 Effect of the ripening stage on the pulsed vacuum drying behavior of goji berry （Lycium barbarum L.）： Ultrastructure, drying characteristics, and browning mechanism. Food Chemistry, 442, 138489. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2024.138489.

3. Zhang An-An, Shu Can, Xie Long*, Wang Qing-Hui, Xu Ming-Qiang, Pan Yan, . . . Xiao, Hong-Wei* （2025）。 Enhancing shelf-life of dried goji berry: Effects of drying methods and packaging conditions on browning evolution. Food Research International, 201, 115648. https://doi.org/10.1016/j.foodres.2024.115648.

日期：2025-02-06