综述：2021–2025年微波、红外、超声、真空及冷冻干燥组合型辅助与混合干燥技术研究进展

《Hybrid Advances》：Assisted and Hybrid Food Drying Routes: Mechanisms, Configurations, and Implementation Pathways

　　

本研究针对2021至2025年间食品与农业物料干燥领域的发展，系统综述了微波(Microwave)、红外(Infrared)、超声(Ultrasonic)、真空(Vacuum)及冷冻干燥(Freeze Drying)等多种技术组合形成的辅助(Assisted)与混合(Hybrid)干燥模式。研究人员通过构建基于Scopus数据库的筛选体系，从1982条初检记录中最终纳入640篇同行评议文献，重点分析了不同技术耦合路径对干燥动力学(Drying Kinetics)、水分迁移行为、微观结构保留、复水性能及品质保持的影响机制。结果表明，单一干燥技术正向多物理场协同作用转变，其中微波-真空、红外-热风、超声预处理结合冷冻干燥等复合模式成为研究主流。这些技术组合通过改变内部能量传递方式、调控基质渗透性、优化压力介导的水分逸出路径，在实现干燥速率提升的同时，有效维持了热敏性组分的结构完整性。然而，当前研究仍存在术语界定不统一、评价指标碎片化、机理阐释不充分及工业化验证不足等问题。未来研究应聚焦于建立配置导向的分类标准，发展兼顾工艺强度、产品品质与实施可行性的多准则决策框架，推动该领域从实验创新向工程设计转化。

范围、检索策略与证据基础界定

本研究采用叙述性综述方法，基于Scopus数据库构建证据体系。检索式为(TITLE-ABS-KEY((drying OR dryer* OR dehydration) AND (microwave OR infrared OR ultrasound OR ultrasonic OR vacuum OR "freeze drying" OR lyophilization OR radiofrequency) AND (hybrid OR assisted OR pretreatment) AND (quality OR kinetics OR rehydration OR shrinkage OR nutrient* OR phytochemical*))) AND PUBYEAR > 2020 AND PUBYEAR < 2026，覆盖2021至2025年发表的相关文献。经过文献类型筛选（仅保留期刊论文与综述）、主题相关性过滤及技术范围限定，最终形成包含640篇文献的分析语料库，其中期刊论文618篇、综述22篇，文献元数据完整率达99%以上，为跨技术家族比较提供了可靠基础。

辅助与混合干燥的概念基础

文献中对"辅助"、"混合"、"联合"等术语的使用存在重叠，研究人员依据工艺配置特征将其操作化定义为四类：辅助主路线系统指单一干燥技术通过预处理强化，如超声预处理提升后续热风干燥效率；结构混合系统强调两种及以上干燥模式在过程中的协同作用，如微波-真空干燥中体积加热与减压环境的实时耦合；集成多阶段系统注重工序衔接的时序设计，如超声渗透脱水接微波真空干燥的阶梯式处理；预处理增强路径则关注基质改性对干燥行为的调控，尤其在超声与冷冻干燥研究中表现显著。真空与冷冻干燥常作为工艺环境平台，微波、红外与超声则更多承担强化功能，这种角色分化构成了混合干燥设计的逻辑基础。

微波中心辅助与混合干燥构型

微波-真空(Microwave-Vacuum)与微波-热风(Microwave-Hot Air)是两类主导构型。前者通过体积加热与减压环境的结合，在蔓越莓、莲子、紫薯等物料中实现动力学加速与品质保护的平衡，且常与超声、渗透脱水等预处理形成多层强化体系。后者将微波能量嵌入对流干燥框架，在洋葱片、胡萝卜等产品中表现出工艺兼容性与控制优势。此外，微波与红外的场协同、微波与冷冻干燥的低温强化、以及依赖预处理的微波路线，共同体现了微波技术正从独立热源向模块化强化单元演变的特征。

红外中心辅助与混合干燥构型

红外-热风(Infrared-Hot Air)与红外-真空(Infrared-Vacuum)构成主要技术分支。红外辐射通过强化表面及近表面传热，与热风对流形成互补，广泛应用于姜黄、草莓、大蒜等物料的干燥强化，并常与脉冲电场、热超声等预处理结合。红外-真空系统则通过减压环境降低热损伤，在红枣、树莓等热敏物料中显示出结构保护优势。值得注意的是，超声与红外的集成已从预处理延伸至同步作用模式，接触式超声的应用进一步推动了设备层面的协同设计，但相关研究的工艺标准化程度仍待提升。

超声强化的干燥过程

超声预处理(Pretreatment)是应用最成熟的辅助形式，通过空化效应改变基质通透性、降低传质阻力，在热风、真空及冷冻干燥前均表现出显著增益。同时，超声作为过程强化手段直接介入干燥阶段的研究逐渐增多，尤其在红外耦合系统中，接触式超声通过机械振动促进水分迁移，但其设备配置复杂性与规模化稳定性仍是主要限制。超声技术的跨平台适用性使其成为连接不同干燥家族的重要纽带，但作用效果的基质依赖性也最为突出。

真空集成与低压组合干燥

真空在混合干燥中主要作为工艺环境而非独立技术存在。在微波-真空系统中，它缓和了体积加热的热损伤风险；在红外-真空系统中，它优化了表面蒸发与内部迁移的协调；在真空热风系统中，它则作为传统工艺的改良模块。真空环境的有效性高度依赖于配套技术与预处理策略，其与超声、涂层、冻融等处理的组合，往往决定了最终产品的结构与复水特性。

冷冻干燥组合策略

该领域以工艺缩短为核心目标，同时严格维持冷冻干燥的品质优势。微波辅助冷冻干燥(Microwave-Assisted Freeze Drying)通过引入内部能量加速升华过程；超声预处理通过基质结构调整提升低温脱水效率；红外辅助与冻融预处理则从外部加热与内部结构调控角度提供支持。这些策略的共同挑战在于如何在缩短时间的同时，确保多孔结构、复水能力与生物活性成分的保留，这要求过程强化必须服从于品质保存逻辑。

跨技术家族的综合分析

从传输机理层面看，各类混合干燥均致力于重构水分迁移路径：微波通过内部能量再分配加速水分排出，红外通过边界层强化提升表面蒸发效率，超声通过基质改性降低传质阻力，真空通过改变相变条件促进水分逸出。在品质权衡方面，微观结构保留是核心中介变量，其完整性直接决定复水性能与感官接受度。微波系统需防范局部过热导致的结构崩塌，红外系统需平衡表面硬化与内部迁移速率，冷冻干燥组合则需严格控制辅助手段对多孔网络的破坏。当前研究在能耗分析与规模化验证方面明显薄弱，多数研究仍将干燥时间缩短等同于能效提升，缺乏全生命周期视角的评估。

关键挑战与未解问题

术语体系的不一致导致概念混淆，如"超声辅助"既可指预处理也可指过程耦合。评价指标的碎片化使得跨研究比较困难，单一研究常侧重动力学或品质的某几个维度，缺乏工艺-产品-资源消耗的整合评价。机理阐释的深度参差不齐，多数研究停留在现象描述层面。预处理与主干燥过程的贡献难以分离，特别是多层强化体系中各单元的权重不明。此外，工业化转化面临设备复杂度、控制精度与成本效益的多重制约，亟需建立兼顾技术先进性与实施可行性的决策框架。

未来研究方向与展望

后续研究应优先建立配置导向的分类标准，明确区分预处理型、同步作用型与阶段集成型等不同模式。加强机理验证，阐明不同辅助手段对水分状态分布、细胞结构响应及品质形成的定量影响。发展多准则评价体系，将能耗、环境影响与经济可行性纳入常规评估范畴。推进基质分类研究，针对果蔬、药材、高附加值食品等不同类别建立差异化的技术选择指南。最终通过专利分析与装备开发，实现从实验室创新到工业应用的实质性跨越。

专利转化与装备实施路径

代表性专利显示，微波-真空干燥的工业化依赖旋转料盘设计与真空密封技术；超声-红外联合干燥需要解决能量场协同与连续输送的匹配问题；冷冻干燥装备则聚焦于连续式 sublimation 装置与区域温控系统的开发。这些专利证据表明，混合干燥技术的成熟不仅需要工艺参数优化，更需要装备层面的系统性创新，特别是在能量场均匀分布、压力精确控制与物料连续处理等关键工程问题上取得突破。