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干燥通常是指将热量加于湿物料并排除挥发性湿分（一般情况下是水），而获得一定湿含量固体产品的过程。干燥过程原理主要涉及：湿物料和干燥介质在热力干燥过程中所表现的热力学及物理特性及其变化规律；湿物料内部以及干燥介质间的热量和质量传递过程机理；干燥过程动力学原理；干燥过程的模型、模拟等内容。
湿分以松散的化学结合形式或以液态溶液存在于固体中，或聚集在固体的毛细微结构中。这种液体的蒸气压低于纯液体的蒸气压，称之为结合水。而游离在表面的湿分则称为非结合水 [ 1 ] 。当对湿物料进行热力干燥时，恒速干燥过程和降速干燥过程相继发生，并先后控制干燥速率。
① 恒速干燥过程。在恒速干燥阶段内，物料内部水分扩散至表面的速率，可以使物料表面保持着充分的湿润，即表面的湿含量大于干燥介质的最大吸湿能力，因此干燥速度取决于表面汽化速度。由于干燥条件（气流温度、湿度、速度）基本保持不变，因此干燥脱水速度也基本一致，故称为恒速干燥阶段，此阶段热气流与物料表面之间的传热、传质过程起着主导作用。恒速阶段物料吸收的热量几乎全部都用于蒸发水分，物料很少升温，故热效率很高。恒速阶段内脱去的水分属于非结合水。
② 降速干燥过程。随着物料水分含量不断降低，物料内部水分的迁移速度小于物料表面的汽化速度，干燥过程受物料内部传热、传质作用的制约，干燥的速度越来越慢，此阶段称为降速干燥阶段。相对恒速干燥过程，降速干燥脱水要困难很多，能耗也高很多。因此，为了提高干燥速度，降低能耗，在生产工艺许可的情况下，应尽量采取打散、破碎、短切等方法，减小物料的几何尺寸，这将有利于干燥过程脱水。
（1）湿物料性质 干燥操作的对象湿物料通常是由各种类型的干骨架和液体湿分所组成的。对干燥过程产生影响，最重要的因素是湿分的类型、湿分与骨架的结合方式以及骨架的结构。
① 按照湿物料在干燥过程中的除水特性分类。
a.胶体物料。物料在干燥过程中有明显的尺寸变化，但保留其弹性特征。
b.毛细多孔物料。它们在干燥过程中会变脆，有轻微收缩，干燥后可碾成粉末，如沙子、木炭等物料。
c.胶体毛细多孔物料。这类物料同时具有上述两种物料的特性，即毛细孔壁是弹性的，增湿后会膨胀，如泥煤、木材以及皮革等。
② 按照湿分在物料内部的状态分类。
a.非收湿性物料。不存在结合水的无孔或多孔物料。
b.收湿性物料。物料孔道大多为微孔孔道，内为结合水，但水分承受的蒸气压低于相同温度下的纯水蒸气压。
c.半收湿物料。主要是指那些具有较大孔道，尽管其内部还是结合水，且承受的蒸气压低于相同温度下的纯水蒸气压，但仅比自由水表面的蒸气压稍低的物料，其湿分吸收特性介于上述两者之间。
（2）干燥特性 对于某种特定的物料，对平衡湿含量值和与其对应的保存环境相对湿度值作图，就得该物料在特定温度下的吸附或解吸等温线。物料在干空气状态下，逐步增加环境湿度作出的等温线称为吸附等温线；在饱和湿空气条件下，逐步降低环境湿度作出的等温线称为解吸等温线。
图3-1为等温下某种果蔬的吸附、解吸等温线，其中的吸附和解吸等温线并不重合，即在相同外部条件下，分别通过吸湿和干燥的方法测得的平衡湿含量值并不相同，这称为“滞后”现象。一般认为这是因为靠近物质表面的空隙被湿分饱和后，阻碍了更深处空隙对湿分的吸附，因此使得吸附过程得到的平衡湿含量低于解吸过程得到的值。事实上，滞后现象受物质结构、干燥收缩等因素的影响，原因很复杂 [ 1 ] 。
图3-1 吸附和解吸等温线
在干燥过程中，对干燥产品的要求包括对干燥产品形态的要求，在食品干燥中，对产品几何形状的要求是使产品含水率达到干燥要求的关键。此外，还包括对干燥均匀性和产品卫生的要求。对产品的一些特殊要求，如对咖啡、香菇、蔬菜等物料的干燥，要求产品能保持其特有的香味，所以不能采用高风温的快速干燥 [ 2 ] 。
干燥过程通常可以分为一个恒速干燥段和一个或两个降速干燥段。恒速干燥段与降速干燥段的分界点称为临界点，此时湿物料的平均湿含量称为临界湿含量。由于恒速干燥段的机理明确、计算方法简单，并且在实际干燥过程中对于许多物料来说恒速干燥段都很短或根本不存在，因此干燥动力学的研究一般都集中在降速干燥段 [ 1 ] 。
图3-2为在恒定干燥条件下的干燥速率曲线。当物料的温度达到干燥条件下的湿球温度时，开始恒速干燥阶段。很多农产品根本没有明显的恒速干燥阶段。该干燥速率完全取决于外部的热质传递条件，几乎与被干燥物料的特性无关。当含水率等于临界含水率 X c 时，干燥速率开始下降。由于此时内部水分向物料表面的传递速率低于恒速段的水分蒸发速率，因此没有足够的水分可供蒸发，而由干燥介质提供的热量不变，多余的热量则导致物料的温度升高。在这个阶段，被干燥表面首先变得部分不饱和，然后当它达到平衡含水率 X '时变得完全不饱和。
图3-2 干燥速率曲线 [ 1 ]
干燥速率，即单位时间通过单位干燥表面积的水分通量为：
（3-1）
式中 A ——物料的蒸发表面积，m 2 ；
M s ——绝干固体的质量，kg；
X ——物料的平均湿含量（干基），kg/kg；
t ——时间，s。
值得注意的是，当干燥速率曲线形状呈现出急剧转变时，食品材料可能有不止一个临界含水率。这通常与由于组织或化学变化而导致的干燥机理变化有关。此外，临界含水率 X c 不仅仅只是物料属性，也取决于干燥条件，必须由试验来加以确定。
按干燥所用能源可分为空气对流干燥、热传导干燥、能量场作用下的干燥和综合干燥。在实际生产中，对流干燥技术应用较广泛。恒定的对流干燥条件下（干燥介质的流量、温度、湿度不变）热空气环绕湿物料流过，从而将本身的热量传递给湿物料，同时又将湿物料中蒸发出的水蒸气带走，从而达到干燥的目的。
对流干燥流程如图3-3所示，空气经风机送入预热器，加热到一定温度后送入干燥器与湿物料直接接触，进行传质、传热，最后废气自干燥器另一端排出。
图3-3 对流干燥流程示意图 [ 3 ]
干燥若为连续过程，物料被连续加入与排出，物料与气流接触可以是并流、逆流或其他方式。若为间歇过程，湿物料被成批放入干燥器内，达到一定的要求后再取出。
经预热的高温热空气与低温湿物料接触时，热空气传热给固体物料，若气流的水汽分压低于固体表面水的分压时，水分汽化并进入气相，湿物料内部的水分以液态或水汽的形式扩散至表面，再汽化进入气相，被空气带走。传热的推动力是温度差，传质的推动力是水的浓度差，或水蒸气的分压差，所以干燥是传热、传质同时进行的过程，但传递方向不同 [ 3 ] 。
水分是果蔬的主要成分之一，同时也是确定果蔬性质和耐藏性的重要因素。不同种类的品种间的含水率差异很大，大多为70%～95%。苹果、梨、葡萄、白菜的含水率在90%以上，马铃薯的含水率为85%，大蒜和山楂的含水率较低，为65%。果蔬中的水分是以三种不同的状态存在的，分别为自由水、胶体结合水和化学结合水。自由水借助于毛细管和渗透作用进行迁移，流动性大，在干燥过程中很容易被去除；胶体结合水可在干燥过程中去除一部分；而化学结合水一般不能通过干燥的方法去除。干燥过程不能去除的结合水即为果蔬组织在该干燥介质条件下的平衡水分。对果蔬进行脱水干燥，就是将新鲜果蔬细胞中所含的大量自由水和部分胶体结合水蒸发，使之成为干的状态。随着果蔬含水量降低，水分活度相应降低，便可阻碍微生物生长繁殖，抑制果蔬中酶的活性，从而延长果蔬贮藏时间。
果蔬干燥加工采用的方法有自然干燥和人工干燥两种。人工干燥起始于18世纪，当时由于战争的需要，很多蔬菜包括青刀豆、胡萝卜、菠菜等经过干燥运往前线，在战争中起了很大作用，之后蔬菜干制发展很快。人工干燥不受气候条件的限制，可以人为地控制干燥条件，因此干燥速度快、效率高、干制品品质较好，完成干燥所需时间短，例如一般自然干燥需7～30d或更长时间的蔬菜，人工干燥只需2～3h到6～8h，人工干燥具有自然干燥不可比拟的优越性，是果蔬干燥的必然趋势。果蔬干制技术包括热风干燥、真空冷冻干燥、微波干燥、红外干燥、喷雾干燥、太阳能干燥、气体射流冲击干燥等，每种干燥方法都有其各自的特征，根据果蔬和产品要求选用合适的干燥技术，详见本章第二节。
果蔬干燥是一个复杂的传热传质过程，物料在干燥过程中要发生物理、化学和生物等方面的变化，这些变化都与物料内部的水分分布和温度分布密切相关。如果能了解物料内部的水分、温度分布及其变化，就能为合理选择干燥的较佳工艺提供依据。果蔬从加热源吸取热量，将一部分热量用于果蔬温度的升高，另一部分热量用于果蔬中水分的蒸发。果蔬水分蒸发的第一个阶段为干燥初期，果蔬表面水分向外界环境大量蒸发。当果蔬表面水分扩散至一定程度后，物料内部水分含量高于表面水分，造成果蔬内部与表面之间形成压力差，此时内部水分向果蔬表面转移，然后从表面被去除，此为干燥的第二个阶段。果蔬干燥过程中，控制水分的内外扩散之间的协调平衡，对果蔬产品品质的影响非常重要。
干燥花卉是将花卉经过脱水、保色和定型处理而制成的具有持久观赏性的植物制品。它保持了活体植物叶、花、果等原有的形态与色彩，并能较长期地保存与应用。干燥花卉包括平面干燥花（压花）和立体干燥花（干花）两大类。干燥花有鲜花所不及的耐久性，也有比人造花真实、自然的优点。
将干燥技术和干燥理论用于鲜花干燥首先要保证鲜花的外形、色泽等美观，其次要考虑干燥的效率，并设计适合于干燥花规模生产的干燥设备。实际上，在对鲜花的干燥研究中已经意识到对干燥机理研究的重要性，在干燥特性、干燥平衡、过程动力学研究方面有了一定的基础，采用的薄层干燥动力学方程就有多种。此外，还可采用神经网络模型描述鲜花干燥过程和机理 [ 4 ] 。
干燥花植物资源在不同的国家和地区分布不同，且由于技术水平及欣赏习惯等方面存在的极大差异，使得干燥花生产及制作、加工方面形成了不同的特色，由此产生了三大体系：欧美干燥花体系、亚洲干燥花体系和澳非干燥花体系。随着人们对干燥花及其装饰品的要求越来越高，干燥花贸易市场的日益扩大，干燥花的研制工作也在不断深入。其研究方向主要集中在以下两个方面：筛选干燥花植物的种类及发展干燥花的加工工艺。
（1）花卉干制的主要方法
① 自然干燥法。将花材在成熟季节采收后切割悬挂在室内干燥的空气中，通过自然空气的流通使水分蒸发，来除去植物材料中的水分，是最原始、最简单的一种干燥方法。此方法适用于纤维素多、含水量低、韧性较好、花型小的植物材料，通常需要3～4周时间。
② 加温干燥法。是给植物材料适当加温以破坏其内部原生质结构，促使植物内水分加速蒸发的强制干燥方法。可以缩短干燥时间，适用于含水量高的花材。常用的有烘箱干燥法和微波干燥法。
③ 包埋干燥法。是将采下来的鲜花埋入干燥剂或河沙等颗粒状材料中，利用干燥剂来吸收植物材料中水分的干燥方法。适用于干燥月季、玫瑰、芍药、牡丹等大型含水量高的花材。常用的定型材料有硅胶、食盐、河沙、石灰、明矾、玉米淀粉等。
④ 液剂干燥法。利用具有吸湿性而非挥发性的有机液剂处理植物材料，使植物材料吸收部分有机液剂而代替水分。制成的干花具有好的光泽和柔软的质感，但在高温环境中易出现液剂渗出和花材霉变、色彩较暗等现象。常用液剂为甘油和福尔马林。
⑤ 真空冷冻干燥法。是将植物材料在较低的温度下（-50～-10℃）先冷冻成固态，然后在高真空（133～13300Pa）下，将其中的水分不经液态直接升华成气态而脱水的干燥过程，具有干燥速度快、效率高、产品质量好的特点，但设备投资费用相对较高。
⑥ 各种干燥方法的综合运用。由于每种干燥方法各有其优点与缺点，常常需要把各种干燥方法进行综合利用，才能取得最佳的干燥效果。如采用干燥剂包埋法与烘箱干燥法相结合进行玫瑰干花的制作 [ 5 ] 。
（2）影响花材品质的主要因素
① 形状的变化。在干燥中，由于细胞失水引起原生质体收缩，较薄的细胞壁承受不了外界大气压力和原生质体收缩所产生的牵拉作用致使花材发生强烈的缩小、皱褶等形态变化。
② 组织成分的变化。由于水分的减少，造成花材内胶体状态改变；芳香物、挥发性液体丧失，有些芳香植物在干制后香气变淡或消失；糖类、蛋白质、不稳定色素因外界因素的作用受到破坏。
③ 色泽的改变。植物材料在干燥中会发生色彩加深、变浅、迁移等现象。
（3）干燥花卉的特点
① 干燥花运输无须飞机，销售不怕凋萎，就生产者来说对自然条件、运输能力的要求，远比生产其他花卉产品要宽松得多。因此，干燥花卉是典型的低投入高产出、劳动力密集型产业。
② 姿态自然质朴，干燥花卉都是由植物材料加工制作而成的，不仅具有植物的自然风韵，而且保持了植物故有的色彩和形态。
③ 使用管理方便，已经干燥定形的干燥花与鲜花比较，不仅可在较长的时间里保持其形态和色彩，而且贮存、销售期长。只要保持清洁的环境和较低的空气湿度，可以随时取用，特别是在周年供应上有更高的自由度和稳定性。
④ 创作随意、应用范围广，由于干燥花不受保鲜条件的限制，因而在干燥花装饰品的创作手段上就更加灵活方便。
将新鲜果蔬加工成果蔬粉，使干燥脱水后的产品容易贮藏，且果蔬粉能应用到食品加工的各个领域。目前果蔬粉加工正朝着超微粉碎（superfine grinding）的方向发展。果蔬干制再经过超微粉碎后，颗粒可以达到微米级。采用机械粉碎法制粉的理论基础，仍是基于在给定的应力条件下，研究颗粒的断裂、颗粒的破碎状态、颗粒的碰撞以及新增表面的特性问题。
颗粒断裂物理学是材料科学的一个分支，它研究了材料变形的力学性能、脆性断裂与强度以及材料的热学、光学、电导、介质、压电和磁学等性能，它是研究颗粒破碎的前提和基础。早在1920年，格里菲斯为了解释玻璃的理论强度与实际强度的差别，提出了微裂纹理论，后来经过不断地发展和补充，逐渐成为脆性断裂的主要理论基础。格里菲斯微裂纹理论认为，实际材料中总是存在许多细小的裂纹和缺陷，在外力的作用下，这些裂纹和缺陷附近产生应力集中现象，当应力达到一定程度时，裂纹开始扩展而导致断裂。研究表明，颗粒断裂的微观形式有三种：由颗粒内部的滑移引起的剪切断裂；内部晶格分离开的断裂；颗粒与颗粒间从滑移直到分离。
不同的载荷形式作用于颗粒，导致颗粒的断裂形成破碎机理不同。如冲击载荷作用于颗粒时，认为其作用时间非常短，实际的冲击载荷的作用是瞬时和不连续的，应力在颗粒中的传递是以连续的应力波进行的，材料在冲击载荷下的断裂具有许多明显不同于静载条件的特点，这个表现在随着应变速度的提高，材料强度的延伸率、断裂韧性等指标有所改变。对将要粉碎的颗粒，弄清其粉碎时的机理，然后根据颗粒物性的特点选择合适的施力方式，从而可生产出合乎要求的粉碎产品。
颗粒在粉碎后粒径分布规律是粉碎过程中首先要解决的问题，因为粉碎的目的就是将大的颗粒粉碎为一定粒度分布要求的细小颗粒。常用的粉碎能耗同给料和产品粒度间关系的三种假说，在一定程度上能反映粉碎后粒径的大小情况。Riffinger P.R提出了“表面积假说”，该假说认为，粉碎能耗和粉碎后物料的新生表面积成正比，或粉碎单位质量物料的能耗与新生表面积成正比；Kich等人提出了“体积假说”，该假说认为，粉碎所消耗的能量与颗粒的体积成正比，粉碎后颗粒的粒度也成正比减小；Bond F.C提出了介于“表面积假说”和“体积假说”之间的“粉碎能耗的裂缝假说”。以上三种假说有各自的适用范围及局限性，表面积假说适合于细粒（10μm以下）的粉碎估算，体积假说适合于粗粒的粉碎估算，裂缝假说由于考虑了变形能和表面能两项，其适用范围则介于以上两者之间。以上假说只适用于原料和破碎产品都是均匀粒度的颗粒群，但在实际情况中，物料产生局部粉碎和整体粉碎的裂缝从而碎成具有各种粒度的颗粒群。因此，假说与实际粉碎过程差别很大。采用以上三种假说对粉碎过程和粉碎设备的能耗进行评价、对比和估算时，必须根据实验资料对假说中公式的系数及实验结果进行修正。
在研究过程中，人们希望能够较为确切地知道在一定的粉碎环境中，颗粒破碎后粒径的分布。两个较为重要的用以描述颗粒粒径的对数正态分布的Rosin-Rammler-Sperling-Bennett公式及形式更为简单的Rosin-Rammler公式，已在理论研究及实际生产中得到广泛的应用。Rosin-Rammler公式的形式为：
> （3-2）
式中 F ——颗粒的累积分布数；
b ——与粒度范围有关的常数；
n ——与被测颗粒系统物质特性有关；
x ——颗粒粒径。
Rosin-Rammler公式在实际应用中较为广泛，因为该公式与其他方程相比，能更好地描述颗粒的粒径分布，而且能用于各种粉碎条件以及各种粉碎物质的分析研究。以上这些基础性的研究对于指导实际粉碎过程的优化及粉碎机械的设计具有重要意义。有关颗粒的碰撞、新增表面的特性等方面的研究同样是粉碎理论的一个重要组成部分，其涉及一些相关的领域及学科，如动力学、流体力学、表面科学等。但以往对这方面的研究相对较少，广泛研究的是颗粒的破碎特性问题。颗粒的破碎是粉碎的基本过程，在研究粉碎的规律中相当重要，只要全面掌握粉碎过程中的基本知识，就能开发出一些新的粉碎技术 [ 6 ] 。