太陽能—紅外聯(lián)合干燥葡萄的探討

李建軍

摘 要：文章回顧了吐魯番葡萄獨特的生長環(huán)境和產(chǎn)業(yè)地位，簡述了葡萄干燥的不同方法、干燥特點以及聯(lián)合干燥方法的優(yōu)勢和前景，指出了太陽能干燥和遠(yuǎn)紅外干燥具有節(jié)約能源、速度快、品質(zhì)高的優(yōu)點，提出太陽能-紅外可聯(lián)合中草藥和其他農(nóng)副產(chǎn)品，得出太陽能-紅外聯(lián)合干燥葡萄是可行的，由于太陽能的可再生性，紅外干燥也具有節(jié)能的特點，兩者聯(lián)合干燥葡萄發(fā)展前景廣闊。目前，太陽能-紅外干燥仍處于研究階段，近年研究較少，突破不大，一直沒達(dá)到產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，隨著能源的緊缺，太陽能-紅外應(yīng)用會快速發(fā)展。

關(guān)鍵詞：太陽能；紅外；干燥技術(shù)；葡萄；品質(zhì)

中圖分類號：S609 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 論文編號：2013-0929

Solar-Infrared Investigate of Joint Dried Grapes

Li Jianjun

（Mechanical the Electrification Engineering College Tarim University， Alar 843300， Xinjiang， China）

Abstract： The article reviewed the unique Turpan grape growing environment and industry position， outlined the different methods of grape drying， drying characteristics and the advantages and prospects of joint drying method， pointed out that solar drying and infrared drying were saving energy， fast， high-quality the advantages， proposed that solar energy-infrared could be combined with herbs and other agricultural products， derived solar-infrared drying grapes was feasible， dued to the solar renewable， infrared drying also had energy-saving features， combination of both dried grapes had broad development prospects. At present， solar energy-infrared drying was still in the research stage， a few studies in recent years， a breakthrough was not， had not reached the industrial application， with the energy shortage， solar energy-infrared applications would be rapid development.

Key words： Solar； Infrared； Drying Technology； Grapes； Quality

0 引言

馳名中外的吐魯番葡萄作為新疆地區(qū)特色水果，已成為新疆經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)。由于新疆干旱少雨，目前的葡萄干燥主要還是傳統(tǒng)自然風(fēng)干方式，在追求品質(zhì)第一的今天，傳統(tǒng)方法干燥時間長、效率低、產(chǎn)品綠級品率低以及灰塵附著多等問題凸顯出來。故自然、熱風(fēng)干燥在葡萄工業(yè)中的應(yīng)用受到限制，因此葡萄干燥新技術(shù)的研究已成為農(nóng)業(yè)產(chǎn)后加工技術(shù)發(fā)展的重點。隨著基于真空、太陽能、氣流沖擊、紅外、微波等干燥技術(shù)在干燥其他農(nóng)產(chǎn)品取得的成果，為了提高葡萄的干燥品質(zhì)，將各種干燥方法相互結(jié)合、取長補短，已經(jīng)成為今后干燥葡萄等農(nóng)產(chǎn)品的重點研究方向。這對于研究葡萄的傳熱傳質(zhì)規(guī)律和品質(zhì)變化規(guī)律，建立葡萄深層干燥數(shù)學(xué)模型及干燥品質(zhì)模型具有十分重要的理論和實踐意義。

1 葡萄干燥方法

吐魯番葡萄是新疆的特色水果，其優(yōu)良的品質(zhì)和深加工問題引起了研究人員的廣泛關(guān)注。

1.1 預(yù)處理法

研究人員研究了3種亞硫酸鹽和葡萄快干劑[1]在自然干燥和30℃、50℃人工干燥條件下對抑制無核白葡萄果粒褐變的作用，得出亞硫酸鹽具有防止葡萄褐變的作用。資料表明采用4種不同的預(yù)處理劑對葡萄干制動力學(xué)的影響進(jìn)行研究[4]，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在93℃時葡萄經(jīng)0.5%的NaOH溶液處理5 s，干制時間最短，葡萄干品質(zhì)也較好。

1.2 微波及其聯(lián)合干燥技術(shù)法

采用微波預(yù)處理方法對無核白葡萄干制試驗，結(jié)果表明將化學(xué)促干劑與微波處理相結(jié)合[2]，然后再自然干制，可將葡萄干制速度提高近2倍；而微波真空技術(shù)[3]在無核葡萄干制中的應(yīng)用后，縮短了干制周期，同時使褐變得到有效控制；采用同樣的技術(shù)對葡萄脫水干燥[6]，結(jié)果表明葡萄的外觀好，同時縮短了干燥時間，產(chǎn)品經(jīng)過測試，其內(nèi)部的各維生素?fù)p失少，保留的指標(biāo)較高。

1.3 氣流沖擊法

用氣體射流沖擊[8]干燥無核紫葡萄及品質(zhì)分析，對無核紫葡萄干燥工藝和干燥品質(zhì)進(jìn)行研究，得出恒速段干燥速率明顯增加，干燥時間縮短，而降速段干燥速率提高不明顯，不同條件下干燥速率曲線不同。

1.4 太陽能干燥法

用太陽能干燥裝置干燥葡萄[7]，和自然干燥相比，干燥周期縮短了30天，葡萄干的綠級品率由自然晾曬的平均35%提升到79.19%，品質(zhì)提高顯著，由此可見，太陽能干燥葡萄產(chǎn)品是有前途的，是理想的干燥方法。

1.5 其他干燥法

侯旭杰等[5]研究了傳統(tǒng)晾房及自發(fā)研制的集熱式干燥蔭棚對葡萄干制時間的影響，發(fā)現(xiàn)集熱式蔭棚能夠大大縮短制干時間，并提高了產(chǎn)品綠級品率。

因此，研究人員對于采后干燥和各項生理指標(biāo)的變化規(guī)律等一系列問題進(jìn)行細(xì)致的研究分析，期望通過對葡萄的干燥理論和干燥技術(shù)的研究結(jié)果揭示葡萄的干燥特性。這些研究為采用聯(lián)合干燥理論分析葡萄內(nèi)部水分遷移規(guī)律及品質(zhì)變化提供可靠的基礎(chǔ)。

2 太陽能干燥的優(yōu)點

通過上面對各干燥方法的敘述和分析可以看出，最有前途的干燥方法應(yīng)該具有：農(nóng)產(chǎn)品干燥后品質(zhì)優(yōu)良，質(zhì)量好，節(jié)約能源，安全污染小等特點，這也是今后干燥研究的發(fā)展方向。

2.1 太陽能干燥原理

太陽能干燥的過程，就其機理來說[10]，它是通過熱能使農(nóng)產(chǎn)品中水分加熱蒸發(fā)并擴散到外界，本質(zhì)上是傳熱傳質(zhì)過程。農(nóng)產(chǎn)品干燥的快慢既與產(chǎn)品表層水分向空氣傳遞約束條件有關(guān)，又和產(chǎn)品內(nèi)部水分向表層擴散時外加條件有關(guān)。因此產(chǎn)品被干燥必須是產(chǎn)品表面產(chǎn)生氣化的壓強大于介質(zhì)中氣體的壓強，這個差值越大干，產(chǎn)品干燥的越快。想讓干燥進(jìn)行下去，干燥介質(zhì)必須將汽化的水蒸氣帶走，保持一定的汽化水分的推動力。如沒有壓差，則干燥介質(zhì)與農(nóng)產(chǎn)品的蒸發(fā)的水分達(dá)到平衡，干燥停止。

2.2 太陽能干燥主要優(yōu)點

2.2.1 節(jié)能 太陽能最大的發(fā)展?jié)摿褪枪?jié)約能源，太陽能與其他石油、煤炭等不可再生的能源相比具有取之不盡的優(yōu)勢，因此在當(dāng)前全球能源緊缺的大環(huán)境下尋求可再生能源加工農(nóng)產(chǎn)品是未來發(fā)展的走向。

用太陽能-對流聯(lián)合干燥蜜棗[13]結(jié)果顯示，兩者聯(lián)合干燥比單獨用對流干燥節(jié)能效果顯著；研究人員在干燥木材的試驗中[14]，使用的方法是太陽能-熱泵聯(lián)合干燥，結(jié)果顯示其節(jié)能率可達(dá)70%左右，因此，用太陽能干燥農(nóng)產(chǎn)品節(jié)能效果是顯而易見的。

2.2.2 提高品質(zhì) 與傳統(tǒng)自然烘干和熱風(fēng)相比，太陽能干燥農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)優(yōu)良。Hossain等[17]研制的一種隧道式太陽能干燥機干燥辣椒，結(jié)果比傳統(tǒng)干燥具有更高的干燥速度、色澤品質(zhì)和辣味級別。Pangavhane和Sawhney[18]對太陽能自然干制設(shè)備和葡萄干制試驗進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，使葡萄干制周期、干制效率和產(chǎn)品質(zhì)量顯著提高。

2.2.3 縮短干燥周期、提高效率 馬洪江等[15]研制的混聯(lián)式太陽能果蔬烘干機，通過葡萄烘干試驗表明，比傳統(tǒng)干燥方式縮短時間66.7%，綠級品率由提高了1倍以上；過利敏等[12]采用5HT-2農(nóng)副產(chǎn)品太陽能干燥裝置進(jìn)行紅棗太陽能干燥，結(jié)果紅棗產(chǎn)品感官、衛(wèi)生指標(biāo)較好， 產(chǎn)品色澤、風(fēng)味品質(zhì)及潔凈度較好干燥時間為7～10天，干燥周期較普通曬架法縮短25%。

3 遠(yuǎn)紅外干燥特點

3.1 遠(yuǎn)紅外干燥機理

紅外線的波長大于可見光，當(dāng)它照射在被干燥物體表面上時，其輻射頻率和被干燥農(nóng)產(chǎn)品的分子的振動頻率相同時產(chǎn)生諧振，農(nóng)產(chǎn)品內(nèi)能增高，其內(nèi)部溫度大于表面溫度。由于這種內(nèi)外溫差的作用，農(nóng)產(chǎn)品內(nèi)部的水分不斷蒸發(fā)出物料表面，整個過程就是干燥農(nóng)產(chǎn)品的過程。進(jìn)一步分析紅外輻射強度對干燥速率的影響[9]，設(shè)穿透物料厚度l的輻射強度變?yōu)閃i，由朗伯公式Wi=W0exp（-βl）得單色吸收系數(shù)，那么穿透深度dλ為，以上公式表明紅外輻射吸收系數(shù)βλ大的那些波長，物質(zhì)內(nèi)部的穿透深度dλ較淺，紅外輻射的能量在農(nóng)產(chǎn)品的淺層被吸收，反之在較深層被吸收。

3.2 遠(yuǎn)紅外干燥優(yōu)點

研究人員用遠(yuǎn)紅外法干燥蘑菇試驗發(fā)現(xiàn)[20]，對蘑菇干燥試驗的不同階段可以分段建立干燥速率模型，干燥速度快；對影響蔬果紅外干燥動力學(xué)內(nèi)因和外因進(jìn)行研究[22]，得出物料在干燥過程中脫水量和各種支配因素的關(guān)系模型以及濕物料的傳熱傳質(zhì)模型規(guī)律。Abdullah Caglar等[19]研究了在遠(yuǎn)紅外干燥中，農(nóng)產(chǎn)品內(nèi)的含水量和干燥溫度的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)干燥在降速時葡萄內(nèi)的水分散失。

因此，通過分析可知，遠(yuǎn)紅外干燥具有干燥速度快、不同階段干燥速率不同的特點。另外，遠(yuǎn)紅外干燥水分多的農(nóng)產(chǎn)品時品質(zhì)較好[21]，升降溫快，易調(diào)溫，可以按照農(nóng)產(chǎn)品要求設(shè)置溫度；干燥周期短，干燥食品清潔衛(wèi)生，節(jié)能效果好。

3.3 聯(lián)合干燥

研究證明，紅外輻射、太陽能與其他干燥相結(jié)合是一項很有前途的干燥方法，具有干燥周期更短、品質(zhì)佳等特點。

通過遠(yuǎn)紅外-對流聯(lián)合干燥土豆試驗得出物料內(nèi)部水分干燥的數(shù)學(xué)模型，模型表明不同的輻射密度對物料的水分蒸發(fā)特性有明顯的影響，輻射能量的增加引起內(nèi)部水分蒸發(fā)速率的提高[23]；日本的Mongpraneet等[25]用遠(yuǎn)紅外-真空聯(lián)合干燥法干燥洋蔥時發(fā)現(xiàn)干燥產(chǎn)品的質(zhì)量優(yōu)良。徐貴力等[26]在干燥香菇時發(fā)現(xiàn)，紅外-真空聯(lián)合干燥的效果好于常壓下遠(yuǎn)紅外干燥。

付立思等[11]研制的熱能輔助性太陽能箱式干燥器以香菇為研究對象試驗，用太陽能結(jié)合熱風(fēng)爐循環(huán)供熱聯(lián)合干燥，結(jié)果表明其干燥效果好于單純溫室型太陽能干燥。

太陽能和紅外聯(lián)合干燥的研究已經(jīng)有進(jìn)展?？聺萚16]用太陽能蒸汽源紅外干燥裝置，對中草藥和其他農(nóng)副產(chǎn)品的干燥加工，效果好于單獨用太陽能干燥裝置?？聺萚24]用太陽能-紅外綜合干燥裝置對秦艽等藥材干燥得出干燥開始時空氣濕度為50%～60%，勻速干燥階段濕度為40%～45%，降速干燥階段室內(nèi)外溫度相近，有利于物料內(nèi)部水分向表面擴散和向空氣流體中蒸發(fā)。

這些研究表明用太陽能-紅外干燥葡萄是可行的，又由于太陽能的可再生性，紅外干燥也具有節(jié)能的特點，兩者聯(lián)合干燥可節(jié)約大量能源，發(fā)展前景廣闊。

4 展望

新疆的光照充足，年日照時間可超過3000 h，生產(chǎn)出的葡萄農(nóng)副產(chǎn)品品質(zhì)優(yōu)良，但深加工跟不上需要，干燥主要是自然晾曬，嚴(yán)重影響產(chǎn)品品質(zhì)。因此，合理利用新疆得天獨厚的太陽能資源，是今后當(dāng)?shù)仄咸训绒r(nóng)產(chǎn)品加工的研究趨勢。

由于資源的緊缺，可再生能源是未來利用的主要能源，而太陽能用之不竭，因此用太陽能干燥葡萄未來前景光明；又由于太陽能具有間歇性，和同樣具有節(jié)能性的遠(yuǎn)紅外聯(lián)合干燥是很有前途的方法。

根據(jù)新疆葡萄等農(nóng)產(chǎn)品的特性和當(dāng)?shù)厝照諒姸?，制造出符合干燥新疆豐富農(nóng)產(chǎn)品的太陽能-紅外干燥裝置，這對提高干燥品質(zhì)和縮短干燥周期有實際應(yīng)用價值。

相信太陽能-紅外聯(lián)合干燥葡萄的研究可為分析葡萄干燥過程中傳熱傳質(zhì)特性和品質(zhì)變化規(guī)律，建立葡萄干燥模型提供理論幫助，對發(fā)展高效節(jié)能連續(xù)干燥技術(shù)與工藝裝備具有重要意義。

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