新疆鮮杏干制加工機械的研究現(xiàn)狀

史增錄，張 絹，張學(xué)軍* ，鄢金山，康秀生，李超新

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)機械交通學(xué)院，新疆烏魯木齊830052;2.新疆農(nóng)業(yè)工程裝備創(chuàng)新設(shè)計實驗室，新疆烏魯木齊830052)

杏是薔薇科落葉喬木植物，原產(chǎn)于中國，已有3 000多年的栽培歷史［1］。杏的果實風(fēng)味甜美、酸甜適口，且含有大量的微量元素和人體所必須的維生素及無機鹽類，具有很高的營養(yǎng)價值，杏已成為新疆的知名特色林果。但其成熟期集中，易腐爛變質(zhì)，不易貯藏，鮮杏的銷售貨架期僅有3～5 d，其不耐貯藏性，制約了杏產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展［2］。

據(jù)新疆2013年統(tǒng)計年鑒統(tǒng)計，新疆林果種植面積達100多萬hm2，其中杏種植面積達18.99萬hm2，占總種植面積的18.9%，杏的種植面積僅次于紅棗排第二，而林果總產(chǎn)量達736.74 萬 t，杏的產(chǎn)量為 173.36 萬 t，占總產(chǎn)量的 23.53%，杏的產(chǎn)量排第一［3］。由于杏的成熟期集中，且在常溫下的貯藏時間短，使鮮杏的干制加工成為減少產(chǎn)后損失，增加農(nóng)民收入的重要手段。因此，開展鮮杏干制加工的研究，對促進新疆特色林果產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展，提升果品品質(zhì)具有重要意義。

1 鮮杏干制加工的概況

杏的采收期短，在成熟季節(jié)因鮮食和加工能力有限，通常造成原料階段性過剩。除栽培不同杏品種延長采收期外，可采用貯藏保鮮和半成品保藏的方法來保藏鮮杏［4］。但冷藏成本較高，因此常采用半成品保藏的方法，包括鹽腌貯存、防腐劑貯存、干制法貯存、冷凍貯存和無菌大罐貯存等［5］。而新疆甜杏干因其色黃、味甜、肉質(zhì)厚等優(yōu)良口感，而受到消費者青睞，每年約有70%的鮮杏用于晾制杏干［6］，新疆已成為我國批量生產(chǎn)杏干的省區(qū)。

新疆憑借著太陽輻射量多，光熱資源充足等良好的自然干制條件，常期采用硫處理后加上自然晾曬的方式進行杏的干制加工，其加工工藝流程為:鮮杏→去核→護色→自然晾曬→杏制干半成品運輸至包裝廠→半成品的接收、檢驗→清洗、殺菌→脫水干燥→分級→稱重、包裝→檢驗→杏制干產(chǎn)品［6］。隨著對杏制干品品質(zhì)要求的不斷提高，以及制干技術(shù)的快速發(fā)展，主要有太陽能干燥、熱風(fēng)干燥、熱泵干燥、紅外線干燥和微波干燥等制干技術(shù)，在鮮杏加工上都有了研究與應(yīng)用。

2 鮮杏干制加工機械的研究現(xiàn)狀

2.1 太陽能干燥加工機械 沈衛(wèi)強等研制了GTG-6型果品太陽能干燥器，該干燥器以太陽能為熱源，在常規(guī)風(fēng)機輔助下，完成杏等果品的干燥加工(結(jié)構(gòu)如圖1所示［7］)，是一種溫室加集熱器型的果品太陽能干燥設(shè)備。沈衛(wèi)強完成了太陽能溫室干燥箱、太陽能空氣集熱器和溫濕度控制系統(tǒng)的設(shè)計加工，并進行了試驗。試驗表明，太陽能干燥時間為7 d，晾架自然干燥為13 d，干燥周期可縮短38.5%，但太陽能干燥很容易受天氣影響，不確定性大，其工藝干燥效率和干果品質(zhì)也不穩(wěn)定。

圖1 GTG-6型果品太陽能干燥器結(jié)構(gòu)示意圖

張謙等對單體5HT-2型農(nóng)副產(chǎn)品太陽能干燥裝置(簡稱SD裝置)進行串聯(lián)改造，進行了杏干燥期間單體與串聯(lián)SD裝置的熱性能和單日熱性能的對比試驗，單體SD裝置的結(jié)構(gòu)如圖2所示。試驗表明每套串聯(lián)SD裝置占地5.3 m2，場地利用率較單體提高29%。在杏干燥期間，串聯(lián)SD裝置的集熱器出口溫度平均為50℃，分別較單體和環(huán)境高出6.15℃。正午時較環(huán)境溫度高20℃以上的溫升保證率可達65%以上。串聯(lián)SD裝置的干燥室溫度平均為36℃，分別較單體和環(huán)境高出2.5℃，正午時3℃以上的溫升保證率可達99%以上。采用串聯(lián)SD裝置進行杏子的制干，水分含量日平均散失高于單體5%左右，串聯(lián)SD裝置有效提高了熱空氣的利用效率，縮短了杏子的干燥時間［8］。

圖2 單體SD裝置剖面結(jié)構(gòu)示意圖

徐麟等以新鮮庫買提杏果實為試材，對自然風(fēng)干晾曬、GTG太陽能干燥設(shè)備和5HT-2型太陽能干燥設(shè)備為對照試驗。結(jié)果表明，當(dāng)杏的干基含水率達到20%時，GTG太陽能干燥設(shè)備用時5 d，5HT-2型太陽能干燥設(shè)備用時6 d，自然風(fēng)干晾曬用時8 d;GTG太陽能干燥設(shè)備處理的杏干含水率為17.458%，含水量適中、口感更好、且易于儲藏，制備的杏干優(yōu)級品率達到83.30%，是自然風(fēng)干晾曬優(yōu)級品率的1.2 倍［9］。

劉一健自行研發(fā)了混聯(lián)式太陽能集熱果蔬干燥設(shè)備，其結(jié)構(gòu)如圖3所示，進行了杏干制過程中設(shè)備進口溫度、出口溫度、環(huán)境溫度和晾房溫度的變化規(guī)律的研究;設(shè)備進口相對濕度、出口相對濕度、環(huán)境相對濕度和晾房相對濕度的變化規(guī)律的研究，提出了杏干燥的工藝流程，并對其干燥機理進行了初步的分析。結(jié)果表明鮮杏水分含量從78%降至15%的干燥過程比較平緩，其干燥速率可分為3個階段:水分含量從78%下降到75%，為干燥的調(diào)整階段;水分含量從75%下降到62%時，干燥速率逐步穩(wěn)定為穩(wěn)定階段;62%下降到15%為降速階段［10］。

肉孜·阿木提等自主研制了整體式太陽能果蔬干燥裝置，進行了新疆小白杏的太陽能干燥試驗，研究了不同處理方式、溫度和風(fēng)速條件下的小白杏的干燥特性。整體式太陽能果蔬干燥裝置的結(jié)構(gòu)如圖4所示。通過試驗，干燥新疆小白杏的最佳條件為溫度65℃、風(fēng)速為11.5 m/s，用32 h可將小白杏的含水率從79%降低至18%［11－13］。

圖3 混聯(lián)式太陽能集熱果蔬干燥設(shè)備

圖4 整體式太陽能果蔬干燥裝置

2.2 熱風(fēng)干燥加工機械 熱風(fēng)烘干房是通用型的熱風(fēng)干燥設(shè)施，主要包括加熱設(shè)備、通風(fēng)排濕設(shè)備、自動控制設(shè)備以及物料裝載設(shè)備(烘房)等4大基本結(jié)構(gòu)［14－15］。可用于杏、紅棗、核桃、葡萄、辣椒、雪菊等農(nóng)產(chǎn)品的干燥。烘干作業(yè)時，裝載杏物料的烘車被推入烘干室內(nèi)后，由循環(huán)風(fēng)機將加熱室內(nèi)供熱設(shè)備產(chǎn)生的干凈熱風(fēng)鼓入烘干室，熱風(fēng)穿過物料層時進行熱質(zhì)交換，實現(xiàn)對物料的烘干;吸收了鮮杏中水分的潮濕空氣從回風(fēng)口又進入加熱室加熱，并不斷重復(fù)上述過程。待干燥空氣的相對濕度達到一定程度后經(jīng)排潮口排出部分濕空氣，同時補充部分新鮮空氣，使空氣具有持續(xù)的干燥能力。

中國農(nóng)業(yè)機械化科學(xué)研究院的王寧利用設(shè)計的熱風(fēng)試驗臺，用二次通用旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計的方法，以干燥風(fēng)速、干燥溫度和杏果實的采摘日期為因素，對杏進行低溫薄層干燥試驗，并對3個常用的干燥模型進行擬合比較。得出了杏的低溫薄層干燥可用wang-singh模型描述其干燥的過程，且杏的有效擴散系數(shù)隨溫度上升而增加，隨采摘日期增加而減小，隨風(fēng)速升高而增加，但風(fēng)速增到一定數(shù)值時，杏的有效擴散系數(shù)隨風(fēng)速失去變化規(guī)律［16－17］。

2.3 熱泵干燥加工機械 楊瑞云等利用自主搭建的熱泵干燥系統(tǒng)應(yīng)用于小白杏干燥中，分別對小白杏進行整粒(分別用促干劑、NaHSO3和清水處理)和切分4種處理方式進行了干燥試驗，研究了小白杏在熱泵條件下的干燥特性和褐變規(guī)律。試驗表明熱泵干燥使小白杏的干燥周期縮短1～2 d且杏干的感官品質(zhì)和衛(wèi)生質(zhì)量得到大幅度提升。其中切分處理后的小白杏干燥速率約為整粒干燥的2～3倍，顏色質(zhì)量也優(yōu)于整粒干燥。此外從干燥后成品顏色來看，浸硫處理的小白杏干燥后品質(zhì)明顯優(yōu)于其他兩種處理方法［18］。

圖1 熱風(fēng)薄層干燥裝置的工作原理

2.4 氣體射流沖擊干燥加工機械 肖紅偉等將自行設(shè)計的過熱蒸汽漂燙及氣體射流沖擊干燥試驗裝置應(yīng)用于杏子干燥中，研究了杏子在不同溫度和不同風(fēng)速條件下物料的干燥特性曲線、水分有效擴散系數(shù)和干燥活化能。試驗結(jié)果表明干燥溫度對其的影響比風(fēng)速更為突出，此外通過費克第二定律求出了干燥過程中杏子的有效水分?jǐn)U散系數(shù)以及利用阿倫尼烏斯公式計算出了杏子干燥活化能為30.62 kJ/mol［19］。

杜志龍等以南疆的佳娜麗杏品種和胡安娜杏品種就葡萄促干劑及氣體射流沖擊燙漂對杏的干燥特性和色澤的影響進行了研究。結(jié)果表明，杏經(jīng)不同的處理，表現(xiàn)出不同的干燥特性;相同處理不同杏，表現(xiàn)出相近的干燥特性。經(jīng)促干燙漂處理(BDP處理)的杏的干燥速率最快，不同的處理方式對杏的色澤都有很大的影響，燙漂處理是色澤變化的主要原因［20－21］。

3 鮮杏干制加工機械存在的問題與發(fā)展趨勢

3.1 存在的問題

(1)目前，大多鮮杏干制加工機械仍處于試驗階段，且干制加工技術(shù)所依托的理論基礎(chǔ)屬試驗科學(xué)的范疇，而相關(guān)的理論基礎(chǔ)的發(fā)展水平直接影響和決定了干制加工技術(shù)的發(fā)展水平。

(2)干制加工機械所面對的對象是品種繁多、差異較大的鮮杏，單就同一品種的鮮杏而言，在不同采收時間和方法條件下，對加工后杏干的風(fēng)味、色澤、外觀等品質(zhì)差異仍較大，而目前鮮杏干制加工機械的種類少，且與其配套的相關(guān)機械設(shè)備單一。

(3)用于實際生產(chǎn)的鮮杏干制加工的技術(shù)落后，干制加工的機械仍以傳統(tǒng)的熱風(fēng)干燥技術(shù)為主，在能源利用、環(huán)境保護等方面的技術(shù)有待提高。

(4)缺乏杏干制加工機械的評定標(biāo)準(zhǔn)，對設(shè)計研制的干制機械沒有統(tǒng)一的鑒定標(biāo)準(zhǔn)，也缺乏對加工后杏干品質(zhì)的定性、定量的評定依據(jù)。

3.2 發(fā)展趨勢

(1)加強鮮杏等果品的干燥基本理論研究，要研究鮮杏的物理性質(zhì)及熱物理性質(zhì)，從而推動干燥模擬試驗的研究，使鮮杏干制加工機械設(shè)計在干燥過程模擬的基礎(chǔ)上進行優(yōu)化設(shè)計，從而節(jié)省人力物力。

(2)進一步提高鮮杏干制加工機械的自動化、智能化控制的程度，配備在線水分、溫度等指標(biāo)監(jiān)測和控制裝置，利用計算機模擬控制裝置及電氣自動控制技術(shù)，對制干機械內(nèi)部的溫度、水分等進行在線實時控制，以簡化制干加工機械的操作，降低人工勞動量。

(3)鮮杏干制加工過程中能耗大，干制時間長，且對制干后果品的色澤、風(fēng)味、營養(yǎng)等方面有嚴(yán)格要求。因此，鮮杏等果品干制加工機械要綜合考慮制干效率、干制品品種、節(jié)能減排和環(huán)境保護等因素，情況復(fù)雜，對機械性能要求高，應(yīng)深入開展智能型干制加工機械的設(shè)計研究。

(4)將鮮杏干制加工工藝與干制加工機械相結(jié)合，以干制加工工藝指導(dǎo)機械裝備及自動化、智能化控制系統(tǒng)的設(shè)計，使干制加工機械服務(wù)于加工工藝的要求。

(5)充分利用鮮杏等果品產(chǎn)地的自然環(huán)境等優(yōu)勢，大力發(fā)展節(jié)能、環(huán)保、高效、經(jīng)濟的干燥技術(shù)，并將其應(yīng)用到果品干制加工機械中，例如新疆發(fā)展的太陽能干燥加工機械等。

4 結(jié)語

新疆林果業(yè)已成為新疆經(jīng)濟發(fā)展的一大支柱產(chǎn)業(yè)。新疆杏的種植面積僅次于紅棗排第二，總產(chǎn)量排第一，但由于杏的成熟期集中，常溫下的貯藏時間短等問題，造成杏的產(chǎn)后損失嚴(yán)重。因此，抓緊發(fā)展機遇，清楚地了解鮮杏干制加工機械的現(xiàn)狀，準(zhǔn)確把握當(dāng)前干制加工機械存在的問題，以便有針對性地開展鮮杏干制加工機械的設(shè)計研究工作，為新疆杏產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展提供技術(shù)裝備支撐。

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