農(nóng)產(chǎn)品干燥新工藝發(fā)展

□陳 亮

(中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院 北京 朝陽(yáng) 102206)

農(nóng)產(chǎn)品干燥新工藝發(fā)展

□陳 亮

(中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院 北京 朝陽(yáng) 102206)

干燥工藝在我國(guó)農(nóng)產(chǎn)品加工、儲(chǔ)藏、運(yùn)輸中是至關(guān)重要的一環(huán)，我國(guó)農(nóng)產(chǎn)品干燥業(yè)近年來(lái)逐漸興起，現(xiàn)在技術(shù)越發(fā)成熟。本論文介紹了我國(guó)農(nóng)產(chǎn)品干燥業(yè)發(fā)展?fàn)顩r，著重介紹微波干燥、真空冷凍干燥、暖風(fēng)干燥、變溫壓差膨化干燥、微波真空干燥、射頻干燥技術(shù)等幾種不同的新型干燥工藝的發(fā)展現(xiàn)狀，并將幾種典型干燥工藝與傳統(tǒng)的干燥工藝進(jìn)行了分析比較，并對(duì)未來(lái)干燥工藝發(fā)展方向進(jìn)行展望。

農(nóng)產(chǎn)品；干燥新工藝；工藝發(fā)展

1 新型農(nóng)產(chǎn)品干燥工藝主要發(fā)展現(xiàn)狀

近年來(lái)，隨著信息時(shí)代的到來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展，人民生活水平顯著提高，節(jié)能減排、綠色安全環(huán)保逐漸成為人們?nèi)粘ｊP(guān)心的話題。我國(guó)的農(nóng)產(chǎn)品干燥工藝經(jīng)歷了國(guó)內(nèi)初期起步、從國(guó)外引進(jìn)吸收、技術(shù)創(chuàng)新研發(fā)開(kāi)發(fā)、以及逐漸走向成熟的發(fā)展過(guò)程[1]。雖然已經(jīng)經(jīng)過(guò)幾代研究人員的不懈努力，我國(guó)在這方面有了很大的進(jìn)步，然而同世界各時(shí)期先進(jìn)水平相比，仍然有難以跨越的鴻溝。

根據(jù)干燥工藝的原理不同，可以將農(nóng)產(chǎn)品干燥技術(shù)分為微波干燥、真空冷凍干燥、暖風(fēng)干燥、變溫壓差膨化干燥等方式。

1.1 微波干燥

微波，從物理學(xué)上來(lái)講它是一種有著高頻率的電磁波，波長(zhǎng)長(zhǎng)短不一，大致范圍為1mm～1m，頻率一般為30～300MHz兆赫，微波具備電場(chǎng)振蕩周期比較短、有著很強(qiáng)的穿透能力。微波發(fā)生器是微波干燥設(shè)備的核心設(shè)備，它多用于化工產(chǎn)品、農(nóng)副產(chǎn)品、生活用品、建筑材料類、以及木質(zhì)紙品等行業(yè)的干燥，微薄干燥一定程度上也可用于食品、農(nóng)副產(chǎn)品等的消毒滅菌。早在20世紀(jì)60年代，國(guó)外各國(guó)就對(duì)微波干燥技術(shù)進(jìn)行了大量的理論分析和實(shí)驗(yàn)研究[3]，我國(guó)微波干燥技術(shù)研究起步較晚，現(xiàn)今只有區(qū)區(qū)幾十年歷史，有許多研究與應(yīng)用成果取得了不錯(cuò)的成績(jī)。在農(nóng)副產(chǎn)品、食品工業(yè)、工程建材、藥品行業(yè)等方面，干燥技術(shù)有著普遍適用[4]。

1.2 真空冷凍干燥

我國(guó)是一盒原料藥生產(chǎn)大國(guó)，真空冷凍干燥技術(shù)的應(yīng)用前景十分廣闊。真空冷凍干燥，也稱升華干燥，簡(jiǎn)稱凍干，是指將在低溫條件下，如（零下10℃-零下50℃）將濕物料或溶液凍結(jié)成固態(tài)物資冰，借助一定設(shè)備，在真空條件下將其中的水分忽略液態(tài)直接升華成為氣體，從而達(dá)到使原材料降低水含量保持干燥的目的。

熱量的不斷供給和生成蒸汽的不斷排除這兩個(gè)基本條件是維持升華干燥的必備要求，任何干燥法都不例外。在初始階段，在物料溫度較高的情況下，物料本身的顯熱就可用于水分升華所需要的熱量，但隨著升華過(guò)程，物料溫度很快于干燥室蒸汽分壓溫度相平衡。此時(shí)，如果沒(méi)有外部熱量，升華干燥便會(huì)由于缺少熱量而停止進(jìn)行。在外界供熱充沛的條件下，升華過(guò)程中形成的水蒸氣必須及時(shí)排除，否則會(huì)導(dǎo)致蒸汽分壓變大，物料溫度也隨之上升，如果高達(dá)物料的凍結(jié)點(diǎn)溫度時(shí)，物料中的冰晶就會(huì)被融化，冷凍干燥過(guò)程也隨之停止。

1.3 暖風(fēng)干燥

何為暖風(fēng)干燥？熱風(fēng)干燥是指在蒸發(fā)、擴(kuò)散作用下，將熱量傳遞到物料，減少物料中水分含量，同時(shí)利用物料表面和中心的溫度梯度，將溫度從表面向中心傳遞，最終達(dá)保持物料整體處于適宜含水量的目的[5]。在暖風(fēng)干燥過(guò)程中，熱量和質(zhì)量的傳導(dǎo)是同一時(shí)間進(jìn)行的，干燥物料表面的濕分蒸汽壓強(qiáng)不能低于外部空間中的濕分蒸汽壓強(qiáng)，物料溫度始終不能比熱源的溫度高。高溫?zé)嵩赐ㄟ^(guò)各種方式將熱量傳遞給濕物料，物料表面的水分子會(huì)產(chǎn)生汽化，從而擴(kuò)散到外部空間，內(nèi)部水分子不斷向表面擴(kuò)散，最終汽化，這樣不斷的往復(fù)循環(huán)，物料水分子不斷下降減少，在暖風(fēng)下，最終完成整個(gè)物料的干燥。暖風(fēng)干燥過(guò)程離不開(kāi)大量的熱能的依托，某些濕含量高的物料、懸浮液以及溶液可以通過(guò)機(jī)械脫水或加熱蒸發(fā)的機(jī)械處理，再在干燥機(jī)內(nèi)干燥，可以節(jié)約熱能得到更干的物料。

1.4 變溫壓差膨化干燥

變溫壓差膨化干燥，又被叫做爆炸膨脹干燥、氣流膨脹干燥，也有人稱它為壓差膨化干燥。變溫是指在干燥過(guò)程中物料的溫度并不是穩(wěn)定的而是處于變化之中，在不同的溫度條件下進(jìn)行物料膨化和真空干燥的過(guò)程；壓差指在物料膨化時(shí)，那一個(gè)瞬間壓力由高變低。膨化是指根據(jù)相變和氣體熱壓效應(yīng)理論[6]，運(yùn)用工程技術(shù)手段，將被加工物料內(nèi)部的液體溫度增高后迅速汽化，壓力增大后體積開(kāi)始膨脹，憑借由此產(chǎn)生的膨脹力，導(dǎo)致組分中高分子物質(zhì)的結(jié)構(gòu)改變?cè)行再|(zhì)，從而使之成為具有網(wǎng)狀組織結(jié)構(gòu)特征的多孔狀物質(zhì)的過(guò)程。

1.5 微波真空干燥

微波真空干燥是指一種將微波與真空相結(jié)合的一種新型微波低溫干燥技術(shù)，由于真空條件下空氣對(duì)流熱難以進(jìn)行，熱量來(lái)源受到限制，只能通過(guò)熱傳導(dǎo)的方式給物料提供熱能。在微波作用下，物料的受熱十分均勻，干燥速率平衡穩(wěn)定。它具有很多微薄干燥、真空干燥無(wú)可比擬的特點(diǎn)，干燥產(chǎn)量高、質(zhì)量好，加工成本低，克服了常規(guī)真空干燥時(shí)間長(zhǎng)、工作效率低的缺點(diǎn)，在一般物料干燥過(guò)程中，是常規(guī)干燥方法效率的四至十倍，大大提高了工作效率 。

1.6 射頻干燥

在食品工業(yè)中，尤其是餅干行業(yè)中，射頻干燥技術(shù)是一種應(yīng)用范圍最廣的干燥技術(shù)，它在農(nóng)產(chǎn)品和食品的干燥過(guò)程的應(yīng)用，有利于保持干燥后物料的含水率均勻性，有利于提高干燥產(chǎn)品的品質(zhì)。然而微波干燥的缺點(diǎn)是可能出現(xiàn)加熱溫度過(guò)高現(xiàn)象，甚至出現(xiàn)局部溫度過(guò)高的問(wèn)題，導(dǎo)致加熱對(duì)象的品質(zhì)下降、食用口感不佳。

2 與傳統(tǒng)干燥方法相比農(nóng)產(chǎn)品干燥新工藝的特點(diǎn)

微波干燥同傳統(tǒng)干燥方式相比，有著其干燥時(shí)間短、有利于節(jié)能減排、生產(chǎn)效率高、干燥均勻、生產(chǎn)過(guò)程不污染環(huán)境、產(chǎn)品質(zhì)量高、易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制等優(yōu)點(diǎn)，而且干燥過(guò)程中熱傳導(dǎo)方向與水分?jǐn)U散方向相同。因而在生產(chǎn)實(shí)踐中越來(lái)越受到工廠的歡迎。在傳統(tǒng)的干燥工藝中，為了節(jié)省干燥時(shí)間提高干燥速度，需要不斷升高外部溫度。然而干燥速度是加快了，新的問(wèn)題也隨之出現(xiàn)，很容易導(dǎo)致物料出現(xiàn)外焦內(nèi)生的現(xiàn)象。不論物料體積多不規(guī)則，微波加熱都可以使熱量均勻分布，并產(chǎn)生有效的膨化效果，十分有利于粉碎物料。并且，微波干燥技術(shù)能夠有效保持干燥物料的分子組成，不會(huì)破壞其的有效成分。

真空冷凍干燥與傳統(tǒng)干燥技術(shù)相比，在保持原料的新鮮色澤、獨(dú)特風(fēng)味和誘人的香氣方面有著無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)。采用真空冷凍干燥，物料營(yíng)養(yǎng)損失少，復(fù)水性高，脫水十分完全，很是適合于長(zhǎng)期保存和運(yùn)輸。但是，真空冷凍干燥技術(shù)成本十分昂貴，其設(shè)備龐大且復(fù)雜，耗能顯著，干燥用時(shí)也比較長(zhǎng)、生產(chǎn)成本高等原因，限制了其在農(nóng)產(chǎn)品、食品行業(yè)中的應(yīng)用。

變溫壓差膨化干燥與傳統(tǒng)干燥技術(shù)相比，吸收了熱風(fēng)干燥和真空冷凍干燥的優(yōu)點(diǎn)，生產(chǎn)過(guò)程十分節(jié)能環(huán)保，不污染環(huán)境，符合“可持續(xù)發(fā)展”要求，在干燥工藝中有著廣闊的發(fā)展空間。

結(jié)束語(yǔ)

干燥在農(nóng)產(chǎn)品加工、儲(chǔ)存、運(yùn)輸過(guò)程中起著重要的作用，農(nóng)產(chǎn)品干燥工藝幾乎涉及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的所有部門(mén)，與生產(chǎn)有著中密不可分的聯(lián)系。然而目前干燥設(shè)備大多還存在生產(chǎn)成本低，耗能?chē)?yán)重，干燥用時(shí)長(zhǎng)，自動(dòng)化水平較差等問(wèn)題，這些問(wèn)題需要在以后的工作中不斷完善，提高設(shè)備對(duì)物料的適用性，提高干燥機(jī)的生產(chǎn)效率，向著更高水平不斷發(fā)展前進(jìn)[6]。

[1]于蒙杰,張學(xué)軍,牟國(guó)良等.我國(guó)熱風(fēng)干燥技術(shù)的應(yīng)用研究進(jìn)展[J].農(nóng)業(yè)科技與裝備,2013（8:14-16.

[2]蘇丹,李樹(shù)君,趙鳳敏，等.農(nóng)產(chǎn)品聯(lián)合干燥技術(shù)的研究進(jìn)展[J].農(nóng)機(jī)化研究,2014（11）:236-240.

[3]朱加繁,喻自榮,彭繼文，等.鐵皮石斛熱風(fēng)干燥試驗(yàn)分析[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),015（34）：74-77.

1004-7026（2017）16-0035-02

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A

10.16675/j.cnki.cn14-1065/f.2017.16.024