淺談新疆特色農(nóng)產(chǎn)品熱泵烘干技術(shù)與裝備

張進(jìn)疆，王慶惠，楊忠強(qiáng)，肖 波

（1.廣東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備研究所，廣東 廣州 510635；2.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所）

1 新疆農(nóng)產(chǎn)品烘干現(xiàn)狀

新疆是世界六大優(yōu)勢(shì)果品生產(chǎn)帶之一，以“瓜果之鄉(xiāng)”著稱。2017年，全疆果樹種植面積107.5萬hm2，產(chǎn)量1 327萬t。預(yù)計(jì)到2022年，全疆將形成較完善的現(xiàn)代林果業(yè)產(chǎn)業(yè)體系，林果業(yè)產(chǎn)值超過1 000億元。目前，特色果蔬業(yè)已成為新疆農(nóng)村經(jīng)濟(jì)重要的支柱產(chǎn)業(yè)，也成為了新疆農(nóng)民收入長期快速增長的動(dòng)力。然而，在果蔬大面積發(fā)展，果蔬產(chǎn)量不斷攀升的背景下，果蔬產(chǎn)后加工所帶來的問題也日益凸顯出來。果蔬的含水率較高（一般在75%～95%之間），在產(chǎn)后貯藏過程中很容易變質(zhì)。我國農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)后損失驚人，據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國果品每年從采購、儲(chǔ)運(yùn)、加工銷售到流通的各個(gè)環(huán)節(jié)，即從農(nóng)田到餐桌的整個(gè)過程中的損耗高達(dá)1 400萬t，估計(jì)占全年水果總產(chǎn)量的11%以上。蔬菜每年損耗約1億噸，占蔬菜產(chǎn)量的17%以上。

干燥是農(nóng)產(chǎn)品貯藏的重要手段，也是一項(xiàng)重要的農(nóng)產(chǎn)品加工技術(shù)。果蔬經(jīng)干燥后，降低了其內(nèi)部的水分活性，延長果蔬市場(chǎng)供給期，平衡產(chǎn)銷高峰，并有效縮小果蔬體積及質(zhì)量，便于包裝、貯藏和運(yùn)輸。目前，傳統(tǒng)的方法是單層鋪放，利用太陽照曬實(shí)現(xiàn)制干，這種加工方法場(chǎng)所簡單、成本低廉，但也存在一些難以克服的問題，如干燥時(shí)間長、受天氣影響大、產(chǎn)品品質(zhì)難以控制，干制品質(zhì)量不穩(wěn)定，同時(shí)生產(chǎn)分散，規(guī)模小，難以統(tǒng)一管理。近年來，隨著國家惠民工程項(xiàng)目的實(shí)施以及政府對(duì)扶貧工作力度的加強(qiáng)，熱風(fēng)干燥設(shè)備在新疆已經(jīng)開始大面積推廣。但在使用過程中，燃煤對(duì)周圍環(huán)境以及物料存在污染，致使近兩年燃煤熱風(fēng)干燥設(shè)備已經(jīng)被停止使用。而熱泵烘干設(shè)備在干燥過程中，具備節(jié)能環(huán)保、安全便利、控制精準(zhǔn)和提升產(chǎn)品品質(zhì)等多項(xiàng)技術(shù)優(yōu)勢(shì)。實(shí)現(xiàn)了污染物零排放。在農(nóng)產(chǎn)品及食品加工過程中不含硫、不含重金屬等有害物質(zhì)，無明火烘干隱患，干凈無污染，被加工物料品相好、色澤好，成分不流失，原味濃厚、自然清香。創(chuàng)新的熱泵干燥技術(shù)及設(shè)備是市場(chǎng)所需，能最大限度為客戶節(jié)能增效，目前已在農(nóng)產(chǎn)品、木材、藥材、肉制品、化工等方面推廣應(yīng)用。

2 熱泵烘干原理及特點(diǎn)

2.1 熱泵烘干原理

熱泵烘干是利用逆卡諾循環(huán)工作的，工作時(shí)利用冷媒經(jīng)過壓縮機(jī)壓縮，成為高溫高壓的氣體，進(jìn)入冷凝器放熱，冷凝器放出的熱量由循環(huán)風(fēng)機(jī)送入烘房，將烘房空氣加熱（最高可達(dá)75℃）。隨之空氣溫度升高，烘干物中的水分會(huì)逐漸蒸發(fā)，再由新風(fēng)排濕系統(tǒng)進(jìn)行排濕，從而達(dá)到烘干的效果（圖1）。

圖1 熱泵干燥工作原理

該系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于：系統(tǒng)采用保溫效果好的保溫材料作為烘干室箱體，減少了烘干過程中無謂的能耗損失。全自動(dòng)的溫濕度過程控制，控制精度高，靈活方便。換熱過程中不需要特殊技術(shù)的換熱器。封閉循環(huán)的熱風(fēng)循環(huán)方式有利于降低運(yùn)行能耗。排濕通過熱回收期、蒸發(fā)器兩次回收增加了熱泵的工作效率，提高熱泵的能效比水平（COP值），同時(shí)也大大降低了運(yùn)行成本。

2.2 熱泵烘干技術(shù)的特點(diǎn)

2.2.1 節(jié)約能源

節(jié)約能源是熱泵最初應(yīng)用的出發(fā)點(diǎn)，也是主要的優(yōu)點(diǎn)。熱泵低溫（15～45℃）烘干木材時(shí)可節(jié)約能耗40%～70%。烘干大米的適宜溫度為35～50℃。溫度雖低，但需要大量的熱。傳統(tǒng)烘干方式的效率只有3%～5%，而用熱泵烘干效率將明顯提高。布匹對(duì)烘干溫度有嚴(yán)格的要求，熱泵烘干機(jī)組不但能滿足此要求，而且比傳統(tǒng)的熱泵烘干機(jī)組節(jié)能50%左右。熱泵烘干技術(shù)應(yīng)用在蔬菜脫水中節(jié)能高達(dá)90%。近年來，越來越多的研究人員也證實(shí)了熱泵烘干機(jī)組的節(jié)能特性。

傳統(tǒng)烘房采用人工燃燒材料加溫，需要大量勞動(dòng)力采購或加工燃料；而熱泵烘房采用自主升溫曲線控制，無需人工干預(yù)，一人可以同時(shí)看管多座烘房，隨著密集型烘房的推廣，批量熱泵烘房已實(shí)現(xiàn)集中控制，更有利于勞動(dòng)力的解放。

2.2.2 烘干產(chǎn)品品質(zhì)好

熱泵烘干是一種溫和的烘干方式，接近自然烘干。表面水分的蒸發(fā)速度與內(nèi)部水分向表面遷移速度比較接近，使被烘干物品的品質(zhì)好、色澤好、產(chǎn)品等級(jí)高。用普通的烘干方法得到的芳香類揮發(fā)性物質(zhì)保留少、耐熱性差的維生素保留低、顏色變化較大。例如：用傳統(tǒng)烘干得到生姜的生姜素保持率僅為20%，而用熱泵烘干得到的生姜素保持率高達(dá)26%。用傳統(tǒng)鍋爐等烘干玫瑰花浪費(fèi)了玫瑰花的高價(jià)值精油，而閉式熱泵烘干機(jī)可以大量回收精油，并且烘干品質(zhì)較鍋爐烘干品質(zhì)高50%。相關(guān)試驗(yàn)表明，即使在50℃下，采用熱泵烘干的澳大利亞堅(jiān)果也不會(huì)出現(xiàn)上面所說的褐變現(xiàn)象，能較好地保持堅(jiān)果原有的色澤、風(fēng)味及營養(yǎng)成分。

傳統(tǒng)烘房均采用人工燃燒來控制溫度，受燃燒技術(shù)、生理特征、燃燒材料質(zhì)量和加工質(zhì)量等因素而達(dá)不到烘烤技術(shù)要求；熱泵烘房可以精確控溫達(dá)到±1℃，大大確保烘干物料的品質(zhì)。

2.2.3 烘干參數(shù)易于控制且可調(diào)范圍寬

熱泵烘干過程中，循環(huán)空氣的溫度、濕度及循環(huán)流量可得到精確、有效的控制，且溫度調(diào)節(jié)范圍為-20～75℃（加輔助加熱裝置），相對(duì)濕度調(diào)節(jié)范圍為15%～80%，適合于熱敏性物料的烘干。

2.2.4 環(huán)境友好

物料烘干不僅要求提高產(chǎn)品質(zhì)量和節(jié)約能耗，同時(shí)必須對(duì)環(huán)境友好。傳統(tǒng)烘房利用可燃性材料燒烤，排放一氧化碳等有毒氣體，危害人體健康；熱泵在整個(gè)過程當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)零排放，真正綠色烘干。

2.2.5 省時(shí)

現(xiàn)有燃煤烘房由于升溫時(shí)的誤操作和燃燒時(shí)間等因素導(dǎo)致升溫慢，造成烘烤時(shí)間的浪費(fèi)，采用熱泵作為熱源的烘房，其控制溫度準(zhǔn)確，時(shí)間可設(shè)定，從而大大節(jié)省了烘烤時(shí)間。

3 特色農(nóng)產(chǎn)品熱泵烘干案例

3.1 杏

由于自治區(qū)政府對(duì)杏產(chǎn)業(yè)發(fā)展重視程度不斷提高，疆內(nèi)出現(xiàn)多家熱泵烘干設(shè)備。2018年，新疆喀什英吉沙縣作為杏熱泵烘干設(shè)備的試點(diǎn)，首次公開招標(biāo)建設(shè)85座熱泵烘干設(shè)備，寧夏塞上陽光新能源科技有限公司一舉拿下，成為目前新疆熱泵設(shè)備銷售數(shù)量最多的廠家。塞上陽光主要采用整杏變溫烘干的方式，干燥一批鮮杏需要三天左右。

利用杏子切分去核技術(shù)與裝備，將鮮杏去核并切分，杏子切分去核不僅實(shí)現(xiàn)了杏子的核肉分離的目的，為后續(xù)杏殼、杏仁的利用提供了保障，也是縮短后續(xù)制干時(shí)間的最有效手段，同時(shí)，含有蟲卵的杏肉，切分去核后可直接剔除，保證杏肉的食用安全，并便于后期存放。廣東農(nóng)業(yè)裝備研究所與新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究通過熱泵烘干技術(shù)，采用變溫干燥工藝，不僅干燥時(shí)間可由整杏烘干的72h降到28h，節(jié)約能耗，干燥后的杏干色澤金黃，風(fēng)味濃厚，食用方便。實(shí)現(xiàn)了不用硫磺熏蒸也能得到金黃鮮亮的效果。

3.2 哈密瓜

2018年廣東農(nóng)業(yè)裝備研究所與新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所合作，首次利用熱泵技術(shù)烘干哈密瓜。利用熱泵烘干哈密瓜，溫度和濕度可以精確控制，操作簡單方便，密封的烘干環(huán)境，避免了污染與霉變的困擾，哈密瓜干干凈衛(wèi)生，同時(shí)，有效解決了傳統(tǒng)干燥方式中出現(xiàn)的變色變質(zhì)、開裂、水分不均勻等問題，干燥后的哈密瓜干產(chǎn)品飽滿，色澤均勻，風(fēng)味濃厚。

4 熱泵烘干技術(shù)存在的問題

熱泵烘干技術(shù)與其他干燥技術(shù)相比，其優(yōu)越性是顯而易見的，但也存在以下問題：

（1）烘干設(shè)備一次性投資大，比同類燃煤烘干系統(tǒng)設(shè)備相比，投資高30%。

（2）上規(guī)模的農(nóng)產(chǎn)品熱泵烘干項(xiàng)目，電力增容面臨困難。雖然新疆電價(jià)便宜，但是農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)欠賬多，農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地加工還受到電力基礎(chǔ)設(shè)施的制約。

（3）熱泵烘干設(shè)備制造行業(yè)存在諸多問題。比如：補(bǔ)貼申請(qǐng)困難，國家對(duì)烘干設(shè)備鑒定嚴(yán)格，要求某款烘干設(shè)備型號(hào)一定數(shù)量的產(chǎn)品穩(wěn)定運(yùn)行一段時(shí)間達(dá)到效果后，才能進(jìn)行鑒定；大量品牌的不斷涌入，導(dǎo)致價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，嚴(yán)重影響到該行業(yè)的健康發(fā)展；熱泵烘干行業(yè)不僅要提供節(jié)能環(huán)保的熱源，更要提供烘干過程系統(tǒng)化解決方案，要針對(duì)物料商品化要求及氣候特點(diǎn)，研究確定優(yōu)化干燥工藝，保證品質(zhì)和烘干效果，目前，許多企業(yè)只重視熱源，對(duì)末端烘房的優(yōu)化工藝設(shè)計(jì)重視不夠。

5 建議

（1）希望政府部門以高質(zhì)量綠色發(fā)展為目標(biāo)，大力支持熱泵烘干行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，搭建平臺(tái)，調(diào)配資源，加強(qiáng)農(nóng)村電力基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，從政策傾斜、補(bǔ)貼到位多方面給予實(shí)實(shí)在在的支持。

（2）希望熱泵生產(chǎn)制造行業(yè)，苦練內(nèi)功，強(qiáng)化服務(wù)，在不同的烘干領(lǐng)域?qū)Ｗ⒆约旱膬?yōu)勢(shì)，創(chuàng)出品牌，穩(wěn)步發(fā)展。