氣體射流沖擊在農(nóng)產(chǎn)品加工中的應(yīng)用及展望

時(shí) 靜，劉穎沙，王文光

（楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院生物工程學(xué)院，陜西咸陽 721100）

干燥是農(nóng)產(chǎn)品加工中最基本的方法之一，干燥目的多為降低農(nóng)產(chǎn)品的水分活度、降低酶活性、防止微生物污染等。目前，常見農(nóng)產(chǎn)品干燥技術(shù)包括真空冷凍干燥、超臨界CO2干燥、微波干燥、噴霧干燥、熱風(fēng)干燥、氣流沖擊干燥等[1]。作為新型干燥技術(shù)，氣流沖擊干燥除了應(yīng)用在航天、電器設(shè)備中，還應(yīng)用在部分蔬菜、水果干燥和藥品生產(chǎn)[2]中，氣體射流沖擊干燥的換熱系數(shù)較傳統(tǒng)干燥方式要高出幾倍[3]，發(fā)展前景良好。闡述了射流沖擊新技術(shù)的特點(diǎn)、原理，以及該技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品加工中的應(yīng)用研究和發(fā)展前景。

1 常見農(nóng)產(chǎn)品干燥技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)對比

農(nóng)產(chǎn)品干燥常用的方法包括微波干燥、熱風(fēng)干燥、噴霧干燥、真空冷凍干燥、CO2干燥、氣體射流沖擊干燥等。

農(nóng)產(chǎn)品干燥技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)對比見表1。

由表1可知，不同干燥技術(shù)都有其優(yōu)缺點(diǎn)。對比之下，真空冷凍干燥在保存農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)方面是最佳選擇，但成本、能耗太高，不好推廣。其他干燥技術(shù)雖成本較低，但產(chǎn)品品質(zhì)較差。氣體射流沖擊技術(shù)具有較高的對流換熱系數(shù)、干燥速度快、能耗低、成本低、效率高、易操作等特點(diǎn)，產(chǎn)品品質(zhì)顯著提升。

2 氣體射流沖擊技術(shù)

氣體射流沖擊技術(shù)早期在航天、電器設(shè)備、紙張、膠片等領(lǐng)域中應(yīng)用[14]，隨著科技手段提高，該技術(shù)漸漸應(yīng)用在了農(nóng)產(chǎn)品的初加工中，如干燥、燙漂[15]等。

2.1 氣體射流沖擊技術(shù)原理

氣體射流沖擊技術(shù)簡單來說就是利用狹縫形或圓形噴嘴，直接將高壓高溫氣體噴射到待干燥物料表面[16]，高速去除水分以達(dá)到干燥效果。氣體噴速快，噴嘴距物料表面近，介質(zhì)流程短，當(dāng)其沖擊至物料表面時(shí)，氣流與物料表面之間形成一層薄氣體邊界[17]，因此，傳熱系數(shù)、熱質(zhì)交換速率較傳統(tǒng)方法都要高。

表1 農(nóng)產(chǎn)品干燥技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)對比

2.2 氣體射流沖擊技術(shù)的特點(diǎn)

氣體射流技術(shù)特點(diǎn)包括：①傳熱性好、干燥效率高，節(jié)能；②該技術(shù)的原理及優(yōu)勢使其在農(nóng)產(chǎn)品干燥和焙烤等方面有廣闊應(yīng)用前景；③氣流高速通過物料表面，物料為游動狀態(tài)，不會出現(xiàn)熱能傳遞不均或表面過熱而導(dǎo)致的焦煳現(xiàn)象，產(chǎn)品色澤均勻一致；④此方法熱交換迅速、干燥快，產(chǎn)品營養(yǎng)成分得到最大保留，且產(chǎn)品脆性好、成本低；⑤該方法可很好地解決板栗脫殼的難題[18]，脫殼效率高、產(chǎn)品品質(zhì)優(yōu)，且能有效降低酶活性；⑥該技術(shù)中高溫氣流介質(zhì)可實(shí)現(xiàn)物料燙漂，氣流降溫后還可冷卻燙漂后的農(nóng)產(chǎn)品，減少水資源浪費(fèi)和污染排放，產(chǎn)品品質(zhì)好[19]。

2.3 農(nóng)產(chǎn)品氣體射流沖擊干燥過程

一般來說，農(nóng)產(chǎn)品利用氣體射流沖擊技術(shù)干燥的過程可概括為[20-21]原料選取→清洗切分→護(hù)色處理→氣體射流沖擊加熱干燥→完成。具體情況工藝流程可根據(jù)農(nóng)產(chǎn)品種類稍作調(diào)整。

3 氣體射流沖擊技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品加工中的應(yīng)用

3.1 氣體射流沖擊技術(shù)在肉類產(chǎn)品加工中的應(yīng)用

作為一種新型干燥綠色技術(shù)，氣體射流沖擊技術(shù)也逐漸應(yīng)用在肉制品加工中，其研究主要集中在北京烤鴨。楊文俠等人[22]對氣體射流沖擊烤鴨機(jī)進(jìn)行了研發(fā)，確定在180～190℃條件下烤制效果最佳，且多環(huán)芳烴含量低；研究人員研究了該技術(shù)對“北京烤鴨”鴨皮膨化效果，該技術(shù)可讓鴨皮迅速升溫，水分快速蒸發(fā)時(shí)膨脹完全，鴨皮酥脆入口即化。隋美麗[23]對“北京烤鴨”烤制設(shè)備進(jìn)行創(chuàng)新，根據(jù)氣體射流沖擊原理，研發(fā)了帶有加熱管和噴嘴的裝置，還可自動旋轉(zhuǎn)鴨胚和控溫，實(shí)現(xiàn)鴨油收集。廖倩等人[24]研究了該技術(shù)下烤鴨加工中多環(huán)芳烴的產(chǎn)生情況，苯并[a]芘、二苯并[a，h]蒽、二甲基苯并[a]蒽7，12-含量隨溫度增高而增高，但含量均低于國家標(biāo)準(zhǔn)。表明該裝置烤制降低傳統(tǒng)高溫制作導(dǎo)致的致癌、致突變等風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)減少了污染。

3.2 氣體射流沖擊技術(shù)在水果加工中的應(yīng)用

在水果方面，氣體射流沖擊技術(shù)研究較多，大多是關(guān)于干燥模型、干燥工藝、干燥特性等方面，包括蘋果[25-27]、葡萄[28]、板栗[29]、杏子[30]、哈密瓜[31-32]等。研究認(rèn)為利用氣體射流沖擊干燥時(shí)為降速干燥，影響因素風(fēng)溫比風(fēng)速突出，省時(shí)節(jié)能，且顯著降低了水果營養(yǎng)品質(zhì)的破壞，已有無核紫葡萄在該技術(shù)中試投[28]。此外，氣體射流沖擊技術(shù)也應(yīng)用于板栗脫殼上，研究表明該技術(shù)剝殼方便衛(wèi)生、易于貯存。

3.3 氣體射流沖擊技術(shù)在蔬菜加工中的應(yīng)用

氣體射流沖擊技術(shù)在蔬菜加工中研究較為廣泛，種類較多，包括馬鈴薯、甘薯、圣女果、辣椒[33]、山藥[34]、玉米、苦瓜、香菇、魔芋等。主要研究此類蔬菜的干燥特性、干燥模型及燙漂。研究表明，該技術(shù)在蔬菜干燥中最大限度地保持了原料品質(zhì)，高速節(jié)能，且切片厚度成為干燥因素之一，此類研究主要集中在薯類蔬菜干燥，切片厚度與干燥成反比，但每種蔬菜在干燥時(shí)都有其最佳切片厚度，并不是越薄越好，用該技術(shù)處理后的甘薯、馬鈴薯松脆口感極佳，同時(shí)還研究了干燥時(shí)薯類淀粉粒的顯微結(jié)構(gòu)變化情況。

在國外，氣體射流干燥技術(shù)的應(yīng)用研究主要有藜麥種子、玉米、谷粒等。該技術(shù)干燥后此類蔬菜均品質(zhì)優(yōu)良、干燥速度快，已應(yīng)用于玉米薄餅生產(chǎn)上，產(chǎn)品低油健康，營養(yǎng)豐富，風(fēng)味極佳。通過對胡蘿卜[15]、杏鮑菇等蔬菜的燙漂試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)氣體射流技術(shù)燙漂的蔬菜顏色好，綠色節(jié)能，同時(shí)達(dá)到殺菌、鈍化酶活性的效果。

4 結(jié)語

農(nóng)產(chǎn)品干燥是農(nóng)產(chǎn)品加工中非常重要的環(huán)節(jié)，推廣和應(yīng)用新型高效實(shí)用的干燥技術(shù)很有必要，氣體射流沖擊技術(shù)就是典型代表，但目前該技術(shù)的設(shè)備大多為高校實(shí)驗(yàn)室自制，且數(shù)量極少，研究不夠深入。與傳統(tǒng)的熱風(fēng)干燥相比，氣體射流干燥技術(shù)具有低成本、高效率、易操作等特點(diǎn)，制品品質(zhì)明顯提升。但是目前氣體射流干燥技術(shù)在不同物料或加工工藝傳熱系數(shù)及機(jī)理、干燥過程營養(yǎng)物質(zhì)變化及控制等方面的研究還不夠深入，氣體射流沖擊技術(shù)除文中所述的一些加工領(lǐng)域外，還有更為廣泛的應(yīng)用空間。例如，在節(jié)能工藝設(shè)備研究、傳統(tǒng)食品的射流加工、殺菌、面條粉條的干燥、保健食品的快速加工等領(lǐng)域。如何增加射流設(shè)備的可調(diào)功能、降低使用成本、擴(kuò)大使用范圍，以及最大限度地保留農(nóng)產(chǎn)品的營養(yǎng)等，對射流干燥技術(shù)的推廣具有重大意義。