農(nóng)產(chǎn)品干燥技術(shù)裝備發(fā)展現(xiàn)狀

李 菁

(黑龍江省農(nóng)業(yè)機(jī)械工程科學(xué)研究院，哈爾濱 150081)

0 引言

農(nóng)產(chǎn)品中的水分含量是決定其貯藏時間的關(guān)鍵因素，農(nóng)產(chǎn)品中的水分含量高，則會很快變質(zhì)。農(nóng)產(chǎn)品干燥目的在于將食品中的水分降低至足以防止腐敗變質(zhì)的水平，獲得農(nóng)產(chǎn)品干制品，并保持低水分進(jìn)行長期貯藏。傳統(tǒng)生產(chǎn)中，大部分農(nóng)產(chǎn)品仍然借助陽光、風(fēng)等自然晾曬的方式進(jìn)行干燥，但此種干燥方式受天氣氣候等因素影響較大，干燥品質(zhì)得不到保證。隨著糧食收割機(jī)械化程度的發(fā)展和提高，農(nóng)產(chǎn)品收獲后的高效率機(jī)械干燥問題就成為亟待解決的問題。目前干燥機(jī)械裝備根據(jù)干燥技術(shù)的不同，主要有空氣能熱泵低溫干燥、熱風(fēng)干燥、真空冷凍干燥、微波干燥等。

1 空氣能熱泵低溫干燥

1.1 空氣能熱泵低溫干燥原理

空氣能熱泵低溫干燥是一個熱力循環(huán)過程，主要是根據(jù)逆卡諾循環(huán)原理，系統(tǒng)中制冷劑工作介質(zhì)在蒸發(fā)器、冷凝器等部件中進(jìn)行氣液兩相循環(huán)，干燥運(yùn)行過程只需要少量電能，能實現(xiàn)將環(huán)境中的熱能借助高溫空氣輸送至干燥室內(nèi)，進(jìn)行下一步利用。高溫干燥介質(zhì)在干燥室內(nèi)對需干燥物料進(jìn)行加熱，使物料溫度升高，吸收熱量后其所含水分蒸發(fā)，這樣循環(huán)實現(xiàn)連續(xù)干燥過程[1]。

1.2 空氣能熱泵低溫干燥技術(shù)優(yōu)點(diǎn)及應(yīng)用

農(nóng)產(chǎn)品中含有多種營養(yǎng)物質(zhì)，有的營養(yǎng)物質(zhì)熱敏性較高，高溫烘干加工方式對其營養(yǎng)活性破壞程度較大，而且還可能影響其外觀狀態(tài)。而空氣能熱泵干燥是以一個較低的溫度干燥產(chǎn)品，達(dá)到農(nóng)產(chǎn)品干燥所需溫度的同時還能起到除濕的作用，最終使農(nóng)產(chǎn)品的含水率達(dá)到干燥標(biāo)準(zhǔn)水平，具有護(hù)色保營養(yǎng)的優(yōu)勢?？諝饽軣岜酶稍锸峭ㄟ^蒸發(fā)器吸收來自干燥室的溫濕空氣，在冷凝器內(nèi)干燥介質(zhì)被加熱，而整個運(yùn)行過程需要的能量只有熱泵壓縮機(jī)的功耗[2]，而且熱泵干燥是一個閉路系統(tǒng)，可以防止干燥過程中產(chǎn)生的大量粉塵和有毒有害氣體隨廢氣排入大氣，因此具有顯著的節(jié)能、環(huán)保效果。鄒德爽等[3]應(yīng)用熱泵干燥技術(shù)干燥食用菌，與傳統(tǒng)燃煤熱風(fēng)干燥相比，熱泵干燥菌類可以節(jié)約2/3左右的電能，干燥效率可以提高20%以上。茶葉的干燥過程很大程度上影響著茶葉的品質(zhì)，趙升云等[4]研發(fā)了一種熱泵茶葉烘干機(jī)，干燥試驗表明熱泵干燥武夷茶能節(jié)約能源，并且產(chǎn)品品質(zhì)也有所提升。

2 熱風(fēng)干燥

熱風(fēng)干燥是一種傳統(tǒng)干燥技術(shù)，主要應(yīng)用于糧食產(chǎn)品干燥中。熱風(fēng)通過熱風(fēng)系統(tǒng)吹入干燥室內(nèi)，干燥介質(zhì)將熱量傳遞給物料，物料表面溫度升高，水分汽化為水蒸氣，表面與內(nèi)部形成濕度梯度，與此同時，物料表面吸收熱量后，溫度高于物料中心溫度，物料內(nèi)部水分向表面遷移，直到物料中的水分含量下降到一定程度，達(dá)到干燥標(biāo)準(zhǔn)[5]。熱風(fēng)干燥主要應(yīng)用于糧食干燥、食品干燥、種子干燥、木材干燥和藥材干燥中。熱風(fēng)干燥物料處理量大、操作便捷、成本低廉，但其熱效率低、干燥速度慢、干燥品質(zhì)差等缺點(diǎn)也限制了其應(yīng)用。應(yīng)進(jìn)一步優(yōu)化技術(shù)參數(shù)，并與其他干燥技術(shù)結(jié)合在一起進(jìn)行優(yōu)勢互補(bǔ)，研制節(jié)能減排技術(shù)，是熱風(fēng)干燥技術(shù)亟需改進(jìn)的問題。

3 真空冷凍干燥

3.1 真空冷凍干燥原理

真空冷凍干燥技術(shù)是先將物料在極低溫度下冷凍，接著物料中的固態(tài)水在真空狀態(tài)下直接升華成氣態(tài)，從而將物料中的水分除去，達(dá)到干燥的目的。真空冷凍干燥可以最大程度降低農(nóng)產(chǎn)品營養(yǎng)成分和色澤香味的損失。真空冷凍干燥設(shè)備主要由四個部分組成，包括制冷系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。

3.2 真空冷凍干燥技術(shù)優(yōu)點(diǎn)及應(yīng)用

真空冷凍干燥在低溫下進(jìn)行，物料中的一些熱敏性活性成分損失很小，特別適用于含熱敏性營養(yǎng)物質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品的干燥，大大提高農(nóng)產(chǎn)品附加值。另外，由于干燥在真空環(huán)境下進(jìn)行，易氧化的物質(zhì)得到了保護(hù)，能最大限度的保持物料原來的理化性能。凍干后的物料體積幾乎不變，并且疏松多孔，呈海綿狀，復(fù)水后能很快的恢復(fù)原樣，脫水徹底，密封條件下能長期保存。真空冷凍干燥技術(shù)適用范圍廣，可以對大部分農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行加工，成品種類多樣，凍干蔬菜、凍干水果、茶葉、菊花、枸杞、堅果等均適用，還可加工成速溶飲品等多種產(chǎn)品。許晴晴等[6]對藍(lán)莓進(jìn)行干燥試驗，采用真空冷凍干燥和熱風(fēng)干燥進(jìn)行對比試驗，發(fā)現(xiàn)在保持藍(lán)莓感官品質(zhì)、活性成分和復(fù)水性等方面，真空冷凍干燥與熱風(fēng)干燥相比具有明顯優(yōu)勢。

4 微波干燥

4.1 微波干燥

微波干燥是將高頻電磁波輻射在濕物料上，物料內(nèi)的水等極性分子隨著微波頻率發(fā)生高速旋轉(zhuǎn)，物料內(nèi)部瞬間產(chǎn)生摩擦熱，物料表面及內(nèi)部的溫度同時升高，使物料中的水分子蒸發(fā)逸出，從而達(dá)到干燥的目的[7]。微波干燥使物料內(nèi)外部同時加熱，改變了傳統(tǒng)干燥技術(shù)的加熱方式，與其他干燥方式相比，微波干燥技術(shù)具有干燥效率高、高效節(jié)能、干燥品質(zhì)好等優(yōu)點(diǎn)，而且不論物料體積多不規(guī)則，微波加熱技術(shù)都可以使物料受熱均勻，達(dá)到干燥物料品質(zhì)一致性要求。

4.2 微波真空干燥

微波真空干燥融合了微波系統(tǒng)和真空系統(tǒng)，是微波技術(shù)和真空技術(shù)聯(lián)合使用的一種新型低溫干燥技術(shù)，結(jié)合了微波干燥和真空干燥的技術(shù)優(yōu)勢。因為系統(tǒng)呈真空狀態(tài)，水沸點(diǎn)不高，所以在較低溫度下水分就會很快蒸發(fā)，再加上微波輻射作用，可使水分和水蒸氣更快向表面遷移、蒸發(fā)。避免了單一微波干燥引起的過度加熱和局部溫度過高的問題。微波真空干燥能夠縮短干燥時間、大大提高干燥效率。微波真空干燥在低溫下進(jìn)行，能夠最大程度的保留產(chǎn)品中的營養(yǎng)物質(zhì)，并有效保留農(nóng)產(chǎn)品原本的色澤、香味，干燥產(chǎn)品品質(zhì)更好。仇干等[8]研究微波真空干燥對紫馬鈴薯片干燥特性和品質(zhì)特性的影響，綜合分析評定出微波真空干燥紫馬鈴薯的最優(yōu)化參數(shù)組合。目前，微波真空干燥機(jī)械設(shè)備的成本較高，開發(fā)與應(yīng)用還處于初期發(fā)展階段。需進(jìn)一步進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，更好的融合微波和真空技術(shù)，使其在農(nóng)產(chǎn)品干燥中有更廣泛的應(yīng)用。

5 結(jié)語

干燥是農(nóng)產(chǎn)品加工中的重要環(huán)節(jié)，直接影響到后續(xù)的加工、儲存、運(yùn)輸?shù)冗^程，影響農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)。目前的各類干燥設(shè)備還存在生產(chǎn)成本高、干燥時效長、能耗高、自動化水平差等問題，仍需要不斷完善。根據(jù)不同種類的農(nóng)產(chǎn)品選擇最適合的干燥技術(shù)，試驗研究出最佳干燥工藝參數(shù)和操作控制方法，最終達(dá)到降低能耗、提高干燥效率的目的。