果蔬干燥設(shè)備特性分析和試驗(yàn)研究

吳 煜，黃盛杰

（1.江蘇沃得高新農(nóng)業(yè)裝備有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212000；2.江蘇省農(nóng)業(yè)機(jī)械試驗(yàn)鑒定站，江蘇 南京 210017）

1 果蔬干燥處理現(xiàn)狀

對(duì)于果蔬的干燥處理早期通過日曬進(jìn)行，除受氣候因素影響較大外，在開放式曝曬的過程中，受蚊蠅叮咬及粉塵影響，衛(wèi)生狀況也不佳，且需投入較多人力，人工成本高。若采用滾筒式干燥，干燥速度慢，干燥效果不佳，干燥果蔬無法長(zhǎng)期保存，易造成損失且影響人體健康，而采用電加熱烘干或以化石燃料為熱源，干燥能耗成本較高，其中化石燃料燃燒后的氣體還會(huì)污染果蔬。

近年來，出現(xiàn)了配套生物質(zhì)烘干設(shè)備，其使用清潔能源，利用干凈熱風(fēng)搭配篩盤方式，取代傳統(tǒng)曝曬或使用化石燃料的滾筒式烘干機(jī)，可以大幅提高干燥效率與質(zhì)量，確保果蔬干燥后的色澤及口感，且能保證干凈衛(wèi)生，大幅降低干燥成本與人力需求，增加農(nóng)民收入，同時(shí)讓消費(fèi)者享用到干凈、衛(wèi)生的干燥果蔬。該烘干方式適用范圍廣、使用性能可靠，很有發(fā)展?jié)摿Α?/p>

2 干燥方法

水分干燥分為冷凍干燥與熱能烘干共兩種方式，熱能烘干主要通過熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流及熱輻射，借由熱能轉(zhuǎn)化去除水分。

2.1 熱傳導(dǎo)除水

在熱傳導(dǎo)干燥過程中，隨著干燥物料溫度不斷提高，容器加熱至干燥物質(zhì)間的溫差減小，傳熱效果減弱，干燥速率下降。該方式的主要缺點(diǎn)在于，為提升干燥速度，只能不斷提高干燥溫度，而超過一定的干燥溫度將造成農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)下降。

采用熱傳導(dǎo)干燥方式的主要有傳統(tǒng)日曬、滾筒干燥機(jī)、攪拌干燥機(jī)。作為傳統(tǒng)烘干方式，其干燥效率低、干燥質(zhì)量差。為解決干燥效率問題，逐漸開發(fā)出利用微真空環(huán)境的真空滾筒干燥機(jī)，該設(shè)備制造和使用成本較高，安全性也需特別注意。

2.2 熱對(duì)流除水

熱對(duì)流傳遞效率高且在干燥過程中較為穩(wěn)定，其干燥速度取決于熱對(duì)流溫度與干燥物質(zhì)內(nèi)部水分轉(zhuǎn)移的速度。在熱對(duì)流干燥過程中，讓熱介質(zhì)通過或穿過干燥物料表面，利用熱介質(zhì)的除濕能力將物料表面水分帶走，同時(shí)透過熱介質(zhì)加熱物料形成水分梯度，逐漸將干燥物質(zhì)內(nèi)部水分抽離。

熱對(duì)流干燥方式優(yōu)點(diǎn)明顯，熱風(fēng)溫度不需要太高就具有很好的除濕能力，干燥物料不會(huì)因高溫導(dǎo)致顏色、口感變化，干燥前后成色差異不大，可干燥出較高品質(zhì)的農(nóng)產(chǎn)品。

3 果蔬干燥機(jī)工作原理和主要類型

果蔬干燥的目的是降低果蔬的水分，主要影響機(jī)制是果蔬內(nèi)部的水分移動(dòng)速度。水分移動(dòng)速度受諸多因素影響，比如加熱溫度、熱介質(zhì)接觸方式、果蔬干燥前處理方式等。為確保果蔬色澤與口感，熱風(fēng)溫度須保持在一定界限之下，否則大部分果蔬會(huì)因溫度過高，造成焦化，導(dǎo)致色澤與口感的轉(zhuǎn)變，甚至發(fā)生質(zhì)變；熱介質(zhì)接觸方式直接影響烘干速度與效率，過長(zhǎng)的烘干時(shí)間無法保證果蔬的新鮮度。因此，要保證果蔬干燥前后形狀、色澤及口感不變，可采用低溫干燥，減少因高溫焦化破壞果蔬；同時(shí)為確保果蔬新鮮度與成色，應(yīng)采用熱對(duì)流方式穿過干燥物料，避免干燥物堆疊或翻攪。

綜上所述，在設(shè)計(jì)果蔬烘干機(jī)時(shí)應(yīng)考慮：避免使用機(jī)械攪拌或攪動(dòng)并避免堆疊；使用低溫干燥，確保果蔬色澤及口感；使用平行流+ 穿透流所組成的混合流穿過果蔬，以確保干燥速度與均勻干燥。

3.1 滾筒式干燥機(jī)

滾筒干燥機(jī)（如圖1 所示）采用的是早期主流的烘干方式，利用表面光滑的金屬圓筒作為加熱轉(zhuǎn)筒，蒸氣或熱水加熱轉(zhuǎn)筒外殼，將熱量通過熱傳導(dǎo)方式進(jìn)入烘干物料，再借由滾筒滾動(dòng)的攪拌翻炒方式確保干燥均勻性。

圖1 滾筒式干燥機(jī)

此種方式需要使用較高的烘干溫度與機(jī)械翻攪，且干燥時(shí)間較長(zhǎng)，烘干后果蔬無法維持原有形狀、色澤及口感，導(dǎo)致果蔬新鮮度不足，影響品質(zhì)。

3.2 網(wǎng)篩式果蔬烘干機(jī)

網(wǎng)篩式果蔬烘干機(jī)（如圖2 所示）采用目前相對(duì)先進(jìn)、高質(zhì)節(jié)能的烘干工藝，利用干凈熱風(fēng)經(jīng)送風(fēng)機(jī)及風(fēng)道通過烘干室，以間接低溫加熱方式將果蔬的水分抽離。

圖2 網(wǎng)篩式果蔬烘干機(jī)

干燥過程使用低溫，果蔬不會(huì)因?yàn)楦邷刈冑|(zhì)及改變顏色；熱風(fēng)通過特殊設(shè)計(jì)的風(fēng)道，以平行流+ 穿透流所形成的混合對(duì)流干燥方式，保證果蔬干燥的均勻度，提升干燥速率，確保果蔬新鮮度和均勻度。待烘干果蔬放置在烘干機(jī)內(nèi)部，不會(huì)受到外界塵土、雜物污染，也不會(huì)有蚊蠅叮咬以及空氣中的異味改變果蔬風(fēng)味，避免造成烘干物料的二次污染；搭配使用生物質(zhì)熱風(fēng)爐的果蔬烘干機(jī)（如圖3 所示），不僅可以降低烘干成本，還可解決農(nóng)村廢棄物綜合利用問題。

圖3 生物質(zhì)果蔬烘干機(jī)

4 實(shí)測(cè)試驗(yàn)與結(jié)果分析

4.1 果蔬烘干機(jī)試驗(yàn)條件與方法

將腌漬后的甘藍(lán)菜均勻放入篩盤，使用間接干凈熱風(fēng)，60 ℃干燥至目標(biāo)水分。搭配精確的控溫系統(tǒng)，智能化的一鍵式操作，開機(jī)設(shè)置好設(shè)備的運(yùn)行溫度之后，只要待烘干工藝完成即可出料。

4.2 試驗(yàn)結(jié)果

評(píng)價(jià)果蔬烘干機(jī)的烘干工藝，由干燥去水量、干燥速度與烘干后質(zhì)量來判定，具體如表1 所示。

4.3 結(jié)果分析

從表1 干燥結(jié)果分析，總耗能415 800 kcal，降水量31.775 kg/h，耗能817.9 kcal/kg，對(duì)比一般平均去除1 kg 水分耗能1 161 kcal/kg，較為節(jié)能。對(duì)比烘干前后其主要差異僅在于物料體積縮??；外型因無堆積與翻攪，沒有明顯差異；色澤部分僅葉面略有差異，其他沒有明顯差異。

表1 果蔬烘干工藝測(cè)定結(jié)果

根據(jù)多次試驗(yàn)，搭配回風(fēng)門的設(shè)計(jì)（如圖4 所示），可以大幅減少能量消耗，再搭配生物質(zhì)熱風(fēng)爐供應(yīng)干燥所需熱能，可進(jìn)一步大幅減少干燥所需成本。

圖4 回風(fēng)門開度與耗能關(guān)系

4.4 使用不同燃料的烘干成本分析比較

經(jīng)過查詢各燃料熱值和熱效率，對(duì)比烘干成本，結(jié)果如表2 所示。

表2 去除1 kg 水分使用不同燃料的成本分析比較

4.5 試驗(yàn)總結(jié)

在試驗(yàn)過程中，烘干狀況還受諸多因素影響，如干燥物種類、大氣溫度及濕度等。使用網(wǎng)篩式果蔬烘干機(jī)，可以根據(jù)干燥物料的不同，采取精確控制熱風(fēng)溫度，烘干工藝最佳，不僅干燥速度快、能耗低，而且烘干后色澤跟口感亦較佳，最大程度保證了果蔬烘干后的形狀、色澤、口味，確保烘干后的安全衛(wèi)生潔凈以及新鮮度，避免使用傳統(tǒng)高溫烘干方式脫水，導(dǎo)致出現(xiàn)果蔬香味揮發(fā)損失、色澤暗啞黑黃、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)被破壞等現(xiàn)象。除甘藍(lán)菜等菜葉類農(nóng)產(chǎn)品外，還適用于蘿卜、竹筍、食用菌、土豆、洋蔥等莖塊類蔬菜的干燥，同時(shí)，對(duì)經(jīng)濟(jì)作物如金銀花、金蓮花、菊花、玫瑰花等花卉，黃芩、丹參、人參、黨參、當(dāng)歸、生地、熟地、白朮、茯苓、紅棗、枸杞、陳皮、山楂等中藥材，都可獲得很好的干燥品質(zhì)和成色，不僅確保烘干后的農(nóng)產(chǎn)品的安全營(yíng)養(yǎng)、衛(wèi)生潔凈，經(jīng)濟(jì)效益也很可觀。