熱泵干燥技術(shù)在羊肚菌烘干中應(yīng)用研究

文 周鋒 塔里木大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院

熱泵干燥技術(shù)是利用熱泵加熱空氣對(duì)羊肚菌進(jìn)行烘干，使羊肚菌中的水分被蒸發(fā)，從而達(dá)到干燥羊肚菌的目的。在羊肚菌熱泵干燥研究中，需要研究羊肚菌的特性、羊肚菌的烘干工藝，以及熱泵型烘干機(jī)的構(gòu)成，然后根據(jù)干燥的實(shí)際情況進(jìn)行干燥操作。最后，找出影響羊肚菌干燥的因素，設(shè)置不同的邊界條件為搭建熱泵型羊肚菌烘干房提供參考。

羊肚菌也可以稱為羊蘑，它的表面形狀呈現(xiàn)不規(guī)則的分布是由于和羊肚形狀有些相似，因而稱為羊肚菌，它廣泛分布在我國(guó)山西、吉林、江蘇等區(qū)域。它不僅能夠食用還可以用于輔助疾病的治療。近年來(lái)，羊肚菌面臨著儲(chǔ)存難的問(wèn)題，剛采摘的羊肚菌在常溫下只能保存三天，三天后羊肚菌的品質(zhì)就會(huì)受到很大的影響。因而，如果進(jìn)行長(zhǎng)距離的運(yùn)輸則需要對(duì)其進(jìn)行烘干處理。對(duì)新鮮的羊肚菌進(jìn)行烘干時(shí)由于其含水率不同，烘干時(shí)的溫度和濕度要求都不同，烘干的產(chǎn)品質(zhì)量會(huì)有較大差別，對(duì)其品質(zhì)和售賣的價(jià)格都會(huì)產(chǎn)生很大的影響。最近幾年，由于羊肚菌的實(shí)用價(jià)值和藥用價(jià)值被人們所熟知，因此干羊肚菌烘干產(chǎn)品的需求非常大。而我國(guó)的烘干技術(shù)還未成熟，有些地區(qū)采用的是利用煤碳和木材等對(duì)羊肚菌進(jìn)行烘干，也有些地區(qū)采用電加熱的方式對(duì)羊肚菌進(jìn)行烘干，這些方法都不能對(duì)在烘干過(guò)程中的溫度和濕度進(jìn)行控制而且浪費(fèi)了很多熱量導(dǎo)致資源浪費(fèi)，烘干的產(chǎn)品質(zhì)量也不是太好。在對(duì)羊肚菌進(jìn)行烘干過(guò)程中產(chǎn)生了很多污染環(huán)境的物質(zhì)，對(duì)環(huán)境造成了不可逆轉(zhuǎn)的傷害。因此，需要探索一種新的烘干方式，既不污染環(huán)境，還能節(jié)約資源保證烘干產(chǎn)品的質(zhì)量，熱泵烘干技術(shù)開始走進(jìn)廣大學(xué)者的視野。

1.熱泵式烘干技術(shù)的研究現(xiàn)狀

我國(guó)最開始研究熱泵烘干技術(shù)是在上世紀(jì)六十年代，用于對(duì)木材進(jìn)行烘干。近年來(lái)隨著熱泵烘干技術(shù)的興起，研究的學(xué)者越來(lái)越多，萬(wàn)文雷等學(xué)者通過(guò)建立數(shù)值模型，運(yùn)用熱泵烘干技術(shù)對(duì)香菇進(jìn)行烘干處理，敖尚民利用熱泵烘干技術(shù)對(duì)人參進(jìn)行了研究，包亞峰針通過(guò)熱泵烘干技術(shù)對(duì)煙葉進(jìn)行烘干，利用數(shù)值模型建立了相應(yīng)的烘烤房。熱泵烘干技術(shù)的發(fā)展前景特別好，可以運(yùn)用到生活中的很多方面，特別是藥品和食品領(lǐng)域。

2.羊肚菌烘干工藝的研究

新鮮的羊肚菌含有水分子的占比特別高，不同批次的羊肚菌含有的水分子的占比也不同，正常情況下第一批羊肚菌含水率相對(duì)較低，在對(duì)其進(jìn)行烘干處理的時(shí)候要注意溫度和濕度的控制，因?yàn)檫@個(gè)時(shí)候羊肚菌對(duì)溫度的要求比較高，溫度過(guò)低會(huì)浪費(fèi)能源，烘干時(shí)間特別長(zhǎng)，溫度過(guò)高會(huì)把羊肚菌烤糊破壞其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。由于每個(gè)時(shí)期羊肚菌的含水率都不一樣，所以每個(gè)階段的烘干時(shí)間和溫度濕度都不同，這里將羊肚菌的烘干過(guò)程分為6個(gè)階段，烘干總時(shí)間為22h。

2.1 羊肚菌初步烘干期

在羊肚菌的初步烘干階段，利用熱泵烘干技術(shù)對(duì)其進(jìn)行烘烤處理，可以將新鮮的羊肚菌堆積高度設(shè)為0.17m，均勻的平鋪在烘烤架上，將烘烤室內(nèi)羊肚菌相鄰格柵之間的間距設(shè)為9cm，烘烤室內(nèi)送風(fēng)口的平均風(fēng)速設(shè)為3m3/s，空氣中的濕度控制在60%，剛開始烘烤的溫度決定著羊肚菌的色澤，還可以讓它外部的形狀保持的很好，不會(huì)出現(xiàn)大面積的塌陷。但也不能過(guò)低，溫度太低會(huì)造成不必要的能源浪費(fèi)。因此剛開始的烘烤溫度時(shí)設(shè)為34℃，平均每個(gè)小時(shí)增加1℃，烘烤時(shí)間為6h。烘烤結(jié)束后羊肚菌水分子的占比從最初的90%會(huì)降到70%。

2.2 羊肚菌恒速烘干階段

在羊肚菌的恒速烘干階段，利用熱泵烘干技術(shù)對(duì)其進(jìn)行烘烤處理，可以將羊肚菌堆積高度設(shè)為0.14m，均勻的平鋪在烘烤架上，將烘烤室內(nèi)羊肚菌相鄰格柵之間的間距設(shè)為9cm，烘烤室內(nèi)送風(fēng)口的平均風(fēng)速設(shè)為3m3/s，空氣中的濕度控制在60%，這個(gè)時(shí)期羊肚菌的外表會(huì)有明顯的變化，外部的形狀不會(huì)出現(xiàn)大面積的塌陷?？梢詫⒀蚨蔷婵臼覂?nèi)的溫度時(shí)設(shè)為40℃，平均每個(gè)小時(shí)增加1℃，烘烤時(shí)間為12h。烘烤結(jié)束后羊肚菌水分子的占比從最初的70%會(huì)降到50%。

2.3 羊肚菌干燥階段

在羊肚菌的干燥階段，利用熱泵烘干技術(shù)對(duì)其進(jìn)行烘烤處理，可以將羊肚菌堆積高度設(shè)為0.11m，均勻地平鋪在烘烤架上，將烘烤室內(nèi)羊肚菌相鄰格柵之間的間距設(shè)為9cm，烘烤室內(nèi)送風(fēng)口的平均風(fēng)速設(shè)為3m3/s，空氣中的濕度控制在60%，這個(gè)時(shí)期羊肚菌的外表會(huì)有明顯的變化，外部的形狀不會(huì)出現(xiàn)大面積的塌陷?？梢詫⒀蚨蔷婵臼覂?nèi)的溫度時(shí)設(shè)為50℃，平均每個(gè)小時(shí)增加2℃，烘烤時(shí)間為2h。烘烤結(jié)束后羊肚菌水分子的占比從最初的50%會(huì)降到30%。這個(gè)時(shí)候，從羊肚菌的外觀上看已經(jīng)烘干了，不過(guò)羊肚菌在菌柄和菌帽交界的地方還比較柔軟，因此還沒有完全干透。

2.4 羊肚菌定形階段

在羊肚菌的定形階段，利用熱泵烘干技術(shù)對(duì)其進(jìn)行烘烤處理，可以將羊肚菌堆積高度設(shè)為0.08m，均勻地平鋪在烘烤架上，將烘烤室內(nèi)羊肚菌相鄰格柵之間的間距設(shè)為9cm，烘烤室內(nèi)送風(fēng)口的平均風(fēng)速設(shè)為3m3/s，空氣中的濕度控制在60%，這個(gè)時(shí)期羊肚菌的外表沒有什么變化，外部的形狀也不會(huì)出現(xiàn)大面積的塌陷?？梢詫⒀蚨蔷婵臼覂?nèi)的溫度設(shè)為56℃，烘烤時(shí)間為1h。烘烤結(jié)束后羊肚菌水分子的占比從最初的30%會(huì)降到20%。這個(gè)時(shí)候，從羊肚菌的外觀上看已經(jīng)烘干了，不過(guò)羊肚菌在菌柄和菌帽交界的地方也比較干燥，基本上快達(dá)到烘干要求了。

2.5 羊肚菌完全烘干期

在羊肚菌完全烘干期，利用熱泵烘干技術(shù)對(duì)其進(jìn)行烘烤處理，可以將羊肚菌堆積高度設(shè)為0.05m，均勻地平鋪在烘烤架上，將烘烤室內(nèi)羊肚菌相鄰格柵之間的間距設(shè)為9cm，烘烤室內(nèi)送風(fēng)口的平均風(fēng)速設(shè)為3m3/s，空氣中的濕度控制在60%，這個(gè)時(shí)期羊肚菌的外表沒有什么變化，外部的形狀也不會(huì)出現(xiàn)大面積的塌陷?？梢詫⒀蚨蔷婵臼覂?nèi)的溫度設(shè)為62℃，烘烤時(shí)間為1h。烘烤結(jié)束后羊肚菌水分子的占比從最初的20%會(huì)降到13%。這個(gè)時(shí)候，羊肚菌已經(jīng)完全干燥了，如果再接著加熱，則會(huì)發(fā)生變質(zhì)。

2.6 羊肚菌保存要求

羊肚菌進(jìn)行烘干處理之后，不能直接封閉起來(lái)，一方面是因?yàn)閯偤婵竞玫难蚨蔷鷾囟缺容^高，直接進(jìn)行包裝會(huì)燙壞包裝袋；另一方面，剛從烘烤房拿出來(lái)的羊肚菌在硬度方面整體比較脆，如果立刻裝袋的話很容易發(fā)生斷裂，也容易戳破包裝袋。因此，需要在空氣中放置15分鐘左右，使羊肚菌的外層接觸空氣中的水分另其表面進(jìn)行輕微的回軟，放置的時(shí)間最低為10分鐘，最高為20分鐘。羊肚菌在烘干處理之后的保存很重要，如果儲(chǔ)存方法不合適，就會(huì)因?yàn)槭艹卑l(fā)生霉變而導(dǎo)致羊肚菌變質(zhì)?？梢赃M(jìn)行真空包裝，根據(jù)不同客戶的需求包裝成獨(dú)立的小包裝再進(jìn)行裝箱處理；也可以在塑料袋里放入小包的氯化鈉，這樣可以吸收包裝袋里的水分子，從而有效地防止羊肚菌變潮，也避免了羊肚菌體內(nèi)的糖分子滲出來(lái)。

3.熱泵系統(tǒng)的組成及其工作原理

3.1 熱泵系統(tǒng)的組成

熱泵系統(tǒng)由三部分組成，具體分為節(jié)流裝置、壓縮機(jī)、換熱器。這些裝置以銅管作為媒介組成一個(gè)封閉的系統(tǒng)，熱量可以在里面進(jìn)行循環(huán)，從而達(dá)到對(duì)羊肚菌進(jìn)行干燥的目的。壓縮機(jī)起的作用比較大，在羊肚菌干燥的過(guò)程中提供源源不斷的動(dòng)力。在烘干的過(guò)程中用的比較多的壓縮機(jī)主要有4種，具體分為螺桿式、往復(fù)式、回轉(zhuǎn)式和離心式。這4種壓縮機(jī)都各有特點(diǎn)，可以在不同的情況下選擇最合適的壓縮機(jī)，換熱器由冷凝器和蒸發(fā)器組成。

3.2 熱泵系統(tǒng)的工作原理

空氣能熱泵干燥運(yùn)行技術(shù)的特點(diǎn)之一是以空氣為干燥介質(zhì)，通過(guò)空氣對(duì)不同的物料進(jìn)行加熱，從而降低物料中的水分，起到干燥的作用。最近流行的空氣炸鍋也采用了這項(xiàng)技術(shù)。兩者的一個(gè)共同點(diǎn)是它們使用反向卡諾原理。羊肚菌烘房中的壓縮機(jī)對(duì)氟利昂進(jìn)行加壓，使其在加壓過(guò)程中溫度逐漸升高。最高溫度可接近100℃。氣體進(jìn)入干燥機(jī)內(nèi)的冷凝器后，液化并放出大量熱量，使干燥室內(nèi)的氣體溫度升高，達(dá)到加熱的目的。其能量轉(zhuǎn)換原理如圖1所示。

圖1 熱泵能量轉(zhuǎn)換原理示意圖

4.羊肚菌干燥的理論知識(shí)

由于每個(gè)時(shí)期羊肚菌的含水率都不一樣，所以每個(gè)階段的烘干時(shí)間和溫度濕度都不同。有一點(diǎn)需要注意，在對(duì)羊肚菌進(jìn)行烘烤處理時(shí)，烘烤房?jī)?nèi)的溫度不能上升太快，在進(jìn)行烘干處理后羊肚菌體內(nèi)的含水率為13%為最佳，外形飽滿有濃郁的菌香味。

4.1 影響羊肚菌干燥的因素

4.1.1 羊肚菌烘干層鋪的厚度

由于羊肚菌形狀不規(guī)則，烘干的羊肚菌層不宜太厚，不然會(huì)影響熱空氣的流通，影響烘干質(zhì)量。

4.1.2 羊肚菌烘干房的溫度和濕度

新鮮羊肚菌中水分子的占比比較大，隨著時(shí)間的推移，含水量由于風(fēng)速的原因會(huì)逐漸減少，剛開始烘干時(shí)烘烤溫度不應(yīng)太大，溫度過(guò)高會(huì)破壞羊肚菌體內(nèi)的營(yíng)養(yǎng)成分，還會(huì)使羊肚菌的外形發(fā)生大面積的塌陷；溫度過(guò)低會(huì)造成不必要的能源浪費(fèi)，濕度對(duì)羊肚菌的烘干也有一定的影響。

4.1.3 羊肚菌相鄰格柵之間的距離

烘干的羊肚菌層每層之間應(yīng)保持合理的間距，離得過(guò)高會(huì)導(dǎo)致熱風(fēng)循環(huán)的速率過(guò)快，也會(huì)造成能源浪費(fèi)；離得近會(huì)導(dǎo)致熱風(fēng)循環(huán)的不均勻，影響烘干質(zhì)量。

4.1.4 羊肚菌烘干房的送風(fēng)量

在烘干初期可以采用較大的送風(fēng)量，烘干后期可以慢慢減小送風(fēng)量。

4.2 羊肚菌干燥特性的評(píng)價(jià)指標(biāo)

關(guān)于羊肚菌的干燥品質(zhì)，可以從顏色、氣味和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值等方面來(lái)判斷羊肚菌的好壞。干燥品質(zhì)好的羊肚菌子實(shí)體飽滿，菌蓋顏色棕黃色，菌柄亮白色。此外，它有很濃的細(xì)菌味。干燥后，必需氨基酸的比例略有增加，粗多糖增加，粗纖維減少，礦物元素沒有被破壞?？諝饽軣岜檬窖蚨蔷娓墒液娓傻难蚨蔷鐖D2所示。羊肚菌的蓋子收縮均勻，顏色更好，沒有焦糊現(xiàn)象。如圖3所示，過(guò)去在傳統(tǒng)羊肚菌烘房中烘干的羊肚菌呈黑色，焦糊狀。

圖2 改進(jìn)后烘干后的羊肚菌

圖3 改進(jìn)前烘干后的羊肚菌

5.問(wèn)題與展望

我國(guó)在羊肚菌的種植和烘干方面都取得了一定的成果，羊肚菌的整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈也比較完善，但也存在一些問(wèn)題和技術(shù)上的阻礙，比如：理論研究的深度不夠，優(yōu)質(zhì)的羊肚菌菌種較少，栽培種植技術(shù)不規(guī)范，從事專業(yè)化的技術(shù)人員較少。以后應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐那闆r，研究制定適合本地區(qū)的統(tǒng)一技術(shù)規(guī)程，同時(shí)加大空氣能熱泵型羊肚菌烘干機(jī)的進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)和研發(fā)。在今后的熱泵型羊肚菌烘干房的研究中，應(yīng)該對(duì)影響羊肚菌烘干質(zhì)量的因素綜合分析，為熱泵烘干羊肚菌提供理論依據(jù)。