周巾英，羅 晶，何家林，朱雪晶，馮健雄

(江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，江西 南昌 330200)

花生是我國(guó)主要的經(jīng)濟(jì)作物和油料作物之一，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占據(jù)著重要的地位，也是我國(guó)出口創(chuàng)匯的唯一一種油料作物，在世界油料貿(mào)易中位居第2位。據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局統(tǒng)計(jì)，2016年花生種植面積為472.75萬hm2，總產(chǎn)量為1728.9萬t，花生及花生仁出口金額達(dá)1.9118億美元。雖然花生的種植面積與總產(chǎn)量在逐年增加，但因花生種植區(qū)域和地形等因素，導(dǎo)致花生生產(chǎn)過程中實(shí)現(xiàn)全程機(jī)械化作業(yè)有一定的困難，尤其是干燥環(huán)節(jié)，每年因干燥不及時(shí)而造成花生產(chǎn)業(yè)的損失量較大，約占總產(chǎn)量的13%，損失金額高達(dá)10.12億元。干燥是花生產(chǎn)后加工的重要環(huán)節(jié)之一，是保證花生品質(zhì)和防止霉變的必要手段，也是保障花生后續(xù)儲(chǔ)藏品質(zhì)與花生加工品質(zhì)的必要手段。因此，大力研發(fā)適用于我國(guó)花生生產(chǎn)需求的高效、經(jīng)濟(jì)、優(yōu)質(zhì)的干燥技術(shù)與裝備是整個(gè)花生產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)，也是促進(jìn)我國(guó)花生產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的重要手段。

1 我國(guó)花生的基本情況

花生是低投入、高效益的經(jīng)濟(jì)作物之一，其抗旱、耐瘠、適應(yīng)性強(qiáng)，一般山丘地等均可種植，因此，我國(guó)花生種植范圍較廣。國(guó)家統(tǒng)計(jì)局統(tǒng)計(jì)顯示，2016年我國(guó)花生種植大省為河南、山東、廣東、河北、遼寧、四川、吉林、江西、湖南、湖北、安徽等，其種植面積達(dá)432.98萬hm2，占全國(guó)花生種植面積的91.59%；總產(chǎn)量為1618.93萬t，占全國(guó)花生總產(chǎn)量的93.64%(表1)。

2 花生干燥技術(shù)的研究現(xiàn)狀

目前，我國(guó)大部分花生產(chǎn)地仍然以自然晾曬為主，此方法干燥效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大，且對(duì)天氣的依賴性較強(qiáng)，尤其是在南方地區(qū)，花生收獲期常遇雨季，得不到及時(shí)干燥，易產(chǎn)生發(fā)熱、發(fā)芽、發(fā)霉、生蟲等現(xiàn)象，給農(nóng)民、種植戶、企業(yè)等帶來了一定的經(jīng)濟(jì)損失，也給花生產(chǎn)業(yè)帶來了損失。此外，隨著我國(guó)花生生產(chǎn)過程中在耕、種、收等環(huán)節(jié)逐漸機(jī)械化，短期內(nèi)需干燥的花生量較大，曬場(chǎng)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足花生干燥的需求。因此，機(jī)械干燥花生是我國(guó)花生產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，花生機(jī)械干燥技術(shù)研究已取得了一定的成果，其干燥技術(shù)主要可分為以下幾種。

表1 2016年全國(guó)主要省份花生種植面積與單產(chǎn)

2.1 熱風(fēng)干燥技術(shù)

熱風(fēng)干燥技術(shù)是依據(jù)傳質(zhì)傳熱原理，利用熱源(煤、天然氣、柴油、電等)提供熱量，通過風(fēng)機(jī)將熱風(fēng)吹入烘箱或干燥設(shè)備內(nèi)，并將熱量從干燥介質(zhì)傳遞給物料，物料表面的水分受熱汽化成水蒸氣，擴(kuò)散至周圍空氣中；當(dāng)物料表面的水分含量低于其內(nèi)部水分含量，并形成水分含量梯度時(shí)，內(nèi)部水分便向表面擴(kuò)散，直到物料中的水分下降到一定程度[1]，則干燥停止。熱風(fēng)干燥技術(shù)應(yīng)用廣泛，可用于食品、糧食、藥材、種子等領(lǐng)域。王安建等[2]對(duì)花生熱風(fēng)干燥特性與動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行了研究，得出了花生熱風(fēng)干燥與干燥風(fēng)溫、風(fēng)速、花生干燥設(shè)備的裝料量有關(guān)；花生熱風(fēng)干燥工藝前期可采用增速干燥過程，讓花生的游離水分快速干燥，之后再采用慢速干燥過程，由花生內(nèi)部的水分?jǐn)U散至表面，干燥至安全水分，此熱風(fēng)干燥工藝可提高設(shè)備的利用率和降低能耗[2]。另外，謝海江[3]用燃燒秸稈成型燃料的熱風(fēng)爐進(jìn)行干燥試驗(yàn)，對(duì)花生的干燥動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了分析，得出影響干燥速度和干燥質(zhì)量最顯著的因素是風(fēng)溫，風(fēng)速是次要因素。農(nóng)業(yè)部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所胡志超研究員團(tuán)隊(duì)開展了花生薄層干燥試驗(yàn)與模型研究，也得出了風(fēng)溫對(duì)花生干燥影響最大，其次是風(fēng)速；還得到了花生莢果在薄層厚度3 cm、風(fēng)溫34～52 ℃、風(fēng)速0.25～1.00 m/s工藝條件下的干燥過程模型，此模型對(duì)花生箱式干燥工藝的開發(fā)提供了重要的理論依據(jù)，可實(shí)現(xiàn)高效、經(jīng)濟(jì)、綠色的花生干燥[4]。因此，采用熱風(fēng)干燥技術(shù)干燥花生的最大影響因素是風(fēng)溫，其次是風(fēng)速。

2.2 熱泵干燥技術(shù)

熱泵干燥技術(shù)是一種高效節(jié)能、環(huán)境友好、切實(shí)可行、干燥品質(zhì)好、干燥參數(shù)易于控制且可調(diào)范圍寬以及應(yīng)用廣泛的干燥方法，其通過冷凝除濕裝置在干燥設(shè)備中的引入，實(shí)現(xiàn)熱空氣和能量在物料干燥過程中的回收，大大提高了能量的利用率。熱泵干燥技術(shù)廣泛應(yīng)用于谷物、農(nóng)作物種子、農(nóng)產(chǎn)品加工以及食品物料的干燥等。王安建等[5]對(duì)花生熱泵干燥特性及動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行了研究，得出干燥溫度對(duì)花生熱泵干燥特性有顯著的影響，干燥溫度越高，干燥速率越快，干燥時(shí)間就越短；在花生熱泵干燥前期，花生干基含水率較高，干燥速率較高，隨著干基含水率的降低，花生干燥進(jìn)入降速階段，整個(gè)干燥過程無明顯的恒速干燥階段；干燥前期采用高溫?zé)岜酶稍?，后期采用較低熱泵干燥溫度，可以降低能耗，提高設(shè)備的利用率。此結(jié)果為花生熱泵干燥機(jī)設(shè)備參數(shù)的設(shè)定或調(diào)整提供了有力的理論依據(jù)。

2.3 微波干燥技術(shù)

微波干燥技術(shù)不同于傳統(tǒng)干燥技術(shù)，是利用微波對(duì)極性分子的作用，使極性分子相互運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生大量熱量致其蒸發(fā)的原理，通過調(diào)節(jié)微波干燥時(shí)的功率即可調(diào)節(jié)干燥的速度。與傳統(tǒng)干燥方式相比，具有干燥速率大、節(jié)能、生產(chǎn)效率高、清潔生產(chǎn)、易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制和提高產(chǎn)品質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)。微波干燥技術(shù)應(yīng)用廣泛，可用于食品、醫(yī)藥、糧食、農(nóng)產(chǎn)品加工等領(lǐng)域。陳霖[6]對(duì)花生微波干燥工藝進(jìn)行了研究，得出了溫控微波干燥功率1.2 W/g、溫度45～50 ℃范圍內(nèi)能夠保證花生的干燥品質(zhì)，該試驗(yàn)結(jié)果可為花生微波干燥設(shè)備設(shè)計(jì)與技術(shù)工藝推廣提供理論依據(jù)，也可為產(chǎn)業(yè)化經(jīng)營(yíng)提供技術(shù)支撐。

2.4 花生二級(jí)減損干燥技術(shù)

采用江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所自主研制的花生干燥設(shè)備且研發(fā)了2種干燥技術(shù)：花生二級(jí)減損干燥技術(shù)與低溫循環(huán)干燥技術(shù)，其中花生二級(jí)減損干燥技術(shù)是將鮮花生干燥至一定水分含量，經(jīng)脫殼成花生仁，再將花生仁干燥至安全水分含量，并采用二氧化碳室溫密閉貯藏技術(shù)貯存。結(jié)果表明：采用此項(xiàng)技術(shù)干燥與貯藏的花生品質(zhì)保持良好，未檢出黃曲霉毒素。此項(xiàng)技術(shù)采用干燥過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物(花生殼、秸稈等)為生物質(zhì)燃料，干燥時(shí)間為10～16 h，大大優(yōu)于國(guó)內(nèi)外已報(bào)道的研究數(shù)據(jù)，且操作便捷、成本低廉、應(yīng)用范圍廣，防止了花生在干燥和貯藏過程中的品質(zhì)劣變與黃曲霉毒素的污染，是花生產(chǎn)業(yè)鏈干燥與貯藏環(huán)節(jié)的重大技術(shù)突破，將為我國(guó)花生的產(chǎn)地干燥與貯藏提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。

2.5 低溫循環(huán)干燥技術(shù)

低溫循環(huán)干燥技術(shù)是江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所自主研發(fā)的花生干燥技術(shù)：將鮮花生放入自研的花生低溫循環(huán)式干燥機(jī)中，啟動(dòng)花生干燥程序，即可一次性把鮮花生的水分干燥至安全水分含量?jī)?nèi)，并采用二氧化碳室溫密閉貯藏技術(shù)貯存。結(jié)果顯示：采用此項(xiàng)技術(shù)干燥與貯藏的花生品質(zhì)保持良好，未檢出黃曲霉毒素。因此，采用江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所自主研制的花生干燥設(shè)備與相配套的花生干燥技術(shù)均能很好地保障花生的干燥與儲(chǔ)存品質(zhì)，具有高效、便捷、節(jié)能、綠色環(huán)保的特點(diǎn)，為加快我國(guó)花生產(chǎn)業(yè)全面實(shí)現(xiàn)機(jī)械化提供了相應(yīng)的技術(shù)與設(shè)備支撐。

3 花生干燥設(shè)備的研究現(xiàn)狀

由于花生作物特性如外形、顆粒與結(jié)構(gòu)等因素的影響，我國(guó)花生機(jī)械化干燥設(shè)備仍處于研發(fā)階段，目前市場(chǎng)上應(yīng)用于花生干燥的設(shè)備大多數(shù)與其他農(nóng)作物干燥設(shè)備合用，極少數(shù)是專門干燥花生的設(shè)備。目前主要有翻板式干燥機(jī)、圓筒式干燥機(jī)和就倉式干燥機(jī)。

3.1 廂式干燥機(jī)

目前，市場(chǎng)上的廂式干燥機(jī)大多為翻板式廂式干燥機(jī)，使用帶孔的百葉窗式翻板將廂體的干燥室分為若干層，熱風(fēng)通過風(fēng)道從下往上逐層干燥，待最底層的花生干燥至安全水分含量?jī)?nèi)時(shí)，則將最底層的花生放出，再逐層將上一層的花生翻動(dòng)至下一層，最后在最頂層加入新的花生，繼續(xù)干燥，如此循環(huán)，直至干燥完成。雖然此設(shè)備提高了干燥效率，減少了能耗，但是也存在干燥不均勻，且操作較復(fù)雜、適用性不廣的缺點(diǎn)[7]。

3.2 圓筒式干燥機(jī)

該類干燥機(jī)主要由干燥筒、傳動(dòng)裝置、風(fēng)機(jī)、熱源裝置等構(gòu)成，其工作原理：將待干燥的花生置于干燥機(jī)內(nèi)，開啟設(shè)備，花生隨圓筒的轉(zhuǎn)動(dòng)而不停地翻滾，使得花生受熱均勻，這樣可以提高干燥效率、縮短干燥時(shí)間和減少用工成本，此類設(shè)備已由千峰機(jī)械有限公司進(jìn)行了生產(chǎn)應(yīng)用。

3.3 就倉式干燥機(jī)

就倉式干燥機(jī)是由倉體、進(jìn)出口風(fēng)網(wǎng)管道、熱源裝置以及進(jìn)出料裝置等構(gòu)成，干燥完成后直接進(jìn)入貯藏環(huán)節(jié)，節(jié)省了勞動(dòng)成本。雖然此類干燥機(jī)投資較少，但是其糧層較厚，熱風(fēng)難以穿透而導(dǎo)致干燥不均勻、干燥效率不高，難以保障花生的干燥品質(zhì)。

3.4 網(wǎng)帶式花生干燥機(jī)

網(wǎng)帶式花生干燥機(jī)由加料裝置、加熱裝置、循環(huán)風(fēng)機(jī)、尾氣風(fēng)機(jī)、網(wǎng)帶、傳動(dòng)裝置等部件組成，可分為加料區(qū)、下加熱區(qū)、上加熱區(qū)、緩蘇區(qū)、冷卻區(qū)和卸料區(qū)。楊磊[8]結(jié)合理論計(jì)算與實(shí)際試驗(yàn)得到了此設(shè)備的花生干燥工藝。此花生干燥工藝只是將鮮花生水分干燥至合適的水分含量，熱風(fēng)干燥溫度為90 ℃，溫度高而易破壞花生的品質(zhì)。

3.5 連續(xù)立式花生干燥機(jī)

連續(xù)立式花生干燥機(jī)主要由熱風(fēng)爐、鼓風(fēng)機(jī)、自動(dòng)調(diào)溫風(fēng)門、送料布料機(jī)構(gòu)、限位機(jī)構(gòu)、卸料機(jī)構(gòu)等構(gòu)成，同時(shí)設(shè)計(jì)了連續(xù)立式花生干燥器的電氣控制系統(tǒng)，局部實(shí)現(xiàn)了花生干燥器的智能化控制。張鵬[9]采用此干燥機(jī)對(duì)花生干燥的熱風(fēng)溫度、風(fēng)速、干燥時(shí)間進(jìn)行了試驗(yàn)研究，得出了適用于該設(shè)備的花生干燥工藝參數(shù)。此干燥工藝雖然干燥的花生品質(zhì)更好且干燥溫度較低，但干燥時(shí)間較長(zhǎng)，電為熱源，能耗較大，干燥成本較高，不適用于推廣應(yīng)用。

3.6 其他類型干燥機(jī)

中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究所在1989年研發(fā)了由HR-4型熱風(fēng)爐、3.6A型風(fēng)機(jī)和DZH1型干燥室等組成的干燥設(shè)備。此干燥設(shè)備具有熱效率高、操作簡(jiǎn)單、花生干燥品質(zhì)保持完好等優(yōu)點(diǎn)；因干燥室為多層抽屜，減少物料的翻動(dòng)，減少了因翻動(dòng)造成的物料損壞。但是因干燥室為多層抽屜，不適用于量大的花生干燥[10]。農(nóng)業(yè)部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所胡志超研究員團(tuán)隊(duì)研發(fā)的花生干燥器，主要由干燥室、加熱單元、風(fēng)機(jī)組、測(cè)控單元等4個(gè)部分組成。此設(shè)備與干燥工藝參數(shù)的研發(fā)可為設(shè)計(jì)高效、經(jīng)濟(jì)、綠色的花生專用干燥裝備與制定合理的干燥工藝提供一定的理論依據(jù)與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所馮健雄研究員團(tuán)隊(duì)經(jīng)過8年多的研究，成功研制出了適用于花生干燥的設(shè)備，即低溫循環(huán)式花生干燥器。低溫循環(huán)式花生干燥器主要由給料裝置、輸送裝置、加熱裝置、圓筒式干燥器倉體、溫濕度控制系統(tǒng)、風(fēng)管系統(tǒng)和出料裝置等組成，其工作原理：干燥花生時(shí)，鮮花生不斷地從進(jìn)料口加入到干燥筒內(nèi)，同時(shí)外界的空氣經(jīng)加熱后通過進(jìn)風(fēng)口不斷地進(jìn)入干燥筒內(nèi)，熱風(fēng)自下而上運(yùn)動(dòng)，花生自上而下運(yùn)動(dòng)，使得熱風(fēng)與花生進(jìn)行對(duì)流換熱進(jìn)行干燥，干燥至安全水分含量的花生由出料裝置及時(shí)出料，實(shí)現(xiàn)花生的連續(xù)干燥，提高了干燥效率。低溫循環(huán)式花生干燥器及其干燥工藝不僅可以用于干燥花生原料，也可以干燥花生種子(其干燥后花生的發(fā)芽率達(dá)到98%以上)，為我國(guó)花生產(chǎn)業(yè)的機(jī)械化干燥提供了可靠的技術(shù)與設(shè)備支撐。

4 存在的問題

目前，我國(guó)花生干燥機(jī)械化技術(shù)還處于發(fā)展初期，還存在著很多待解決的問題，如裝備技術(shù)水平低、質(zhì)量參差不齊；農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝不融合；機(jī)械化生產(chǎn)技術(shù)模式體系不完善；技術(shù)服務(wù)不到位和產(chǎn)業(yè)發(fā)展滯后等，導(dǎo)致全國(guó)花生產(chǎn)業(yè)機(jī)械化干燥作業(yè)程度較低、設(shè)備干燥效率較低、能耗高等，不符合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)。

5 建議

5.1 加大項(xiàng)目資金扶持力度

各級(jí)政府積極協(xié)調(diào)科技、計(jì)劃、財(cái)政等部門，對(duì)從事花生干燥技術(shù)與裝備的科研單位和企業(yè)加大項(xiàng)目資金的扶持力度，不斷改善科研單位的研發(fā)試驗(yàn)和生產(chǎn)條件，集中力量突破工藝材料、基礎(chǔ)部件、關(guān)鍵性部件等技術(shù)瓶頸，加大農(nóng)機(jī)制造企業(yè)技術(shù)改造力度，全面提高農(nóng)機(jī)制造工藝水平、裝備水平及產(chǎn)品質(zhì)量，以便研發(fā)出適用于花生特性、節(jié)能、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)的干燥設(shè)備，突破一直困擾我國(guó)花生產(chǎn)后機(jī)械干燥的設(shè)備技術(shù)瓶頸。

5.2 加強(qiáng)科研機(jī)構(gòu)、企業(yè)與用戶溝通與培訓(xùn)

發(fā)揮科研機(jī)構(gòu)與企業(yè)的各自優(yōu)勢(shì)，根據(jù)作物的特性及市場(chǎng)需求，研發(fā)出適用于花生作物，且高效、節(jié)能、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、便捷的干燥設(shè)備與技術(shù)；同時(shí)廣泛開展對(duì)企業(yè)技術(shù)人員、糧油加工企業(yè)的技術(shù)人員、種植大戶、農(nóng)民等進(jìn)行干燥設(shè)備的操作使用規(guī)程、干燥技術(shù)等相應(yīng)的培訓(xùn)，提高他們的干燥技術(shù)水平，減少花生的產(chǎn)后損失，保障花生品質(zhì)，增加市場(chǎng)有效供給，促進(jìn)農(nóng)民增收。

6 小結(jié)

花生是我國(guó)主要的經(jīng)濟(jì)作物之一，花生產(chǎn)油率約為油菜的2倍、大豆的4倍，花生油占國(guó)產(chǎn)食用植物油的20%以上；由于我國(guó)花生的生產(chǎn)規(guī)模大、種植效益好、產(chǎn)油效率高、國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，發(fā)展花生產(chǎn)業(yè)對(duì)于增加植物油和蛋白供給、提高農(nóng)民收入、提升油料行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力等具有重要作用。但同時(shí)也面臨一些問題，尤其是干燥環(huán)節(jié)不能滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的需求，花生機(jī)械化作業(yè)程度不高，幾乎沒有花生專業(yè)干燥設(shè)備，這就造成了花生的產(chǎn)后損失較大，也制約著花生產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展與全面升級(jí)。另外，人們對(duì)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量要求越來越高，干燥技術(shù)與設(shè)備將在花生產(chǎn)業(yè)鏈中發(fā)揮越來越大的作用，傳統(tǒng)的自然日曬等干燥方式會(huì)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展將被放棄，而更加節(jié)能、環(huán)保、效率更高的熱風(fēng)、熱泵、遠(yuǎn)紅外干燥等新型干燥技術(shù)將會(huì)得到更大的發(fā)展，逐步提高花生產(chǎn)業(yè)的機(jī)械化程度，從而促進(jìn)花生產(chǎn)業(yè)的加速發(fā)展。