歐陽杰　馬田田　沈建

摘要?干燥是蝦粉加工的關(guān)鍵工序之一，是影響蝦粉品質(zhì)的重要因素，適宜的干燥技術(shù)和設(shè)備可有效保證南極磷蝦蝦粉質(zhì)量，提高南極磷蝦蝦粉生產(chǎn)效率。綜述了幾種常用的食品干燥技術(shù)和設(shè)備的原理、適應(yīng)物料形式以及優(yōu)缺點(diǎn)，并根據(jù)南極磷蝦的物料特性，對(duì)這幾種干燥技術(shù)和設(shè)備在南極磷蝦蝦粉加工中的應(yīng)用前景和可行性進(jìn)行了分析，旨在為南極磷蝦干燥技術(shù)創(chuàng)新和干燥設(shè)備研發(fā)提供理論依據(jù)與技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞?南極磷蝦;蝦粉;干燥;技術(shù);設(shè)備

中圖分類號(hào)?TS254文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼?A

文章編號(hào)?0517-6611（2019）16-0216-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.16.061

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Analysis?on?Drying?Technology?and?Equipment?Application?of?Antarctic?krill?Powder?Processing

OUYANG?Jie，?MA?Tian?tian，?SHEN?Jian

（Fishery?Machinery?and?Instrument?Research?Institute，?Chinese?Academy?of?Fishery?Sciences，?Key?Laboratory?of?Ocean?Fishing?Vessel?and?Equipment，?Ministry?of?Agriculture，?National?R&D?Branch?Center?for?Aquatic?Product?Processing?Equipment，Shanghai?200092）

Abstract?Drying?is?one?of?the?key?processes?of?shrimp?powder?processing，?it?is?an?important?influence?factor?of?the?quality.?Appropriate?drying?technology?and?equipment?can?effectively?ensure?the?quality?and?improve?the?production?efficiency?of?Antarctic?krill?powder.?In?this?paper，?the?principle，?material?form，?advantages?and?disadvantages?of?several?commonly?drying?techniques?and?equipment?which?used?in?food?processing?were?summarized.?According?to?the?material?characteristics?of?Antarctic?krill，?the?application?prospect?and?feasibility?of?these?drying?techniques?and?equipment?in?the?processing?of?Antarctic?krill?powder?were?analyzed.?The?purpose?was?to?provide?theoretical?basis?and?technical?support?for?the?innovation?of?drying?technology?and?research?and?development?of?drying?equipment?of?Antarctic?krill.

Key?words?Antarctic?krill;Shrimp?powder;Drying;Technology;Equipment

南極磷蝦生活在南極水域，資源十分豐富，生物資源儲(chǔ)量保守估計(jì)約7.5億t，年可捕撈量達(dá)1億t，是海洋漁業(yè)資源的重要構(gòu)成部分，被譽(yù)為地球上最后一個(gè)蛋白庫(kù)。受捕撈和加工等技術(shù)問題的制約，近年的年均捕獲量?jī)H在20萬t左右[1-3]，尚未得到充分開發(fā)利用，開發(fā)潛力巨大。南極磷蝦富含蛋白質(zhì)，氨基酸組成合理，必需氨基酸含量占總蛋白質(zhì)含量的46.73%[4]，是21世紀(jì)最有發(fā)展前景的水產(chǎn)品之一[5]。

蝦粉是南極磷蝦最主要的加工產(chǎn)品之一，與魚粉相比，蝦粉在適口性、抗氧化性和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值等方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，在市場(chǎng)上具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力[6]。南極磷蝦資源開發(fā)起步于20世紀(jì)60、70年代，前蘇聯(lián)和日本是最早從事南極磷蝦資源開發(fā)的國(guó)家，具備自主研發(fā)捕撈加工船的能力，船載加工產(chǎn)品主要有蝦粉和凍蝦。我國(guó)南極磷蝦開發(fā)起步較晚，到21世紀(jì)初才開始進(jìn)行探捕，加工技術(shù)和設(shè)備比較落后，船載蝦粉加工工藝沿用陸基濕法魚粉加工工藝，加工設(shè)備則主要由魚粉加工設(shè)備改造而成，與挪威等國(guó)外南極磷蝦加工發(fā)達(dá)國(guó)家相比，在蝦粉品質(zhì)和得率方面還存在著較大的差距[7-10]。

南極磷蝦蝦粉加工工藝通常為磷蝦→蒸煮→分離→干燥→粉碎→蝦粉，現(xiàn)有的南極磷蝦船載蝦粉加工生產(chǎn)線主要由蒸煮設(shè)備、脫水設(shè)備和干燥設(shè)備組成，其中干燥是南極磷蝦加工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，干燥方式、溫度、時(shí)間、設(shè)備等都是影響蝦粉品質(zhì)的影響因素。南極磷蝦物料屬于高水分黏性物料，初始水分含量接近80%，脂肪含量高，活性物質(zhì)受熱容易分解，因此干燥工藝尤為重要，既要防止物料結(jié)塊，又要防止溫度過高造成活性物質(zhì)損失，還要考慮船上的空間和能耗。

因此，研究磷蝦粉干燥技術(shù)和設(shè)備具有重要的意義。筆者結(jié)合南極磷蝦物料的性狀，對(duì)目前常用的幾種干燥技術(shù)和設(shè)備的特點(diǎn)、應(yīng)用現(xiàn)狀以及優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了歸納總結(jié)，對(duì)幾種干燥技術(shù)和設(shè)備在南極磷蝦蝦粉加工中的應(yīng)用前景進(jìn)行了分析，旨在為南極磷蝦干燥技術(shù)創(chuàng)新和干燥設(shè)備研發(fā)提供理論依據(jù)與技術(shù)支撐。

1?干燥技術(shù)

目前，我國(guó)食品工業(yè)中常用的干燥技術(shù)主要有熱風(fēng)干燥、冷風(fēng)干燥、熱泵干燥、微波干燥、冷凍干燥等，各干燥技術(shù)在工作原理、適用物料種類等均有所不同，有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。

1.1?熱風(fēng)干燥技術(shù)

熱風(fēng)干燥是以熱空氣為干燥介質(zhì)，以對(duì)流循環(huán)的方式與物料進(jìn)行濕熱交換，物料表面上的水分即水汽，并通過表面的氣膜向氣流主體擴(kuò)散;與此同時(shí)由于物料表面汽化，使物料內(nèi)部和表面產(chǎn)生水分梯度差，物料內(nèi)部的水以汽態(tài)或液態(tài)的形式向表面擴(kuò)散（表1），從而達(dá)到除去其水分的目的[11-12]。熱風(fēng)干燥技術(shù)適用于散粒狀物料，廣泛用于扇貝、海參、鮑魚、梅魚等水產(chǎn)品的干燥[13-18]。如張國(guó)琛等[13]采用熱風(fēng)干燥技術(shù)干燥扇貝，結(jié)果表明溫度低于55?℃效果最好;有研究證實(shí)，溫度是影響梅魚熱風(fēng)干燥效果的主要因素;適當(dāng)提高熱風(fēng)溫度，即可提高白鰱魚的干燥速度，又不影響產(chǎn)品品質(zhì)[14-15];叢?；ǖ萚17]通過建立并保持一定溫度梯度，優(yōu)化海參熱風(fēng)干燥工藝，保證海參品質(zhì)且降低能耗;賈敏等[18]改進(jìn)優(yōu)化了鮑魚熱風(fēng)干燥工藝參數(shù)，為鮑魚干制品開發(fā)提供了技術(shù)支持;張燕平等[14]建立了梅魚熱風(fēng)干燥數(shù)學(xué)模型，為梅魚熱風(fēng)干燥提供了工藝參數(shù)支持，上述研究證明熱風(fēng)干燥可以較好地應(yīng)用于水產(chǎn)品干燥。

南極磷蝦整蝦是條狀物料，物料特性與海參、梅花魚等特性相似，理論上來說適合于熱風(fēng)干燥，但由于整蝦外殼未被破壞，一定程度上具有縮水的作用，因而干燥速率會(huì)有所下降;經(jīng)分離后的南極磷蝦物料呈顆粒狀，由于分離時(shí)物料破碎存在不均勻的情況，部分物料經(jīng)反復(fù)破碎呈漿狀，熱風(fēng)干燥過程中如干燥溫度設(shè)置過高，容易出現(xiàn)表面硬化現(xiàn)象，不利于內(nèi)部水分的排出，影響干燥速率;此外，由于熱風(fēng)干燥的傳熱介質(zhì)是熱空氣，傳熱速率比較慢，如干燥溫度控制不好，會(huì)導(dǎo)致南極磷蝦中脂肪氧化，活性成分和熱敏性物質(zhì)損失，色澤、風(fēng)味劣變，造成磷蝦粉存在品質(zhì)較低、穩(wěn)定性差等問題。

1.2?冷風(fēng)干燥技術(shù)

冷風(fēng)干燥是將物料置于干燥室內(nèi)，通入低溫空氣，使低溫低濕空氣強(qiáng)制循環(huán)于干燥室內(nèi)，營(yíng)造一種低溫、低濕、高風(fēng)速的環(huán)境，從而使物料水分含量逐漸降低達(dá)到干燥的目的[19]。冷風(fēng)干燥技術(shù)可降低物料在干燥過程中蛋白質(zhì)熱變性、脂肪氧化、褐變和風(fēng)味物質(zhì)損失，能較好地保持物料色澤、質(zhì)地、形狀、營(yíng)養(yǎng)成分，在水產(chǎn)品干燥中的研究越來越多，在海參、扇貝柱、鮑魚等的干燥上均有應(yīng)用[20-21]。但由于冷風(fēng)干燥的干燥溫度低、干燥用時(shí)長(zhǎng)、成本高，因此主要應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)價(jià)值高、對(duì)品質(zhì)要求高、熱敏性成分含量高的物料（表1）。南極磷蝦雖然本身的價(jià)值比較低，但蝦青素、不飽和脂肪酸等熱敏性成分含量高，對(duì)蝦粉的品質(zhì)要求也比較高，從這個(gè)角度分析，冷風(fēng)干燥是適用于南極磷蝦蝦粉干燥的，但由于南極磷蝦體內(nèi)的酶活性強(qiáng)以及氟含量高等因素，要求南極磷蝦必須在捕撈后2～3?h要加工完畢，因此必須進(jìn)行船載加工，而南極磷蝦的捕撈量大，船上空間也有限，不可能配置很多的生產(chǎn)線，因此如果采用冷風(fēng)干燥進(jìn)行干燥，會(huì)造成干燥時(shí)間過長(zhǎng)、加工能力不足，因此綜合分析認(rèn)為冷風(fēng)干燥不適合南極磷蝦的船載加工。

1.3?熱泵干燥技術(shù)

熱泵干燥技術(shù)的原理是熱泵從低溫?zé)嵩次諢崃?，利用制冷劑和干燥介質(zhì)系統(tǒng)，經(jīng)壓縮、冷凝、節(jié)流、蒸發(fā)4個(gè)過程，將低位熱能轉(zhuǎn)化為高位熱能，利用熱空氣和冷凝水對(duì)濕物料干燥除濕，干燥介質(zhì)一般為空氣或惰性氣體[22]。熱泵干燥具有高效節(jié)能、熱效性穩(wěn)定、快速除濕和有效保持物料品質(zhì)等優(yōu)勢(shì)，適用于熱敏性、高附加值產(chǎn)品的干燥（表1），目前在糧食、蔬菜、水果、水產(chǎn)等領(lǐng)域均有研究和應(yīng)用[23-24]，如Artnaseaw等[25]建立了不同溫度和壓力條件下，蘑菇和辣椒的最佳熱泵干燥數(shù)學(xué)模型，可預(yù)測(cè)一定干燥溫度和壓力范圍內(nèi)物料的品質(zhì)和干燥效率;李敏等[26]研究了不同風(fēng)速、厚度下羅非魚片的干燥曲線，優(yōu)化了熱泵干燥工藝;母剛等[27]采用熱泵干燥技術(shù)對(duì)比分析不同干燥條件下北極蝦的品質(zhì)，得出較優(yōu)的北極蝦熱泵干燥工藝;Namsanguan等[28]研究了不同干燥技術(shù)對(duì)干制蝦的皺縮率和硬度的影響，結(jié)果表明熱泵干燥可有效降低干制蝦的皺縮率和硬度，且能耗最低。目前，熱泵干燥在南極磷蝦干燥的研究鮮見報(bào)道，由于南極磷蝦的物料特性與北極蝦比較接近，且熱泵干燥技術(shù)具有節(jié)能高效的特點(diǎn)，干燥過程中廢氣、廢水排放少，滿足船載加工對(duì)低能耗高效率的要求，因此，分析認(rèn)為熱泵干燥理論上適用于南極磷蝦的船載加工。

1.4?微波干燥技術(shù)

微波干燥是一種新型的干燥方式。微波能直接作用于介質(zhì)分子轉(zhuǎn)換成熱能，由于微波具有穿透性能使介質(zhì)內(nèi)外同時(shí)加熱，不需要熱傳導(dǎo)，加熱速度非常快，特別是對(duì)含水量在30%以下的物料，干燥速度可顯著縮短。微波干燥技術(shù)具有優(yōu)質(zhì)、高效、節(jié)能、環(huán)保的特點(diǎn)，可均勻干燥物料，降低干燥溫度，提高生產(chǎn)效率，目前在谷類、水果、水產(chǎn)品等方面的研究均有報(bào)道，如王素雅等[29]采用微波干燥技術(shù)干燥稻谷，與熱風(fēng)干燥相比，微波干燥對(duì)稻谷品質(zhì)影響較大，不利于稻谷的食用或長(zhǎng)期儲(chǔ)存;趙懿琨等[30]采用微波干燥荔枝，分析了干燥過程中荔枝的熱質(zhì)變化機(jī)理和物理變化過程;李書紅等[31]研究了微波干燥對(duì)扇貝柱干燥特性和品質(zhì)的影響;呂順等[32]利用微波干燥草魚松，通過感官分析的方法，評(píng)價(jià)微波干燥功率、干燥時(shí)間等對(duì)草魚松品質(zhì)的影響;齊力娜等[33]以草魚為研究對(duì)象，分析了草魚的微波干燥特性，并建立了草魚的微波干燥最佳模型。以上研究證明微波干燥適用于高含水量、黏稠性、粉狀、顆粒狀等物料的干燥（表1），與南極磷蝦的物料特性較吻合。但有研究表明微波干燥前階段，如果物料水分含量高，水分子劇烈運(yùn)動(dòng)，容易造成干燥過度的現(xiàn)象。因此為了保證蝦粉的品質(zhì)，分析認(rèn)為微波干燥不太適宜于南極磷蝦的前段干燥，建議先用其他干燥方法將磷蝦的水分含量下降至30%～40%，再采用微波干燥的聯(lián)合干燥法，既能保證蝦粉的品質(zhì)，又能提高干燥效率。

1.5?真空冷凍干燥技術(shù)

真空冷凍干燥技術(shù)的原理是冰晶升華，物料處于低溫真空的狀態(tài)，物料中的水分以冰的狀態(tài)存在，通過冰升華達(dá)到干燥目的，加熱劑一般為常溫或溫度稍高的流體[34-36]。真空冷凍干燥技術(shù)可生產(chǎn)品質(zhì)較優(yōu)的產(chǎn)品，但真空冷凍干燥的耗能大，加工成本高，干燥速率慢，主要適于經(jīng)濟(jì)價(jià)值高的物料。目前有關(guān)于刺參、烏賊等真空冷凍干燥的研究，如張凡偉[37]對(duì)比了4種常用干燥技術(shù)對(duì)刺參品質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)凍干刺參品質(zhì)最好;金洋等[38]對(duì)比分析了自然晾曬干燥、熱風(fēng)干燥和真空冷凍干燥對(duì)烏賊品質(zhì)影響，發(fā)現(xiàn)真空冷凍干燥的烏賊在色澤、復(fù)水率方面優(yōu)于其他組，以上研究說明真空冷凍干燥技術(shù)可較好地保持水產(chǎn)品的品質(zhì)（表1）。但由于設(shè)備、能耗、處理能力等的局限，分析認(rèn)為真空冷凍干燥并不適用于船載蝦粉的干燥加工，但可用于加工高品質(zhì)的蝦干。

2?干燥設(shè)備

食品加工中應(yīng)用較多的干燥設(shè)備主要有隧道式干燥設(shè)備、管束干燥設(shè)備、圓盤干燥設(shè)備、槳葉干燥設(shè)備、閃蒸干燥設(shè)備等。

2.1?隧道式干燥

隧道式干燥設(shè)備是食品工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的干燥設(shè)備，主要由隧道體、輸送系統(tǒng)、熱源系統(tǒng)等組成，通常采用熱風(fēng)或蒸汽作為熱源，干燥時(shí)，物料均勻鋪放在傳送帶或物料車，隧道體上方的空氣加熱器把空氣加熱后由風(fēng)機(jī)吹送，在傳送帶或物料車之間循環(huán)流動(dòng)，由輸送帶或絞車等機(jī)械裝置來控制物料從隧道入口向出口緩慢移動(dòng)，完成干燥。干燥的溫度可以分段控制。物料在干燥過程中有熱風(fēng)氣流式和輻射式等，熱風(fēng)滾筒烘干是熱氣流從尾部向前運(yùn)動(dòng)，與物料充分接觸，通過熱傳導(dǎo)、對(duì)流、輻射傳熱量充分利用;將熱能直接傳遞給物料，使物料的水分在筒體內(nèi)不斷被蒸發(fā)，入料口的引風(fēng)裝置將大量的水分、濕氣流抽出，防止粉塵外排造成的二次污染;通過內(nèi)螺旋攪拌推進(jìn)物料運(yùn)動(dòng)，完成整個(gè)干燥過程[39-40]。隧道式干燥設(shè)備適用的物料范圍廣，塊狀、顆粒狀等大多類型物料均適用，具有處理能力大、熱能利用高等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是占地面積大、能耗較高（表2），由于南極磷蝦捕撈加工船上空間有限，應(yīng)用到船上時(shí)，物料車形式的干燥設(shè)備著地面積大，不適用于船載加工，輸送帶式相對(duì)來說占地面積小，可應(yīng)用于船載加工，為了節(jié)省空間，可采用多層隧道式干燥，以充分利用船上的立體空間。

2.2?管束干燥設(shè)備

管束干燥是利用熱傳導(dǎo)和熱輻射原理，蒸汽在管束內(nèi)與物料呈逆流方式，物料在呈負(fù)壓的封閉腔內(nèi)通過管束上的鏟子攪拌和推動(dòng)，由進(jìn)料端向出料端移動(dòng)，一部分成品物料通過卸料槽到卸料螺旋，經(jīng)排料關(guān)風(fēng)機(jī)排出。另一部分成品物料通過返料關(guān)風(fēng)機(jī)到混料螺旋經(jīng)輸送攪拌機(jī)與濕物料充分?jǐn)嚢杌旌?，降低原始濕物料的含水量，從而達(dá)到干燥機(jī)的理想工作條件，屬于直接接觸式干燥的一種。廣泛應(yīng)用于輕工、食品、飼料等行業(yè)[41-42]，適用于非黏性、松散的顆粒狀、纖維狀或粉狀物料，具有換熱充分、高效節(jié)能、適用物料范圍廣、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)（表2）。南極磷蝦整蝦由于有外殼包裹，屬于非黏性物料，適用于管束干燥設(shè)備，經(jīng)擠壓分離或破碎后的南極磷蝦物料呈漿狀，干燥過程中，部分含水量高、顆粒度小的物料可能會(huì)粘在管壁上，造成結(jié)塊、烤焦等情況，需要先對(duì)物料進(jìn)行水分調(diào)整，如先用適合漿狀料的干燥方法將物料干燥到水分60%左右，再采用管束?干燥。

2.3?圓盤干燥設(shè)備

圓盤干燥設(shè)備是典型的間接加熱烘干設(shè)備，熱介質(zhì)進(jìn)入設(shè)備筒體夾套、中心軸和圓盤內(nèi)腔，濕物料通過進(jìn)料口進(jìn)入烘干機(jī)，在空心圓盤上抄板的作用下翻轉(zhuǎn)、攪拌，不斷更新加熱面，與圓盤和筒體內(nèi)壁接觸傳熱，濕分蒸發(fā)，使物料得到干化。熱介質(zhì)在圓盤空心內(nèi)腔中冷凝，形成冷凝水，通過冷凝管排出干燥設(shè)備。主要適于干燥餅狀、顆粒狀物料，優(yōu)點(diǎn)是雙面?zhèn)鳠?，可在有限的空間內(nèi)提供足夠的傳熱空間，傳熱面大，結(jié)構(gòu)緊湊，表面光滑，不易結(jié)垢，使用方便，但物料品質(zhì)較低（表2）。目前，在食品與飼料工業(yè)中廣泛應(yīng)用于魚粉、酒糟、飼料等的干燥[42]。圓盤干燥設(shè)備是目前南極磷蝦蝦粉干燥中普遍采用的設(shè)備，國(guó)內(nèi)的捕撈加工船上大多配置的是常壓圓盤干燥機(jī)，存在蝦粉得率偏低、品質(zhì)較差、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定等問題，國(guó)外有采用真空?qǐng)A盤干燥機(jī)，可以一定程度上提升干燥效率，提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性。

2.4?槳葉干燥設(shè)備

槳葉干燥設(shè)備的原理與圓盤干燥相似，由槳葉軸、箱體、進(jìn)出料調(diào)節(jié)器等構(gòu)成，通過加熱介質(zhì)（如蒸汽、熱水、導(dǎo)熱油等）加熱器身和槳葉軸，使物料與之充分接觸，達(dá)到蒸發(fā)水分的目的。目前，槳葉干燥機(jī)廣泛用于化工、食品等行業(yè)[43-45]。槳葉干燥機(jī)主要適于粒狀、粉狀、膏狀物料，尤其在一些黏性、高含水量和液體物料中優(yōu)勢(shì)顯著，正好與南極磷蝦的物料特性相吻合，設(shè)備同時(shí)具有結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、熱利用率高的特點(diǎn)（表2），滿足船載加工對(duì)設(shè)備的要求，因此，理論上分析，槳葉干燥設(shè)備是非常適合南極磷蝦的干燥設(shè)備。

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