馬 博，李傳峰※，吳明清，李 博，任松偉

（1.塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院，新疆 阿拉爾843300；2.新疆維吾爾自治區(qū)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）

我國(guó)是世界農(nóng)產(chǎn)品主要生產(chǎn)國(guó)且具有產(chǎn)量大、種類多的特點(diǎn)?！?018 中國(guó)年鑒統(tǒng)計(jì)》顯示，2017年我國(guó)糧食總產(chǎn)量高達(dá)66 160.7 萬(wàn)t、水果總產(chǎn)量25 241.9萬(wàn)t[1]，較2016年均有增加，隨著農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量的不斷增加后續(xù)加工的壓力也隨之增大。新鮮農(nóng)產(chǎn)品含水量較高加之我國(guó)農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地往往遠(yuǎn)離人口集中的消費(fèi)市場(chǎng)，使得農(nóng)產(chǎn)品在長(zhǎng)途運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中大量腐爛變質(zhì)。據(jù)統(tǒng)計(jì)我國(guó)農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)后損失超過(guò)30%，農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家非常重視產(chǎn)后加工技術(shù)，產(chǎn)品的損耗率一般控制在5%～20%之間[2]，由此可見(jiàn)對(duì)新鮮農(nóng)產(chǎn)品及時(shí)加工處理顯得尤為重要。我國(guó)大多數(shù)農(nóng)產(chǎn)品加工都依托干燥技術(shù)?？梢哉f(shuō)干燥技術(shù)是農(nóng)產(chǎn)品加工的重要手段和技術(shù)，相較于新鮮農(nóng)產(chǎn)品，經(jīng)過(guò)干燥加工的農(nóng)產(chǎn)品能減緩品質(zhì)變化、減少包裝運(yùn)輸費(fèi)用。

我國(guó)沿襲千年的日曬干燥已經(jīng)逐步淡出了我們的視野，現(xiàn)代化的熱風(fēng)干燥、真空冷凍干燥、真空干燥、冷風(fēng)干燥、微波干燥和紅外干燥等技術(shù)正在興起[3]。本文闡述了熱風(fēng)干燥技術(shù)的原理、干燥工藝及其在果蔬干燥中的應(yīng)用現(xiàn)狀。

1 熱風(fēng)干燥技術(shù)

1.1 熱風(fēng)干燥原理

熱風(fēng)干燥技術(shù)是依據(jù)介質(zhì)傳熱原理，將某種形式的能源（煤、石油、天然氣、電等）轉(zhuǎn)化成熱媒（主要為熱空氣）以提供熱量，利用風(fēng)機(jī)將熱空氣送入烘箱或干燥室內(nèi)，當(dāng)熱空氣與物料表面接觸時(shí)將熱量傳給物料；物料表面水分受熱汽化為水蒸氣，擴(kuò)散到周?chē)諝庵校?dāng)物料表面水分含量低于其內(nèi)部水分含量，這時(shí)水分梯度形成，物料內(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時(shí)此過(guò)程趨于停止。與此同時(shí)，物料表面溫度受熱后高于物料中心而形成溫度梯度，促使水分從表面向中心傳遞。干燥過(guò)程中，傳質(zhì)和傳熱同時(shí)發(fā)生，方向相反，但密切相關(guān)[4]。

1.2 熱風(fēng)干燥的實(shí)現(xiàn)

熱風(fēng)干燥通常經(jīng)下列過(guò)程實(shí)現(xiàn)：首先熱源將內(nèi)部的空氣加熱，由風(fēng)機(jī)將熱源內(nèi)的高溫空氣（或煙氣）送入換熱器的散熱管通道中，緊接著外界冷空氣由風(fēng)機(jī)吸入換熱器的換熱空間，進(jìn)入的冷空氣沿著換熱器的加熱通道流動(dòng)最終被加熱，散熱管道中高溫空氣（或煙氣）的溫度降到一定程度后排出換熱器；被吸入的冷空氣經(jīng)過(guò)加熱快速變?yōu)闊峥諝?，并在風(fēng)機(jī)的作用下沿?fù)Q熱器空間進(jìn)入干燥室，從而讓干燥室內(nèi)空氣溫度上升與溫度較低的物料形成溫度梯度，溫度梯度使物料內(nèi)部發(fā)生傳質(zhì)作用，水分由內(nèi)向外遷移，最終在物料表面蒸發(fā)掉；流動(dòng)的熱風(fēng)將蒸發(fā)出來(lái)的廢氣帶出干燥室，經(jīng)除塵后排出干燥室。

2 熱風(fēng)干燥在農(nóng)產(chǎn)品干燥中的應(yīng)用

熱風(fēng)干燥技術(shù)以其良好的適應(yīng)性和經(jīng)濟(jì)性被廣泛應(yīng)用于農(nóng)產(chǎn)品干燥加工，在早期探索階段李長(zhǎng)友等指出干燥過(guò)程中熱能利用率低主要是由于熱能與干燥物料和介質(zhì)之間匹配度較低造成的[5]，并提出應(yīng)該重視熱風(fēng)干燥過(guò)程中客觀干燥對(duì)能量利用率的影響，其研究揭示了熱風(fēng)干燥機(jī)理為今后干燥設(shè)備的研制和改造提供了理論基礎(chǔ)，根據(jù)其以上原理電熱儲(chǔ)能式糧食干燥熱風(fēng)爐研制成功并得以推廣，該裝備有效的提高了能源利用率，節(jié)約了糧食干燥的成本，在糧食干燥、儲(chǔ)存中起到了重要作用。隨著干燥理論研究的深入，谷物和油料作物干燥技術(shù)迅速發(fā)展并有向新技術(shù)的開(kāi)發(fā)和多技術(shù)聯(lián)合發(fā)展的趨勢(shì)，鄭先哲[6]等人運(yùn)用熱風(fēng)變溫干燥技術(shù)研究稻谷玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，得出變溫?zé)犸L(fēng)干燥工藝能明顯改善稻谷干燥品質(zhì)，提高干燥效率，證明變溫干燥可有效控制物料內(nèi)部水分?jǐn)U散速率，使內(nèi)部和外部水分?jǐn)U散保持相對(duì)均衡，這一研究成果已經(jīng)推廣應(yīng)用到包括黑木耳、藍(lán)莓、獼猴桃片的干燥加工中，有效改善了以往熱風(fēng)干燥產(chǎn)品表面出現(xiàn)硬殼的缺點(diǎn)，提高了成本品質(zhì)。干燥加工是果蔬加工的一種基本方法，但目前的干燥工藝水平加工耗時(shí)耗力。為了尋找蔬菜最佳干燥工藝參數(shù)，將熱干燥技術(shù)應(yīng)用于果蔬脫水的研究中，劉品[7]等通過(guò)控制胡蘿卜片干燥過(guò)程中不同階段的溫度和濕度使得胡蘿卜片的復(fù)水性和能源利用率明顯提高，由此看出在熱風(fēng)干燥過(guò)程中應(yīng)該根據(jù)不同物料特性、不同干燥階段適時(shí)調(diào)整干燥溫度以提升干燥效率。蘭州蘭石能源裝備工程研究院有限公司和上海凱泉泵業(yè)（集團(tuán)）有限公司[8]根據(jù)干燥過(guò)程中適時(shí)調(diào)整干燥溫度和濕度的原理聯(lián)合開(kāi)發(fā)了中藥材熱風(fēng)循環(huán)箱式干燥機(jī)，在同樣設(shè)備材料具有同樣保溫性能的前提下熱能回收利用率高，在干燥不同階段適當(dāng)增加干燥箱內(nèi)濕度可使熱能分布均勻、產(chǎn)品干燥品質(zhì)增加，其設(shè)備還具有自動(dòng)化程度高、體小質(zhì)輕、制造成本低、安裝快捷等優(yōu)點(diǎn)，促進(jìn)了設(shè)備推廣和我國(guó)中藥干制產(chǎn)業(yè)發(fā)展，開(kāi)創(chuàng)了自動(dòng)化烘干中藥的先河。為了掌握水產(chǎn)品干燥規(guī)律賈敏[9]等對(duì)比其他物料干燥過(guò)程發(fā)現(xiàn)鮑魚(yú)干燥只經(jīng)歷了減速階段且起主導(dǎo)作用的過(guò)程為水分的擴(kuò)散，其對(duì)水產(chǎn)品干燥過(guò)程的研究讓人們知道水產(chǎn)品干燥規(guī)律，為水產(chǎn)品干燥工藝的優(yōu)化提供了幫助，根據(jù)這一理論基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的隧道式烘干房能根據(jù)水產(chǎn)品干燥的不同階段適時(shí)調(diào)整干燥溫度及其他參數(shù)，在保證干燥品質(zhì)的前提下提高干燥效率，節(jié)約干燥時(shí)間，該設(shè)備的應(yīng)用推進(jìn)了水產(chǎn)品干燥自動(dòng)化標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。隨著熱風(fēng)干燥規(guī)律被找到，鄭蘭亭[10]將低場(chǎng)核磁共振技術(shù)引入熱風(fēng)干燥系統(tǒng)，對(duì)不同熱風(fēng)干燥溫度烘烤后的重組鴨肉粒水分分布進(jìn)行分析，綜合感官品質(zhì)、色澤、TBARS、質(zhì)構(gòu)及微觀結(jié)構(gòu)指標(biāo)，說(shuō)明重組鴨肉粒干燥時(shí)溫度應(yīng)控制在60℃左右為宜，試驗(yàn)過(guò)程中采用了多指標(biāo)評(píng)價(jià)產(chǎn)品質(zhì)量的方法，為其他干燥產(chǎn)品品質(zhì)評(píng)價(jià)提供了參考。目前牦牛肉、馬肉等肉類干燥過(guò)程也建立了類似的多指標(biāo)干燥成品品質(zhì)評(píng)價(jià)體系。該技術(shù)的引入在一定程度推進(jìn)了熱風(fēng)干燥產(chǎn)品品質(zhì)評(píng)價(jià)體系的建立。隨著熱風(fēng)干燥技術(shù)的發(fā)展熱風(fēng)干燥成品品質(zhì)得到極大地提升，但由于熱風(fēng)干燥技術(shù)自身特點(diǎn)的限制，熱風(fēng)干燥在部分農(nóng)產(chǎn)品加工上的應(yīng)用還存在諸多問(wèn)題需要進(jìn)一步的研究。

3 影響熱風(fēng)干燥的因素

熱風(fēng)干燥作為目前使用較為廣泛的干燥方法，由于其干燥在常壓下與空氣直接接觸，故影響熱風(fēng)干燥的因素有熱風(fēng)溫度、熱風(fēng)風(fēng)速、物料特性等，在多種影響因素中以熱風(fēng)溫度影響最為顯著。

熱風(fēng)溫度：在探究熱風(fēng)溫度對(duì)熱風(fēng)干燥的影響時(shí)梁迎暖等[11]通過(guò)試驗(yàn)證明熱風(fēng)干燥溫度是影響懷菊干燥質(zhì)量的主要因素。在對(duì)梅魚(yú)熱風(fēng)干燥過(guò)程中對(duì)過(guò)氧化值、硫代巴比妥酸值、酸價(jià)測(cè)定，分析其試驗(yàn)結(jié)果表明在熱風(fēng)干燥過(guò)程中高溫會(huì)加速脂肪氧化，較大的風(fēng)速在一定程度上會(huì)抑制脂肪氧化[12]。吳佰林[13]對(duì)鲅魚(yú)品質(zhì)的測(cè)定顯示熱風(fēng)溫度對(duì)鲅魚(yú)的7 個(gè)指標(biāo)均具有顯著影響且溫度越高，鲅魚(yú)干燥速率越快。陳建福等研究結(jié)果表明升高熱風(fēng)溫度有利于海鮮菇干燥效果的提升[14]，Erhan Horuz[15]等對(duì)石榴種子進(jìn)行了干燥研究，證明提高干燥溫度可以縮短干燥時(shí)間。結(jié)合上述研究可以看出熱風(fēng)溫度是影響熱風(fēng)干燥的最主要因素，且在一定范圍內(nèi)熱風(fēng)溫度越高物料干燥速率越快。

熱風(fēng)速度：熱風(fēng)速度也是影響熱風(fēng)干燥的重要因素，由于水產(chǎn)品干制加工的需求曾令彬[16]等研究了白鰱熱風(fēng)干燥過(guò)程結(jié)果顯示在一定范圍內(nèi)提高干燥室內(nèi)熱風(fēng)風(fēng)速可有效提高干燥效率。其他大量試驗(yàn)也證明在一定范圍內(nèi)熱風(fēng)速度與物料干燥速率成正相關(guān)。

物料特性：物料性質(zhì)和在干燥過(guò)程中排列堆放情況對(duì)熱風(fēng)干燥的影響也不容小覷，木合塔爾·米吉提[17]等證實(shí)紅棗在干燥過(guò)程中排列密度對(duì)干燥有影響，在對(duì)熱風(fēng)干燥技術(shù)深入的研究中Takashi Watanabe[18]等發(fā)現(xiàn)，菠菜的生理活性是影響菠菜熱風(fēng)干燥速率的因素之一，且生理活性越低干燥速率越高。胡眾歡[19]等發(fā)現(xiàn)適當(dāng)?shù)奶岣吒稍锼俾士梢钥s短油菜籽薄層熱風(fēng)干燥時(shí)間，減少能源的消耗。Shuo Wei[20]等的研究結(jié)果表明玉米胚比胚乳含水量高、溫度低。胚周?chē)趾蜔崃髅芏仍酱?，胚的干燥速度越快。物料的生物學(xué)特性、形狀大小對(duì)熱風(fēng)干燥的影響是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程還需進(jìn)一步研究。

4 熱風(fēng)干燥技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)

隨著熱風(fēng)干燥技術(shù)的不斷發(fā)展其優(yōu)缺點(diǎn)也逐漸展現(xiàn)出來(lái)，李靜[21]在對(duì)多種紫斑牡丹花瓣進(jìn)行不同溫度（60℃、80℃、100℃）下的熱風(fēng)干燥試驗(yàn)后得出總黃酮含量均有所下降的結(jié)論?？等璠22]等發(fā)現(xiàn)經(jīng)熱風(fēng)干燥的馬茵菜色澤與新鮮馬茵菜較為接近，但在熱風(fēng)干燥加熱過(guò)程可能引發(fā)酶褐變、氧化型褐變、以及葉綠素降解。石增祥總結(jié)了國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)水稻種子干燥特性的研究發(fā)現(xiàn)熱風(fēng)干燥技術(shù)通常干燥溫度較高，水分流失較快，容易使雜交水稻種子內(nèi)部的種胚蛋白變性，導(dǎo)致雜交水稻種子失活，不利于保障雜交水稻種子的品質(zhì)和發(fā)芽率。Senem Suna[23]將枸杞熱風(fēng)干燥處理并與其他干燥方式對(duì)比，發(fā)現(xiàn)干燥后的樣品酚含量和抗氧化能力普遍下降。以上研究顯示雖然熱風(fēng)干燥能夠保持物料原有色澤，但由于熱風(fēng)干燥溫度較高，在干燥過(guò)程中對(duì)溫度敏感的大分子活性物質(zhì)會(huì)遭破壞。

在研究熱風(fēng)干燥產(chǎn)品品質(zhì)的過(guò)程中，辜雪冬[24]等以藏豬肉為原料，用微波干燥技術(shù)和熱風(fēng)干燥加工藏豬肉干，結(jié)果發(fā)現(xiàn)微波干燥肉干比熱風(fēng)干燥肉干色澤更漂亮，口感更好，且具有較好的耐貯藏性。李真[25]等將熏馬肉熱風(fēng)干燥技術(shù)和其他干燥技術(shù)進(jìn)行對(duì)比，熱風(fēng)干燥馬肉具有干燥成本低、操作簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，但是由于在常壓下干燥馬肉表面出現(xiàn)硬殼、剪切力較大，口感欠佳影響了其商品價(jià)值。對(duì)水產(chǎn)品研究結(jié)果表明提高熱風(fēng)干燥溫度雖然能夠促使干燥進(jìn)程加快，但產(chǎn)品表面可能產(chǎn)生硬殼等干燥效應(yīng)，使得內(nèi)部水分難以擴(kuò)散出來(lái)，造成干燥不均勻[26]，干燥時(shí)間延長(zhǎng)，耗能增加且食品品質(zhì)下降。

總結(jié)上述研究發(fā)現(xiàn)熱風(fēng)干燥技術(shù)具有經(jīng)濟(jì)性高、操作簡(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)，隨著預(yù)處理和聯(lián)合干燥技術(shù)的發(fā)展，由于熱風(fēng)干燥中熱風(fēng)溫度不易測(cè)控，影響干燥成品品質(zhì)，被干燥物料在常壓下與熱空氣直接接觸致使物料氧化嚴(yán)重、物料中活性物質(zhì)被破壞的情況逐步被克服。

5 熱風(fēng)干燥技術(shù)的發(fā)展

5.1 熱風(fēng)干燥與其他干燥技術(shù)聯(lián)合干燥

為了能夠充分利用熱風(fēng)干燥技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，解決熱風(fēng)干燥過(guò)程出現(xiàn)的問(wèn)題，Xu Zhou[26]等將真空干燥和熱風(fēng)干燥技術(shù)結(jié)合進(jìn)行干燥試驗(yàn)，相較于單獨(dú)使用其中一項(xiàng)技術(shù)，果片水分分布更加均勻，產(chǎn)品的色澤、收縮率和復(fù)水性等質(zhì)量指標(biāo)得到提升。Suramya D[27]等設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的紅外與熱風(fēng)聯(lián)合旋轉(zhuǎn)干燥器，通過(guò)試驗(yàn)得到了辣椒達(dá)到最佳干燥品質(zhì)時(shí)的工藝參數(shù)組合。2019年杜昕[28]等人利用超聲波輔助優(yōu)化雞腿菇熱風(fēng)干燥工藝，相較于傳統(tǒng)技術(shù)可縮短干燥時(shí)間并減少部分營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)損失，保證雞腿菇品質(zhì)。Somayeh Taghian Dinani[29]等將熱風(fēng)與電流體動(dòng)力干燥系統(tǒng)結(jié)合，對(duì)雙孢蘑菇進(jìn)行干燥試驗(yàn)，結(jié)果表明，增加電壓或減小電極間隙都可以提高蘑菇片的體積密度和剪切強(qiáng)度，降低孔隙率，增加吸水量，從而提高了蘑菇片的干燥效果。A.A.Gowen[30]等模擬了微波-熱風(fēng)聯(lián)合干燥熟大豆的脫水和復(fù)水過(guò)程，結(jié)果顯示微波-熱風(fēng)聯(lián)合干燥的大豆復(fù)水時(shí)間比單獨(dú)熱風(fēng)或微波干燥的豆類短50%～60%。劉清[31]將熱風(fēng)－微波聯(lián)合與單獨(dú)使用熱風(fēng)或微波干燥效果做了對(duì)比，得出熱風(fēng)-微波聯(lián)合干燥后的油菜籽具有受熱均勻、干燥時(shí)間短、籽粒發(fā)芽較高、芥酸含量低等優(yōu)點(diǎn)。熱風(fēng)干燥技術(shù)與其他干燥技術(shù)相結(jié)合克服了熱風(fēng)干燥產(chǎn)品品質(zhì)較差的缺點(diǎn)，極大地提高了干燥效率。

5.2 熱風(fēng)干燥技術(shù)與其他技術(shù)結(jié)合干燥

隨著農(nóng)產(chǎn)品加工技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的工業(yè)技術(shù)被應(yīng)用于農(nóng)產(chǎn)品干燥加工中，玉米和大豆由于其獨(dú)特的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和能量特性，在食品行業(yè)和新能源工業(yè)中有著廣泛的用途，Suian José Granella[32]等在不同熱風(fēng)干燥溫度下添加臭氧，干燥后的玉米和大豆的活化能顯著下降，據(jù)此干燥-臭氧氧化工藝有望用于節(jié)能技術(shù)開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)新的干燥器。由于果蔬中的許多營(yíng)養(yǎng)成分在干燥過(guò)程中很容易丟失和綠色發(fā)展理念的推行，傳統(tǒng)熱風(fēng)干燥技術(shù)已不能適應(yīng)現(xiàn)代果蔬加工要求，這促使預(yù)處理技術(shù)迅速發(fā)展。Longyang Yao[33]將芒果片經(jīng)不同濃度的檸檬酸、抗壞血酸、NaCl 預(yù)處理后進(jìn)行熱風(fēng)干燥，試驗(yàn)結(jié)果顯示預(yù)處理使樣品的還原糖、抗壞血酸和總酚含量顯著增加。Rani Poonam，等使用焦亞硫酸鉀和超聲波對(duì)菠蘿片預(yù)處理后干燥，發(fā)現(xiàn)預(yù)處理樣品比未處理樣品干燥速度快，水分?jǐn)U散率高，色澤鮮艷，硬度低。Jalal Dehghannya[34]，等將超聲波和微波技術(shù)應(yīng)用于熱風(fēng)干燥，對(duì)馬鈴薯進(jìn)行干燥，發(fā)現(xiàn)使用超聲波強(qiáng)化和微波脈沖比預(yù)處理的樣品收縮率低，高功率間歇微波干燥的樣品復(fù)水率增加最明顯。

6 展望

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展目前熱風(fēng)干燥技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，并且廣泛用于農(nóng)產(chǎn)品干燥中，但在今后的發(fā)展過(guò)程中要注意不同物料具有不同特性、相同物料在不同狀態(tài)時(shí)物料特性也不盡相同，因此要根據(jù)具體情況設(shè)計(jì)不同的干燥工藝，要深入干燥過(guò)程模型、模擬領(lǐng)域的研究，利用組合式、分段干燥技術(shù)設(shè)備，建立完整的干燥前預(yù)檢驗(yàn)，制定干燥流程，干燥過(guò)程中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)調(diào)控干燥工藝參數(shù)，干燥后檢測(cè)確保干燥成品的品質(zhì)。提高整個(gè)干燥過(guò)程的自動(dòng)化程度，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。因地制宜推廣適當(dāng)規(guī)模的加工企業(yè)，推進(jìn)產(chǎn)地加工發(fā)展，以減少加工前運(yùn)輸、儲(chǔ)存所造成的能源消耗和農(nóng)產(chǎn)品損失。熱風(fēng)干燥技術(shù)要與時(shí)俱進(jìn)積極地與新能源、新材料、新理論相結(jié)合加快新設(shè)備的研制，利用新型能源物質(zhì)，探索發(fā)現(xiàn)傳熱介質(zhì)，研究干燥過(guò)程中物料間的相互作用，推動(dòng)干燥技術(shù)與其他農(nóng)產(chǎn)品加工過(guò)程相結(jié)合提高熱效率推進(jìn)熱風(fēng)干燥技術(shù)綠色發(fā)展。