耿 鐵，孟 斐，楊衛(wèi)東，盛 潔，惠俊霞，張德榜

（1.河南工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，河南鄭州 450001；2.鄭州市萬(wàn)谷機(jī)械股份有限公司，河南鄭州 450000）

我國(guó)農(nóng)產(chǎn)品品種豐富，種植面積廣闊，產(chǎn)量逐年上升，然而農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)后貯藏和運(yùn)輸不當(dāng)?shù)葐?wèn)題造成的經(jīng)濟(jì)損失不可估量。農(nóng)產(chǎn)品加工領(lǐng)域中，干燥是避免發(fā)生嚴(yán)重霉變的關(guān)鍵技術(shù)，也可以降低蛋白質(zhì)、維生素、糖類(lèi)等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的流失[1]。常見(jiàn)的單一干燥技術(shù)包括自然干燥技術(shù)、熱風(fēng)干燥技術(shù)、微波干燥技術(shù)、紅外干燥技術(shù)、熱泵干燥技術(shù)，這些干燥技術(shù)的應(yīng)用大大降低了農(nóng)產(chǎn)品霉變的概率，但是仍存在一些不足。依據(jù)各種干燥技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，進(jìn)行不同干燥技術(shù)的聯(lián)合使用，可以克服單個(gè)干燥技術(shù)的缺點(diǎn)，也能發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)。目前，在農(nóng)產(chǎn)品干燥領(lǐng)域應(yīng)用中最常見(jiàn)的聯(lián)合干燥技術(shù)包括微波-熱風(fēng)聯(lián)合干燥技術(shù)、微波-熱泵聯(lián)合干燥技術(shù)、太陽(yáng)能-熱泵聯(lián)合干燥技術(shù)等[2]。

1 單一干燥技術(shù)研究進(jìn)展

1.1 自然干燥技術(shù)

自然干燥技術(shù)是通過(guò)日曬、風(fēng)吹等方法來(lái)降低農(nóng)產(chǎn)品含水量，達(dá)到干燥的目的。由于農(nóng)產(chǎn)品種植規(guī)模不同和干燥機(jī)械設(shè)備不普遍的問(wèn)題，大多數(shù)農(nóng)戶還是采用人工自然晾曬的方法，但是該技術(shù)需要足夠大的場(chǎng)地，也會(huì)受到氣候的局限性，而且容易造成農(nóng)產(chǎn)品干燥不均勻，生產(chǎn)效率低下[3]。由此可知，自然干燥技術(shù)大多是憑借經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行的，盲目性居多，干燥時(shí)間較長(zhǎng)。

1.2 熱風(fēng)干燥技術(shù)

熱風(fēng)干燥技術(shù)是將熱風(fēng)通過(guò)自然對(duì)流或強(qiáng)制對(duì)流、橫流、混合流的方式與物料進(jìn)行熱質(zhì)傳遞，降低糧食內(nèi)部含水量，實(shí)現(xiàn)干燥目的[4]。

有些學(xué)者利用熱風(fēng)干燥技術(shù)來(lái)確定農(nóng)產(chǎn)品的最佳干燥溫度，為農(nóng)產(chǎn)品干燥加工提供科學(xué)的理論依據(jù)。夏秋霞等人[5]利用電熱鼓風(fēng)干燥機(jī)，通過(guò)對(duì)比不同的熱風(fēng)溫度、分析干燥溫度對(duì)陳皮的感官特性、吸脂性、多糖含量、干燥速率的影響，結(jié)果表明熱風(fēng)溫度為70℃是最佳干燥溫度。蔣怡等人[6]利用電熱鼓風(fēng)干燥機(jī)，設(shè)置7組不同的熱風(fēng)溫度，對(duì)南瓜種子進(jìn)行一定時(shí)間的干燥加工，通過(guò)分析不同溫度熱風(fēng)干燥加工的南瓜種子發(fā)芽率，來(lái)確定最佳的干燥溫度，結(jié)果表明在55℃時(shí)，南瓜種子發(fā)芽率最高。

有些學(xué)者利用熱風(fēng)干燥技術(shù)來(lái)確定最佳的干燥工藝，達(dá)到干燥技術(shù)的最優(yōu)化，如Cheng B等人[7]以天麻為研究對(duì)象，分別采用熱風(fēng)干燥技術(shù)和熱泵干燥技術(shù)，設(shè)置干燥溫度均為50℃，結(jié)果表明不同質(zhì)量的天麻適用于不同的干燥方法，70 105 g的天麻以熱風(fēng)干燥為宜，105 140 g的天麻以熱泵干燥為好。董建軍等人[8]以桑葚干燥過(guò)程為研究對(duì)象，使用電熱鼓風(fēng)干燥箱，分析在不同熱風(fēng)溫度下桑葚干燥速率、含水率的變化規(guī)律，確定了最佳的熱風(fēng)干燥工藝，為優(yōu)化干燥機(jī)械設(shè)備提供科學(xué)的參考依據(jù)。

綜上所述，熱風(fēng)干燥技術(shù)要求設(shè)備簡(jiǎn)單、易操作、投資成本少、使用范圍廣的優(yōu)勢(shì)，但不容易選擇最佳干燥溫度，熱風(fēng)溫度較高會(huì)導(dǎo)致糧食熱損傷，影響糧食口感；溫度較低，會(huì)導(dǎo)致干燥不均勻的問(wèn)題。

1.3 微波干燥技術(shù)

微波干燥是應(yīng)用最廣泛的一種技術(shù)，是將電磁波作為加熱源，可以通過(guò)物料外殼由內(nèi)部向外部傳遞熱量，不會(huì)破壞糧食組織結(jié)構(gòu)，能源利用率高，干燥效率較高[9]。

大多數(shù)學(xué)者利用微波干燥技術(shù)確定物料的最佳干燥參數(shù)，如王娟等人[10]采用微波干燥技術(shù)，通過(guò)對(duì)干燥后花椒的感官特性及含水率等因素進(jìn)行綜合測(cè)評(píng)，結(jié)果表明花椒在微波干燥中得出最適宜的干燥參數(shù)為微波功率480 W，料層厚度3 cm，干燥時(shí)間8 min。Shen Liuyang等人[11]為了提高發(fā)芽糙米在連續(xù)微波干燥機(jī)中干燥的質(zhì)量，研究了微波強(qiáng)度1～5 W/g，風(fēng)速0～2 m/s，干燥時(shí)間2～10 min和料層厚度4～12 mm對(duì)發(fā)芽糙米裂紋和表面顏色的影響，結(jié)果表明微波強(qiáng)度2 W/g，風(fēng)速1.0～1.5 m/s，干燥時(shí)間6 min，料層厚度8 mm為發(fā)芽糙米最適宜的微波干燥條件。

對(duì)于微波功率、溫度及物料層厚度等干燥參數(shù)對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的影響研究較為廣泛，但很少有考慮到環(huán)境濕度影響的研究。何方健等人[12]利用微波干燥技術(shù)，采用控制變量法，分析不同干燥溫度和環(huán)境相對(duì)濕度等因素對(duì)山楂色澤、總黃酮含量的影響，并預(yù)測(cè)山楂在微波干燥過(guò)程中含水率變化。劉明寶等人[13]為了研究環(huán)境相對(duì)濕度對(duì)山楂微波干燥過(guò)程中的影響，在確保微波功率、干燥溫度、物料厚度為恒定值的條件下，設(shè)置不同的環(huán)境相對(duì)濕度，微波干燥相同的時(shí)間后，測(cè)定色差、維C含量、復(fù)水比等干燥特性，結(jié)果表明在環(huán)境相對(duì)濕度為30%條件下，色差、維C含量、復(fù)水比等干燥特性最佳。

與熱風(fēng)干燥相比，微波干燥技術(shù)具有干燥時(shí)間短、加熱均勻、效率高的優(yōu)點(diǎn)，但因?yàn)楦稍镌O(shè)備價(jià)格昂貴，不適用于大多數(shù)農(nóng)戶。

1.4 紅外干燥技術(shù)

紅外線干燥技術(shù)具有穿透性強(qiáng)、效率高、節(jié)能環(huán)保的特點(diǎn)。當(dāng)紅外線頻率與農(nóng)產(chǎn)品內(nèi)部分子頻率發(fā)生共振時(shí)，造成農(nóng)產(chǎn)品內(nèi)部分子摩擦產(chǎn)熱，達(dá)到快速升溫的目的，并能實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品干燥過(guò)程中物料內(nèi)外層受熱均勻[14]。

麥馨允等人[15]為了提高白玉菇干制品的品質(zhì)，在單因素試驗(yàn)法基礎(chǔ)上，分別對(duì)遠(yuǎn)紅外溫度、切片厚度和裝載量進(jìn)行正交設(shè)計(jì)分析，研究表明遠(yuǎn)紅外溫度是維C影響含量的主要因素，溫度在50～70℃內(nèi)，維C含量較高；切片厚度直接影響白玉菇干制品的外觀色澤，最佳厚度為4 mm；裝載量影響白玉菇的復(fù)水能力，最佳數(shù)值為10.00 g/dm2。Fatemeh Ja fari等人[16]研究了在紅外干燥過(guò)程中樣品厚度、風(fēng)速和紅外功率對(duì)茄子切片干燥動(dòng)力學(xué)和品質(zhì)的影響，結(jié)果表明紅外線干燥能提高鉀含量，并確定樣品厚度4.9 mm，風(fēng)速1.14 m/s，紅外功率1 500 W的條件下是最佳工藝條件。此外，遠(yuǎn)紅外線干燥技術(shù)保溫要求較高，設(shè)備的檢修和維護(hù)比較困難。

1.5 熱泵干燥技術(shù)

近年來(lái)，熱泵干燥技術(shù)越來(lái)越受到人們青睞，熱泵干燥技術(shù)路線是從蒸發(fā)器出來(lái)的低溫低壓工質(zhì)進(jìn)入壓縮機(jī)后被絕熱壓縮成高溫高壓氣體，此時(shí)工質(zhì)的沸點(diǎn)隨壓力的升高而升高，高沸點(diǎn)工質(zhì)進(jìn)入冷凝器液化釋放出熱量，加熱來(lái)自蒸發(fā)器的已經(jīng)降溫除濕的低溫空氣，被加熱后的空氣進(jìn)入干燥室對(duì)被干燥物料進(jìn)行干燥。而從冷凝器出來(lái)的熱泵工質(zhì)進(jìn)入膨脹閥絕熱膨脹降低壓力后再次進(jìn)入蒸發(fā)器，如此往復(fù)循環(huán)[17]。

熱泵干燥技術(shù)原理見(jiàn)圖1。

圖1 熱泵干燥技術(shù)原理

國(guó)內(nèi)外學(xué)者利用熱泵干燥技術(shù)與其他干燥技術(shù)進(jìn)行對(duì)比，分析熱泵干燥技術(shù)的特點(diǎn)。聶林林[18]以香菇為研究對(duì)象，分析熱風(fēng)干燥、微波真空干燥、熱泵干燥對(duì)香菇收縮率、復(fù)水率、感官品質(zhì)和能耗等干燥特性的影響，結(jié)果表明熱泵干燥技術(shù)香菇收縮率最低、復(fù)水性能最好、感官評(píng)分最高、能耗最低。Thing Chai Tham等人[19]研究了自然干燥、熱泵干燥、熱風(fēng)干燥和熱泵干燥4種不同的干燥方式對(duì)玫瑰茄進(jìn)行干燥，對(duì)比干燥速率、顏色和細(xì)胞內(nèi)化學(xué)成分變化，結(jié)果表明熱泵干燥技術(shù)干燥速率最高，無(wú)顯著顏色變化。

1.6 不同單一干燥技術(shù)對(duì)比

通過(guò)以上分析，對(duì)不同單一干燥技術(shù)進(jìn)行對(duì)比。常見(jiàn)單一干燥技術(shù)對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 常見(jiàn)單一干燥技術(shù)對(duì)比

2 聯(lián)合干燥技術(shù)研究進(jìn)展

針對(duì)農(nóng)產(chǎn)品干燥存在復(fù)雜性、單一干燥技術(shù)難以保障干燥品質(zhì)的特點(diǎn)，除在不斷完善單一干燥技術(shù)外，國(guó)內(nèi)外學(xué)者還根據(jù)農(nóng)產(chǎn)品的干燥特性，將2種或者2種以上的干燥技術(shù)結(jié)合起來(lái)，進(jìn)行優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，達(dá)到提高干燥品質(zhì)、高效節(jié)能的目的[20]。

2.1 微波-熱風(fēng)聯(lián)合干燥技術(shù)

微波干燥技術(shù)具有易控制、效率高、節(jié)能的優(yōu)勢(shì)。熱風(fēng)干燥過(guò)程中，不易控制溫度，溫度較高會(huì)破壞農(nóng)產(chǎn)品內(nèi)化學(xué)物質(zhì)。因而，將微波干燥技術(shù)與熱風(fēng)干燥技術(shù)結(jié)合起來(lái)，一方面可以彌補(bǔ)熱風(fēng)干燥速率慢的缺點(diǎn)；另一方面展現(xiàn)出聯(lián)合干燥的優(yōu)勢(shì)。劉清等人[21]研究熱風(fēng)干燥、微波干燥對(duì)油菜籽水分含量、發(fā)芽率、酸價(jià)、過(guò)氧化值等干燥因素的影響，將測(cè)定的結(jié)果進(jìn)行正交試驗(yàn)，得出微波-熱風(fēng)聯(lián)合干燥技術(shù)的最佳工藝組合，綜合2種單一干燥技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，并降低熱風(fēng)干燥溫度對(duì)油菜籽發(fā)芽的損傷，克服了熱風(fēng)干燥技術(shù)單獨(dú)應(yīng)用時(shí)存在的過(guò)熱、干燥時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn)。王招招等人[22]通過(guò)單因素試驗(yàn)法分別測(cè)定微波強(qiáng)度、熱風(fēng)溫度、風(fēng)速對(duì)花生果的干燥速率、色澤、主要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的影響，在利用Box-behnhen試驗(yàn)得出花生果微波-熱風(fēng)聯(lián)合干燥技術(shù)的最佳工藝條件，使用該聯(lián)合技術(shù)不僅能提高干燥速率，又能提高花生果的干燥品質(zhì)。

2.2 微波-熱泵聯(lián)合干燥技術(shù)

熱泵干燥技術(shù)要求干燥溫度較低，可以用來(lái)干燥熱敏物料，是一種可以能源循環(huán)利用的技術(shù)，具有節(jié)省資源的優(yōu)勢(shì)。微波干燥技術(shù)主要采用電能，跟熱泵技術(shù)相比，存在能源浪費(fèi)的缺點(diǎn)[23]。兩者結(jié)合各自優(yōu)勢(shì)形成聯(lián)合干燥技術(shù)，可以對(duì)農(nóng)產(chǎn)品干燥達(dá)到最佳的效果。Chien Hwa Chong等人[24]研究熱泵干燥技術(shù)、對(duì)流真空-微波干燥技術(shù)和熱泵-微波聯(lián)合干燥技術(shù)對(duì)15 mm的蘋(píng)果塊干燥品質(zhì)的影響，結(jié)果表明對(duì)流真空-微波聯(lián)合干燥技術(shù)的硬度和嚼勁值最低，熱泵-微波聯(lián)合干燥技術(shù)在物理外觀、抗氧化活性和總多酚含量方面表現(xiàn)最佳。宋楊等人[25]采用熱泵微波真空聯(lián)合干燥技術(shù)對(duì)海參進(jìn)行干燥，研究海參在不同干燥條件下對(duì)海參的復(fù)水率、色澤感官的影響，分析試驗(yàn)結(jié)果并通過(guò)對(duì)比熱泵干燥試驗(yàn)結(jié)果，得出干燥時(shí)間較僅使用熱泵干燥縮短50%，復(fù)水率提高了50%，表面無(wú)焦煳，海參的感官品質(zhì)較好。

2.3 太陽(yáng)能-熱泵聯(lián)合干燥技術(shù)

太陽(yáng)能是公認(rèn)的環(huán)保能源，采用太陽(yáng)能干燥技術(shù)干燥農(nóng)副產(chǎn)品可以節(jié)省能源消耗20%以上，保證干燥后農(nóng)產(chǎn)品干凈衛(wèi)生，但是太陽(yáng)能干燥技術(shù)受天氣因素的影響，具有不穩(wěn)定性，干燥速率較慢[26]。采用太陽(yáng)能干燥技術(shù)和熱泵技術(shù)相聯(lián)合，彌補(bǔ)太陽(yáng)能干燥不連續(xù)性的缺點(diǎn)，太陽(yáng)能可以為熱泵提供能源。沈衛(wèi)強(qiáng)等人[27]依據(jù)太陽(yáng)能熱泵聯(lián)合技術(shù)，制訂相應(yīng)的干燥體系和干燥設(shè)備，通過(guò)干燥核桃正交試驗(yàn)研究分析了生產(chǎn)率、干燥溫度和風(fēng)速等干燥因素對(duì)干燥過(guò)程中的影響，研究表明該干燥設(shè)備縮短干燥周期和提高核桃的優(yōu)等品率，為葡萄、杏等水果的干燥加工提供指導(dǎo)意義。明廷玉等人[28]采用太陽(yáng)能與熱泵聯(lián)合干燥技術(shù)，以干燥茶葉為研究對(duì)象，根據(jù)不同時(shí)段（5，6，7月份），記錄干燥期環(huán)境平均溫度、太陽(yáng)能平均日運(yùn)行時(shí)間，熱泵平均日運(yùn)行時(shí)間、實(shí)際能耗等數(shù)據(jù)。結(jié)果表明，整個(gè)干燥系統(tǒng)實(shí)際能耗比設(shè)計(jì)能耗低21.8%～36.3%，節(jié)能效果顯著。近10來(lái)年，世界資源的匱乏和人們環(huán)保意識(shí)的增加，有些學(xué)者大力發(fā)展太陽(yáng)能干燥技術(shù)與其他干燥技術(shù)的聯(lián)合，致力于達(dá)到環(huán)保、熱利用率高、干燥品質(zhì)佳的要求。

2.4 不同聯(lián)合干燥技術(shù)對(duì)比

通過(guò)以上分析，對(duì)不同聯(lián)合干燥技術(shù)進(jìn)行對(duì)比。

不同聯(lián)合干燥技術(shù)對(duì)比見(jiàn)表2。

表2 不同聯(lián)合干燥技術(shù)對(duì)比

3 結(jié)語(yǔ)

為了減少農(nóng)產(chǎn)品在堆積中發(fā)生霉變、提高農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)，干燥技術(shù)的發(fā)展顯得尤為重要。在實(shí)際應(yīng)用中，由于使用范圍廣、成本較低，國(guó)內(nèi)外仍然以熱風(fēng)干燥技術(shù)為主[29]。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者秉承綠色環(huán)保、高效節(jié)能的理念，探索出多種新興干燥技術(shù)，但也要認(rèn)識(shí)到新興干燥技術(shù)存在一些問(wèn)題，如干燥設(shè)備昂貴、實(shí)際應(yīng)用具有局限性、工作環(huán)境要求較高；另外，由于宣傳力度的不足，很多企業(yè)對(duì)新興干燥技術(shù)認(rèn)知較少，因此要完善干燥理論基礎(chǔ)，改進(jìn)現(xiàn)有的干燥工藝[30]。聯(lián)合干燥技術(shù)作為當(dāng)前的熱門(mén)話題，根據(jù)不同糧食的干燥特性，將各種干燥技術(shù)的優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來(lái)，顯著提高了干燥品質(zhì)，因而研發(fā)高效節(jié)能的聯(lián)合干燥技術(shù)是今后的發(fā)展方向。