我国农产品干燥加工技术现状及发展趋势
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作者: 李笑光
一、我国农产品干燥加工业发展状况
我国目前是世界上水果和蔬菜等产量最大的国家。据统计，2012年，我国园林水果总产量超过1.51亿t，蔬菜总产量7.08亿t。因此，果蔬等农产品干制已经成为农产品加工、增值的一种重要手段。但与发达国家相比，我国农产品的干制品比例仍比较低。以美国为例：洋葱、大蒜、葡萄干等干制品加工量分别占其收获量的20%、80%、25%；其农产品加工前后的平均产值比可达1：3.8，农产品的产后损失仅为1.7%～5%。据初步统计，我国目前脱水蔬菜的加工量仅占总产量的10%左右，果品的干制品比例就更低，农产品加工前后的平均产值比仅为1：1.9。但近几年来我国果蔬等农产品干燥加工业发展迅速，特别是国家农业部农产品加工局成立以来，不仅加强了管理和引导，而且加大了投入，使得我国果蔬等农产品干燥加工业迎来了一个大发展的机会。
我国果蔬等农产品可干制加工的种类非常多，从水果到各种蔬菜，再到食用菌、干果以及面条、粉丝等深加工产品，如果包括中药材、烤烟等需进行干燥的农产品，种类就更加繁多，果蔬等农产品干燥加工产业的发展空间和增值潜力巨大。目前，我国农产品干制加工方式随着人工费用的不断增长和市场对农产品质量和卫生要求的提高，正在由自然晾晒向采用机械干燥的方向快速发展。但从整个农产品干燥加工业的规模来看，农产品干燥加工的单位虽然很多，除少数大型食品加工企业外，多数为小微企业和小作坊，但可以看到的是，这个产业已经大踏步起步，且发展很快，并随着技术进步和政府的支持，必将向更好、更快和规模化方向发展。
二、我国农产品干燥技术现状与装备
我国农产品干燥加工技术与装备在改革开放30多年来得到了快速发展，特别是近年来农产品产地干制加工业发展迅猛，并大大促进了农产品干燥技术和装备的发展。可以说世界上已有的干燥技术和装备我国基本上都已实现。
目前，我国农产品干燥加工常用的技术与装备已经形成如下类型，可供用户根据自身条件、生产规模和农产品加工种类进行选用。
1.分批静止式热风循环烘房
这是农产品产地加工中最常见的一种干燥装备，俗称“烘房”，通常为一独立房子，一侧为热风加热室，另一侧为烘干房。物料放置在盛料车上的多层相隔的盛料盘中，推入烘干房进行烘干（由于物料在烘干时属静止状态，故俗称静止式烘干）。通过加热室加热炉加热的热空气由通风机输送到烘干房的顶部向下回转通过盛料车上的物料层并释放热量对物料进行烘干，降温后又被通风机形成的负压从烘干房的下部吸入加热室再次加热，然后再次被输送到烘干房内，如此循环直至烘干结束。与此同时，在烘干过程中物料水分不断排出到空气当中，当热风湿度较大并达到一定值后，则通过设置在烘干房两侧的排湿门将湿气排出，同时开启补气门补充新鲜空气。热风温度的控制和烘干房的排湿及补充空气的操作，目前都已实现自动化控制。
由于这类烘房采用盛料盘盛载物料，属静止式烘干方式，故可以适应多种物料烘干，但干燥温度不宜太高。房体可用带保温层的金属材料制作也可用砖混结构砌建，具有投资少、成本低、操作简单、维修方便、经济效益好等特点。由于单机生产能力不大，可用于多种农产品烘干，故特别适合于产地农户和专业合作社使用。缺点是这类车载托盘式烘干方式装卸物料耗费的人工比较多。
2.隧道式热风干燥
隧道式热风干燥设备的干燥室似铁路隧道一样为一狭长形的房体，可容纳多个干燥盛料车，由此俗称“隧道式干燥机”。热风由设置在干燥室房体外面的热风炉加热后从房体的一头通过通风机送入到干燥室腔内对物料进行干燥并从另一头排出。进行干燥时，将铺放好原料的盛料车从隧道式房体的一端一一推入，当最前推入的盛料车物料达到干燥要求后从另一端拉出，然后再从后面推入一车。形成正常作业时盛料车可每间隔一定时间依次通过干燥室进行干燥，以形成间歇连续式干燥。按照热风与盛料车相对流动的方向而言，有逆流式和顺逆流混合式两种工艺，通常为简便起见，多采用逆流式干燥工艺。这种设备由于也采用盛料盘盛载物料，因此也同样适于多种形状物料干燥，但由于生产能力大，较适合于工厂化大规模生产使用。缺点也是装卸物料耗费的人工比较多。
3.带式连续式热风干燥
带式连续式干燥顾名思义就是通过给料器将湿物料置于一层或多层连续运行的输送网带上，然后用通过热风炉加热的高温热风来穿透网带和物料来实现连续式干燥。带式干燥机由于常用高温快速移动干燥工艺，不仅干燥能力大，而且由于农产品在干燥过程中都会运行通过相同的干燥环境，所以干燥比较均匀，机械化程度高。不足之处是设备造价较高、不适宜小颗粒的、易碎的和不规则的以及含糖高易粘连的物料干燥。
4.辐射干燥设备
（1）红外辐射干燥。红外线辐射干燥是利用物料对红外线的吸收发热原理在物料内部产生热量进行干燥的方法。其最大特点是“匹配吸收”，即当红外辐射器发射的红外线频率（或波长）与被干燥物料中分子运动的固有振动频率（或波长）相匹配时，引起物料内部分子的强烈共振，并在物料内部产生激烈摩擦产生热而使物料升温蒸发水分达到干燥的目的。由于辐射干燥使得物料内部的水分梯度与温度梯度趋向一致，因此红外干燥具有干燥速度快、干燥品质较好、易设计成传输带式连续烘干作业、自动化程度高等特点。多适合于颗粒状物料干燥。但由于红外线辐射干燥用电作为能源，设备用电量较大，较适合于工厂化生产。
（2）微波干燥。微波干燥与红外干燥一样，也是一种辐射干燥方法。但微波对物料的穿透能力更强。由于被加热物料中的水分子是极性分子，它在快迅变化的高频电磁场作用下，其极性取向将随着外电场的变化而变化，从而造成分子的运动和相互摩擦，将微波场的场能转化为物料内部的热能，使物料温度升高，产生热化和膨化一系列物化过程，从而达到快速脱水干燥的目的。因此，微波辐射干燥具有干燥速度快、易设计成传输带式连续干燥和高效节能、灭菌防霉、易于控制等特点。多适合于颗粒状物料干燥。但微波对人体有一定伤害，需防护微波泄露。同样，由于红外线辐射干燥也用电作为能源，设备用电量较大，适合于工厂化生产。 5.真空冷冻干燥
真空冷冻干燥是利用升华原理，通过冷冻装置将放置在机体内的物料中的水分预先冻结成冰晶状态，并在真空状态下使得物料内部的冰晶不经过融化而直接以固态升华为水蒸气的状态被排出机外，从而使物料得到干燥的方法。常见的真空冷冻干燥设备其主体部分为一卧式钢制圆筒形密闭机体，并配有冷冻、抽气和控制测量等系统。真空冷冻干燥机需要抽真空，故密封要求较高，多为分批式干燥方式。可适合于多种物料干燥。
由于真空冷冻干燥工艺在干燥过程中不对物料加热，因此，在干燥过程中物料的营养成分不容易被破坏，干燥品质好。特别是对热敏性物料更加有利。但真空冷冻干燥设备价格昂贵，干燥能力相对较低，通常主要用于经济附加值比较高的物料干燥。
6.热泵干燥
随着我国对农产品物料加工质量要求的逐步提高，以及对节能和环保的要求，采用既能保持农产品色、香、味和营养成分，又能够节能、环保的干燥设备是未来发展的必然趋势。为此，近年来在我国南方悄然兴起了采用热泵干燥的方法。
热泵――顾名思义，实质上是一种热量提升装置，即热泵烘干机组是利用逆卡诺原理，可从周围环境中吸取热量，并把它提升传递给被加热的对象（如烘干房内的物料）对物料进行干燥，其工作原理与制冷机类似，都是按照卡诺循环原理工作的，所不同的是一个是制热、一个是制冷。因此，热泵干燥也是用电作为热泵机组的动力，烘干室结构与烘房相同，具有节能、运行可靠、易于自动控制、适合于多种物料使用、干燥和排放无污染等优点，也是今后重点发展的一个方向。
当然，热泵干燥也有一个适宜的环境温度工况区间，即环境温度比较高时其能效就比较高，因此，比较适合于我国南方气温较高一些的区域使用。在北方使用（尤其是在气温比较低时的夜间）最好增加辅助热源来提高干燥空气的温度和热泵的干燥工作环境温度。
7.气流干燥
气流干燥的原理是利用高速流动的热气流将含有较高水分的细小固体颗粒状物料吸入干燥机输气管内并悬浮在气流中与气流一起流动，并伴随着气流流动的过程进行干燥。因此，气流干燥具有传热系数高，传热面积大，干燥时间短等特点。由于气流干燥的热气流流速很快，所以气流干燥也称“瞬间干燥”。气流干燥使加热介质和待干燥固体颗粒直接接触，并使待干燥固体颗粒悬浮于气流流体中，因而两相接触面积大，强化了传热传质过程，干燥速度快，故广泛用于散状细小颗粒物料干燥。
由于气流干燥时间短，因而具有热风温度虽较高但物料温升却不高的特点，故适合于受高温易变质的物料干燥，但不适合粘性大的物料干燥。由于干燥管道较长、较高，在一定程度上制约了气流干燥的发展。近年来，为了降低其高度，已经出现了几种新型的气流干燥器，如多级气流干燥器、脉冲式气流干燥器、旋风式气流干燥器等。
8.喷雾干燥
喷雾干燥的最大特点是可以干燥液态物料。在喷雾干燥过程中将料液分散成极细的雾滴，使得料液能形成很大的比表面积，同热空气产生剧烈的热质交换，在几秒至几十秒内迅速将物料的水分蒸发而获得干燥。常用的喷雾干燥是利用其喷雾装置（喷雾器），用高温高速热气流将悬浮液体或黏滞的液体喷成雾状，并与热空气之间发生热量和质量的传递而进行干燥的过程。成品以粉末状态沉陷于干燥室底部，连续或间断地从卸料器排出。
喷雾干燥虽然采用较高温度的热空气，但在喷雾干燥过程中由于雾滴中的水分在蒸发，加之物料在干燥器内停留时间短，因此物料的最终温度并不太高，比较适合于热敏性物料的干燥。
通常，比较适用于不能借结晶方法得到固体产品的生物制品生产中，如奶粉、酵母、某些抗生素药物的干燥。
9.膨化干燥
（1）真空低温油炸脱油果蔬脆片干燥。真空低温油炸脱油果蔬脆片干燥技术是将油炸和脱水功能结合的一种果蔬脆片生产技术。即在特定的油炸罐内对果蔬片油炸，并使果蔬片处于负压状态下，其内部水分（自由水和部分结构水）急剧蒸发喷出，使其组织形成疏松多孔结构，再经脱油形成的具有疏松口感的果蔬脆片。果蔬脆片虽然是在真空状态下低温油炸出来的，但这个低温的概念是相对于正常油炸温度而言的低温，并不是真正意义上的低温。这种设备已经产业化，生产能力相对较大，已得到普遍应用。缺点是用油炸制。
（2）变温压差果蔬脆片膨化干燥。由于油炸食品的一些缺点，随着人们对健康的重视，非油炸膨化食品也开始越来越受到人们的欢迎。据资料介绍国外20世纪80年代开始研发用于果蔬脆片加工的膨化干燥技术，国内20世纪90年代末也有关于进行该类技术研究的报道。目前，我国已有有关科研部门研发成功这种技术成果的报导。膨化干燥也可以说类似“爆米花机”的工作原理即通过变温压差实现物料膨化干燥的一种新型食品加工技术，主要用于生产果蔬膨化食品，如市场上常见的果蔬脆片等。
变温压差膨化干燥技术是一种环保、节能的非油炸膨化干燥技术。其原理是通过将经过预处理并除去部分水分的果蔬原料，放在变温压差膨化罐中升温加压，保温一段时间后瞬间泄压，促使物料内部水分瞬间汽化蒸发、瞬间膨胀，并在真空状态下快速脱水干燥，进而生产出体积膨胀、口感酥脆的天然果蔬膨化食品。多用于苹果、胡萝卜等果蔬脆片的膨化加工。
10.太阳能干燥
随着能源的日趋紧张，人们对可再生能源的开发利用越来越重视，特别是对太阳能的利用更加青睐。事实上利用太阳能晾晒干燥农产品一直是人类的一个传统方式。但由于利用太阳能晾晒农产品易受到天气变化的影响，而且易遭受污染。随着现代人类社会对食品卫生和品质的要求，直接利用太阳能晾晒农产品的方式将会逐渐被淘汰。
目前，研究利用太阳能进行干燥的方法较多，但比较实用的主要是通过太阳能集热器加热空气然后由通风机输送到干燥机或烘干房内对农产品进行干燥。但由于同样受到天气变化的影响，这些太阳能干燥设备需要配置辅助热源，如在阴天和夜间启动燃煤热风炉或电加热器。缺点是一次性投资较大，干燥能力相对较低，需要配备辅助热源等。 三、我国农产品干燥加工技术发展趋势
1.国外农产品干燥相关技术借鉴
2013年6月，笔者到与我国农业生产模式相近的韩国考察农业发展模式时，重点了解了有关粮食干燥与农产品干燥技术。在考察中发现，韩国农产品产地干燥多采用能够自动控制的电加热烘箱和烘房。而且为了适应不同规模的农户使用，烘箱或烘房设计有大中小不同的规格，同时为了方便使用还设计成了一开门的、两开门的，还有三开门的分箱式结构，并能分别控制。不仅能够适应农产品收获时不同采收量的变化，而且还能同时烘干不同种类的农产品，大大提高了设备的利用率和方便性。
另外，由于采用电能作为加热能源，不仅干燥和排放无污染，而且易于实现自动化控制和保证农产品干燥加工的质量。同时，这些烘干设备制作精良，外观非常漂亮，特别是中小型的烘箱外观制作成了如同冰箱一样的家用电器产品，值得我们今后在研究开发时借鉴。
2.我国农产品干燥技术发展趋势
目前，我国无论在农产品干燥技术研究还是装备研发与制造方面都已取得了长足的发展，国际上有的技术和装备我国基本上都已具备。但同时也要看到，我国在农产品干燥技术研究和装备研发方面还存在着一些不足和问题，特别是从可持续发展角度看，预计我国农产品干燥技术研究和装备研发今后将朝着如下趋势发展：
（1）由于农产品收获后水分普遍比较高，干燥加工的用能也比较高，不仅需要动能，而且还需要热能。因此，随着能源日趋紧张，进一步研究开发节能型的干燥工艺技术和装备及自动化控制系统将会成为今后重点研究和发展的方向。例如，在南方研究推广由电作为动力的节能型空气源热泵干燥机等。
（2）目前，我国农产品干燥加热用能仍主要以燃煤为主，特别是一些适合于多种农产品物料干燥的热风烘房多采用手烧燃煤加热炉进行烘干，其排放的烟气对大气污染较重。但从未来能源结构看，除规模化和生产自动化程度较高的中大型企业外，在我国大量采用石油、天然气以及全部用电来作为农产品干燥加热能源的可能性不大。因此，多种能源并存和互补将是今后农产品烘干能源构成的一个必然格局。
为此，今后一是针对单独使用的中小型烘房加快研究燃煤加热炉的排烟除尘方法和装置。二是能够集中使用的连排烘房以及自动化程度高的大型干燥设备，要设计选用具有较好燃烧、除尘、除硫性能的蒸汽锅炉加热方式。三是借鉴韩国农产品烘干的模式，对于小型户用烘干设备向电加热方向发展，形成像家用电器一样的家电产品，包括研究开发小型家用节能型空气源热泵干燥箱等。四是研究开发利用太阳能和沼气等可再生能源与常规能源互补的新型烘干设备和产地加工模式。
（3）对于大型加工企业，可设计采用在干燥前期使用静止式干燥、后期使用带式连续式干燥或在前期使用静止式干燥、后期使用真空冷冻干燥等先进的组合工艺，以提高干燥加工的效率和品质。
（4）在发展标准化烘干设备的基础上，由专业技术部门指导生产厂家根据不同的机型和农产品干燥的种类，试验研究其烘干工艺和操作控制方法，并作为产品使用说明的一个重要部分提供给用户使用。
（5）制定农产品干燥设备产品检测标准，促进干燥设备的标准化，并建立干燥设备生产许可证制度，建立或委托相应的机构负责检测和发放生产许可证。
随着人们对农产品加工质量和品质要求的不断提高，国家对农产品干燥加工技术研究的重视和科研投入的不断增加，我国农产品干燥技术研究和装备的研发与制造必将迎来一个新的发展时期。
专家简介
李笑光，1956年生，毕业于原河北工学院，二级研究员，现任农业部规划设计研究院常务副总工程师，享受国务院政府特殊津贴专家、农业部有突出贡献专家、中国农业工程学会常务理事。作为主持人和第一完成人完成的科研成果“NHC3系列农作物（种子）斜床式换向通风烘干加工生产线”获国家科技进步三等奖；“JRF型套筒式燃煤间接加热通用热风炉”获农业部科技进步二等奖。已出版技术专著10部，其中独立编著出版《斜床堆放式谷物干燥》、《农作物干燥与通风贮藏》、《投资项目策划战略与实务》、《农业产业区域发展战略谋划与项目设计》等4部技术专著，主编和合作编著出版技术专著6部，发表论文40余篇。2012年被联合国粮农组织聘为中国巨鹿金银花项目产后处理技术顾问。
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