浅谈新疆特色农产品热泵烘干技术与装备

2019-06-22张进疆王庆惠杨忠强

新疆农机化 2019年2期

张进疆，王庆惠，杨忠强，肖波

（1.广东省现代农业装备研究所，广东广州 510635；2.新疆农业科学院农业机械化研究所）

1 新疆农产品烘干现状

新疆是世界六大优势果品生产带之一，以“瓜果之乡”著称。2017年，全疆果树种植面积107.5万hm2，产量1 327万t。预计到2022年，全疆将形成较完善的现代林果业产业体系，林果业产值超过1 000亿元。目前，特色果蔬业已成为新疆农村经济重要的支柱产业，也成为了新疆农民收入长期快速增长的动力。然而，在果蔬大面积发展，果蔬产量不断攀升的背景下，果蔬产后加工所带来的问题也日益凸显出来。果蔬的含水率较高（一般在75%～95%之间），在产后贮藏过程中很容易变质。我国农产品产后损失惊人，据统计，我国果品每年从采购、储运、加工销售到流通的各个环节，即从农田到餐桌的整个过程中的损耗高达1 400万t，估计占全年水果总产量的11%以上。蔬菜每年损耗约1亿吨，占蔬菜产量的17%以上。

干燥是农产品贮藏的重要手段，也是一项重要的农产品加工技术。果蔬经干燥后，降低了其内部的水分活性，延长果蔬市场供给期，平衡产销高峰，并有效缩小果蔬体积及质量，便于包装、贮藏和运输。目前，传统的方法是单层铺放，利用太阳照晒实现制干，这种加工方法场所简单、成本低廉，但也存在一些难以克服的问题，如干燥时间长、受天气影响大、产品品质难以控制，干制品质量不稳定，同时生产分散，规模小，难以统一管理。近年来，随着国家惠民工程项目的实施以及政府对扶贫工作力度的加强，热风干燥设备在新疆已经开始大面积推广。但在使用过程中，燃煤对周围环境以及物料存在污染，致使近两年燃煤热风干燥设备已经被停止使用。而热泵烘干设备在干燥过程中，具备节能环保、安全便利、控制精准和提升产品品质等多项技术优势。实现了污染物零排放。在农产品及食品加工过程中不含硫、不含重金属等有害物质，无明火烘干隐患，干净无污染，被加工物料品相好、色泽好，成分不流失，原味浓厚、自然清香。创新的热泵干燥技术及设备是市场所需，能最大限度为客户节能增效，目前已在农产品、木材、药材、肉制品、化工等方面推广应用。

2 热泵烘干原理及特点

2.1 热泵烘干原理

热泵烘干是利用逆卡诺循环工作的，工作时利用冷媒经过压缩机压缩，成为高温高压的气体，进入冷凝器放热，冷凝器放出的热量由循环风机送入烘房，将烘房空气加热（最高可达75℃）。随之空气温度升高，烘干物中的水分会逐渐蒸发，再由新风排湿系统进行排湿，从而达到烘干的效果（图1）。

图1 热泵干燥工作原理

该系统的优势在于：系统采用保温效果好的保温材料作为烘干室箱体，减少了烘干过程中无谓的能耗损失。全自动的温湿度过程控制，控制精度高，灵活方便。换热过程中不需要特殊技术的换热器。封闭循环的热风循环方式有利于降低运行能耗。排湿通过热回收期、蒸发器两次回收增加了热泵的工作效率，提高热泵的能效比水平（COP值），同时也大大降低了运行成本。

2.2 热泵烘干技术的特点

2.2.1 节约能源

节约能源是热泵最初应用的出发点，也是主要的优点。热泵低温（15～45℃）烘干木材时可节约能耗40%～70%。烘干大米的适宜温度为35～50℃。温度虽低，但需要大量的热。传统烘干方式的效率只有3%～5%，而用热泵烘干效率将明显提高。布匹对烘干温度有严格的要求，热泵烘干机组不但能满足此要求，而且比传统的热泵烘干机组节能50%左右。热泵烘干技术应用在蔬菜脱水中节能高达90%。近年来，越来越多的研究人员也证实了热泵烘干机组的节能特性。

传统烘房采用人工燃烧材料加温，需要大量劳动力采购或加工燃料；而热泵烘房采用自主升温曲线控制，无需人工干预，一人可以同时看管多座烘房，随着密集型烘房的推广，批量热泵烘房已实现集中控制，更有利于劳动力的解放。

2.2.2 烘干产品品质好

热泵烘干是一种温和的烘干方式，接近自然烘干。表面水分的蒸发速度与内部水分向表面迁移速度比较接近，使被烘干物品的品质好、色泽好、产品等级高。用普通的烘干方法得到的芳香类挥发性物质保留少、耐热性差的维生素保留低、颜色变化较大。例如：用传统烘干得到生姜的生姜素保持率仅为20%，而用热泵烘干得到的生姜素保持率高达26%。用传统锅炉等烘干玫瑰花浪费了玫瑰花的高价值精油，而闭式热泵烘干机可以大量回收精油，并且烘干品质较锅炉烘干品质高50%。相关试验表明，即使在50℃下，采用热泵烘干的澳大利亚坚果也不会出现上面所说的褐变现象，能较好地保持坚果原有的色泽、风味及营养成分。

传统烘房均采用人工燃烧来控制温度，受燃烧技术、生理特征、燃烧材料质量和加工质量等因素而达不到烘烤技术要求；热泵烘房可以精确控温达到±1℃，大大确保烘干物料的品质。

2.2.3 烘干参数易于控制且可调范围宽

热泵烘干过程中，循环空气的温度、湿度及循环流量可得到精确、有效的控制，且温度调节范围为-20～75℃（加辅助加热装置），相对湿度调节范围为15%～80%，适合于热敏性物料的烘干。

2.2.4 环境友好

物料烘干不仅要求提高产品质量和节约能耗，同时必须对环境友好。传统烘房利用可燃性材料烧烤，排放一氧化碳等有毒气体，危害人体健康；热泵在整个过程当中，实现零排放，真正绿色烘干。

2.2.5 省时

现有燃煤烘房由于升温时的误操作和燃烧时间等因素导致升温慢，造成烘烤时间的浪费，采用热泵作为热源的烘房，其控制温度准确，时间可设定，从而大大节省了烘烤时间。

3 特色农产品热泵烘干案例

3.1 杏

由于自治区政府对杏产业发展重视程度不断提高，疆内出现多家热泵烘干设备。2018年，新疆喀什英吉沙县作为杏热泵烘干设备的试点，首次公开招标建设85座热泵烘干设备，宁夏塞上阳光新能源科技有限公司一举拿下，成为目前新疆热泵设备销售数量最多的厂家。塞上阳光主要采用整杏变温烘干的方式，干燥一批鲜杏需要三天左右。

利用杏子切分去核技术与装备，将鲜杏去核并切分，杏子切分去核不仅实现了杏子的核肉分离的目的，为后续杏壳、杏仁的利用提供了保障，也是缩短后续制干时间的最有效手段，同时，含有虫卵的杏肉，切分去核后可直接剔除，保证杏肉的食用安全，并便于后期存放。广东农业装备研究所与新疆农业科学院农业机械化研究通过热泵烘干技术，采用变温干燥工艺，不仅干燥时间可由整杏烘干的72h降到28h，节约能耗，干燥后的杏干色泽金黄，风味浓厚，食用方便。实现了不用硫磺熏蒸也能得到金黄鲜亮的效果。

3.2 哈密瓜

2018年广东农业装备研究所与新疆农业科学院农业机械化研究所合作，首次利用热泵技术烘干哈密瓜。利用热泵烘干哈密瓜，温度和湿度可以精确控制，操作简单方便，密封的烘干环境，避免了污染与霉变的困扰，哈密瓜干干净卫生，同时，有效解决了传统干燥方式中出现的变色变质、开裂、水分不均匀等问题，干燥后的哈密瓜干产品饱满，色泽均匀，风味浓厚。

4 热泵烘干技术存在的问题

热泵烘干技术与其他干燥技术相比，其优越性是显而易见的，但也存在以下问题：

（1）烘干设备一次性投资大，比同类燃煤烘干系统设备相比，投资高30%。

（2）上规模的农产品热泵烘干项目，电力增容面临困难。虽然新疆电价便宜，但是农村基础设施建设欠账多，农产品产地加工还受到电力基础设施的制约。

（3）热泵烘干设备制造行业存在诸多问题。比如：补贴申请困难，国家对烘干设备鉴定严格，要求某款烘干设备型号一定数量的产品稳定运行一段时间达到效果后，才能进行鉴定；大量品牌的不断涌入，导致价格竞争日趋激烈，产品质量参差不齐，严重影响到该行业的健康发展；热泵烘干行业不仅要提供节能环保的热源，更要提供烘干过程系统化解决方案，要针对物料商品化要求及气候特点，研究确定优化干燥工艺，保证品质和烘干效果，目前，许多企业只重视热源，对末端烘房的优化工艺设计重视不够。