食用菌恒温热循环烘干设备的开发与应用

黄光日

（南宁学院，广西 南宁 530200）

0 引言

传统人工烘干方式生产的干货食用菌不仅品质较差，还会浪费大量的人力物力，十分不利于食用菌产业的持续化发展。社会各界对现代化、智能化食用菌烘干设备的需求急剧增长，相关人员对食用菌烘干设备的研究、设计与开发力度逐渐增加。现就对一种食用菌恒温热循环烘干设备的开发与应用进行详细的探讨[1]。

1 项目所在学科和技术领域的研究现状、水平和趋势分析

1.1 产业背景

由于人工烘干食品存在的不足，越来越多的人开始思考以机器代替人工烘干食品。随着时代的发展与变化，机器烘干食品已经成为可能，并在世界范围内得到了广泛的应用与推广。在相当长的一段时间内，我国农产品的主要加工形式为简单的烘干加工，我国的食品烘干产业较为薄弱，特别是食用菌的烘干加工，这不仅严重制约了我国食用菌消费市场的进一步开拓，还限制了我国食用菌产业的可持续发展。“十二五”期间我国提出了“发展精加工、深加工，增加食用菌产品的附加值”。随着现代科学技术的发展与进步，食用菌的烘干、加工技术得到了巨大的发展。我国现阶段的食品干制加工方法主要有晒干、烘干、冰干等方式。相较于其他发达国家，我国食用加工企业的发展规模较小，经营较为分散，品牌知名度较低，生产经营成本较高，产品质量时高时低，市场核心竞争力较弱，主要表现为生产加工设备自动化、智能化程度较低，食品生产标准不完善，烘干加工方式较为原始、老旧，烘干设备的数量、标准、水平、范围无法满足我国国内与出口的需求。此外，我国食品烘干机的技术较为落后，对国外先进技术的依靠程度较高。我国最早出现的食品烘干机大多都是进口的，国产的食品烘干机也都大多采取国外技术。

1.2 研究现状

现阶段我国的烘干设备生产企业尚未形成规模，市场竞争较为激烈，自主开发、设计设备的企业较少，企业之间大多都是相互模仿以推出新产品。

市场现有的普通烘干设备，是基于电阻丝发热的简单烘干原理，把薄片状或线状的高熔点金属做成舟箔或丝状的蒸发源，（在坩埚上）装上蒸镀材料，以蒸发源加热蒸镀材料使其蒸发。普通的工业烘干形式不讲究节能环保，发热电阻加热后的热风经过烘干室内后，直接排到空气中，没有循环再利用的重吸收能量系统，对电能资源造成了不必要的浪费。况且产业化的烘干设备为加快产能效率基本都是连续长时间运行的，如果在能耗方面减少，将会降低加工成本，加大商家的盈利区间[2]。

1.3 发展趋势

“十二五”期间，我国提出了“高效、节能、绿色、环保”和“大型干燥装备国产化”，以国家的宏观调控与市场的自主调节来完善烘干设备行业的生产评价机制，全面、有效整合烘干机生产企业，提升烘干机生产企业的市场竞争力，促进其有序、稳定发展与行业的可持续发展。相关学者认为我国烘干机的未来发展方向为：第一，规模化发展，即产品向大中型发展、行业向集成化发展；第二，行业细分，即根据烘干食品、经济作物、花卉、中药材等不同需求将设备分为不同类型，提升设备的专业化与特色化程度；第三，重点关注固定式和移动式烘干设备的发展。预计将用于食用菌烘干的5t/h以下的小型烘干设备的需求量为上万台，用于化工烘干的设备需求量达到5000台，用于中药材烘干的设备需求量达到6000台，用于农林土特产烘干的设备需求量达到8000台，用于轻工烘干的设备需求量达到6000台。越来越多的行业人员与专家学者对其的关注程度逐渐提升以获取最大化的经济效益。在野生珍贵食用菌产业领域，这种专用烘干技术及其设备在我国基本处于空白状态，落后于国外技术水平。

2 项目研究方案

2.1 研究目标、研究内容

2.1.1 研究目标

详细研究恒温热循环设备的恒温、热循环、节能系统，可干燥食用菌的种类及该系统的设计、工作模式与烘干工艺。

2.1.2 研究内容

本项目借助理论与实验相结合的研究方法，详细研究了新型恒温热循环烘干房的设计模式、系统结构、工作模式、烘干工艺等。

具体内容如下：

（1）针对不同食用菌种类的温度湿度设定了其相对应的工作模式，并对恒温热循环烘干机中的主要设备器材的选型进行推荐。

（2）采用LabVIEW中的PID、模糊和模糊PID控制分别对温度的恒定进行相应的控制编程，在Fuzzy-PID的系统温度调节中，最大限度地控制与减少输出温度的误差，得出温度曲线特性。

（3）建立数据模型。借助CFD软件模拟计算烘房内的气流，同时借助实验科学合理地布置设备内的气流组织，确保设备内食用菌受热均匀，切实提升设备的烘干成效。

（4）不同食用菌的品质是不同的，这就要求在进行实验时要根据不同的食用菌的种类及其品质要求选择不同的烘干参数，探究参数对食用菌烘干品质的影响，优化烘干机的烘干工艺，实时控制、调节各个烘干阶段的温度、湿度，进而有效确保和提升食用菌烘干的品质。

2.2 研究方法、实验方案

2.2.1 拟采取的研究方法

（1）信息采集。走访用户，一线调查农户的需求。采集基本参数数据最初样本。结合食用菌烘干市场发展，收集相关数据，通过市场调查，使产品满足市场需求。借助校园图书馆与互联网浏览国内外相关的文献资料（学术期刊、硕博论文、网络图文等），并对其进行全面、系统的整理、分析与总结，根据课题的研究内容与研究要求，全面正确地构建课题的框架结构。

（2）模式模拟。热泵型烘干房主要由四个子系统组成，各个子系统之间的有效配合为不同工作模式的达成与烘干房的稳定可靠运行奠定了坚实的基础。一般而言，烘干房的主要工作模式为：基本循环工作模式；恒温能量调控模式；热风循环调节模式；除湿模式；电子辅助热能量调节。

（3）实验调试。本课题中温度传感器信号采集电路，加热系统、风系统的调节电路控制等模块的程序编写，需进行多次实验测试，以制作出运行稳定可靠的控制模块。

2.2.2 实验方案

2019.07-2019.12 恒温控制系统设计与制作。

2019.07-2019.12 热风循环系统的设计与制作。

2019.07-2019.12 控制系统与显示系统设计与制作。

2020.01-2020.10 食用菌热循环恒温烘干装置总装与调试。

2.3 可行性分析

（1）校园图书馆为开展课题研究要进行的调研和资料收集提供了充分的资源，为课题负责人顺利完成本课题研究提供了支持。

（2）我校机电实验室提供了硬件设备。制作传感器模块、编写控制模块程序、系统调试等均在校内完成。

（3）课题负责人的科研及组织能力较强，电气、电子控制设计制作的经验较为丰富，主要成员都具备较强的科研能力和工程应用能力；部分人员还曾组织过多项科研项目。综上所述，课题负责人和主要成员有能力完成本课题的研究，课题负责人和主要成员所在部门对课题的完成提供了充分的硬件资源和软件支持，课题的完成有保证[3]。

2.4 预期的研究成果及成果形式

2.4.1 预期的研究成果

预期将发表食用菌烘干设备研究论文1篇，专利1项。

2.4.2 社会效益和影响

装置的开发将为中小型产量的农户提供最优食用菌烘干模式，增加农户种植食用菌的信心和种植规模。

随着食用菌发展支撑体系的不断完善与其产业支持效用的发挥，我国的食用菌产业得到了快速的发展，规模、产量、效益、品质等方面的进步较为显著，其所产生的经济效益巨大。我国是食用菌第一生产大国，其在2014年的产值就已经是仅次于粮、菜、果、油的第五大类作物了，已经成为农业经济的重要组成部分。现阶段，我国食用菌产品（香菇、平菇、金针菇、花菇等）产量位于世界第一。我国食用菌产量占全球总产量的比重从5.7%发展至90%多。而这其中干菇的生产、销售是重要内容之一，越来越多的专家学者开始思考如何改进烘干设备提升食用菌生产效益，烘干设备的研究、开发与设计对食用菌产业的规模化、持续化发展具有十分重要的作用。

3 结语

本设备用于食用菌的干制处理烘干加工方面，通过烘干，促进食用菌的销售。作为生鲜农产品的食用菌，当其市场价格较高时可以直接销售，当市场价格较低时往往都是对其进行烘干加工，待价格较高时再进行错季销售。以红菇的鲜菇与干菇的销售为例，9斤新鲜的红菇可以烘干为1斤干菇，鲜菇25元一斤、干菇400元一斤，每生产一斤干菇就可实现175元左右的增收，这有效增加了产品的附加值与经济效益。目前，食用菌农户及其合作社不仅借助农贸市场等传统销售平台与阿里巴巴等线上销售平台来销售干品，还走出国门远销海外。本设备不仅可应用在食用菌的烘干方面，因设备的温度精准、恒定、可控，还可以应用在茶叶的烘干及其提香工艺上。中小型作坊以及个体农户也能使用。其既能决定茶叶的品质与价格，也能增加茶农的收入。对于中药材的烘干，本设备精准、恒定的温度控制以及恒定的风速环境，可满足不同的中药材所需要的恒温加工。此外，本设备还可用于果蔬制品的烘干，相比于传统的果蔬烘干设备，本设备有着更高效、能耗更低的优势。综上所述，本设备具有较高的推广与应用价值。