果蔬干燥设备特性分析和试验研究

吴 煜，黄盛杰

（1.江苏沃得高新农业装备有限公司，江苏 镇江 212000；2.江苏省农业机械试验鉴定站，江苏 南京 210017）

1 果蔬干燥处理现状

对于果蔬的干燥处理早期通过日晒进行，除受气候因素影响较大外，在开放式曝晒的过程中，受蚊蝇叮咬及粉尘影响，卫生状况也不佳，且需投入较多人力，人工成本高。若采用滚筒式干燥，干燥速度慢，干燥效果不佳，干燥果蔬无法长期保存，易造成损失且影响人体健康，而采用电加热烘干或以化石燃料为热源，干燥能耗成本较高，其中化石燃料燃烧后的气体还会污染果蔬。

近年来，出现了配套生物质烘干设备，其使用清洁能源，利用干净热风搭配筛盘方式，取代传统曝晒或使用化石燃料的滚筒式烘干机，可以大幅提高干燥效率与质量，确保果蔬干燥后的色泽及口感，且能保证干净卫生，大幅降低干燥成本与人力需求，增加农民收入，同时让消费者享用到干净、卫生的干燥果蔬。该烘干方式适用范围广、使用性能可靠，很有发展潜力。

2 干燥方法

水分干燥分为冷冻干燥与热能烘干共两种方式，热能烘干主要通过热传导、热对流及热辐射，借由热能转化去除水分。

2.1 热传导除水

在热传导干燥过程中，随着干燥物料温度不断提高，容器加热至干燥物质间的温差减小，传热效果减弱，干燥速率下降。该方式的主要缺点在于，为提升干燥速度，只能不断提高干燥温度，而超过一定的干燥温度将造成农产品品质下降。

采用热传导干燥方式的主要有传统日晒、滚筒干燥机、搅拌干燥机。作为传统烘干方式，其干燥效率低、干燥质量差。为解决干燥效率问题，逐渐开发出利用微真空环境的真空滚筒干燥机，该设备制造和使用成本较高，安全性也需特别注意。

2.2 热对流除水

热对流传递效率高且在干燥过程中较为稳定，其干燥速度取决于热对流温度与干燥物质内部水分转移的速度。在热对流干燥过程中，让热介质通过或穿过干燥物料表面，利用热介质的除湿能力将物料表面水分带走，同时透过热介质加热物料形成水分梯度，逐渐将干燥物质内部水分抽离。

热对流干燥方式优点明显，热风温度不需要太高就具有很好的除湿能力，干燥物料不会因高温导致颜色、口感变化，干燥前后成色差异不大，可干燥出较高品质的农产品。

3 果蔬干燥机工作原理和主要类型

果蔬干燥的目的是降低果蔬的水分，主要影响机制是果蔬内部的水分移动速度。水分移动速度受诸多因素影响，比如加热温度、热介质接触方式、果蔬干燥前处理方式等。为确保果蔬色泽与口感，热风温度须保持在一定界限之下，否则大部分果蔬会因温度过高，造成焦化，导致色泽与口感的转变，甚至发生质变；热介质接触方式直接影响烘干速度与效率，过长的烘干时间无法保证果蔬的新鲜度。因此，要保证果蔬干燥前后形状、色泽及口感不变，可采用低温干燥，减少因高温焦化破坏果蔬；同时为确保果蔬新鲜度与成色，应采用热对流方式穿过干燥物料，避免干燥物堆叠或翻搅。

综上所述，在设计果蔬烘干机时应考虑：避免使用机械搅拌或搅动并避免堆叠；使用低温干燥，确保果蔬色泽及口感；使用平行流+ 穿透流所组成的混合流穿过果蔬，以确保干燥速度与均匀干燥。

3.1 滚筒式干燥机

滚筒干燥机（如图1 所示）采用的是早期主流的烘干方式，利用表面光滑的金属圆筒作为加热转筒，蒸气或热水加热转筒外壳，将热量通过热传导方式进入烘干物料，再借由滚筒滚动的搅拌翻炒方式确保干燥均匀性。

图1 滚筒式干燥机

此种方式需要使用较高的烘干温度与机械翻搅，且干燥时间较长，烘干后果蔬无法维持原有形状、色泽及口感，导致果蔬新鲜度不足，影响品质。

3.2 网筛式果蔬烘干机

网筛式果蔬烘干机（如图2 所示）采用目前相对先进、高质节能的烘干工艺，利用干净热风经送风机及风道通过烘干室，以间接低温加热方式将果蔬的水分抽离。

图2 网筛式果蔬烘干机

干燥过程使用低温，果蔬不会因为高温变质及改变颜色；热风通过特殊设计的风道，以平行流+ 穿透流所形成的混合对流干燥方式，保证果蔬干燥的均匀度，提升干燥速率，确保果蔬新鲜度和均匀度。待烘干果蔬放置在烘干机内部，不会受到外界尘土、杂物污染，也不会有蚊蝇叮咬以及空气中的异味改变果蔬风味，避免造成烘干物料的二次污染；搭配使用生物质热风炉的果蔬烘干机（如图3 所示），不仅可以降低烘干成本，还可解决农村废弃物综合利用问题。

图3 生物质果蔬烘干机

4 实测试验与结果分析

4.1 果蔬烘干机试验条件与方法

将腌渍后的甘蓝菜均匀放入筛盘，使用间接干净热风，60 ℃干燥至目标水分。搭配精确的控温系统，智能化的一键式操作，开机设置好设备的运行温度之后，只要待烘干工艺完成即可出料。

4.2 试验结果

评价果蔬烘干机的烘干工艺，由干燥去水量、干燥速度与烘干后质量来判定，具体如表1 所示。

4.3 结果分析

从表1 干燥结果分析，总耗能415 800 kcal，降水量31.775 kg/h，耗能817.9 kcal/kg，对比一般平均去除1 kg 水分耗能1 161 kcal/kg，较为节能。对比烘干前后其主要差异仅在于物料体积缩小；外型因无堆积与翻搅，没有明显差异；色泽部分仅叶面略有差异，其他没有明显差异。

表1 果蔬烘干工艺测定结果

根据多次试验，搭配回风门的设计（如图4 所示），可以大幅减少能量消耗，再搭配生物质热风炉供应干燥所需热能，可进一步大幅减少干燥所需成本。

图4 回风门开度与耗能关系

4.4 使用不同燃料的烘干成本分析比较

经过查询各燃料热值和热效率，对比烘干成本，结果如表2 所示。

表2 去除1 kg 水分使用不同燃料的成本分析比较

4.5 试验总结

在试验过程中，烘干状况还受诸多因素影响，如干燥物种类、大气温度及湿度等。使用网筛式果蔬烘干机，可以根据干燥物料的不同，采取精确控制热风温度，烘干工艺最佳，不仅干燥速度快、能耗低，而且烘干后色泽跟口感亦较佳，最大程度保证了果蔬烘干后的形状、色泽、口味，确保烘干后的安全卫生洁净以及新鲜度，避免使用传统高温烘干方式脱水，导致出现果蔬香味挥发损失、色泽暗哑黑黄、营养物质被破坏等现象。除甘蓝菜等菜叶类农产品外，还适用于萝卜、竹笋、食用菌、土豆、洋葱等茎块类蔬菜的干燥，同时，对经济作物如金银花、金莲花、菊花、玫瑰花等花卉，黄芩、丹参、人参、党参、当归、生地、熟地、白朮、茯苓、红枣、枸杞、陈皮、山楂等中药材，都可获得很好的干燥品质和成色，不仅确保烘干后的农产品的安全营养、卫生洁净，经济效益也很可观。