紅棗干燥技術(shù)內(nèi)容、趨勢及比較分析,農(nóng)業(yè)機械化論文

紅棗干燥技術(shù)內(nèi)容、趨勢及比較分析,農(nóng)業(yè)機械化論文世界上有棗樹的國家大約有50多個，但都沒構(gòu)成經(jīng)濟栽培。在我們國家除東北三省、青海省外［1］，國內(nèi)其他省市自治區(qū)都有棗樹分布。當(dāng)前，全國棗樹面積186．7萬hm2左右，年產(chǎn)量達447萬t，按13億人口計算，人均鮮棗占有量3．4kg;制干率按60%計算，人均約為2kg。近10年來，新疆南疆地區(qū)棗發(fā)展迅速，面積和產(chǎn)量迅速擴大，經(jīng)營管理技術(shù)水平不斷提高。截至當(dāng)前，我們國家還是世界上產(chǎn)棗大國，棗樹的栽培面積和紅棗的年產(chǎn)量約占全世界的95%以上;且紅棗的種植面積近年不斷上升，產(chǎn)量也逐年增加，在全球棗產(chǎn)量國際市場中占據(jù)主導(dǎo)地位。紅棗含糖量較高，鮮棗含糖量約為19%～44%，干棗含糖量約為50%～87%［2］。每100g棗果肉發(fā)熱量約為1293kJ，與小麥面粉(1427kJ)相接近，并且紅棗含有人體所需要的18種氨基酸。紅棗蛋白主要由氨基酸組成，因而稱為木本糧食和鐵桿莊稼。其富含多種維生素，尤其是Vc含量較高，故鮮棗也被稱為維生素丸之美譽［3］，還富含鐵、鋅、鈣等礦質(zhì)元素。但是，紅棗最大的缺點是放置時間長易爛，運輸時易損傷。在紅棗產(chǎn)品加工方面，干制仍然是當(dāng)前紅棗最為重要的初級加工方式。因而，紅棗的枯燥技術(shù)是紅棗加工經(jīng)過中不可缺少的一個重要環(huán)節(jié)。1紅棗的枯燥技術(shù)枯燥就是從物體中去除水分的操作經(jīng)過，目的是防止其腐爛變質(zhì)，便于儲存。常見枯燥方式方法有兩種［4］:一種是自然枯燥法，是在大氣中進行的枯燥方式方法，俗稱曬干、吹干和晾干。這種方式方法是借太陽的輻射熱量或自然界中的風(fēng)力，使棗中的水分氣化，到達去除水分的目的，不需要人工加熱和排出枯燥介質(zhì)等。此枯燥方式方法的優(yōu)點是簡單方便、成本低廉，晾干后的紅棗色澤比擬鮮艷，果皮皺紋少;但缺點是受自然條件的局限性，枯燥時間較長，其經(jīng)過和枯燥的經(jīng)過很難控制到達要求，產(chǎn)品質(zhì)量較差，十分是維生素C的損失多。二是人工枯燥法［5］。物料(紅棗)枯燥的基本因素是人工制成的機械能、物理化學(xué)能和熱能，與其相適應(yīng)的有機械枯燥法、物理化學(xué)枯燥法和加熱枯燥法，具有枯燥速度快、生產(chǎn)效率高、干制品質(zhì)量較好、物料(紅棗)干凈衛(wèi)生等優(yōu)點。此方式方法的缺點是需要消耗能源，技術(shù)性強，生產(chǎn)成本高。當(dāng)前，大多數(shù)是采用加熱去除水的方式方法，就是借助熱能，通過介質(zhì)以傳導(dǎo)或輻射的方式，作用于物料(紅棗)，使華而不實的水分汽化并排除掉，到達枯燥的目的。我們國家人工枯燥技術(shù)分為熱風(fēng)枯燥技術(shù)、紅外枯燥技術(shù)、微波枯燥技術(shù)及太陽能枯燥技術(shù)。1．1熱風(fēng)枯燥技術(shù)熱風(fēng)枯燥也稱為空氣枯燥法，以加熱管將箱內(nèi)的空氣加熱作為熱源。其主要原理是利用熱源(電)提供熱量，使其枯燥箱溫度升高，把熱量傳到物料紅棗中，讓物料(紅棗)與周圍有溫度差把紅棗內(nèi)部水分蒸發(fā)出來，使水分汽化并且被空氣帶出去，進而到達枯燥的特效［6］。此枯燥方式方法是我們國家應(yīng)用最為普遍的一種枯燥技術(shù)。據(jù)試驗，紅棗烘干比晾曬可提高制干率4%～11%，這是由于烘干經(jīng)過能縮短時間。由于對熱源進行了不斷改良，又構(gòu)成了熱泵枯燥技術(shù)，其具有對污染低、枯燥時間短及耗能低等優(yōu)點。常見的熱風(fēng)枯燥制法有烘房的方式方法、隧道式干制法、傳送帶干制法及通風(fēng)平床干制法。華而不實，主要的設(shè)備是常壓加熱對流式枯燥方式方法中的廂式枯燥機，如此圖1所示。廂式枯燥機的枯燥經(jīng)過是:將紅棗放在物料盤中，熱空氣在紅棗上方飄過，與紅棗進行濕熱交換。物料盤越多，烘干的紅棗數(shù)量就越多，能夠縮短枯燥時間，大大提高效率。該枯燥構(gòu)造由絕緣材料、空氣加熱器、物料盤、可調(diào)節(jié)葉片及風(fēng)機等組成。1．2紅外枯燥技術(shù)紅外枯燥技術(shù)的原理是:基于物質(zhì)構(gòu)成的基本質(zhì)點是電子、原子或分子，這些質(zhì)點即便是處于基態(tài)，都在一直運動著轉(zhuǎn)動或者振動，這種運動都有本身的固有頻率。當(dāng)碰到具有某個頻率的紅外線輻射時，假如被枯燥紅棗中分子運動的固有頻率與紅外線的頻率相接近，就會發(fā)生與振動學(xué)振運動相類似的情況，質(zhì)點就會吸收紅外線并且使運動進一步激化，轉(zhuǎn)換成分子熱運動使其溫度不斷升高，進而到達枯燥紅棗的目的。紅外枯燥的特點［7］:①熱輻射率較高。②熱損失較小。輻射加熱不會存在傳熱界面，遠紅外線直接輻射到被加熱物體的外表，遠紅外線在空氣傳播時損失較小。③加熱速度快，傳熱效率較高。在紅棗的枯燥加工經(jīng)過中，不僅要使產(chǎn)品的色、香、味好，而且要盡最大可能保存紅棗的營養(yǎng)成分;選用其他加熱方式方法時，傳熱速度慢。采用遠紅外線加熱時，讓熱源與紅棗不直接接觸，因而能保證紅棗在不過熱的情況下，提高熱源的溫度。④操作控制簡單容易。遠紅外線同其他的光線一樣，都具有傳播、漫反射等性質(zhì)。⑤具有一定的穿透能力。固然紅外線的穿透能力沒有微波強烈，但也具有穿透能力，即對紅棗內(nèi)部直接加熱的能力。⑥產(chǎn)品質(zhì)量較好。遠紅外線的光子能量比紫外線要小得多，一般情況下只會產(chǎn)生熱效果，不會使紅棗成分產(chǎn)生化學(xué)變質(zhì)。另外［8］，遠紅外加熱的速度比擬快、時間較短，所以紅棗成分熱分解的可能性較低。1．3微波枯燥技術(shù)微波一般情況下是指波長在1mm～1m范圍(頻率為300～300000MHz)的電磁波［9］。微波枯燥的經(jīng)過是內(nèi)部加熱，紅棗的最內(nèi)層首先加熱，最內(nèi)層水分蒸發(fā)由內(nèi)層到外層。此枯燥技術(shù)的原理基于被加熱的介質(zhì)是由很多極性分子組成。在沒有電場的情況下，這些偶極子在介質(zhì)中就會做無規(guī)則的運動;當(dāng)介質(zhì)處于電場作用下，偶極分子就會重新排列。假如改變電場的方向，則偶極子的取向也會相應(yīng)的變化;假如電場迅速不斷改變方向，則偶極子也隨之發(fā)生變化，迅速地擺動。微波加熱系統(tǒng)主要是由微波管、高壓電源、連接波導(dǎo)、加熱器及冷卻系統(tǒng)等幾個部分組成，如此圖2所示。微波枯燥技術(shù)的原理［10］是:由微波加熱系統(tǒng)直流電源提供高壓并轉(zhuǎn)換成微波能量，微波能量通過連接波導(dǎo)傳輸?shù)郊訜崞?，對被加熱物?紅棗)進行加熱。由于分子的熱運功和相鄰分子間的互相作用，偶極子隨著外電場方向的不斷改變而進行有規(guī)則的擺動就會遭到阻礙和干擾，會產(chǎn)生類似摩擦現(xiàn)象的作用，使分子得到能量，以熱的方式表現(xiàn)出來，使介質(zhì)溫度不斷升高。微波枯燥的原理與其他枯燥原理不同:普通枯燥時水分是從外表開場蒸發(fā)，漸漸地向紅棗內(nèi)部擴散，一般需要很高的外部溫度才能到達枯燥效果;而在微波枯燥中，是紅棗內(nèi)部產(chǎn)生熱量，傳質(zhì)推動力主要是紅棗內(nèi)部迅速產(chǎn)生的蒸汽所構(gòu)成的壓力梯度，如此圖3所示。微波枯燥技術(shù)的特點［11］:①加熱速度快。微波不是靠熱傳導(dǎo)，而是通過內(nèi)部加熱，因而能夠讓紅棗內(nèi)部溫度提高很快，所需要的加熱時間很短，一般情況下用常規(guī)方式方法1/10～1/100的時間就能完成此加熱經(jīng)過。②加熱均勻性較好。微波加熱都是采用內(nèi)部加熱，極易到達均勻加熱的目的，避免了一些不均勻現(xiàn)象的發(fā)生。③加熱容易瞬時控制。微波加熱的熱慣性較小，能夠很快發(fā)熱和升溫，容易控制操作，有利于用于自動化流水線使用。④能夠選擇性吸收。微波的吸收與紅棗物質(zhì)的介電系數(shù)有關(guān)，由于水的介電系數(shù)較高，所以這有利于水分的蒸發(fā);而干物質(zhì)吸收的微波能量少，溫度低，不能太熱，且加熱時間短，能夠保持紅棗的香、色、味等。⑤加熱效率較高。由于加熱經(jīng)過中始終加工紅棗本身，基本上不輻射散熱，所以熱效率高，能夠到達80%。同時，微波枯燥也存在一些問題:微波加熱在某種程度上就等同于是內(nèi)熱式的，有一些空氣不被加熱，相當(dāng)于是室溫;被加熱的紅棗外表由于有一定的散熱，其溫度就會比內(nèi)部低，所以在一些高溫下所發(fā)生的化學(xué)反響就不會進行。1．4太陽能枯燥技術(shù)太陽能枯燥就是使紅棗直接吸收太陽熱轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，或者是通過太陽集熱管加熱的空氣進行換熱，使物料(紅棗)外表與其內(nèi)部之間傳熱的經(jīng)過。紅棗內(nèi)部的水分隨著溫度上升而擴散到外表，最終擴散到空氣中。隨著溫度升高，紅棗內(nèi)部的水分漸漸減少，直到到達安全水分及枯燥的要求。太陽能枯燥［12］通常是把空氣作為枯燥介質(zhì)，充分利用太陽能，能夠有效提升枯燥的溫度，大大縮短枯燥時間，解決了大量紅棗被腐爛等問題。圖4所示為太陽能枯燥紅棗設(shè)備的構(gòu)造簡圖。華而不實，烘干系統(tǒng)［13］由物料盤、風(fēng)機及枯燥室等構(gòu)成;供電系統(tǒng)由太陽能集熱管、電熱裝置和導(dǎo)風(fēng)管道構(gòu)成。紅棗與熱量進行交換的前期，紅棗外表的水分被蒸發(fā)帶到空氣中去，此經(jīng)過是外擴散經(jīng)過。在這個經(jīng)過中，枯燥速率主要由紅棗本身的溫度及空氣的流動速度等因素所決定。而在枯燥的中后期，紅棗的水分是由內(nèi)部向外部擴散的經(jīng)過，最終散發(fā)到空氣中，此經(jīng)過稱之為內(nèi)擴散經(jīng)過。在這個經(jīng)過中，枯燥速率主要與紅棗的溫度和本身性質(zhì)等有關(guān)。當(dāng)前，我們國家太陽能枯燥裝置采光面多數(shù)是200m2下面的中小型，已經(jīng)知道的最大的太陽能枯燥裝置采光板是650m2的臘味枯燥裝置。例如［14］，山西省秸山縣充分利用太陽能枯燥紅棗，枯燥速度比之前快了3倍多，枯燥時的腐爛紅棗率明顯下降，由原來的10%～20%下降為2%～3%。干棗的外形較好，質(zhì)量有所提升。太陽能枯燥與自然曬晾相比擬最大的優(yōu)勢:①能夠大幅度縮短枯燥時間和提高紅棗產(chǎn)品的質(zhì)量。②太陽能枯燥的紅棗比自然枯燥的紅棗便于貯藏，其原因是太陽能枯燥室內(nèi)有較高的溫度。③紅棗的含糖量有明顯提升。2紅棗枯燥技術(shù)的發(fā)展趨勢我們國家是農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)副產(chǎn)品豐富，十分是在西部地區(qū)新疆。為了鼓勵和促進當(dāng)?shù)亟?jīng)濟的快速發(fā)展，最近幾年紅棗枯燥技術(shù)及產(chǎn)品加工發(fā)展較快。隨著人們對紅棗營養(yǎng)價值了解的不斷深切進入［15］，對紅棗的枯燥技術(shù)要求也有較大提升。對于紅棗的枯燥，今后著重考慮下面幾個方面:1)當(dāng)前，經(jīng)過幾代科技人員多年的努力，標(biāo)志著枯燥技術(shù)發(fā)展水平的理論基礎(chǔ)研究，逐步縮短了與其他國家先進技術(shù)的差距，能夠利用當(dāng)下可行的技術(shù)進行紅棗枯燥控制。2)隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展［16］，紅棗枯燥技術(shù)將朝著自動化、智能化、程序化等方向發(fā)展;同時，數(shù)學(xué)模擬、計算機輔助設(shè)計、枯燥專家軟件系統(tǒng)、計算機控制的施行及應(yīng)用將我們國家的枯燥技術(shù)推向了一個更高層次的水平。3)整個枯燥經(jīng)過將會由計算機控制，能夠有效地進行動態(tài)預(yù)測、模擬及操作管理，進而到達枯燥的預(yù)期效果。3紅棗枯燥技術(shù)的比照與分析通過熱風(fēng)枯燥、紅外枯燥、微波枯燥及太陽能枯燥技術(shù)的比照會發(fā)現(xiàn)，每種枯燥技術(shù)都存在優(yōu)缺點，如表1所示。枯燥操作技術(shù)是一個很復(fù)雜的經(jīng)過，很多問題不能只靠理論，需要借助豐富的經(jīng)歷體驗才能解決。在不斷完善各種枯燥技術(shù)方式方法和設(shè)備的同時，根據(jù)紅棗的特點，將2種或2種以上的枯燥方式方法互相彌補，分開枯燥或者同時進行組合式枯燥成為發(fā)展的趨勢。王俊等［19］(1999)應(yīng)用紅外與微波組合枯燥桃，討論了各參數(shù)對枯燥速率、電耗和枯燥質(zhì)量的影響，并獲得了較好的參數(shù)組合。徐貴力等(2001)在分析現(xiàn)有的物料枯燥設(shè)備及其存在問題的基礎(chǔ)上，進行了現(xiàn)有枯燥方式方法的同條件比照試驗。采用組合式枯燥方式方法，不僅可使物料枯燥時間縮短和能耗降低，而且提高了物料干制品的優(yōu)等率。4結(jié)論隨著人們物質(zhì)生活水平的不斷提高，飲食構(gòu)造需求也不斷改善。由于紅棗種植面積不斷增加，因而必須廣泛推廣紅棗枯燥技術(shù)，提高紅棗枯燥的規(guī)模化和高效加工能力，以便提升市場的競爭力。當(dāng)前，我們國家廣泛使用的自然枯燥、熱風(fēng)枯燥等均不能保證紅棗的品色、貨架期及營養(yǎng)價值，而采用組合式枯燥技術(shù)［20］，不僅能夠改善產(chǎn)品質(zhì)量，而且能提高枯燥速率。因而，集各種枯燥方式的優(yōu)點一體的多功能組合式枯燥技術(shù)室將來發(fā)展趨勢。以下為參考文獻:［1］魯周民，王長柱，高文海，等．紅棗優(yōu)質(zhì)栽培與貯藏加工技術(shù)問答［M］．楊凌:西北農(nóng)林科技大學(xué)出版社，2018:4－6．［2］王立新，梁文杰，陳功楷，等．棗高效益生產(chǎn)技術(shù)［M］．北京:中國農(nóng)業(yè)出版社，2020:239．［3］李素榮，張春素，左清明．紅棗果中珍品［M］．北京:中國農(nóng)業(yè)出版社，2018:101－102．［4］趙晉府．食品工藝學(xué)［M］．北京:中國輕工業(yè)出版社，1999:52－63．［5］鄭先哲，汪春，賈富國．農(nóng)產(chǎn)品枯燥原理與技術(shù)［M］．北京:中國輕工業(yè)出版社，2018．［6］陳錦屏．紅棗烘干技術(shù)［M］．西安:陜西科學(xué)技術(shù)出版社，2000．［7］金逢錫，廣瑞．紅外輻射線枯燥谷物機理［J］．紅外技術(shù)，2005，27(1):4－6．［8］孫中偉．紅外枯燥技術(shù)進展［J］．南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報，1997，