0 引言
近年来,随着新疆特色林果业的迅速发展,红枣的种植面积不断扩大,产量逐年上升.其中,用于鲜食的红枣只占产量的 10% .由于鲜枣皮薄多汁、含糖量高,贮藏过程中易浆烂,导致发霉变质,给果农带来了严重的经济损失,制约了我国红枣产业化的发展.
及时地进行干制,可以减少腐烂、裂口、损伤和污染,提高红枣等级,增加果农的经济效益.因此,红枣干制仍然是目前红枣最主要的初级加工方式[1].为此,介绍了红枣的几种干燥机型及其工作原理、结构特点、技术研究现状,同时指出了红枣干燥机未来的发展趋势.
1 红枣机械化干燥的作用
1) 红枣果实的正常生长至采收期一般在 8 - 10月,若遇阴雨天气,枣果霉腐,浆烂损失相当严重.红枣的机械化干燥可不受天气和环境的限制,在红枣的最佳收获期内收获,减少了在采摘、贮藏、运输等各环节中造成机械损伤,提高了红枣的产值.
2) 采用科学的红枣干燥技术,在干燥过程中不仅要保证水分、营养等内在指标,还需满足色泽、外观等外在品质的要求.干燥后的红枣,按照红枣的等级不同,售价可达 50 ~ 130 元/kg.经过再加工,可制成枣精、枣粉、枣色素、枣糖色等其他红枣加工品.同时,延长了果品货架期,提高了果品品质、商品率和附加值,增加了红枣产业的经济和社会效益.
3) 自然晾晒通常暴晒于户外,干燥条件不可控,对天气的依赖程度高,一般需要 25 ~ 30 天,红枣品质得不到保证,主要表现为: 红枣浆烂与风沙、鸟虫的污染.另外,自然晾晒需要较多的人工为其翻晒、集散、防雨等,需配备一定的工具,农民劳动强度加大,果实的营养成分流失严重.随着我国林果产后产业的发展以及红枣种植面积与红枣产量的上升,为了提高红枣的规模化高效加工能力,必须大力推广普及红枣机械化干燥.
2 红枣干燥设备的现状
目前,用于红枣的干燥设备种类较多,按干燥设备的结构主要有脉动式干燥机、回转笼干燥机、隧道式干燥机和气流干燥机等.随着干燥技术和设备的发展,研究人员也对太阳能、微波、红外、组合式干燥等其他红枣干燥方式进行了研究.
2. 1 脉动式干燥机
山西省机电设计研究院( 梁秀春等[2]) 研制了一种以煤做为燃料的脉动式连续干燥机,如图 1 所示.
烘干炉主机由链条、链板及链轮装置构成,链轮在棘轮机构的带动下做连续的脉动,链板在间断的导轨上靠自重由水平变成垂直,枣随之翻入下一层的链板上,依次翻转直到倒入出料斗.该机实现了红枣在干燥过程中的自动翻转运动,使红枣干燥均匀,解决了烘房烘干室人工倒盘的问题,降低了农民劳动强度.
2. 2 回转笼式干燥机
生产建设兵团农十三( 严积业[3]) 设计的一种回转笼式红枣制干机,使用电热丝作为热源,加热烘干笼内空气温度.干燥过程中,烘干笼在电动机的带动下缓慢旋转,使红枣的方向和位置不断改变,使其干燥均匀; 通过调节吊环上的拉绳,提升进出口的高度,从而控制物料的进出情况.该设备实现了红枣的自动翻动,降低了人工劳动强度,采用电加热空气的方式减少了对环境的污染,如图 2 所示.
2. 3 隧道式干燥机
武汉工业学院食品科学与工程学院 ( 谢宜超等[4]) 对 GZSH 型红枣烘干机的结构和原理进行了阐述.其采用动力机构拉车,通过独特的风网系统、温湿度传感器和电动阀门实现了分段控温和自动排湿;采用正反转风机和风阀实现了气流换向,设置时间间隔自动换向,可实现连续式烘干和分批式烘干,如图 3所示.通过与土烘房、彩钢烘房、多层带式烘干机的技术参数进行对比表明,该设备可以提高红枣的烘干效率,降低能耗,解决烘房占地面积大、干制不均匀以及多层网带式烘干机的表皮损伤严重、燃煤损耗大等问题.
2. 4 太阳能干燥设备
河南省科学院能源研究所( 高林朝等[5]) 采用太阳墙集热器加热空气,研制了一套太阳能与辅助热源互补的太阳能干燥装置( 见图 4) ,主要由太阳墙空气集热器系统、干燥室和预干室、辅助热源、调节阀和控制仪等组成.集热器由无盖板多孔吸热体组成,表面涂有选择性吸收层,可直接吸收太阳辐射能并转换成热能; 通过控制蒸汽阀门组,开启辅助热源,以满足不同干燥阶段的供热要求.利用该装置进行太阳能干燥红枣试验表明,枣色的变化分为加热期、变红期和定色期.此设备采用预干燥与干燥两步作业工艺,有效利用了废气余热.
新疆农业大学( 李峰等[6 - 7]) 研制的整体式太阳能干燥装置,把集热器与干燥箱组装在一起形成一个整体,以电能为辅助能源,集热器方位角和仰角随太阳辐射方位变化而可调,大大提高了太阳能的利用率; 顶置集热器循环加热干燥箱内空气,实现了干燥余热的循环再利用,最大限度地利用太阳能,节约常规能源.
2. 5 气流冲击式转筒干燥机
中国农业大学( 高振江[8]) 结合气体射流冲击干燥传热系数高和转筒干燥生产能力大的特点,设计了一种气流冲击式转筒干燥机,如图 5 所示.该机将一定压力、温度的空气由滚筒中心部位的气流主管进入多排分支喷管,近似垂直地喷射到物料层,同时滚筒转动使其受热均匀.王丽红等[9]设计的脉动式气体射流冲击干燥机进一步解决了气流冲击式转筒干燥机中由于喷嘴位置固定所造成的干燥不均匀和喷嘴不可更换的问题.通过对圣女果、杏子、葡萄、辣椒等干燥特性的研究,发现气体射流冲击干燥的整个干燥过程属于降速干燥,风温和风速对干燥速率均有影响,并且风温对其影响比风速更为显着.
2. 6 微波热风联合红枣烘干机
塔里木大学( 李述刚等[15]) 根据微波加热干燥和热风加热干燥所具有的特点,设计了一种微波热风联合红枣烘干机,如图 6 所示.鲜枣先进入装有微波发射装置和湿度控制装置的烘干箱,通过微波烘干箱内设置的输送带进入热风烘干箱,热风烘干箱中部内设有振动输送筛; 换热器的排风管通过电热管、进气管与热风烘干箱进风口相连通,热风烘干箱顶部的排气管与换热器相连接,实现了热风循环利用.
3 红枣干燥设备存在的问题
1) 由于红枣干燥理论基础比较薄弱,而且干燥过程大部分采用谷物的通用干燥机,因而造成红枣品质降低、表皮破裂现象严重; 主要凭设计者的经验进行干燥设备和工艺的设计,因此无法保证干燥设备的性能和质量; 关键部件加工精度不高,设备制造质量差,导致结构布置不到位,无法达到设备技术指标,不仅无法保证干燥机的使用寿命和可靠性,也增加了设备的后期维修费用.
2) 红枣水分的自动控制是干燥自动控制系统的难点,常规的控制方法主要是利用温湿度传感器测定排口物料实际水分含量,与给定的水分含量进行比较,将差值反馈给计算机.虽然具有简便、易操作的优点,但由于现有的在线湿度传感器的准确率低,大大影响了自控系统的实际效果.自动化控制水平较低( 尤其是及时控制) ,导致干燥后的红枣水分含量不均匀度大,无法满足储藏的要求.
3) 红枣是一种直接食用的农产品,而大部分干燥设备都是通过燃煤、燃油来提供热源,很难保证物料不受污染.机械燃煤炉和热交换器组合获得的热源虽然环保,但是存在效率低、成本高、可靠性差等问题; 而其他干燥方式处于干燥特性、干燥机理、薄层干燥等理论研究试验阶段,尚未投入大批量的实际生产当中.
4 红枣干燥设备研究的发展趋势
1) 物料特性的研究是不仅是干燥特性研究的基础,也是干燥过程研究的基础.因此,必须深入研究红枣干燥过程中的传热系数和传热机理、流体动力学、营养变化等,研制适合红枣的专用干燥设备.只有对物料特性参数、干燥工艺进行详细的研究,才能设计出更合理的干燥设备.
2) 应用组合干燥方式,开展关键部件和干燥性能关系的研究,进行结构参数的优化设计.在吸收国内外一切先进干燥技术的基础上,开发新型干燥设备,在降低成本、提高效率、改进制造工艺等方面有所创新,如微波与热风干燥组合、红外与热风干燥组合、太远能与热泵干燥的联合使用等.根据干燥技术特点的不同,对物料分阶段干燥,以达到充分利用热能和提高产品质量的目的.
3) 应朝着智能化、自动化等方向发展.由于红枣干燥过程的复杂性、时变性和非线性,需研究开发红枣干燥设备自动控制系统,将干燥技术与控制技术相结合,提高检测和控制水平,有效地进行动态预测,降低劳动强度,实现红枣干燥品质的在线检测.
4) 干燥一直以来是一项高能耗作业.干燥设备应沿着提高能源利用率、减少环境污染等方向发展.回收干燥设备余热,降低热能消耗,利用废气部分循环、废气的潜热与显热回收及干燥产品的显热回收,提高热能的利用率.充分利用太阳能清洁、可再生的优势,与其他干燥方式相结合,实现节能降耗、低污染的可持续发展道路,逐步减少一次能源的消耗.
5 结语
红枣干燥是延长红枣产业链、提高红枣价值的重要途径.虽然近年来我国红枣干燥设备取得了一定的发展,但仍然存在一些的问题.因此,在研制生产高质量、高技术含量的红枣干燥机械时,需深入研究红枣的干燥工艺,提高干燥设备的加工水平,开发干燥设备自动化控制系统,开展干燥过程的模拟研究,运用计算机辅助设计、数学模拟、干燥专家软件系统、计算机控制的应用将红枣干燥技术推向了一个新的水平.
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