太陽能—紅外聯合干燥葡萄的探討

李建軍

摘 要：文章回顧了吐魯番葡萄獨特的生長環境和產業地位，簡述了葡萄干燥的不同方法、干燥特點以及聯合干燥方法的優勢和前景，指出了太陽能干燥和遠紅外干燥具有節約能源、速度快、品質高的優點，提出太陽能-紅外可聯合中草藥和其他農副產品，得出太陽能-紅外聯合干燥葡萄是可行的，由于太陽能的可再生性，紅外干燥也具有節能的特點，兩者聯合干燥葡萄發展前景廣闊。目前，太陽能-紅外干燥仍處于研究階段，近年研究較少，突破不大，一直沒達到產業化應用，隨著能源的緊缺，太陽能-紅外應用會快速發展。

關鍵詞：太陽能；紅外；干燥技術；葡萄；品質

中圖分類號：S609 文獻標志碼：A 論文編號：2013-0929

Solar-Infrared Investigate of Joint Dried Grapes

Li Jianjun

（Mechanical the Electrification Engineering College Tarim University， Alar 843300， Xinjiang， China）

Abstract： The article reviewed the unique Turpan grape growing environment and industry position， outlined the different methods of grape drying， drying characteristics and the advantages and prospects of joint drying method， pointed out that solar drying and infrared drying were saving energy， fast， high-quality the advantages， proposed that solar energy-infrared could be combined with herbs and other agricultural products， derived solar-infrared drying grapes was feasible， dued to the solar renewable， infrared drying also had energy-saving features， combination of both dried grapes had broad development prospects. At present， solar energy-infrared drying was still in the research stage， a few studies in recent years， a breakthrough was not， had not reached the industrial application， with the energy shortage， solar energy-infrared applications would be rapid development.

Key words： Solar； Infrared； Drying Technology； Grapes； Quality

0 引言

馳名中外的吐魯番葡萄作為新疆地區特色水果，已成為新疆經濟發展的支柱產業。由于新疆干旱少雨，目前的葡萄干燥主要還是傳統自然風干方式，在追求品質第一的今天，傳統方法干燥時間長、效率低、產品綠級品率低以及灰塵附著多等問題凸顯出來。故自然、熱風干燥在葡萄工業中的應用受到限制，因此葡萄干燥新技術的研究已成為農業產后加工技術發展的重點。隨著基于真空、太陽能、氣流沖擊、紅外、微波等干燥技術在干燥其他農產品取得的成果，為了提高葡萄的干燥品質，將各種干燥方法相互結合、取長補短，已經成為今后干燥葡萄等農產品的重點研究方向。這對于研究葡萄的傳熱傳質規律和品質變化規律，建立葡萄深層干燥數學模型及干燥品質模型具有十分重要的理論和實踐意義。

1 葡萄干燥方法

吐魯番葡萄是新疆的特色水果，其優良的品質和深加工問題引起了研究人員的廣泛關注。

1.1 預處理法

研究人員研究了3種亞硫酸鹽和葡萄快干劑[1]在自然干燥和30℃、50℃人工干燥條件下對抑制無核白葡萄果粒褐變的作用，得出亞硫酸鹽具有防止葡萄褐變的作用。資料表明采用4種不同的預處理劑對葡萄干制動力學的影響進行研究[4]，結果發現在93℃時葡萄經0.5%的NaOH溶液處理5 s，干制時間最短，葡萄干品質也較好。

1.2 微波及其聯合干燥技術法

采用微波預處理方法對無核白葡萄干制試驗，結果表明將化學促干劑與微波處理相結合[2]，然后再自然干制，可將葡萄干制速度提高近2倍；而微波真空技術[3]在無核葡萄干制中的應用后，縮短了干制周期，同時使褐變得到有效控制；采用同樣的技術對葡萄脫水干燥[6]，結果表明葡萄的外觀好，同時縮短了干燥時間，產品經過測試，其內部的各維生素損失少，保留的指標較高。

1.3 氣流沖擊法

用氣體射流沖擊[8]干燥無核紫葡萄及品質分析，對無核紫葡萄干燥工藝和干燥品質進行研究，得出恒速段干燥速率明顯增加，干燥時間縮短，而降速段干燥速率提高不明顯，不同條件下干燥速率曲線不同。

1.4 太陽能干燥法

用太陽能干燥裝置干燥葡萄[7]，和自然干燥相比，干燥周期縮短了30天，葡萄干的綠級品率由自然晾曬的平均35%提升到79.19%，品質提高顯著，由此可見，太陽能干燥葡萄產品是有前途的，是理想的干燥方法。

1.5 其他干燥法

侯旭杰等[5]研究了傳統晾房及自發研制的集熱式干燥蔭棚對葡萄干制時間的影響，發現集熱式蔭棚能夠大大縮短制干時間，并提高了產品綠級品率。

因此，研究人員對于采后干燥和各項生理指標的變化規律等一系列問題進行細致的研究分析，期望通過對葡萄的干燥理論和干燥技術的研究結果揭示葡萄的干燥特性。這些研究為采用聯合干燥理論分析葡萄內部水分遷移規律及品質變化提供可靠的基礎。

2 太陽能干燥的優點

通過上面對各干燥方法的敘述和分析可以看出，最有前途的干燥方法應該具有：農產品干燥后品質優良，質量好，節約能源，安全污染小等特點，這也是今后干燥研究的發展方向。

2.1 太陽能干燥原理

太陽能干燥的過程，就其機理來說[10]，它是通過熱能使農產品中水分加熱蒸發并擴散到外界，本質上是傳熱傳質過程。農產品干燥的快慢既與產品表層水分向空氣傳遞約束條件有關，又和產品內部水分向表層擴散時外加條件有關。因此產品被干燥必須是產品表面產生氣化的壓強大于介質中氣體的壓強，這個差值越大干，產品干燥的越快。想讓干燥進行下去，干燥介質必須將汽化的水蒸氣帶走，保持一定的汽化水分的推動力。如沒有壓差，則干燥介質與農產品的蒸發的水分達到平衡，干燥停止。

2.2 太陽能干燥主要優點

2.2.1 節能 太陽能最大的發展潛力就是節約能源，太陽能與其他石油、煤炭等不可再生的能源相比具有取之不盡的優勢，因此在當前全球能源緊缺的大環境下尋求可再生能源加工農產品是未來發展的走向。

用太陽能-對流聯合干燥蜜棗[13]結果顯示，兩者聯合干燥比單獨用對流干燥節能效果顯著；研究人員在干燥木材的試驗中[14]，使用的方法是太陽能-熱泵聯合干燥，結果顯示其節能率可達70%左右，因此，用太陽能干燥農產品節能效果是顯而易見的。

2.2.2 提高品質 與傳統自然烘干和熱風相比，太陽能干燥農產品的品質優良。Hossain等[17]研制的一種隧道式太陽能干燥機干燥辣椒，結果比傳統干燥具有更高的干燥速度、色澤品質和辣味級別。Pangavhane和Sawhney[18]對太陽能自然干制設備和葡萄干制試驗進行了優化設計，使葡萄干制周期、干制效率和產品質量顯著提高。

2.2.3 縮短干燥周期、提高效率 馬洪江等[15]研制的混聯式太陽能果蔬烘干機，通過葡萄烘干試驗表明，比傳統干燥方式縮短時間66.7%，綠級品率由提高了1倍以上；過利敏等[12]采用5HT-2農副產品太陽能干燥裝置進行紅棗太陽能干燥，結果紅棗產品感官、衛生指標較好， 產品色澤、風味品質及潔凈度較好干燥時間為7～10天，干燥周期較普通曬架法縮短25%。

3 遠紅外干燥特點

3.1 遠紅外干燥機理

紅外線的波長大于可見光，當它照射在被干燥物體表面上時，其輻射頻率和被干燥農產品的分子的振動頻率相同時產生諧振，農產品內能增高，其內部溫度大于表面溫度。由于這種內外溫差的作用，農產品內部的水分不斷蒸發出物料表面，整個過程就是干燥農產品的過程。進一步分析紅外輻射強度對干燥速率的影響[9]，設穿透物料厚度l的輻射強度變為Wi，由朗伯公式Wi=W0exp（-βl）得單色吸收系數，那么穿透深度dλ為，以上公式表明紅外輻射吸收系數βλ大的那些波長，物質內部的穿透深度dλ較淺，紅外輻射的能量在農產品的淺層被吸收，反之在較深層被吸收。

3.2 遠紅外干燥優點

研究人員用遠紅外法干燥蘑菇試驗發現[20]，對蘑菇干燥試驗的不同階段可以分段建立干燥速率模型，干燥速度快；對影響蔬果紅外干燥動力學內因和外因進行研究[22]，得出物料在干燥過程中脫水量和各種支配因素的關系模型以及濕物料的傳熱傳質模型規律。Abdullah Caglar等[19]研究了在遠紅外干燥中，農產品內的含水量和干燥溫度的關系，發現干燥在降速時葡萄內的水分散失。

因此，通過分析可知，遠紅外干燥具有干燥速度快、不同階段干燥速率不同的特點。另外，遠紅外干燥水分多的農產品時品質較好[21]，升降溫快，易調溫，可以按照農產品要求設置溫度；干燥周期短，干燥食品清潔衛生，節能效果好。

3.3 聯合干燥

研究證明，紅外輻射、太陽能與其他干燥相結合是一項很有前途的干燥方法，具有干燥周期更短、品質佳等特點。

通過遠紅外-對流聯合干燥土豆試驗得出物料內部水分干燥的數學模型，模型表明不同的輻射密度對物料的水分蒸發特性有明顯的影響，輻射能量的增加引起內部水分蒸發速率的提高[23]；日本的Mongpraneet等[25]用遠紅外-真空聯合干燥法干燥洋蔥時發現干燥產品的質量優良。徐貴力等[26]在干燥香菇時發現，紅外-真空聯合干燥的效果好于常壓下遠紅外干燥。

付立思等[11]研制的熱能輔助性太陽能箱式干燥器以香菇為研究對象試驗，用太陽能結合熱風爐循環供熱聯合干燥，結果表明其干燥效果好于單純溫室型太陽能干燥。

太陽能和紅外聯合干燥的研究已經有進展。柯濤等[16]用太陽能蒸汽源紅外干燥裝置，對中草藥和其他農副產品的干燥加工，效果好于單獨用太陽能干燥裝置。柯濤等[24]用太陽能-紅外綜合干燥裝置對秦艽等藥材干燥得出干燥開始時空氣濕度為50%～60%，勻速干燥階段濕度為40%～45%，降速干燥階段室內外溫度相近，有利于物料內部水分向表面擴散和向空氣流體中蒸發。

這些研究表明用太陽能-紅外干燥葡萄是可行的，又由于太陽能的可再生性，紅外干燥也具有節能的特點，兩者聯合干燥可節約大量能源，發展前景廣闊。

4 展望

新疆的光照充足，年日照時間可超過3000 h，生產出的葡萄農副產品品質優良，但深加工跟不上需要，干燥主要是自然晾曬，嚴重影響產品品質。因此，合理利用新疆得天獨厚的太陽能資源，是今后當地葡萄等農產品加工的研究趨勢。

由于資源的緊缺，可再生能源是未來利用的主要能源，而太陽能用之不竭，因此用太陽能干燥葡萄未來前景光明；又由于太陽能具有間歇性，和同樣具有節能性的遠紅外聯合干燥是很有前途的方法。

根據新疆葡萄等農產品的特性和當地日照強度，制造出符合干燥新疆豐富農產品的太陽能-紅外干燥裝置，這對提高干燥品質和縮短干燥周期有實際應用價值。

相信太陽能-紅外聯合干燥葡萄的研究可為分析葡萄干燥過程中傳熱傳質特性和品質變化規律，建立葡萄干燥模型提供理論幫助，對發展高效節能連續干燥技術與工藝裝備具有重要意義。

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