我國花生機械化干燥生產現狀與發展

周巾英，羅 晶，何家林，朱雪晶，馮健雄

(江西省農業科學院 農產品加工研究所，江西 南昌 330200)

花生是我國主要的經濟作物和油料作物之一，在國民經濟中占據著重要的地位，也是我國出口創匯的唯一一種油料作物，在世界油料貿易中位居第2位。據國家統計局統計，2016年花生種植面積為472.75萬hm2，總產量為1728.9萬t，花生及花生仁出口金額達1.9118億美元。雖然花生的種植面積與總產量在逐年增加，但因花生種植區域和地形等因素，導致花生生產過程中實現全程機械化作業有一定的困難，尤其是干燥環節，每年因干燥不及時而造成花生產業的損失量較大，約占總產量的13%，損失金額高達10.12億元。干燥是花生產后加工的重要環節之一，是保證花生品質和防止霉變的必要手段，也是保障花生后續儲藏品質與花生加工品質的必要手段。因此，大力研發適用于我國花生生產需求的高效、經濟、優質的干燥技術與裝備是整個花生產業發展的必然趨勢，也是促進我國花生產業快速發展的重要手段。

1 我國花生的基本情況

花生是低投入、高效益的經濟作物之一，其抗旱、耐瘠、適應性強，一般山丘地等均可種植，因此，我國花生種植范圍較廣。國家統計局統計顯示，2016年我國花生種植大省為河南、山東、廣東、河北、遼寧、四川、吉林、江西、湖南、湖北、安徽等，其種植面積達432.98萬hm2，占全國花生種植面積的91.59%；總產量為1618.93萬t，占全國花生總產量的93.64%(表1)。

2 花生干燥技術的研究現狀

目前，我國大部分花生產地仍然以自然晾曬為主，此方法干燥效率低、勞動強度大，且對天氣的依賴性較強，尤其是在南方地區，花生收獲期常遇雨季，得不到及時干燥，易產生發熱、發芽、發霉、生蟲等現象，給農民、種植戶、企業等帶來了一定的經濟損失，也給花生產業帶來了損失。此外，隨著我國花生生產過程中在耕、種、收等環節逐漸機械化，短期內需干燥的花生量較大，曬場已遠遠不能滿足花生干燥的需求。因此，機械干燥花生是我國花生產業發展的必然趨勢。隨著科學技術的發展，花生機械干燥技術研究已取得了一定的成果，其干燥技術主要可分為以下幾種。

表1 2016年全國主要省份花生種植面積與單產

2.1 熱風干燥技術

熱風干燥技術是依據傳質傳熱原理，利用熱源(煤、天然氣、柴油、電等)提供熱量，通過風機將熱風吹入烘箱或干燥設備內，并將熱量從干燥介質傳遞給物料，物料表面的水分受熱汽化成水蒸氣，擴散至周圍空氣中；當物料表面的水分含量低于其內部水分含量，并形成水分含量梯度時，內部水分便向表面擴散，直到物料中的水分下降到一定程度[1]，則干燥停止。熱風干燥技術應用廣泛，可用于食品、糧食、藥材、種子等領域。王安建等[2]對花生熱風干燥特性與動力學模型進行了研究，得出了花生熱風干燥與干燥風溫、風速、花生干燥設備的裝料量有關；花生熱風干燥工藝前期可采用增速干燥過程，讓花生的游離水分快速干燥，之后再采用慢速干燥過程，由花生內部的水分擴散至表面，干燥至安全水分，此熱風干燥工藝可提高設備的利用率和降低能耗[2]。另外，謝海江[3]用燃燒秸稈成型燃料的熱風爐進行干燥試驗，對花生的干燥動力學進行了分析，得出影響干燥速度和干燥質量最顯著的因素是風溫，風速是次要因素。農業部南京農業機械化研究所胡志超研究員團隊開展了花生薄層干燥試驗與模型研究，也得出了風溫對花生干燥影響最大，其次是風速；還得到了花生莢果在薄層厚度3 cm、風溫34～52 ℃、風速0.25～1.00 m/s工藝條件下的干燥過程模型，此模型對花生箱式干燥工藝的開發提供了重要的理論依據，可實現高效、經濟、綠色的花生干燥[4]。因此，采用熱風干燥技術干燥花生的最大影響因素是風溫，其次是風速。

2.2 熱泵干燥技術

熱泵干燥技術是一種高效節能、環境友好、切實可行、干燥品質好、干燥參數易于控制且可調范圍寬以及應用廣泛的干燥方法，其通過冷凝除濕裝置在干燥設備中的引入，實現熱空氣和能量在物料干燥過程中的回收，大大提高了能量的利用率。熱泵干燥技術廣泛應用于谷物、農作物種子、農產品加工以及食品物料的干燥等。王安建等[5]對花生熱泵干燥特性及動力學模型進行了研究，得出干燥溫度對花生熱泵干燥特性有顯著的影響，干燥溫度越高，干燥速率越快，干燥時間就越短；在花生熱泵干燥前期，花生干基含水率較高，干燥速率較高，隨著干基含水率的降低，花生干燥進入降速階段，整個干燥過程無明顯的恒速干燥階段；干燥前期采用高溫熱泵干燥，后期采用較低熱泵干燥溫度，可以降低能耗，提高設備的利用率。此結果為花生熱泵干燥機設備參數的設定或調整提供了有力的理論依據。

2.3 微波干燥技術

微波干燥技術不同于傳統干燥技術，是利用微波對極性分子的作用，使極性分子相互運動產生大量熱量致其蒸發的原理，通過調節微波干燥時的功率即可調節干燥的速度。與傳統干燥方式相比，具有干燥速率大、節能、生產效率高、清潔生產、易實現自動化控制和提高產品質量等優點。微波干燥技術應用廣泛，可用于食品、醫藥、糧食、農產品加工等領域。陳霖[6]對花生微波干燥工藝進行了研究，得出了溫控微波干燥功率1.2 W/g、溫度45～50 ℃范圍內能夠保證花生的干燥品質，該試驗結果可為花生微波干燥設備設計與技術工藝推廣提供理論依據，也可為產業化經營提供技術支撐。

2.4 花生二級減損干燥技術

采用江西省農業科學院農產品加工研究所自主研制的花生干燥設備且研發了2種干燥技術：花生二級減損干燥技術與低溫循環干燥技術，其中花生二級減損干燥技術是將鮮花生干燥至一定水分含量，經脫殼成花生仁，再將花生仁干燥至安全水分含量，并采用二氧化碳室溫密閉貯藏技術貯存。結果表明：采用此項技術干燥與貯藏的花生品質保持良好，未檢出黃曲霉毒素。此項技術采用干燥過程中產生的副產物(花生殼、秸稈等)為生物質燃料，干燥時間為10～16 h，大大優于國內外已報道的研究數據，且操作便捷、成本低廉、應用范圍廣，防止了花生在干燥和貯藏過程中的品質劣變與黃曲霉毒素的污染，是花生產業鏈干燥與貯藏環節的重大技術突破，將為我國花生的產地干燥與貯藏提供強有力的技術支撐。

2.5 低溫循環干燥技術

低溫循環干燥技術是江西省農業科學院農產品加工研究所自主研發的花生干燥技術：將鮮花生放入自研的花生低溫循環式干燥機中，啟動花生干燥程序，即可一次性把鮮花生的水分干燥至安全水分含量內，并采用二氧化碳室溫密閉貯藏技術貯存。結果顯示：采用此項技術干燥與貯藏的花生品質保持良好，未檢出黃曲霉毒素。因此，采用江西省農業科學院農產品加工研究所自主研制的花生干燥設備與相配套的花生干燥技術均能很好地保障花生的干燥與儲存品質，具有高效、便捷、節能、綠色環保的特點，為加快我國花生產業全面實現機械化提供了相應的技術與設備支撐。

3 花生干燥設備的研究現狀

由于花生作物特性如外形、顆粒與結構等因素的影響，我國花生機械化干燥設備仍處于研發階段，目前市場上應用于花生干燥的設備大多數與其他農作物干燥設備合用，極少數是專門干燥花生的設備。目前主要有翻板式干燥機、圓筒式干燥機和就倉式干燥機。

3.1 廂式干燥機

目前，市場上的廂式干燥機大多為翻板式廂式干燥機，使用帶孔的百葉窗式翻板將廂體的干燥室分為若干層，熱風通過風道從下往上逐層干燥，待最底層的花生干燥至安全水分含量內時，則將最底層的花生放出，再逐層將上一層的花生翻動至下一層，最后在最頂層加入新的花生，繼續干燥，如此循環，直至干燥完成。雖然此設備提高了干燥效率，減少了能耗，但是也存在干燥不均勻，且操作較復雜、適用性不廣的缺點[7]。

3.2 圓筒式干燥機

該類干燥機主要由干燥筒、傳動裝置、風機、熱源裝置等構成，其工作原理：將待干燥的花生置于干燥機內，開啟設備，花生隨圓筒的轉動而不停地翻滾，使得花生受熱均勻，這樣可以提高干燥效率、縮短干燥時間和減少用工成本，此類設備已由千峰機械有限公司進行了生產應用。

3.3 就倉式干燥機

就倉式干燥機是由倉體、進出口風網管道、熱源裝置以及進出料裝置等構成，干燥完成后直接進入貯藏環節，節省了勞動成本。雖然此類干燥機投資較少，但是其糧層較厚，熱風難以穿透而導致干燥不均勻、干燥效率不高，難以保障花生的干燥品質。

3.4 網帶式花生干燥機

網帶式花生干燥機由加料裝置、加熱裝置、循環風機、尾氣風機、網帶、傳動裝置等部件組成，可分為加料區、下加熱區、上加熱區、緩蘇區、冷卻區和卸料區。楊磊[8]結合理論計算與實際試驗得到了此設備的花生干燥工藝。此花生干燥工藝只是將鮮花生水分干燥至合適的水分含量，熱風干燥溫度為90 ℃，溫度高而易破壞花生的品質。

3.5 連續立式花生干燥機

連續立式花生干燥機主要由熱風爐、鼓風機、自動調溫風門、送料布料機構、限位機構、卸料機構等構成，同時設計了連續立式花生干燥器的電氣控制系統，局部實現了花生干燥器的智能化控制。張鵬[9]采用此干燥機對花生干燥的熱風溫度、風速、干燥時間進行了試驗研究，得出了適用于該設備的花生干燥工藝參數。此干燥工藝雖然干燥的花生品質更好且干燥溫度較低，但干燥時間較長，電為熱源，能耗較大，干燥成本較高，不適用于推廣應用。

3.6 其他類型干燥機

中國農業機械化科學研究所在1989年研發了由HR-4型熱風爐、3.6A型風機和DZH1型干燥室等組成的干燥設備。此干燥設備具有熱效率高、操作簡單、花生干燥品質保持完好等優點；因干燥室為多層抽屜，減少物料的翻動，減少了因翻動造成的物料損壞。但是因干燥室為多層抽屜，不適用于量大的花生干燥[10]。農業部南京農業機械化研究所胡志超研究員團隊研發的花生干燥器，主要由干燥室、加熱單元、風機組、測控單元等4個部分組成。此設備與干燥工藝參數的研發可為設計高效、經濟、綠色的花生專用干燥裝備與制定合理的干燥工藝提供一定的理論依據與實踐經驗。

江西省農業科學院農產品加工研究所馮健雄研究員團隊經過8年多的研究，成功研制出了適用于花生干燥的設備，即低溫循環式花生干燥器。低溫循環式花生干燥器主要由給料裝置、輸送裝置、加熱裝置、圓筒式干燥器倉體、溫濕度控制系統、風管系統和出料裝置等組成，其工作原理：干燥花生時，鮮花生不斷地從進料口加入到干燥筒內，同時外界的空氣經加熱后通過進風口不斷地進入干燥筒內，熱風自下而上運動，花生自上而下運動，使得熱風與花生進行對流換熱進行干燥，干燥至安全水分含量的花生由出料裝置及時出料，實現花生的連續干燥，提高了干燥效率。低溫循環式花生干燥器及其干燥工藝不僅可以用于干燥花生原料，也可以干燥花生種子(其干燥后花生的發芽率達到98%以上)，為我國花生產業的機械化干燥提供了可靠的技術與設備支撐。

4 存在的問題

目前，我國花生干燥機械化技術還處于發展初期，還存在著很多待解決的問題，如裝備技術水平低、質量參差不齊；農機與農藝不融合；機械化生產技術模式體系不完善；技術服務不到位和產業發展滯后等，導致全國花生產業機械化干燥作業程度較低、設備干燥效率較低、能耗高等，不符合現代農業發展的趨勢。

5 建議

5.1 加大項目資金扶持力度

各級政府積極協調科技、計劃、財政等部門，對從事花生干燥技術與裝備的科研單位和企業加大項目資金的扶持力度，不斷改善科研單位的研發試驗和生產條件，集中力量突破工藝材料、基礎部件、關鍵性部件等技術瓶頸，加大農機制造企業技術改造力度，全面提高農機制造工藝水平、裝備水平及產品質量，以便研發出適用于花生特性、節能、環保、經濟的干燥設備，突破一直困擾我國花生產后機械干燥的設備技術瓶頸。

5.2 加強科研機構、企業與用戶溝通與培訓

發揮科研機構與企業的各自優勢，根據作物的特性及市場需求，研發出適用于花生作物，且高效、節能、經濟、環保、便捷的干燥設備與技術；同時廣泛開展對企業技術人員、糧油加工企業的技術人員、種植大戶、農民等進行干燥設備的操作使用規程、干燥技術等相應的培訓，提高他們的干燥技術水平，減少花生的產后損失，保障花生品質，增加市場有效供給，促進農民增收。

6 小結

花生是我國主要的經濟作物之一，花生產油率約為油菜的2倍、大豆的4倍，花生油占國產食用植物油的20%以上；由于我國花生的生產規模大、種植效益好、產油效率高、國際競爭力強等優勢，發展花生產業對于增加植物油和蛋白供給、提高農民收入、提升油料行業競爭力等具有重要作用。但同時也面臨一些問題，尤其是干燥環節不能滿足現代農業發展的需求，花生機械化作業程度不高，幾乎沒有花生專業干燥設備，這就造成了花生的產后損失較大，也制約著花生產業的快速發展與全面升級。另外，人們對農產品質量要求越來越高，干燥技術與設備將在花生產業鏈中發揮越來越大的作用，傳統的自然日曬等干燥方式會隨著科學技術的發展將被放棄，而更加節能、環保、效率更高的熱風、熱泵、遠紅外干燥等新型干燥技術將會得到更大的發展，逐步提高花生產業的機械化程度，從而促進花生產業的加速發展。