淺談新疆特色農產品熱泵烘干技術與裝備

張進疆，王慶惠，楊忠強，肖 波

（1.廣東省現代農業裝備研究所，廣東 廣州 510635；2.新疆農業科學院農業機械化研究所）

1 新疆農產品烘干現狀

新疆是世界六大優勢果品生產帶之一，以“瓜果之鄉”著稱。2017年，全疆果樹種植面積107.5萬hm2，產量1 327萬t。預計到2022年，全疆將形成較完善的現代林果業產業體系，林果業產值超過1 000億元。目前，特色果蔬業已成為新疆農村經濟重要的支柱產業，也成為了新疆農民收入長期快速增長的動力。然而，在果蔬大面積發展，果蔬產量不斷攀升的背景下，果蔬產后加工所帶來的問題也日益凸顯出來。果蔬的含水率較高（一般在75%～95%之間），在產后貯藏過程中很容易變質。我國農產品產后損失驚人，據統計，我國果品每年從采購、儲運、加工銷售到流通的各個環節，即從農田到餐桌的整個過程中的損耗高達1 400萬t，估計占全年水果總產量的11%以上。蔬菜每年損耗約1億噸，占蔬菜產量的17%以上。

干燥是農產品貯藏的重要手段，也是一項重要的農產品加工技術。果蔬經干燥后，降低了其內部的水分活性，延長果蔬市場供給期，平衡產銷高峰，并有效縮小果蔬體積及質量，便于包裝、貯藏和運輸。目前，傳統的方法是單層鋪放，利用太陽照曬實現制干，這種加工方法場所簡單、成本低廉，但也存在一些難以克服的問題，如干燥時間長、受天氣影響大、產品品質難以控制，干制品質量不穩定，同時生產分散，規模小，難以統一管理。近年來，隨著國家惠民工程項目的實施以及政府對扶貧工作力度的加強，熱風干燥設備在新疆已經開始大面積推廣。但在使用過程中，燃煤對周圍環境以及物料存在污染，致使近兩年燃煤熱風干燥設備已經被停止使用。而熱泵烘干設備在干燥過程中，具備節能環保、安全便利、控制精準和提升產品品質等多項技術優勢。實現了污染物零排放。在農產品及食品加工過程中不含硫、不含重金屬等有害物質，無明火烘干隱患，干凈無污染，被加工物料品相好、色澤好，成分不流失，原味濃厚、自然清香。創新的熱泵干燥技術及設備是市場所需，能最大限度為客戶節能增效，目前已在農產品、木材、藥材、肉制品、化工等方面推廣應用。

2 熱泵烘干原理及特點

2.1 熱泵烘干原理

熱泵烘干是利用逆卡諾循環工作的，工作時利用冷媒經過壓縮機壓縮，成為高溫高壓的氣體，進入冷凝器放熱，冷凝器放出的熱量由循環風機送入烘房，將烘房空氣加熱（最高可達75℃）。隨之空氣溫度升高，烘干物中的水分會逐漸蒸發，再由新風排濕系統進行排濕，從而達到烘干的效果（圖1）。

圖1 熱泵干燥工作原理

該系統的優勢在于：系統采用保溫效果好的保溫材料作為烘干室箱體，減少了烘干過程中無謂的能耗損失。全自動的溫濕度過程控制，控制精度高，靈活方便。換熱過程中不需要特殊技術的換熱器。封閉循環的熱風循環方式有利于降低運行能耗。排濕通過熱回收期、蒸發器兩次回收增加了熱泵的工作效率，提高熱泵的能效比水平（COP值），同時也大大降低了運行成本。

2.2 熱泵烘干技術的特點

2.2.1 節約能源

節約能源是熱泵最初應用的出發點，也是主要的優點。熱泵低溫（15～45℃）烘干木材時可節約能耗40%～70%。烘干大米的適宜溫度為35～50℃。溫度雖低，但需要大量的熱。傳統烘干方式的效率只有3%～5%，而用熱泵烘干效率將明顯提高。布匹對烘干溫度有嚴格的要求，熱泵烘干機組不但能滿足此要求，而且比傳統的熱泵烘干機組節能50%左右。熱泵烘干技術應用在蔬菜脫水中節能高達90%。近年來，越來越多的研究人員也證實了熱泵烘干機組的節能特性。

傳統烘房采用人工燃燒材料加溫，需要大量勞動力采購或加工燃料；而熱泵烘房采用自主升溫曲線控制，無需人工干預，一人可以同時看管多座烘房，隨著密集型烘房的推廣，批量熱泵烘房已實現集中控制，更有利于勞動力的解放。

2.2.2 烘干產品品質好

熱泵烘干是一種溫和的烘干方式，接近自然烘干。表面水分的蒸發速度與內部水分向表面遷移速度比較接近，使被烘干物品的品質好、色澤好、產品等級高。用普通的烘干方法得到的芳香類揮發性物質保留少、耐熱性差的維生素保留低、顏色變化較大。例如：用傳統烘干得到生姜的生姜素保持率僅為20%，而用熱泵烘干得到的生姜素保持率高達26%。用傳統鍋爐等烘干玫瑰花浪費了玫瑰花的高價值精油，而閉式熱泵烘干機可以大量回收精油，并且烘干品質較鍋爐烘干品質高50%。相關試驗表明，即使在50℃下，采用熱泵烘干的澳大利亞堅果也不會出現上面所說的褐變現象，能較好地保持堅果原有的色澤、風味及營養成分。

傳統烘房均采用人工燃燒來控制溫度，受燃燒技術、生理特征、燃燒材料質量和加工質量等因素而達不到烘烤技術要求；熱泵烘房可以精確控溫達到±1℃，大大確保烘干物料的品質。

2.2.3 烘干參數易于控制且可調范圍寬

熱泵烘干過程中，循環空氣的溫度、濕度及循環流量可得到精確、有效的控制，且溫度調節范圍為-20～75℃（加輔助加熱裝置），相對濕度調節范圍為15%～80%，適合于熱敏性物料的烘干。

2.2.4 環境友好

物料烘干不僅要求提高產品質量和節約能耗，同時必須對環境友好。傳統烘房利用可燃性材料燒烤，排放一氧化碳等有毒氣體，危害人體健康；熱泵在整個過程當中，實現零排放，真正綠色烘干。

2.2.5 省時

現有燃煤烘房由于升溫時的誤操作和燃燒時間等因素導致升溫慢，造成烘烤時間的浪費，采用熱泵作為熱源的烘房，其控制溫度準確，時間可設定，從而大大節省了烘烤時間。

3 特色農產品熱泵烘干案例

3.1 杏

由于自治區政府對杏產業發展重視程度不斷提高，疆內出現多家熱泵烘干設備。2018年，新疆喀什英吉沙縣作為杏熱泵烘干設備的試點，首次公開招標建設85座熱泵烘干設備，寧夏塞上陽光新能源科技有限公司一舉拿下，成為目前新疆熱泵設備銷售數量最多的廠家。塞上陽光主要采用整杏變溫烘干的方式，干燥一批鮮杏需要三天左右。

利用杏子切分去核技術與裝備，將鮮杏去核并切分，杏子切分去核不僅實現了杏子的核肉分離的目的，為后續杏殼、杏仁的利用提供了保障，也是縮短后續制干時間的最有效手段，同時，含有蟲卵的杏肉，切分去核后可直接剔除，保證杏肉的食用安全，并便于后期存放。廣東農業裝備研究所與新疆農業科學院農業機械化研究通過熱泵烘干技術，采用變溫干燥工藝，不僅干燥時間可由整杏烘干的72h降到28h，節約能耗，干燥后的杏干色澤金黃，風味濃厚，食用方便。實現了不用硫磺熏蒸也能得到金黃鮮亮的效果。

3.2 哈密瓜

2018年廣東農業裝備研究所與新疆農業科學院農業機械化研究所合作，首次利用熱泵技術烘干哈密瓜。利用熱泵烘干哈密瓜，溫度和濕度可以精確控制，操作簡單方便，密封的烘干環境，避免了污染與霉變的困擾，哈密瓜干干凈衛生，同時，有效解決了傳統干燥方式中出現的變色變質、開裂、水分不均勻等問題，干燥后的哈密瓜干產品飽滿，色澤均勻，風味濃厚。

4 熱泵烘干技術存在的問題

熱泵烘干技術與其他干燥技術相比，其優越性是顯而易見的，但也存在以下問題：

（1）烘干設備一次性投資大，比同類燃煤烘干系統設備相比，投資高30%。

（2）上規模的農產品熱泵烘干項目，電力增容面臨困難。雖然新疆電價便宜，但是農村基礎設施建設欠賬多，農產品產地加工還受到電力基礎設施的制約。

（3）熱泵烘干設備制造行業存在諸多問題。比如：補貼申請困難，國家對烘干設備鑒定嚴格，要求某款烘干設備型號一定數量的產品穩定運行一段時間達到效果后，才能進行鑒定；大量品牌的不斷涌入，導致價格競爭日趨激烈，產品質量參差不齊，嚴重影響到該行業的健康發展；熱泵烘干行業不僅要提供節能環保的熱源，更要提供烘干過程系統化解決方案，要針對物料商品化要求及氣候特點，研究確定優化干燥工藝，保證品質和烘干效果，目前，許多企業只重視熱源，對末端烘房的優化工藝設計重視不夠。

5 建議

（1）希望政府部門以高質量綠色發展為目標，大力支持熱泵烘干行業的可持續發展，搭建平臺，調配資源，加強農村電力基礎設施建設，從政策傾斜、補貼到位多方面給予實實在在的支持。

（2）希望熱泵生產制造行業，苦練內功，強化服務，在不同的烘干領域專注自己的優勢，創出品牌，穩步發展。