遠紅外真空干燥技術在紅棗片加工中的應用現狀

車興文 丁 羽* 許威廣

(1.塔里木大學 機械電氣化工程學院，新疆 阿拉爾 843300；2.新疆維吾爾自治區現代農業工程重點實驗室，新疆 阿拉爾 843300)

紅棗又稱大棗，在我國華北、東北、西北等地區均有種植，年產量持續增長，紅棗含有眾多微量元素以及人體所需營養成分，其中的維生素C和維生素P可以降低血液中含有的膽固醇含量，因其保健價值高，被譽為“活維生素丸”[1-2]。紅棗采摘后含水率高，不宜儲存，在運輸過程中易霉爛，因此，為減少經濟損失，將大部分紅棗進行干制。如今隨著經濟的增長，紅棗脆片作為一種休閑食品，以其風味獨特，口感酥脆的特點深受人們的喜愛[3-4]。現在工廠和農戶大多采用自然干燥法、熱風干燥法，不能有效地保留紅棗所含的營養成分，且干燥速度慢、時間長。遠紅外真空干燥技術結合了遠紅外輻射干燥和真空干燥的優點：熱效率高，節能節電，能降低物料內部水分沸點從而實現物料的快速干燥。

1 遠紅外真空干燥的原理及特點

紅外輻射波長在微波和可見光波長之間，根據波長分為三種類型：近紅外、中紅外、遠紅外。其中，遠紅外的波長為5.6～1000μm[5]。

1.1 干燥原理

遠紅外輻射通過電磁波產生能量輻射到物料表面，根據物料的化學鍵性質以不同頻率被吸收，從而引起物料內粒子的運動而不引起化學變化，使物料溫度升高，在干燥過程中，紅外線能夠穿透物料內部使內部升溫，物料表面水分蒸發、內部溫度升高產生溫度差和濕度差，物料表面和內部水分蒸發方向一致，加快了物料的干燥速率[6]。遠紅外干燥物料時，影響因素有干燥的溫度，物料的切片厚度和輻射距離等[7]。

物料在真空條件處于負壓狀態，內部的水分沸點降低，使用遠紅外輻射加熱板作為熱源，采用熱傳導和熱輻射兩種傳熱方式對物料內部水分進行加熱，加速物料內部水分子的熱運動。干燥物料內部的蒸汽壓力高，真空環境的壓力低，產生壓力梯度加快了水分子的移動速度，水分迅速汽化、蒸發，干燥[8]。

1.2 干燥特點

1.2.1干燥品質高、效率快

物料在干燥過程中處于真空環境，可以減少氧氣、酶等因素與物料中的維生素、糖相遇發生反應，大大提高了物料的干制品質。而遠紅外輻射干燥加熱效率高，時間短，加熱溫度分布均勻。因此，遠紅外真空干燥這一結合干燥方式能實現物料干燥的品質高、速率快、時間短的要求[9]。

1.2.2 環保衛生、應用范圍廣

我國是農業大國，而農作物的貯存問題也隨之而來，大多農副產品需要干燥處理，目前大多采用自然干燥、陰干，熱風干燥等方式，所受環境因素影響較大，無法保證干制品的衛生及營養成分。遠紅外真空干燥過程中對物料不產生污染，符合食品安全標準，不產生有毒、有害氣體，保證環境干凈無污染，也可在醫藥、食品、輕工、化工、環境保護等領域應用。

1.2.3 容易實現智能控制、自動化

遠紅外真空干燥加熱穩定、真空度易控制，在干燥過程中可以采用智能化電控系統來實時對溫度和真空度進行控制，比如可以采用固態繼電器來控制加熱器的電流大小來控制加熱溫度，采用電阻真空計，對真空度自動控制。電阻真空計驅動氣動真空閥自動開關調節真空度。由此來達到被干燥物料的快速干燥。

2 遠紅外真空干燥技術的應用現狀

隨著人們生活水平的不斷提高，食品的安全、質量受到高度重視，其中以脫水果蔬加工為代表的綠色食品受到人們的關注與喜愛。現在中國的脫水果蔬加工技術產業發展越來越快，市場上的需求也呈增長趨勢。遠紅外真空干燥技術也越來越多地被應用到脫水果蔬加工行業里面。

在遠紅外真空干燥技術上蔣煥新與劉云宏對干燥過程中溫度的變化及建立干燥動力學模型進行了研究試驗。蔣煥新等[10]人采用遠紅外真空干燥胡蘿卜的過程中創辦了溫度變化的數學模型，并得到了影響溫度變化的因素，主要受功率密度、干燥時間、相應真空壓力下水的飽和溫度、真空度所影響，并建立模型運用到其他切片果蔬的干燥過程中。劉云宏等[11]人在使用遠紅外真空干燥金銀花的過程中確立了動力學模型，可以預料水分比的改變，并得到遠紅外真空干燥過程中溫度升高、壓力減小、物料量減少所需的干燥時間越短。

針對單一干燥與聯合干燥的對比，徐貴力等[12]人使用遠紅外單一干燥與遠紅外真空聯合干燥對香菇進行干燥，遠紅外單一干燥香菇時，香菇表面干裂及色澤變深等問題，遠紅外真空聯合干燥香菇時，香菇處于負壓狀態相比于遠紅外干燥，縮短了干燥時間、干燥速率增快，提高了香菇的干制品質。在干燥前期使用遠紅外排濕氣流干燥方法有效地將濕氣流排出干燥室，香菇的含水率快速地降至50%左右，在干燥后期使用遠紅外真空干燥技術，將香菇的含水率降到安全值，這種方法不僅縮短干燥時間，而且有效地保證了香菇的干燥品質。

基于在整個干燥過程中各工藝參數的影響，日本學者S.Mongpraneet使用遠紅外真空干燥技術干燥洋蔥的試驗研究，研究中指出在干燥過程中有加速干燥、恒速干燥和降速干燥3個過程，同時表明遠紅外輻射強度水平與干燥速度、產品質量和產品葉綠素含量之間有著明顯的影響[13]。

在選用遠紅外真空聯合干燥方式的情況下，越來越多的國內外學者開始注重遠紅外真空聯合干燥的理論和工藝開展研究，優化干燥動力學模型和相關工藝參數。徐鳳英等[14]人對荔枝進行遠紅外真空聯合干燥，在干燥過程中研究了荔枝升溫過程中的熱量傳遞過程，在使用遠紅外真空干燥，高真空度、保壓效果方式、高溫作用、近距離，增大了干燥室內的熱傳遞，增強了荔枝內部水分向外蒸發汽化的動力，真空的負壓力與遠紅外輻射加溫多勢場的作用結合下，加快荔枝水分的干燥速率。

在遠紅外干燥設備方面，遠紅外真空干燥常出現物料干燥不均勻、遠紅外輻射距離不能調節等問題。郁雯霞等[15]針對這一問題對遠紅外真空干燥設備進行優化試驗，在保證遠紅外真空設備能達到較高真空度的前提下，能夠調節真空度及干燥功率，有效地解決了物料干燥不均勻的問題。

3 遠紅外真空技術干燥紅棗片的應用意見

對于紅棗水分大、含糖量高、不易貯存等特點，選擇良好的干燥方式成為必然趨勢，棗片在干燥的過程中，在水分梯度和溫度梯度的作用下，棗片內部的水分以外擴散和內擴散兩種形式向外遷移，將紅棗去核切片后干燥，能有效避免紅棗表面水分蒸發過快，內部水分擴散無法補償表面蒸發的水分，從而導致紅棗表面硬化，降低干燥速率，形成內控現象，然而將紅棗切片后，其內部水分擴散速率大于棗片表面水分汽化速率，產生較大水分梯度，形成外控現象，加快干燥速率。目前遠紅外真空干燥紅棗片技術還處于初級階段，在遠紅外真空聯合干燥技術干燥紅棗片的加工品質上還具有很大的研究發展空間。

3.1 遠紅外真空干燥紅棗片品質的主要影響因素

干燥后的紅棗片要有合適的貯存含水量、保持紅棗片的結構和營養成分，具有一定的質構特性、光學特性和復水特性等。在遠紅外真空聯合干燥過程中影響棗片干燥品質的因素有干燥溫度、干燥時間、真空度、空氣濕度等。選擇合適的因素范圍能有效避免棗片干制后發生物理、化學等變化。

3.1.1 遠紅外輻射溫度的影響

遠紅外輻射溫度是影響干燥物料品質的重要因素，加熱過程中物料內外水分形成溫度差且具有同向性，促使棗片水分迅速蒸發。在干燥過程中升高溫度，棗片的干燥速率增快，但物料容易出現體積收縮、表面裂痕、香味缺失、維生素損失下降、酶失活等現象。較低的干燥溫度可以有效地保留棗片的營養成分，避免物料出現品質劣變現象，但同時所需的干燥時間也相應的增長。

3.1.2 真空度的影響

在標壓狀態下，水的沸點為100℃，隨著真空度的升高，水的沸點降低，在其他相同的干燥條件下，棗片內部的水分子快速向外遷移蒸發，縮短棗片干燥所需的時間，同時隨著壓力的降低，可有效地避免物料的氧化作用，在使用不同的真空度對物料進行干燥時，干燥品質也有所不同[16]，所以在遠紅外真空干燥棗片的過程中根據棗片的干燥品質確定合理的真空度還需進一步研究驗證。

3.1.3 干燥室內空氣濕度的影響

在遠紅外真空干燥物料的過程中，在某一干燥溫度、真空度下，棗片中的水分蒸發汽化擴散到干燥室內，形成飽和差，干燥室內的濕度越高，飽和差越小，干燥能力越弱，從而減緩棗片的水分向外擴散，使干燥時間增長，降低干燥速率，反之，當干燥室內的濕度越低時，飽和差越大，干燥能力增強，加快了干燥速率。遠紅外真空干燥在工作過程中抽取和釋放真空時加快了干燥室內氣流的循環速度，有效地將干燥室內的濕熱空氣排出，從而加快干燥速率。

3.2 遠紅外真空干燥紅棗片的機理及關鍵工藝研究

使用遠紅外真空技術對不同的物料進行干燥，干燥機理也存在著許多差異，紅棗片在干燥過程中其品質特性變化多樣，具有多種質量指標。建立紅棗片遠紅外真空聯合干燥過程中的數學模型，對優化遠紅外真空干燥棗片的機理及過程有著重大的作用，尋找干燥過程中溫度、真空度、棗片的厚度等因素與干制棗片的含水量、營養成分、感官質量等指標的關系變量，對遠紅外真空技術干燥棗片的工藝、品質進行預測參考。

3.3 遠紅外真空干燥關鍵技術裝備研究

根據物料的干燥品質特性要求，研究優化干燥動力學模型及相關工藝參數，可以采用智能化技術對遠紅外真空干燥設備進行實時控制、檢測，提高物料的干燥速率、干燥品質，增大干燥物料的規模，操作方便快捷，進一步開發實現連續規模化生產的自動控制設備，實現農戶和企業的實用標準。

4 結論與展望

隨著人們的生活水平不斷提高，農產品加工貯存與利用的重要性不斷提高，農產品貯存保鮮的主要方法就是干燥，遠紅外真空聯合干燥技術結合了遠紅外輻射干燥與真空干燥的優點，縮短物料的干燥時間，有效地保留了干制品的營養成分，提高干制品的干燥品質，為農產品的貯藏和保鮮提供了有效的措施，降低了農產品的損失，提高了農產品的經濟價值。實現高效、安全、可連續生產的智能化干燥設備的技術及研制是農產品遠紅外真空聯合干燥的未來發展方向。