新疆鲜杏干制加工机械的研究现状

史增录，张 绢，张学军* ，鄢金山，康秀生，李超新

(1.新疆农业大学机械交通学院，新疆乌鲁木齐830052;2.新疆农业工程装备创新设计实验室，新疆乌鲁木齐830052)

杏是蔷薇科落叶乔木植物，原产于中国，已有3 000多年的栽培历史［1］。杏的果实风味甜美、酸甜适口，且含有大量的微量元素和人体所必须的维生素及无机盐类，具有很高的营养价值，杏已成为新疆的知名特色林果。但其成熟期集中，易腐烂变质，不易贮藏，鲜杏的销售货架期仅有3～5 d，其不耐贮藏性，制约了杏产业的快速发展［2］。

据新疆2013年统计年鉴统计，新疆林果种植面积达100多万hm2，其中杏种植面积达18.99万hm2，占总种植面积的18.9%，杏的种植面积仅次于红枣排第二，而林果总产量达736.74 万 t，杏的产量为 173.36 万 t，占总产量的 23.53%，杏的产量排第一［3］。由于杏的成熟期集中，且在常温下的贮藏时间短，使鲜杏的干制加工成为减少产后损失，增加农民收入的重要手段。因此，开展鲜杏干制加工的研究，对促进新疆特色林果产业健康发展，提升果品品质具有重要意义。

1 鲜杏干制加工的概况

杏的采收期短，在成熟季节因鲜食和加工能力有限，通常造成原料阶段性过剩。除栽培不同杏品种延长采收期外，可采用贮藏保鲜和半成品保藏的方法来保藏鲜杏［4］。但冷藏成本较高，因此常采用半成品保藏的方法，包括盐腌贮存、防腐剂贮存、干制法贮存、冷冻贮存和无菌大罐贮存等［5］。而新疆甜杏干因其色黄、味甜、肉质厚等优良口感，而受到消费者青睐，每年约有70%的鲜杏用于晾制杏干［6］，新疆已成为我国批量生产杏干的省区。

新疆凭借着太阳辐射量多，光热资源充足等良好的自然干制条件，常期采用硫处理后加上自然晾晒的方式进行杏的干制加工，其加工工艺流程为:鲜杏→去核→护色→自然晾晒→杏制干半成品运输至包装厂→半成品的接收、检验→清洗、杀菌→脱水干燥→分级→称重、包装→检验→杏制干产品［6］。随着对杏制干品品质要求的不断提高，以及制干技术的快速发展，主要有太阳能干燥、热风干燥、热泵干燥、红外线干燥和微波干燥等制干技术，在鲜杏加工上都有了研究与应用。

2 鲜杏干制加工机械的研究现状

2.1 太阳能干燥加工机械 沈卫强等研制了GTG-6型果品太阳能干燥器，该干燥器以太阳能为热源，在常规风机辅助下，完成杏等果品的干燥加工(结构如图1所示［7］)，是一种温室加集热器型的果品太阳能干燥设备。沈卫强完成了太阳能温室干燥箱、太阳能空气集热器和温湿度控制系统的设计加工，并进行了试验。试验表明，太阳能干燥时间为7 d，晾架自然干燥为13 d，干燥周期可缩短38.5%，但太阳能干燥很容易受天气影响，不确定性大，其工艺干燥效率和干果品质也不稳定。

图1 GTG-6型果品太阳能干燥器结构示意图

张谦等对单体5HT-2型农副产品太阳能干燥装置(简称SD装置)进行串联改造，进行了杏干燥期间单体与串联SD装置的热性能和单日热性能的对比试验，单体SD装置的结构如图2所示。试验表明每套串联SD装置占地5.3 m2，场地利用率较单体提高29%。在杏干燥期间，串联SD装置的集热器出口温度平均为50℃，分别较单体和环境高出6.15℃。正午时较环境温度高20℃以上的温升保证率可达65%以上。串联SD装置的干燥室温度平均为36℃，分别较单体和环境高出2.5℃，正午时3℃以上的温升保证率可达99%以上。采用串联SD装置进行杏子的制干，水分含量日平均散失高于单体5%左右，串联SD装置有效提高了热空气的利用效率，缩短了杏子的干燥时间［8］。

图2 单体SD装置剖面结构示意图

徐麟等以新鲜库买提杏果实为试材，对自然风干晾晒、GTG太阳能干燥设备和5HT-2型太阳能干燥设备为对照试验。结果表明，当杏的干基含水率达到20%时，GTG太阳能干燥设备用时5 d，5HT-2型太阳能干燥设备用时6 d，自然风干晾晒用时8 d;GTG太阳能干燥设备处理的杏干含水率为17.458%，含水量适中、口感更好、且易于储藏，制备的杏干优级品率达到83.30%，是自然风干晾晒优级品率的1.2 倍［9］。

刘一健自行研发了混联式太阳能集热果蔬干燥设备，其结构如图3所示，进行了杏干制过程中设备进口温度、出口温度、环境温度和晾房温度的变化规律的研究;设备进口相对湿度、出口相对湿度、环境相对湿度和晾房相对湿度的变化规律的研究，提出了杏干燥的工艺流程，并对其干燥机理进行了初步的分析。结果表明鲜杏水分含量从78%降至15%的干燥过程比较平缓，其干燥速率可分为3个阶段:水分含量从78%下降到75%，为干燥的调整阶段;水分含量从75%下降到62%时，干燥速率逐步稳定为稳定阶段;62%下降到15%为降速阶段［10］。

肉孜·阿木提等自主研制了整体式太阳能果蔬干燥装置，进行了新疆小白杏的太阳能干燥试验，研究了不同处理方式、温度和风速条件下的小白杏的干燥特性。整体式太阳能果蔬干燥装置的结构如图4所示。通过试验，干燥新疆小白杏的最佳条件为温度65℃、风速为11.5 m/s，用32 h可将小白杏的含水率从79%降低至18%［11－13］。

图3 混联式太阳能集热果蔬干燥设备

图4 整体式太阳能果蔬干燥装置

2.2 热风干燥加工机械 热风烘干房是通用型的热风干燥设施，主要包括加热设备、通风排湿设备、自动控制设备以及物料装载设备(烘房)等4大基本结构［14－15］。可用于杏、红枣、核桃、葡萄、辣椒、雪菊等农产品的干燥。烘干作业时，装载杏物料的烘车被推入烘干室内后，由循环风机将加热室内供热设备产生的干净热风鼓入烘干室，热风穿过物料层时进行热质交换，实现对物料的烘干;吸收了鲜杏中水分的潮湿空气从回风口又进入加热室加热，并不断重复上述过程。待干燥空气的相对湿度达到一定程度后经排潮口排出部分湿空气，同时补充部分新鲜空气，使空气具有持续的干燥能力。

中国农业机械化科学研究院的王宁利用设计的热风试验台，用二次通用旋转组合设计的方法，以干燥风速、干燥温度和杏果实的采摘日期为因素，对杏进行低温薄层干燥试验，并对3个常用的干燥模型进行拟合比较。得出了杏的低温薄层干燥可用wang-singh模型描述其干燥的过程，且杏的有效扩散系数随温度上升而增加，随采摘日期增加而减小，随风速升高而增加，但风速增到一定数值时，杏的有效扩散系数随风速失去变化规律［16－17］。

2.3 热泵干燥加工机械 杨瑞云等利用自主搭建的热泵干燥系统应用于小白杏干燥中，分别对小白杏进行整粒(分别用促干剂、NaHSO3和清水处理)和切分4种处理方式进行了干燥试验，研究了小白杏在热泵条件下的干燥特性和褐变规律。试验表明热泵干燥使小白杏的干燥周期缩短1～2 d且杏干的感官品质和卫生质量得到大幅度提升。其中切分处理后的小白杏干燥速率约为整粒干燥的2～3倍，颜色质量也优于整粒干燥。此外从干燥后成品颜色来看，浸硫处理的小白杏干燥后品质明显优于其他两种处理方法［18］。

图1 热风薄层干燥装置的工作原理

2.4 气体射流冲击干燥加工机械 肖红伟等将自行设计的过热蒸汽漂烫及气体射流冲击干燥试验装置应用于杏子干燥中，研究了杏子在不同温度和不同风速条件下物料的干燥特性曲线、水分有效扩散系数和干燥活化能。试验结果表明干燥温度对其的影响比风速更为突出，此外通过费克第二定律求出了干燥过程中杏子的有效水分扩散系数以及利用阿伦尼乌斯公式计算出了杏子干燥活化能为30.62 kJ/mol［19］。

杜志龙等以南疆的佳娜丽杏品种和胡安娜杏品种就葡萄促干剂及气体射流冲击烫漂对杏的干燥特性和色泽的影响进行了研究。结果表明，杏经不同的处理，表现出不同的干燥特性;相同处理不同杏，表现出相近的干燥特性。经促干烫漂处理(BDP处理)的杏的干燥速率最快，不同的处理方式对杏的色泽都有很大的影响，烫漂处理是色泽变化的主要原因［20－21］。

3 鲜杏干制加工机械存在的问题与发展趋势

3.1 存在的问题

(1)目前，大多鲜杏干制加工机械仍处于试验阶段，且干制加工技术所依托的理论基础属试验科学的范畴，而相关的理论基础的发展水平直接影响和决定了干制加工技术的发展水平。

(2)干制加工机械所面对的对象是品种繁多、差异较大的鲜杏，单就同一品种的鲜杏而言，在不同采收时间和方法条件下，对加工后杏干的风味、色泽、外观等品质差异仍较大，而目前鲜杏干制加工机械的种类少，且与其配套的相关机械设备单一。

(3)用于实际生产的鲜杏干制加工的技术落后，干制加工的机械仍以传统的热风干燥技术为主，在能源利用、环境保护等方面的技术有待提高。

(4)缺乏杏干制加工机械的评定标准，对设计研制的干制机械没有统一的鉴定标准，也缺乏对加工后杏干品质的定性、定量的评定依据。

3.2 发展趋势

(1)加强鲜杏等果品的干燥基本理论研究，要研究鲜杏的物理性质及热物理性质，从而推动干燥模拟试验的研究，使鲜杏干制加工机械设计在干燥过程模拟的基础上进行优化设计，从而节省人力物力。

(2)进一步提高鲜杏干制加工机械的自动化、智能化控制的程度，配备在线水分、温度等指标监测和控制装置，利用计算机模拟控制装置及电气自动控制技术，对制干机械内部的温度、水分等进行在线实时控制，以简化制干加工机械的操作，降低人工劳动量。

(3)鲜杏干制加工过程中能耗大，干制时间长，且对制干后果品的色泽、风味、营养等方面有严格要求。因此，鲜杏等果品干制加工机械要综合考虑制干效率、干制品品种、节能减排和环境保护等因素，情况复杂，对机械性能要求高，应深入开展智能型干制加工机械的设计研究。

(4)将鲜杏干制加工工艺与干制加工机械相结合，以干制加工工艺指导机械装备及自动化、智能化控制系统的设计，使干制加工机械服务于加工工艺的要求。

(5)充分利用鲜杏等果品产地的自然环境等优势，大力发展节能、环保、高效、经济的干燥技术，并将其应用到果品干制加工机械中，例如新疆发展的太阳能干燥加工机械等。

4 结语

新疆林果业已成为新疆经济发展的一大支柱产业。新疆杏的种植面积仅次于红枣排第二，总产量排第一，但由于杏的成熟期集中，常温下的贮藏时间短等问题，造成杏的产后损失严重。因此，抓紧发展机遇，清楚地了解鲜杏干制加工机械的现状，准确把握当前干制加工机械存在的问题，以便有针对性地开展鲜杏干制加工机械的设计研究工作，为新疆杏产业的可持续稳定发展提供技术装备支撑。

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