远红外真空干燥技术在红枣片加工中的应用现状

车兴文 丁 羽* 许威广

(1.塔里木大学 机械电气化工程学院，新疆 阿拉尔 843300；2.新疆维吾尔自治区现代农业工程重点实验室，新疆 阿拉尔 843300)

红枣又称大枣，在我国华北、东北、西北等地区均有种植，年产量持续增长，红枣含有众多微量元素以及人体所需营养成分，其中的维生素C和维生素P可以降低血液中含有的胆固醇含量，因其保健价值高，被誉为“活维生素丸”[1-2]。红枣采摘后含水率高，不宜储存，在运输过程中易霉烂，因此，为减少经济损失，将大部分红枣进行干制。如今随着经济的增长，红枣脆片作为一种休闲食品，以其风味独特，口感酥脆的特点深受人们的喜爱[3-4]。现在工厂和农户大多采用自然干燥法、热风干燥法，不能有效地保留红枣所含的营养成分，且干燥速度慢、时间长。远红外真空干燥技术结合了远红外辐射干燥和真空干燥的优点：热效率高，节能节电，能降低物料内部水分沸点从而实现物料的快速干燥。

1 远红外真空干燥的原理及特点

红外辐射波长在微波和可见光波长之间，根据波长分为三种类型：近红外、中红外、远红外。其中，远红外的波长为5.6～1000μm[5]。

1.1 干燥原理

远红外辐射通过电磁波产生能量辐射到物料表面，根据物料的化学键性质以不同频率被吸收，从而引起物料内粒子的运动而不引起化学变化，使物料温度升高，在干燥过程中，红外线能够穿透物料内部使内部升温，物料表面水分蒸发、内部温度升高产生温度差和湿度差，物料表面和内部水分蒸发方向一致，加快了物料的干燥速率[6]。远红外干燥物料时，影响因素有干燥的温度，物料的切片厚度和辐射距离等[7]。

物料在真空条件处于负压状态，内部的水分沸点降低，使用远红外辐射加热板作为热源，采用热传导和热辐射两种传热方式对物料内部水分进行加热，加速物料内部水分子的热运动。干燥物料内部的蒸汽压力高，真空环境的压力低，产生压力梯度加快了水分子的移动速度，水分迅速汽化、蒸发，干燥[8]。

1.2 干燥特点

1.2.1干燥品质高、效率快

物料在干燥过程中处于真空环境，可以减少氧气、酶等因素与物料中的维生素、糖相遇发生反应，大大提高了物料的干制品质。而远红外辐射干燥加热效率高，时间短，加热温度分布均匀。因此，远红外真空干燥这一结合干燥方式能实现物料干燥的品质高、速率快、时间短的要求[9]。

1.2.2 环保卫生、应用范围广

我国是农业大国，而农作物的贮存问题也随之而来，大多农副产品需要干燥处理，目前大多采用自然干燥、阴干，热风干燥等方式，所受环境因素影响较大，无法保证干制品的卫生及营养成分。远红外真空干燥过程中对物料不产生污染，符合食品安全标准，不产生有毒、有害气体，保证环境干净无污染，也可在医药、食品、轻工、化工、环境保护等领域应用。

1.2.3 容易实现智能控制、自动化

远红外真空干燥加热稳定、真空度易控制，在干燥过程中可以采用智能化电控系统来实时对温度和真空度进行控制，比如可以采用固态继电器来控制加热器的电流大小来控制加热温度，采用电阻真空计，对真空度自动控制。电阻真空计驱动气动真空阀自动开关调节真空度。由此来达到被干燥物料的快速干燥。

2 远红外真空干燥技术的应用现状

随着人们生活水平的不断提高，食品的安全、质量受到高度重视，其中以脱水果蔬加工为代表的绿色食品受到人们的关注与喜爱。现在中国的脱水果蔬加工技术产业发展越来越快，市场上的需求也呈增长趋势。远红外真空干燥技术也越来越多地被应用到脱水果蔬加工行业里面。

在远红外真空干燥技术上蒋焕新与刘云宏对干燥过程中温度的变化及建立干燥动力学模型进行了研究试验。蒋焕新等[10]人采用远红外真空干燥胡萝卜的过程中创办了温度变化的数学模型，并得到了影响温度变化的因素，主要受功率密度、干燥时间、相应真空压力下水的饱和温度、真空度所影响，并建立模型运用到其他切片果蔬的干燥过程中。刘云宏等[11]人在使用远红外真空干燥金银花的过程中确立了动力学模型，可以预料水分比的改变，并得到远红外真空干燥过程中温度升高、压力减小、物料量减少所需的干燥时间越短。

针对单一干燥与联合干燥的对比，徐贵力等[12]人使用远红外单一干燥与远红外真空联合干燥对香菇进行干燥，远红外单一干燥香菇时，香菇表面干裂及色泽变深等问题，远红外真空联合干燥香菇时，香菇处于负压状态相比于远红外干燥，缩短了干燥时间、干燥速率增快，提高了香菇的干制品质。在干燥前期使用远红外排湿气流干燥方法有效地将湿气流排出干燥室，香菇的含水率快速地降至50%左右，在干燥后期使用远红外真空干燥技术，将香菇的含水率降到安全值，这种方法不仅缩短干燥时间，而且有效地保证了香菇的干燥品质。

基于在整个干燥过程中各工艺参数的影响，日本学者S.Mongpraneet使用远红外真空干燥技术干燥洋葱的试验研究，研究中指出在干燥过程中有加速干燥、恒速干燥和降速干燥3个过程，同时表明远红外辐射强度水平与干燥速度、产品质量和产品叶绿素含量之间有着明显的影响[13]。

在选用远红外真空联合干燥方式的情况下，越来越多的国内外学者开始注重远红外真空联合干燥的理论和工艺开展研究，优化干燥动力学模型和相关工艺参数。徐凤英等[14]人对荔枝进行远红外真空联合干燥，在干燥过程中研究了荔枝升温过程中的热量传递过程，在使用远红外真空干燥，高真空度、保压效果方式、高温作用、近距离，增大了干燥室内的热传递，增强了荔枝内部水分向外蒸发汽化的动力，真空的负压力与远红外辐射加温多势场的作用结合下，加快荔枝水分的干燥速率。

在远红外干燥设备方面，远红外真空干燥常出现物料干燥不均匀、远红外辐射距离不能调节等问题。郁雯霞等[15]针对这一问题对远红外真空干燥设备进行优化试验，在保证远红外真空设备能达到较高真空度的前提下，能够调节真空度及干燥功率，有效地解决了物料干燥不均匀的问题。

3 远红外真空技术干燥红枣片的应用意见

对于红枣水分大、含糖量高、不易贮存等特点，选择良好的干燥方式成为必然趋势，枣片在干燥的过程中，在水分梯度和温度梯度的作用下，枣片内部的水分以外扩散和内扩散两种形式向外迁移，将红枣去核切片后干燥，能有效避免红枣表面水分蒸发过快，内部水分扩散无法补偿表面蒸发的水分，从而导致红枣表面硬化，降低干燥速率，形成内控现象，然而将红枣切片后，其内部水分扩散速率大于枣片表面水分汽化速率，产生较大水分梯度，形成外控现象，加快干燥速率。目前远红外真空干燥红枣片技术还处于初级阶段，在远红外真空联合干燥技术干燥红枣片的加工品质上还具有很大的研究发展空间。

3.1 远红外真空干燥红枣片品质的主要影响因素

干燥后的红枣片要有合适的贮存含水量、保持红枣片的结构和营养成分，具有一定的质构特性、光学特性和复水特性等。在远红外真空联合干燥过程中影响枣片干燥品质的因素有干燥温度、干燥时间、真空度、空气湿度等。选择合适的因素范围能有效避免枣片干制后发生物理、化学等变化。

3.1.1 远红外辐射温度的影响

远红外辐射温度是影响干燥物料品质的重要因素，加热过程中物料内外水分形成温度差且具有同向性，促使枣片水分迅速蒸发。在干燥过程中升高温度，枣片的干燥速率增快，但物料容易出现体积收缩、表面裂痕、香味缺失、维生素损失下降、酶失活等现象。较低的干燥温度可以有效地保留枣片的营养成分，避免物料出现品质劣变现象，但同时所需的干燥时间也相应的增长。

3.1.2 真空度的影响

在标压状态下，水的沸点为100℃，随着真空度的升高，水的沸点降低，在其他相同的干燥条件下，枣片内部的水分子快速向外迁移蒸发，缩短枣片干燥所需的时间，同时随着压力的降低，可有效地避免物料的氧化作用，在使用不同的真空度对物料进行干燥时，干燥品质也有所不同[16]，所以在远红外真空干燥枣片的过程中根据枣片的干燥品质确定合理的真空度还需进一步研究验证。

3.1.3 干燥室内空气湿度的影响

在远红外真空干燥物料的过程中，在某一干燥温度、真空度下，枣片中的水分蒸发汽化扩散到干燥室内，形成饱和差，干燥室内的湿度越高，饱和差越小，干燥能力越弱，从而减缓枣片的水分向外扩散，使干燥时间增长，降低干燥速率，反之，当干燥室内的湿度越低时，饱和差越大，干燥能力增强，加快了干燥速率。远红外真空干燥在工作过程中抽取和释放真空时加快了干燥室内气流的循环速度，有效地将干燥室内的湿热空气排出，从而加快干燥速率。

3.2 远红外真空干燥红枣片的机理及关键工艺研究

使用远红外真空技术对不同的物料进行干燥，干燥机理也存在着许多差异，红枣片在干燥过程中其品质特性变化多样，具有多种质量指标。建立红枣片远红外真空联合干燥过程中的数学模型，对优化远红外真空干燥枣片的机理及过程有着重大的作用，寻找干燥过程中温度、真空度、枣片的厚度等因素与干制枣片的含水量、营养成分、感官质量等指标的关系变量，对远红外真空技术干燥枣片的工艺、品质进行预测参考。

3.3 远红外真空干燥关键技术装备研究

根据物料的干燥品质特性要求，研究优化干燥动力学模型及相关工艺参数，可以采用智能化技术对远红外真空干燥设备进行实时控制、检测，提高物料的干燥速率、干燥品质，增大干燥物料的规模，操作方便快捷，进一步开发实现连续规模化生产的自动控制设备，实现农户和企业的实用标准。

4 结论与展望

随着人们的生活水平不断提高，农产品加工贮存与利用的重要性不断提高，农产品贮存保鲜的主要方法就是干燥，远红外真空联合干燥技术结合了远红外辐射干燥与真空干燥的优点，缩短物料的干燥时间，有效地保留了干制品的营养成分，提高干制品的干燥品质，为农产品的贮藏和保鲜提供了有效的措施，降低了农产品的损失，提高了农产品的经济价值。实现高效、安全、可连续生产的智能化干燥设备的技术及研制是农产品远红外真空联合干燥的未来发展方向。