浅析芒果干生产中干燥技术及装备

黄燕婷，罗朝丹，黎新荣，李 伟，程三红

（广西壮族自治区亚热带作物研究所，广西南宁 530001）

芒果是热带地区一种营养价值极高的水果，其果肉细腻，营养丰富、风味独特，被誉为“热带水果之王”。芒果干具有新鲜芒果独特的口感、风味，产品深受消费者的欢迎。干燥是芒果干生产中的重要环节之一，会直接影响到成品的色泽、口感、滋味及保质期。影响芒果干干燥效果的主要因素是干燥方法和装备。生产上要根据湿物料的结构、性质特点及对产品的质量要求，并结合实际需要选择适当的干燥方法和装备，才能得到理想的产品。

在芒果干加工生产中，干燥方式分为自然干燥和人工干燥两种。目前芒果干加工中人工干燥方式主要有热风干燥、热泵干燥、真空冷冻干燥、远红外真空干燥、微波热风干燥等。黄闯忠等分别采用热风干燥和真空冷冻干燥制备芒果干，发现热风干燥的能耗和时耗低于真空冷冻干燥，但是经过真空冷冻干燥处理的芒果干色香味更佳，维生素C 和蛋白质的保存率也更高。罗彩连等采用热泵干燥技术对芒果高温热泵间歇干燥特性进行研究，发现相比连续干燥，间歇干燥的干燥速度更高。Salazar等采用冷冻干燥技术对芒果果肉进行干燥处理，发现在较高的冷冻速率下，干燥总时间能缩短30%。潘莹瑛分别采用热风干燥、远红外真空干燥、微波热风干燥对芒果果肉进行干燥处理，发现热风干燥能耗最低，但维生素C 保存率及复水性较差，远红外真空干燥和微波热风干燥在维生素C 保存率及复水性方面均优于热风干燥，但能耗较高。基于干燥能耗、生产效率及生产成本等因素考虑，真空冷冻干燥、远红外真空干燥及微波热风干燥用于芒果干的工业生产较少，较多用于芒果干干燥的理论研究，在芒果干的工业生产中常用的人工干燥方式主要是热风干燥和热泵干燥。

1 干燥的原理

干燥是指在自然或人工控制的条件下，利用热能使湿物料表面先升温，水分随即汽化为水蒸气，由于表面水分的蒸发，造成物料表面与内部水分之间的水蒸气分压差，促使物料内部的水分在湿度梯度的作用下向物料表面扩散，以求得物料各部分水分的平衡，从而获得固体产品的工艺操作。干燥的目的是降低物料的含水量，抑制微生物的生长，防止物料腐烂变质，延长产品的保质期，提升产品的感官效果，使产品便于贮存、运输和使用。

2 干燥方法与技术

干燥分为常压干燥和减压干燥。常压干燥是在大气压条件下进行的干燥，如箱式烘箱或烘房，其处理量大，设备简单。减压干燥是在密闭容器中抽真空后进行的干燥，温度较低，减少了空气对产品的不良影响，但设备处理量小、耗时长，芒果干通常采用常压干燥法生产。

2.1 干燥方法

根据产品的需求，分为一次干燥法或多次干燥法。一次干燥法普遍用于无添加的原风味芒果干制作，一般将新鲜芒果切片后放在60～70℃干燥室烘烤或日晒干燥，至含水量为15%左右即为成品，是一种不间断的干燥方法。多次干燥法一般应用于加糖的芒果干制作。一般操作为在干燥室或日晒干燥，通过动态干燥（变温干燥）将物料含水量降至30%左右，移出干燥室后进行常温静置平衡或调味处理，处理一般在12～24 h，之后再通过动态干燥将水分含量降至18%左右，即为成品。多次干燥的特点是物料干燥过程分多个阶段，不同阶段的干燥条件也不同。

2.2 干燥技术

生产上芒果干常用的干燥技术有自然干燥、热风干燥和热泵干燥。自然干燥是在自然环境条件下将物料干燥的方法，主要依靠太阳的辐射热或自然界的风力，使物料中的水分汽化而达到除去水分的目的，不需要使用大型干燥设备和人工加热，是一种最为简单易行的对流干燥。传统的芒果干较多采用自然干燥处理，操作简便，但干燥速度慢，产品色泽容易发生变化。

热风干燥是利用热源（煤、电、天然气等）提供热量，并以空气作为干燥介质，对果蔬原料进行干燥处理的技术。芒果干生产使用的热风干燥是在高温（55℃以上）有氧的环境下进行，干燥过程容易造成芒果干中酚类物质氧化，维生素破坏，氨基酸和糖发生美拉德反应。干燥前对芒果进行热烫处理及硫处理可有效防止酶促褐变和非酶褐变，进而减缓热风干燥过程中芒果干品质及色泽的变化。热风干燥具有设备成本低、操作简单、可以大规模生产，不受气候因素影响的优点，缺点是容易产生环境污染。

热泵干燥是利用逆卡诺原理，吸收空气的热量并将其转移到烘干房内，实现烘干房的温度提高，配合相应的设备实现物料的干燥。具有能耗低，传热效率高，安装、拆迁方便，占地面积少的优点，是目前芒果干加工中最常用的干燥技术。

3 干燥装备

随着工业机械设备的发展和加工技术水平的提高，芒果干生产的干燥装备也不断完善，干燥热源已从传统的以阳光作为直接热源，发展到以煤、柴油等燃料或电作为供热热源，极大地提高了生产效率和产品质量。

3.1 自然干燥装备

自然干燥用到的装备主要是晒场或凉房，塑料托盘、晾晒架等。其干燥效果与温度、湿度和风速等气候条件有关，芒果干生产中经过自然干燥处理后，通常会再配合其他干燥装备进行干燥处理，以提高生产效率，缩短生产周期。根据生产的需要，除了开放式晾晒，还有半开放式晾晒和封闭式晾晒，如图1。

图1 三种晾晒方式

3.1.1 开放式晾晒

搭建方法简单，不需要投入大型干燥设备，费用低廉，主要投入为晾晒工具，可用木头、竹竿、塑料水管等材料搭建晾晒架，物料可以放在竹篾托盘或塑料托盘上晾晒，需要人工翻动物料保持晾晒效果。干燥过程中管理较为粗放，不受场地限制，可以在产地和山区就地进行，但容易受自然条件影响，沙尘、雨天无法操作。

3.1.2 半开放式晾晒

顶部用塑料扣成大棚式，四周无遮挡，晾晒架在大棚内。根据建筑上塑料薄膜的层数，可分为单层塑料棚舍和双层塑料棚舍。太阳热辐射作用可以提高棚舍的内部温度，一般可提升温度3～5℃。雨天不需要将物料收回，但沙尘天气会影响生产。

3.1.3 封闭式晾晒

采用封闭式大棚，与半开放式大棚相比，在四周增加了塑料膜，并设置有可控的引风机和排风机。由于降低了通风效果，减小了空气的对流，棚内可提升温度10～15℃。风机运行时可以增加内部空气流动，进行排湿和适当控温。这种大棚不受天气影响，无阳光时也可以进行阴干操作。

3.2 燃料干燥装备

燃料干燥是利用燃烧木材、煤、柴油等燃料产生的热力，在通过换热器或加热锅炉生成水蒸气后利用风机把热能直接吹进干燥室内，使热能直接由干燥介质传递给物料。在干燥过程中，传质和传热一起进行，方向相反，但密切相关。在工业生产中，常见的热源装置主要有燃料热风炉和蒸汽锅炉。

3.2.1 燃料炉热风干燥

一般由燃烧炉、换热器、热风系统、干燥室和温控系统构成，如图2。工作原理是在风机的作用下，燃烧炉中的高温烟气被吸入换热器的散热管道中，冷风被吸入换热器的换热空间，经热交换后，烟气温度降低而流出换热器，将冷风转化为温热气体，并在风机的作用下沿换热空间流入干燥室，使室内温度升高而形成温度差，温度差使物料内部水分从内向性外进行热转化，最后再从物料表层蒸发掉。

图2 燃料炉热风干燥机组成

3.2.2 蒸汽锅炉热风干燥

由蒸汽锅炉、换热器、热风系统、干燥室和控制系统构成，通过燃烧燃料加热锅炉中的水来产生高压水蒸气，蒸汽通过换热器加热空气，再吹入干燥室内。整套干燥设备系统结构相对复杂，控制系统通过控制进入换热器的蒸汽量来控制温度，控制疏水阀和排湿风机排出冷凝水和湿空气，如图3。

图3 蒸汽锅炉热风干燥机组成

燃料炉热风干燥设备便宜，早期干燥室为砖砌结构，建设投入较少，一般使用柴、煤和固体燃料。虽然热风温度高，但换热器容易积炭，温度控制精度较低；当干燥室容积较大，物料较多时，内部温差大，热风口与远端的温度最高相差可达20℃。

3.3 电能干燥装备

电能转换成热能较为方便，且具有经济、实用、清洁无污染的特点。电能干燥的工作原理是利用加热装备，如电热丝、电加热管或电热导热油炉，将电能转化成热能进而对湿物料进行干燥。

3.3.1 电热丝和电加热管

高温电阻丝中有电流通过时产生热量，再传递到空气中去，达到加热空气的目的，如图4。为了提高电热丝的使用寿命，使用由不锈钢管、高温氧化镁粉等材料制成了电加热管，高温电阻丝均匀分布在不锈钢无缝管中，空隙部分填充有导热性能和绝缘性能均良好的结晶氧化镁粉，具有发热均匀、热效率高、寿命长、维修方便的特点。

图4 电热丝或电加热管干燥装备

3.3.2 电热导热油炉

电热导热油炉工作原理是：将电力作为能源，通过电热元件把电能转换成热能，以导热油作为传热介质，通过高温油泵将导热油在系统中进行强制性循环，从而达到需热设备不断获得所需热能的目的。

电热导热油炉一般由主机、高位油槽、控制柜等作为一整套设备与用热设备共同组装成为强制性液相循环的加热系统，如图5。

图5 电热导热油炉干燥装备

3.4 热泵干燥装备

热泵是一种可以把低温热源的热能传递到高温热源的装备，通常将空气作为热泵装备的低温热源。空气能热泵工作原理是利用压缩机的作用，在压缩机和换热系统内循环的制冷剂的联合作用下，从空气中吸收较低温热能，进而转换为较高温热能排放至循环介质中作为高温热源输出，主要能耗原因是压缩机的运转耗费了大量电能。

3.4.1 开环式热泵干燥

目前的热泵干燥方式主要是开环式干燥，是热泵主机通过吸收空气里的能量，产生高温热风，送入干燥室，加热物料将水蒸气由排湿口排出。热泵干燥主机比电加热干燥的主机电能消耗要低，但芒果中的芳香物质容易流失到空气中，使产品的品质降低，如图6。

图6 开环式热泵干燥装备

在21 世纪初，开环式热泵干燥在果脯加工企业中的使用率很高，但随着生产技术的进步及消费者对产品的需求变化，其生产产品的品质缺陷开始受到重视。由于干燥过程中需要排除湿空气，在排湿过程中会进行外界空气交换，物料不断接触外界空气，产品在干燥结束后色泽会逐渐变深，香气物质流失严重，因此如何降低外界空气对产品的影响成为广大科技者研究的重点。

3.4.2 闭环式热泵除湿干燥

闭环式热泵除湿干燥是指将物料放置在隔热不透风的干燥室内，通过闭式风循环将水蒸气在冷片上冷凝排出，达到除湿干燥的目的。因不排出水蒸气和热风，因此在理论上不损失能量。闭环干燥一定是除湿的，即通过降低干燥室内的相对湿度来达到加快干燥的目的，如图7。该模式的特点是只排水不排热，能量流失少；干燥室相对封闭，不受外界环境温湿度的影响，外界粉尘和蚊虫无法进入；物料在干燥过程中与外界空气接触少，物料氧化程度低，克服了开环式热泵干燥存在的问题。

图7 闭环式热泵除湿干燥装备

各类烘干设备能耗及成本比对详见表1。

表1 各类烘干设备成本与能耗对比

4 结论与展望

随着科技的发展，芒果干的干燥技术与干燥装备也日渐完善，尤其是热泵干燥技术具有设备成熟，操作简单，传热效率高，能耗低，安装、拆迁方便，占地面积少等优点，在芒果干加工中应用最为广泛。由于芒果干在不同阶段的干燥过程中，其干燥参数不同，若使用单一干燥方式和装备，不仅会增加能耗，还会影响产品的质量和产量。生产中要根据物料特性，产品质量要求等，采用多种干燥技术联合干燥的方式处理物料。

芒果干的联合干燥技术及装备研发将是发展的趋势，联合干燥技术是根据物料的加工特性、加工需求及各类干燥技术的优缺点，将两种或两种以上干燥技术结合起来的联合干燥技术。联合干燥技术具有污染低、能耗低、易操作、效率高，并能更好保留物料的生物活性成分和风味物质等优点，更适合大规模的工业化生产。此外，开发新型节能干燥装备，建立干燥过程的数学模型，提高干燥装备的自动化及工业化水平，优化联合干燥技术与装备，也将是未来发展的趋势。