我国粮食干燥技术发展现状与趋势*

姚 渠，尹 君，李瑞敏，张忠杰

（国家粮食和物资储备局科学研究院，北京 100037）

我国作为世界上最大的粮食生产国与消费国，粮食安全是关系到国家战略安全的重大问题。然而，我国年产粮食超5亿t，但每年因气候等原因来不及干燥、干燥不及时或未达到储藏水分要求而造成霉变、发芽的粮食高达5%。日本、美国等发达国家的粮食烘干机械化水平达到95%以上，我国粮食烘干机械化不足10%，发展明显滞后。粮食烘干机械化水平低，传统的晾晒方式又无法满足现代化农业发展需要，导致我国粮食产后损失巨大。

国家推进的粮食产后服务中心等优质粮食工程建设，旨在保证粮食质量安全和数量安全[1-2]。干燥对提高粮食储藏稳定性、保证粮食品质、减少粮食产后损失、保障食品加工质量有着重要意义，将粮食干燥作为粮食产后服务体系建设中的重要环节，也是保证国家粮食安全的重要措施之一。

本文对目前我国粮食机械干燥技术的研究现状进行了总结归纳，并对粮食干燥技术未来的发展趋势进行了探讨。

1 粮食干燥技术现状

1.1 自然晾晒

通过自然晾晒将粮食水分降低至安全储藏水分以下，这是我国传统粮食干燥方法，它具有耗能低、污染低、操作简单及因地制宜等特点，但只适用于部分小农户和基层粮站使用，且此方法受自然天气影响较大，效率低、费时费力，显然已不适合现代化农业发展需求。

1.2 热风干燥技术

热风干燥是传统的机械干燥方式，也是目前使用最广泛的粮食干燥技术，它通过加热的干燥介质（如空气、惰性气体、其它气体等）流动经过粮层除去水分的干燥方法，其因设备成本低、易操作、适应性强、快速干燥等特点被广泛使用。但近些年随着国家绿色环保政策的变化和市场对优质粮食的追求，热风干燥技术的不足逐渐凸显：出风温度高、干燥不均匀、干燥速度快等造成干燥后的粮食出现变色、变形、甚至结块等现象，已不符合现代粮食对高品质粮食的要求；干燥能源的利用率和转化率较低造成能源浪费，污染物排放高、环境污染严重，已不符合节能环保的要求；且工作中劳动强度大，扬尘严重、环境恶劣，不符合环保、卫生要求[3-4]。随着国家环保政策颁布与实施，这种以秸秆、煤炭等为主要能源的干燥技术将会逐渐被其它方式取代。

1.3 热泵干燥技术

热泵是消耗少量低品位热能来制取大量高品位热能的高效制热系统。热泵与常规的干燥设备一起组成热泵干燥装置，在热泵干燥装置运行过程中，从干燥设备排出的废气先被热泵的蒸发器降温除湿，之后被冷凝器加热升温后再进入干燥设备循环利用，热泵烘干技术具有能源消耗少、环境污染小、烘干品质高和适用范围广等优点，其优异的节能效果已被国内外的各种试验研究证明[5-6]。

近些年，我国热泵干燥技术的研究主要集中在中草药、果蔬、水产等应用上，但从2017年12月，国家发改委联合十余部门发布禁煤政策并推广落实后，以煤炭为主要能源的传统干燥技术将逐渐被取缔，热泵干燥技术以其精准的温度控制，确保了粮食烘干后的品质，成为粮食干燥技术领域关注和研究的焦点。在粮食干燥领域，热泵干燥技术主要集中在小批量的粮食种子的干燥上，目前在规模化粮食干燥方面的研究还未取得实际性进展[7-8]。

1.4 太阳能干燥技术

太阳能干燥技术是利用太阳能辐射加热某种流体（如空气等），然后将此流体直接或间接与待干燥的高水分粮食接触，在热量传递过程使粮食中部分水分汽化、带走，此技术既能使粮食得以干燥，又能循环利用流体中的热能[9]；它采用的太阳能是绿色能源，不仅可以节约成本、降低污染，由于干燥介质的温度高，还能起到杀虫和灭菌的作用，且在干燥品质上与传统的干燥技术相比产品色泽有较大改观。

太阳能干燥技术具有清洁、廉价等特点，属于“绿色”干燥技术，但是太阳能技术受气候影响、地域限制，干燥周期长、一次性投资较大等原因导致其推广受限。近些年太阳能干燥技术的研发为有效利用太阳能进行干燥作业提供了更多可行性。太阳能干燥技术经常结合其他干燥设备一起组合使用效果更加显著，如太阳能和热泵干燥装备的结合。

1.5 微波干燥技术

微波是一种高频电磁波，频率为300～300000 MHz，其波长为1 mm～1 m。微波干燥是一种新型的干燥方式，其原理是通过高频振荡的电磁波穿透粮食，微波被待干燥的粮食吸收后，将其所携带的能量在内部转化为热能，从而对粮食进行脱水干燥，它直接采用电磁波加热，无需传热介质，直接加热到物体内部且其热传导方向与水分扩散方向相同，因此具有升温快、干燥均匀及效率高等特点。

微波干燥技术由于能实现精准的自动化控制，其研究及应用在各个干燥领域越来越受到重视。我国现阶段对微波干燥的研究主要集中在食品、药品、医药原料的干燥、杀菌和消毒方面，在粮食干燥领域也进行了基础研究，但是微波干燥技术投资大、耗能高、成本高、易过度干燥等技术缺陷也限制其大规模推广应用。

1.6 红外线干燥技术

红外线干燥技术是利用红外线辐射使粮食中的水分汽化的一种干燥技术。它利用水分子对红外线有特别亲和力的特点，可以直接作用在粮食上，深入粮食内部，使内外同时加热，快速除去粮食中的结合水。红外线干燥具有能量利用率高、干燥时间短、品质效果好、环保等优点[10-11]。

采用红外线技术干燥农作物是近些年的研究成果，不同作物对红外的吸收具有选择性，如红外辐射器光谱与被干燥粮食吸收的光谱匹配良好，才能达到较好的干燥品质，目前针对干燥农作物的红外辐射器还较少，且红外辐射热传质过程较复杂，具体采取什么样合适波段红外线进行粮食干燥作业是红外线粮食干燥技术大规模推广应用需要解决的难点。

1.7 组合式干燥技术

近些年，为实现保质、高效、节能的干燥效果，根据不同物料的干燥特性，将两种或多种干燥技术进行结合使用，实现不同的干燥技术之间的优势互补，即组合式干燥技术，从而实现资源的充分利用。如太阳能-热泵干燥技术，真空-微波干燥技术，真空-热风干燥技术等[12-13]。

2 粮食干燥技术应用现状与存在的问题

目前我国粮食干燥领域大多采用链条式炉排干燥设备，但这种设备的缺点较多，据2019年粮食干燥设备的不完全统计，我国干燥设备的热效率低，综合利用率小于75%；燃尽率小于85%，煤耗高；热损失大、启停周期长、温控波动范围较大、换热系统故障率高，需定期清理、劳动强度大、烟尘排放严重超标，且无法确保粮食干燥后的品质。

2.1 能源效率低

我国现存的干燥设备单位能耗大，发达国家谷物干燥每降1 kg水需要耗能3 344～4 598 kJ，而我国的这一指标则为5 000～8 000 kJ，粮食干燥设备节能减排技术有较大改进空间。

2.2 干燥设备不足

随着我国环保政策的落实，以燃烧煤炭、秸秆等为能源的干燥设备或者进行环保升级改造或者逐渐被市场淘汰，现存干燥设备数量不足，新研发的干燥技术及设备大都处在实验研发阶段，有些设备在不断升级优化的同时，未能及时将新技术新产品进行生产实践应用。

粮食干燥机械设备整体结构粗犷化，设备选用材料范围过于宽泛。且干燥设备机型较为单一，缺乏经济适用的通用机型，一台烘干机不能同时满足多个作物品种的干燥需求，设备利用率低，不能实现一机多用[14]。

2.3 干燥技术缺乏

粮食干燥技术经过近些年的快速发展取得了巨大进步，粮食干燥技术体系也逐步趋于成熟，但与国外粮食干燥技术存在不小的差距，还存在着如干燥加工工艺指导匮乏，干燥产品品质良莠不齐，不能满足人民对高品质生活的追求；如温湿度自动控制系统、粮食水分的在线自动检测系统稳定性差，灵敏精度不够等亟待解决的诸多问题。

3 粮食干燥技术展望

粮食干燥技术的发展保证了粮食干燥品质，实现了粮食干燥的智能化精准控制，烟尘排放达到国家环保排放标准，也是为国家生态环境建设及粮食产后服务中心等优质粮食工程建设提供了强有力技术支撑。因此，我国粮食干燥技术有以下发展趋势：

3.1 基础研究

经过多年发展，我国在粮食干燥应用技术的研究很多已达到国际先进水平。但是，干燥理论基础研究明显落后于应用技术研究，热质传递机理研究深度不足[14]，如科研人员一般通过测定粮食表面的信息开展理论模型研究，倘若能准确地测定干燥过程中粮食内部温度、水分等变化信息方面开展干燥理论研究和试验研究，势必改善干燥理论滞后于应用的现状，也能推进干燥技术的研究和应用[15-16]。

3.2 技术改进

融合前沿科技技术，精准控制干燥过程中的温度、水分等参数变化，研制生产出质量更好、使用可靠、操作简便及经济适用“一机多用”的机型，推动干燥设备向智能化、自动化、标准化及产业化的方向发展，也是未来粮食干燥技术主要的研究方向之一。

3.3 清洁能源的利用

按照我国治理环境的总体要求，干燥能源利用趋向于低碳、环保、可再生的清洁能源。随着全世界范围内一次能源的快速消耗并逐渐面临枯竭，寻找和发展可再生清洁能源将成为中国乃至全球能源发展的必然趋势[17-18]。

4 结语

随着我国现代化农业的发展和人们对优质生活的追求，环保、节能、高效及高质也成为现代粮食干燥技术的追求目标，现在干燥技术设备及工艺还不能完全满足我国粮食干燥技术发展的需求，因此改进烘干工艺、提升控制技术、实现节能减排、降低烘干成本、减少环境污染、提高干燥效率及保证粮食干燥品质是我国粮食干燥技术急需解决的问题。