生物质干燥方法(6篇)

生物质干燥方法篇1

[摘要]介绍真空冷冻干燥技术的原理和中药真空冷冻干燥技术特点，及其在中药方面的应用与发展状况作一综述。

[关键词]真空冷冻干燥技术；中药

[中图分类号]R932[文献标识码]A[文章编号]1673-7210（2008）08（a）-026-03

Researchandapplicationofchinesecrudedruginvacuumfreeze-dryingtechnique

ZHANLi-yin

（InsitituteofMedicineProduceofGuangzhou，Guangzhou510240,China）

[Abstract]Theprincipleandcharacteristicsofvacuumfreeze-dryingtechniquearepresented.ThedevelopmentandapplicationofthistechniqueinChinesecrudedrugisreviewedbriefly.

[Keywords]Vacuumfreeze-dryingtechnique;Chinesecrudedrug

现就冷冻干燥技术的原理和中药真空冷冻干燥技术特点及其在中药方面的应用综述如下：

1冷冻干燥技术的原理和特点[1]

1.1原理

冷冻干燥是指将药品在低温下冻结,然后在真空条件下升华干燥,去除冰晶,待升华结束后再进行解吸干燥,除去部分结合水的干燥方法。该过程主要可分为药品准备、预冻、一次干燥(升华干燥)、二次干燥(解吸干燥)、密封保存等步骤。

图1所示纵坐标为气压,横坐标为温度,0℃(实际为0.01℃)为三相点,表示水以液体存在时的最低大气压,低于该点气压,水只能以冰或蒸气存在,也就是在此时升温时,水只能从冰直接变成蒸气,冷冻干燥就是远低于该气压(高真空度)下干燥水分的,通常在66～133Pa真空度和-25℃以下,才能保证冷冻干燥顺利进行。

图1水的三相平衡图

1.2中药真空冷冻干燥技术特点

中药冷冻干燥与其他干燥方法相比,有以下优点[2]：①中药内部水分要完成冻结并直接由固态转变为气态，其温度和压力至少要控制在水的三相点(0.01℃,610.5Pa)以下，整个干燥过程在低温和非常稀薄的空气中进行，因此可避免常见的干燥加工过程中物料热敏性成分的破坏和易氧化成分的氧化等劣变反应，产品活性物质(特别是药用有效成分)保存率高,芳香物质挥发性降低，产品性味浓厚。②中药干燥前进行预冻处理，形成了稳定的固体骨架，水分蒸发以后,固体骨架基本保持不变，其收缩率远远低于其他方法干燥的产品，较好地保持了物料的外形，具有较好的外观品质。③中药预冻之后，内部水分以冰晶的形式存在于固体骨架之间，溶解于水中的无机盐等物质也被均匀分配其中，升华时就地析出，避免了一般干燥过程中物料内部水分向表面迁移时，所携带的无机盐在表面析出而造成的药材表面的硬化。④由于低温下化学反应速率降低以及酶发生钝化，冷冻干燥过程中几乎没有因色素分解而造成的褪色，及酶和氨基酸所引起的褐变现象，故经冷冻干燥的中药产品不需添加任何色素和添加剂,安全而卫生。⑤脱水彻底,质量轻,保存性好,适合长途运输和贮藏。在常温下，采用真空包装，保质期可达3～5年。

中药冷冻干燥及制品的缺点和不足：①设备结构复杂、一次性投资大,一般24m干燥面积的真空冷冻干燥机国际市场价格达43万美元；②干燥过程中制冷、加热系统能耗占总能耗的80％以上,生产成本高，效率低；③干燥产品呈多孔疏松状结构,暴露于空气中容易吸湿和氧化,对包装和贮藏条件有特殊的要求。

2中药冷冻干燥的基本过程

中药真空冷冻干燥大致包括预处理、冷冻干燥(冻结、升华干燥、解吸干燥)、包装、贮藏等几个工艺流程。

2.1产品的预处理

在对药品冷冻干燥之前[3]，准备药品时，必须加入一些添加剂，以保证冻干产品的效果良好、保持药效。

2.2产品的预冻

预冻阶段为将物料中游离态的水冻结成冰[4]，是为干燥做准备的阶段。预冻不仅影响干燥速率，而且影响冻干产品质量。此阶段物料处于被冻结状态，可以保证冻干后物料的形态与干燥前基本相同，也可防止真空干燥时物料起泡、浓缩、收缩和溶质移动等不可逆变化发生。同时可防止干燥过程中，物料中热敏性成分受破坏。预冻阶段应注意的影响因素有配方、冻结速率、冻结方式、冻结时间以及退火。这些因素对中药中组织细胞和活性成分都有一定的影响。

2.3产品的第一个阶段干燥(也叫做产品升华阶段)[5]

产品的冷冻干燥不仅是在冻结状态下进行，而且必须在真空状态下进行，以促进产品中水分的迅速升华。在升华干燥阶段，冻干箱的搁板是产品热量的来源，搁板温度高产品获得的热量多;搁板温度低，产品获得的热量减少。因此搁板的温度不能过高和过低，应控制在合理的温度范围。根据产品温度、冻干箱内的压强(即真空度)、冷凝器温度三个因素来决定。升华阶段时间的控制要注意以下因素：①产品的品种;②产品的装置;③升华时提供的热量;④冻干机本身的性能。

2.4产品的第二阶段(也叫做解吸阶段)

一旦产品内冰升华完毕，产品的干燥便进入了第二阶段，在该阶段虽然产品内已不存在冻结冰，但产品内还存在10%左右的水分，为了使产品达到合格的残余水分含量，必须对产品进一步的干燥。在解吸阶段，可以使产品的温度迅速地上升到该产品的最高允许度，并在该温度一直维持到冻干结束为止。产品的最高许可温度视产品的品种而定，一般为25～40℃左右。若物料温度超过一定极限值，中药中热敏性成分将发生热分解，有效成分裂变，品质降低。因此要以平衡含水率作为干燥终结指标，在中药物料达到热变性温度之前，停止加热，破坏真空，真空冷冻干燥过程即告结束。中草药的有效成分(如地黄梓醇、人参皂苷)、挥发油以及其他热敏性物质随干燥时间的延长而发生降解，其降解程度与底物浓度、反应速度常数、温度以及含水率等密切相关。

2.5封装和储存

经二次干燥后[6]，要进行封装和储存。在干燥状态下，如果不与空气中的氧气和水蒸气相接触，冻干药品可以长时间储存。封装仍须在真空条件，或充惰性气体（氮气或氩气）的条件下进行。对于瓶装的药品，可在干燥室内，用压瓶器直接将橡胶瓶塞压下。冻干药品的储藏温度一般是室温。

3冷冻干燥技术在中药领域中应用的研究进展

对于需静脉注射但在水中不稳定的中药复方或单方而言[4]，冻干粉针的研制和应用使很多问题迎刃而解。临床治疗效果良好的不少中药制成冻干粉针后,其成型性、水溶性较注射液好，稳定性大大提高,天花粉、双黄连等中药粉针剂在临床上的普遍应用就是证明。同时，冻干技术也是制备各种中药脂质体、毫微粒、纳米乳的常用方法。冻干技术使脂质体等原有作为药物载体的优点进一步扩大，既可单独制备、储存，又可延长药物在体内的作用时间，降低其毒副作用，提高生物利用度，也为药物研发开辟了一个崭新的空间。

3.1中药材

随着人们生活水平的提高，消费观念更加注重食品和药品的安全、优质、营养和健康，冻干技术可最大限度地保存药用有效成分的活性，较好地保持药材的外观品质、颜色、气味，脱水彻底，保存性好，拥有其他干燥技术无可比拟的优越性，因此具有广阔的市场和应用领域[2,7]。为使冻干人参的工艺科学化，徐成海等[8]于1993年研制出了ZLG-1型人参真空冷冻干燥机，并对干燥工艺作了系统研究。他们的研究结果表明冻干技术加工出的人参，不仅形、色、气、味优于生晒参和红参，而且生物性状和组织中的内含物保持完整，有效成分含量高，特别是其中的人参皂苷高达7.3%。除人参外，徐成海等[9,10]还对冬虫夏草和山药的冻干技术进行了研究，使用该技术不仅较好地保存了冬虫夏草中蛋白质、氨基酸、虫草酸、虫草素、虫草多糖和SOD酶等多种药用和营养成分的活性，还解决了人工栽培中大批量、长时间存储的问题，同时也给远距离运输带来了便利，大大缓解了供需之间的矛盾，产生了较好的社会效益和经济效益。冻干技术同样也是加工山药制品最理想的办法，真空避免了氧化，低温保证了山药制品中的皂昔、黏液质、蛋白质、氨基酸等主要成分不被破坏，克服了一般加工中营养损失严重，药效降低，产品变色褐化的问题，使消费者能在品尝美食的同时达到有效进补的目的。

3.2中成药

随着中药现代化技术的发展，冷冻干燥制剂不仅应用于多肤蛋白类药物的临床开发，更广泛应用于植物药现代化剂型的研究和开发。很多临床治疗效果良好的中药注射剂因其制剂的不稳定性，临床应用受到局限并且给储藏和运输带来不便。而将其应用冷冻干燥技术制成冻干粉针后，稳定性大大增强，所得产品质地疏松，加水后能迅速溶解，该制剂含水量低，粉针包装可保持真空或充填惰性气体，有利于增强药物的稳定性[11]。唐岚等[12]用冷冻干燥方法将参附青注射液制备为粉针,并对冻干粉针与注射液的稳定性进行了初步考察。经冷冻干燥法制备的参附青冻干粉针成型性、水溶性好,较注射液稳定。冷冻干燥制剂以其独特的生产工艺，为中药现代化的发展提供了一种良好的实用技术。尤其对于需要静脉注射但在水溶液中不稳定的复方或单体中药来说，冻干粉针的研制和应用使很多问题迎刃而解。但在中药冻干粉针的研制过程中又有许多需要考虑和注意的问题，比如其对原料药物的特殊要求，不同辅料对其成型性和产品水分含量的影响，生产工艺条件的筛选以及最后质量标准的严格制定。其中有许多问题的关键也需要借鉴已成熟或者已上市的中药注射剂的生产条件和质量标准，可以说对于大多数中药注射剂来说，注射用中药冻干粉针是在其基础上改良的一种新方法、新剂型，具有广阔的发展前途。

4中药冷冻干燥技术的发展前景

中药是中华民族的宝贵遗产[13]，已经和正在为维护我们民族的健康昌盛发挥重要作用。中药的炮制有其独特的工艺，冻干工艺的出现又为传统中药的炮制提供了一种新的现代化的技术手段。中药注射用粉针剂在临床上也日益发挥出优势作用，它也是中药产业发展和中药现代化的方向之一。真空冷冻干燥作为一种新兴的技术手段，在中药的研究和开发上必然有着广阔而美好的前景。

[参考文献]

[1]梅兴国.生物技术药物制剂――基础与应用[M].北京:化学工业版社,2004.

[2]任迪峰，毛志怀，和丽.真空冷冻干燥在中草药加工中的应用[J].中国农业大学学报，2001,6(6):38.

[3]华泽钊，刘宝林，左建国.药品和食品的冷冻干燥[M].北京：科学出版社，2006.

[4]刘嘉，刘汉清.冻干技术及其在中药冻干制剂中应用的研究进展[J].中国医药技术经济与管理,2007，1（5）：34-42.

[5]黄诚，杨小兵，孙宁,等.冻干原理与技术[J].工业科技，2003，6（32）：46.

[6]华泽钊，刘宝林，左建国.药品和食品的冷冻干燥[M].北京：科学出版社，2006.

[7]李一果，段承俐，萧凤回,等.冻干技术在中药材及三七加工中的应用[J].现代中药研究与实践,2003，增刊：60-62.

[8]徐成海，关奎之，张世伟，等.ZLG-1型人参真空冷冻干燥机的研制[J].真空，1993,2:40.

[9]徐成海，张世伟，喻浸陆，等.冬虫夏草真空冷冻干操的实验研究[J].真空，1994,6:34.

[10]徐成海，张世伟，胡天玉.山药真空冷冻干澡的实验研究[J].真空科学与技术，1996，16(6):449.

[11]陈怡，罗顺德.注射用中药冻干粉研究进展[J].中国药师，2003，6（11）：743-745.

[12]唐岚,刘力,徐德生.参附青冻干粉针成型工艺研究[J].中成药,2005,27(5):512-514.

[13]闫家福,仝燕,王锦玉.冷冻干燥技术及其在中药研究中的应用[J].中国实验方剂学杂志，2006，12（12）：65-69.

生物质干燥方法篇2

摘要：利用热泵干燥装置对大红萝卜进行干燥，采用单因素方法，运用MATALB软件对关键字：热泵动力学单因素

前言：

干燥动力学研究是设备放大设计的基础，对于某种未知干燥特性的物料，在实验室规模的设备上进行干燥动力学研究，使用较少的物料，改变不同的干燥参数，为放大设计工业化干燥器提供理论依据。

1.干燥动力学实验的材料、测量仪器和实验方法

实验选用的材料为从市场购得的新鲜、无虫眼、表面光滑的大红大红萝卜，实验前将其清洗，切除根梢，然后切成约1cm左右的大红萝卜丁，均匀地平铺在物料架网状搁板上。

温度和湿度测量采用数字铂电阻温度计及干、湿球温度计；风速测量采用北京检测仪器厂生产的F10型智能型热式风速仪；含水率的测定选用型号LD电子天平称重。

根据国家标准，采用直接干燥法[3]测取1大红萝卜初始水分含量。物料内部水分的表示方法有两种（即湿基含水量和干基含水量），本实验采用干基含水率。

干基含水量（）是以干物质为基准的水分含量。

式中，―湿物料中水分质量，kg；―湿物料中绝干物质的质量，kg。

2.干燥动力学实验的结果与分析

为了提高回归方程的可靠性和回归曲线的精度，采用软件来对回归曲线进行拟合，得到不同条件下的拟合方程：

（1）不同大红萝卜质量条件下：

4kg：

6kg：

8kg：

（2）不同温度条件下：

30℃：

35℃：

40℃：

（3）不同风速条件下：

1.4m/s：

2m/s：

2.6m/s：

（4）不同相对湿度条件下：

20％：

30％：

40％：

由拟合前后数值的比较和曲线拟合程度可以看出，各条件下的多项式回归拟合度较好，回归系数显著。绘制出其导数多项式曲线，即干燥速率曲线。

图1不同大红萝卜量下，干燥速率―时间曲线

图1说明，在一定的干燥面积下，随着大红萝卜量的增加，大红萝卜在托架的堆放高度增多，大红萝卜间相互叠加面积增大，从而减少了蒸发面积，降低了空气穿过大红萝卜的速度，不利于水分蒸发，延长了干燥周期。

图2表明，干燥速率前期受风速影响较大，对干燥中后期影响不显著。

图3表明，随着风温的升高，大红萝卜蒸发水分所需的热量增加，加快了水分蒸发速率，有利于干燥时间的缩短。

图4表明，在干燥前、中期，相对湿度越低越有利于干燥速率的加快；而在干燥后期，相对湿度影响并不显著，这是因为在此阶段大红萝卜自身质地紧缩，水分梯度对其影响微乎其微。

结束语：

（1）选用大红萝卜量、风速、风温、相对湿度作为大红萝卜干燥的单因素进行大红萝卜干燥动力学实验，得出大红萝卜干燥特性曲线。

（2）同时运用MATALB软件对干燥曲线进行有效的拟合，得到不同条件对大红萝卜干燥速率的影响和相应条件下的多项式回归模型。

图2不同温度下，干燥速率―时间曲线

图3不同风速下，干燥速率―时间曲线

生物质干燥方法篇3

Abstract:Dryingmethodsincludeconventionaldrying,heatdrying,dehumidificationdrying,solardrying,microwavedrying,heatpumpdehumidification-solarcombineddrying.Thepaperfocusesontheprinciplesofseveraldryingmethods,advantagesanddisadvantages,energyefficiencyandthelatestresearchprogressintroducedandanalyzed,whilethedirectionoffuturedevelopmentputforwardtheirviews.

关键词：干燥速度干燥周期干燥介质风循环材堆

KeyWords:dryingspeed,dryingperiod,dryingmedia,windercircle,pilearea

1.引言

干燥技术几乎应用于所有产业，它是影响产品质量和产业效益的关键因素。目前木材的干燥方法主要有常规干燥、高温干燥、除湿干燥、太阳能干燥、微波干燥、热泵除湿-太阳能联合干燥等。由于设备质量、配套元件及基础研究等方面还需要进一步提高，目前常规干燥仍然是主要的干燥形式。由于每一种干燥都有各自的优点和适用范围，所以联合干燥将是未来发展的趋势。

干燥技术：是采用加热、降温、减压或其他能量传递的方式使物料的湿分产生挥发、冷凝、升华等相变过程与物料分离以达到去湿的目的。干燥过程包括传热和传质两个相互的过程：传热过程中热空气将热量传给物料，用于汽化其中的水分并加热物料；传质过程物料中的水分蒸发并迁徙到热空气中，使物料中水分逐渐降低，得到干燥。在实际干燥过程中，由于物料总是具有一定的几何尺寸，传热传质过程在热空气与物料颗粒之间和物料颗粒内部的机理并不相同，因此干燥过程又有等速干燥阶段和降速干燥阶段之分。干燥过程的主要特点如下：

（1）干燥技术是一门跨行业、跨学科、家具有实验科学性质的技术。

（2）现代干燥技术至今还属于实验科学的范畴，大部分干燥技术目前还缺乏能够精确指导实践的科学理论和设计方法。

（3）干燥技术种类繁多，各具用途。

2.几种常见的干燥形式：

2.1常规干燥：是指以湿空气作干燥介质，以蒸汽、热水、炉气或热油为热媒，间接加热湿空气，湿空气以对流换热方式为主加热木材，干燥介质温度在100℃以下的干燥方法。

2.2高温干燥：与常规干燥的区别是干燥介质的温度在100℃以上，一般在120―140℃。其干燥介质可以是湿空气，也可以是常压、高压过热蒸汽。高温干燥的优点是速度快，尺寸稳定性好、干燥周期短，但高温干燥易产生干燥缺陷，材色变深，表面硬化，不易加工。高温干燥一般用于干燥针叶材，目前在新西兰、加拿大、澳大利亚、美国、日本等国较盛行，如用于干燥辐射松，柳杉等建筑用材。

2.3常温过热蒸汽干燥：其特点是传热系数大、热效率高、节能效果显著、无爆炸和失火危险。这种方法对于薄而且易干的木材具有良好的干燥效果，但干燥室的气密性和防腐性等技术问题还有待进一步研究解决。所以，这种干燥方法至今没有得到广泛的使用。

2.4.1热泵除湿干燥：是一种机械式干燥方法，它利用制冷工质在除湿机制冷系统循环，当湿空气通过除湿蒸发器时，使湿空气降温，排除水分而变成干冷空气；与此同时降压制冷剂在除湿蒸发器内吸收湿空气的热量而变成气态，经压缩机送至冷凝器，在此处高压制冷剂被空气冷却而变成同压下的液态，空气吸热后变成热空气再送回干燥室继续加热木材。由此看来，除湿干燥时利用制冷剂回收湿空气脱湿时放出的热量，连同压缩机耗功所转换的热能，都在冷凝器处还给了空气，所以除湿干燥比蒸汽干燥节能，其节能率在40％以上，并且在干燥过程中，空气参与的是闭路循环，不会向外界排放废气。因此，热泵除湿干燥系统是一种节能、环保的干燥系统。

2.4.2双热源除湿干燥系统：单热源除湿系统存在的问题是：在木材干燥过程中的预热阶段和干燥后期，干燥室内只需要升温而不必除湿。为实现干燥室升温的需求，单热源木材除湿机一般使用辅助电加热器，其功率通常是压缩机功率的3倍左右，少则几千瓦，多则上百千瓦。由于我国多数地区供电不够充足，电价偏高，因此使用单热源除湿机常出现节能不省钱的现象，影响了除湿干燥机的推广应用。为了克服这个问题，北京林业大学开发了双热源除湿干燥系统。该系统具有除湿和热泵2个蒸发器，即有2个制冷工作循环。当需要对木材预热和升温是，使用热泵循环，此时制冷工质经热泵蒸发器从大气环境取热，向干燥室输送热风；当需要降低空气的相对湿度时，使用除湿循环，此时制冷工质经除湿蒸发器从干燥室的湿空气中取热，使干燥室的水蒸汽冷凝，便达到干燥的目的。据试验测试，当环境温度高于10℃时，双热源除湿机的能耗明显低于单热源除湿机，一般前者比后者节能1/3左右。

2.5太阳能干燥：是利用太阳辐射的热能加热空气，利用热空气在集热器与材堆间循环来干燥木材。太阳能虽然是清洁的廉价能源，但他是受气候影响大的间歇能源，干燥周期长，单位材积的投资较大，故太阳能的推广受限。为缩短干燥周期，太阳能干燥通常与其他能源如蒸汽、炉气及热泵等联合干燥。

2.6微波干燥：是利用介质损耗原理，采用超高频电场对物料进行加热处理。与常规的热风干燥方式相比，微波加热为内加热方式，由于介质整体受热形成体热源状态，加热速度快，内外部温度梯度的负效应小；微波辐射改变了传统加热方式单一加热效果，具有独特的生物学效应。微波干燥的不足是：投资大、电耗高，同时若功率选择不同，功率过大或干燥工艺控制不当，易产生内裂和炭化。

2.7热泵除湿与太阳能组合干燥:除湿干燥因木材干燥质量好而具有广阔的应用前景，但因其干燥温度低，干燥周期比较长，应用尚不够普遍。热泵除湿-太阳能联合干燥系统是一种以高温热泵除湿为主、以太阳能干燥为辅的组合干燥系统。虽然设备投资增加并要耗用一定量的电能，但研究表明该联合干燥窑耗能是常规干燥窑的1/2--1/3。在干燥初期利用太阳能加热空气以减少除湿器的开动时间，降低能耗费用，并且太阳能--热泵系统的供热系数比较高，与单纯用电的系统相比是相当经济的，与单纯的太阳能系统相比，可保证全年使用，并且干燥过程状态参数稳定，资源还可被充分利用，效率高于普通太阳能干燥系统。

研究结果还发现了一些太阳能和除湿机各自单独运行时所没有的优点，即：窑壳和湿材的预热过程加快，经济效益提高，干燥时间缩短，干燥工况对气候的依赖性减少。这种太阳能―除湿干燥机在高达82.2℃的温度下工作，还能进行蒸汽调湿处理以消除应力，故格外适合用于干燥家具等级材。

3.未来展望

节能环保是未来科学发展的主题。高温、高效的木材热泵除湿干燥是未来的发展趋势。从根本上解决热泵除湿干燥系统节能环保的要求，需改进制冷工质，提高换热效率，回收余热等。从过程来看，联合干燥则是最佳选择，尤其是太阳能-热泵联合干燥系统。随着太阳能发电、太阳能储存技术的深入研究，将其用于热泵除湿干燥系统既能解决系统用电，也能解决夜间供热问题，将会是未来发展的一大趋势。

参考文献：

[1]高建民.木材干燥学.北京：科学出版社，2008.1.

[2]胡传坤，高建民.我国木材热泵除湿干燥研究进展.

[3]高明菊，冯光泉，曾鸿超.微波干燥对三七皂苷有效成分的影响.

[4]张璧光，赵忠信，高建民，霍光青，伊松林.木材干燥的节能研究.

[5]刘昊，高建民，张璧光.非接触式木材含水率检测方法与应用.

[6]李沛虹，赵彩俊.浅析干燥技术.

[7]张璧光，赵忠信，高建民，霍光青，伊松林.木材干燥的节能研究.

[8]高建民，张璧光，伊松林.GRCT组合干燥的研究.

生物质干燥方法篇4

摘要胡萝卜具有很高的营养价值及多种保健功效。干燥加工是胡萝卜产业精深加工主要方式之一。主要介绍了胡萝卜干燥技术的种类、技术原理、国内外研究现状、存在的问题以及发展趋势，旨在为胡萝卜产业的发展提供参考和引导。

关键词胡萝卜;干燥技术;研究进展

胡萝卜具有很高的营养价值和多种保健功效，其中含有丰富的维生素、糖、淀粉、钾、钙、磷、铁等营养成分及无机盐类和5种人体必需的氨基酸。胡萝卜还含有大量的类胡萝卜素、双歧因子和核酸物质，这些物质对于增强免疫力、减轻氧负自由损伤、抗基因突变、保护肠道黏膜和增殖肠道益生菌有独特疗效;能增加冠状动脉血流量、降低血脂、促进肾上腺素的合成，进而具有降压、强心的功效[1]。我国是胡萝卜生产大国，胡萝卜加工产品有冷冻和保鲜处理、胡萝卜饮料、脱水蔬菜、胡萝卜泥、添加剂等[2]。研究胡萝卜的加工方法显得尤为重要，干燥加工为国内外研究最多加工方法之一。干燥加工是利用产品低水分活度，从而抑制微生物的生产繁殖和酶的活性，同时可以赋予产品良好的风味，达到长期贮藏、易于运输、便于消费的目的。现对胡萝卜干燥技术的原理、国内外研究现状、存在的问题以及发展趋势和应用前景进行了综述，旨在为胡萝卜产业的发展提供参考。

1胡萝卜干燥技术简介

胡萝卜干燥技术的发展经历了一个较长的发展过程。第1类干燥技术为以自然日晒干燥、热风干燥和油炸干燥为代表的干燥技术。太阳能干燥和热风干燥存在干燥时间长，产品褐变严重的缺点。油炸干燥生产过程会生成丙烯酰胺等对人体有害物质，同时产品含油量高，油脂易氧化易酸败影响产品质量。第2类干燥技术主要包括真空干燥、热泵干燥和高温瞬时干燥，在一定程度上提高了干燥效率，褐变程度有所减轻，营养成分和风味物质损失也有改善。第3类干燥技术为联合干燥技术，即采取2种或2种以上方法结合的干燥技术，主要有真空微波、真空油炸、热风-热泵联合干燥、红外-热风联合干燥、变温压差膨化干燥技术[3]、真空冷冻干燥技术[4]、真空微波-真空油炸-真空微波干燥技术[5]等。这类干燥技术将不同干燥方法的优点相结合，生产出来的产品品质较单一，干燥方式有很大的提高。第4类干燥技术为介电干燥技术[6]，主要有微波干燥、红外干燥及与联合干燥等。第5类干燥技术为新兴的一些干燥技术，克服了真空冷冻干燥的高能耗缺点，同时保持产品品质。包括折射窗薄层干燥技术[7]、低温吸附干燥技术等[8]。

2部分新干燥技术原理

2.1热泵-热风联合干燥技术

热泵干燥是利用热泵从低温热源吸收热量，将其在高温环境释放，从而对物料进行干燥。与普通的热风干燥相比，热泵干燥充分利用了干燥排出的水蒸汽潜热，在整个干燥过程中没有能量损失(唯一的损失就是设备与空气的热交换)，能耗低，是一种新型节能技术。尽管热泵干燥具有较好的节能效果，但热泵干燥本身也有缺点，热泵干燥在干燥中后期存在干燥速率较小和能耗比升高的问题。热泵热风联合干燥能够克服单一热泵干燥后期干燥效率较差的问题[9]。李志远等[10]和徐建国等[11]在胡萝卜热泵-热风联合干燥研究方面，已取得了较好的效果。

2.2真空油炸技术

真空油炸是一项新的食品加工技术，是将真空脱水干燥和油炸有机地结合为一体生产出兼有两者效果的食品。该项技术主要是利用负压状态下食品中的水分沸点降低的原理，实现在低温条件下的脱水油炸，同时可以保存油炸果蔬的营养成分，避免油脂氧化劣变和产生致癌物质[12-13]。

2.3介电干燥技术

介电加热干燥[6]是一种内部加热方式，它以微波或无线电磁波发射的能量为加热介质，亦即用高频或超高频电磁场使干燥介质的极性分子随不断变化的电场高速摆动。由于分子原有的热运动和相邻分子间的相互作用，使分子随外电场变化而摆动的规则运动受到干扰和阻碍，产生类似摩擦的效应。结果一部分能量转化为分子杂乱热运动的能量，以热的形式表现出来，这样干燥介质的温度也随着升高。

2.4变温压差膨化技术

变温压差膨化干燥又称气流膨化干燥、压差膨化干燥等，是指将物料在密封的环境加热，达到高温高压状态，然后释放到真空状态，利用物料内部水分瞬间升温汽化，减压膨胀，并依靠气体的膨胀力，带动组织中高分子物质的结构变性，从而形成具有网状骨架、定型的多孔状结构的过程[3]。

2.5折射窗薄层干燥技术

RefractanceWindow(RW，意为“折射窗”或“偏流窗”)干燥是一种新的薄层干燥技术，是以透明聚酯膜覆盖于热水的表面上，湿物料喷涂于聚酯膜上进行干燥，物料蒸发的水分通过抽风排除，物料与聚酯膜分离为干燥终点。RW干燥一般采用循环热水作为热源。当含水物料置于聚酯膜表面的时候，物料中的水分与聚酯膜接触的部位形成一个可以让红外能量通过的“窗口”。热能同时以传导和辐射的方式传送到物料上，物料受热而水分被蒸发。由于蒸发和抽风冷却作用，物料温度很少超过75℃，物料干燥后，“红外线窗口”就会关闭，热量只能以传导的方式传送，由于聚酯膜是热的不良导体，干燥样品能够避免过度加热[14]。

2.6低温吸附干燥技术

吸附干燥是一种新的低温干燥方法[15]，它利用吸附除湿能除去空气中的水分获得干燥气流(露点温度可达-10℃以下)，可用表冷器调节气流温度;在低温下进行干燥，能耗仅为一般干燥的20%~50%，且可用低品位热源，无环境污染，操作运行简便，能有效地避免高温对食品营养成分的破坏，很好地保存原有制品的色香味，可以代替冷冻干燥。

3胡萝卜干燥技术研究现状

3.1胡萝卜干燥工艺研究

市售干燥胡萝卜片以热风、微波、真空油炸和真空冷冻产品居多。王福娟等[16]采用真空干燥胡萝卜，确定0.07MPa和60℃为适宜工艺条件;关植基等[17]采用热风干燥胡萝卜，确定热风75℃、物料表面穿流风速在1.0m/s、输送带线速度在500mm/min可作为最佳干燥条件;郭强等[18]采用流化床干燥胡萝卜，认为70℃间歇干燥效果较好;娄琦等[19]研究胡萝卜冷冻干燥，认为降低系统压力可有效缩短冻干时间，物料的最佳冻干厚度为1cm;丁昌江等[20]研究了高压电场干燥胡萝卜条，并与热风干燥工艺进行对比发现，采用高压电场干燥胡萝卜条，胡萝卜素含量为43.4mg/100g，而热风干燥后胡萝卜素含量为39.15mg/100g，保存率提高了10.86%;范柳萍等[12]研究了不同预处理条件以及油炸温度、真空度、时间对胡萝卜脆片品质的影响，通过响应面分析确定其最佳油炸工艺为温度100~110℃、真空度为0.08～0.09MPa、时间为15min;王喜鹏等[21]进行了胡萝卜真空微波干燥特性研究及工艺优化研究;毕金峰等[22]通过研究胡萝卜变温压差膨化干燥的关键影响因素，确定最佳工艺条件:膨化温度为100℃，抽空温度为80℃，抽空时间为150min，膨化压力差为0.2MPa，停滞时间为10min。

单一的干燥方式往往不能获得令人满意的品质，于是部分学者试图将几种干燥方式结合，充分发挥不同干燥方式的优点，获得高品质的产品。李志远等[10]采用热风-热泵干燥结合干燥的胡萝卜片，将胡萝卜素损失率由单一热风干燥的37.8%减少至17.5%;金丽梅等[23]对热风-微波联合干燥胡萝卜的工艺进行了研究，并与单独热风干燥进行比较，证明联合干燥胡萝卜制品的品质最优;李志远等[10]和徐建国[11]等进行了胡萝卜片热泵-热风联合干燥研究，获得了品质较好的胡萝卜片。

3.2胡萝卜干燥机理研究

对干燥机理的研究有助于更好地了解胡萝卜干燥特性，有利于产品工艺的确定和产品质量的提高。研究人员已进行了热风干燥的传热分析、预处理对产品干燥机理的影响、热泵干燥机制、微波干燥机制、冷冻干燥机制、联合干燥模型、吸附式低温干燥特性、变温压差膨化干燥机制的研究。

刘正怀[24]研究了切片胡萝卜热风干燥过程中传热模拟分析，综合湿热扩散过程，提出了切片胡萝卜内部传热模型和内部传质模型，运用第三边界条件进行了传热过程的模拟，并做了试验验证。结果表明:模拟值和实测值十分接近，最大相对偏差小于1.8%。赵玉生等[25]研究了干燥前预处理对胡萝卜脱水机理和产品质量的影响表明，烫漂和冻结处理均能提高干燥速率，但糖渍处理的物料，要达到相同的平衡湿含量，需要更高的温度和更长的时间，然而脱水制品的稳定性，并不是以湿含量最小为标准，而是与它的水分活度有关，因此经预处理的胡萝卜，只要干燥介质的相对湿度适宜，仍能缩短干燥时间和降低能量消耗，物料的糖渍处理对干燥过程的热量传递和质量传递以及干制品的复水性能均有显著影响。李志远等[10]研究了胡萝卜热泵干燥特性，还建立了胡萝热泵干燥数学模型，在试验条件范围内，模型预测值与实测值吻合较好，可以用Page模型比较准确的预测干燥过程中的水分比或含水率。王金双等[26]通过对胡萝卜片的微波干燥试验，获得了切片厚度、装载量及微波功率3个因子对失水及耗电的影响;并利用SAS软件进行了回归分析，获得了微波干制胡萝卜片拟合方程。邱学青等[27]通过胡萝卜冷冻干燥过程的研究，得出了胡萝卜的共熔点、冻干曲线及其恃热传质特性。探讨了胡萝卜在冻干过程中系统的压力、物料表面的气速及循环变压法对冻干速率的影响。通过对不同厚度物料冻干速率的研究，确定了物料的最佳冻干厚度。徐建国等[11]研究了胡萝卜片热泵-热风联合干燥过程的特征，确定了前期低温热泵干燥、后期短时热风干燥的联合干燥方式，建立了干燥过程数学模型。孙庆梅等[8]对胡萝卜吸附式低温干燥过程的干燥特性进行了试验研究，考察了干燥气体(空气)的湿度和风量以及物料粒度对胡萝卜干燥特性和复水比的影响，得到形状相似的干燥曲线，用自定义最小二乘法拟合均能获得较好的结果，结果表明:吸附式低温干燥过程可使被干燥物料达到超干水平(含水率

4胡萝卜干燥技术存在的问题

综合市场上现有的胡萝卜干燥产品，主要存在着以下问题:一是褪色。胡萝卜色泽鲜艳，在加工过程中水溶性色素损失较多，造成产品不同程度的褪色。在加工过程中应该尽量缩短水处理时间，如缩短热烫和浸糖时间，或采用真空浸糖，以减少色素损失。二是外形不平整。由于干燥过程传热、传质作用，胡萝卜组织内部产生应力，造成变形。可以通过适当的预处理、采取合适的加工方法改善变形。三是风味变淡。胡萝卜在烫漂和干燥等处理过程，可能造成营养和风味物质的大量损失，使产品口感粗糙、淡而无味。可通过工艺不断完善，尽量减少预处理和干燥过程中的风味损失，或通过后期回填风味的方法加以解决。四是包装材料不合格。胡萝卜片含水率很低容易吸潮，特别是膨化的胡萝卜脆片结构疏松多孔更容易吸湿回潮，包装材料的透水、透气、透光性能，直接影响到产品的品质和贮藏时间。要尽量降低产品水分，寻找不透光、不透水、不透气的包装材料，辅助加些干燥剂，使产品具有尽可能长的货架期。

5胡萝卜干燥技术发展趋势

我国胡萝卜产量位居世界前列，但胡萝卜加工主要停留在简单的冷冻和保鲜处理层面上，附加值较高、增值空间较大的胡萝卜饮料、脱水蔬菜、胡萝卜泥、添加剂等精、深加工技术相对落后。干燥技术作为提高胡萝卜附加值的主要方法之一，今后的发展趋势应集中在以下方面。一是节能环保新干燥技术的开发。节能减排是我国食品工业的走向，研究开发生产工艺简单、能耗低、绿色环保的生产流程是其发展趋势。应研究开发低温短时干燥工艺，既能减少能源消耗，又能减少产品营养和风味物质损失，同时赋予产品良好的色泽和口感，达到经济效益与社会效益的双赢。今后应着重研究节能环保、绿色营养、品质优良的新干燥技术。如低温吸附干燥技术、折射窗薄层干燥技术、真空油炸技术、变温压差膨化技术、介电干燥中微波干燥及红外干燥以及2种或2种以上结合使用的联合干燥技术。二是开发自动化、连续化生产工艺和设备。设计开发结构紧凑、操作简单、自动化、连续化、低投入高产出、能耗低、品质优的干燥设备和工艺，能促进胡萝卜加工业的健康持续发展。三是产品多元化开发，综合利用。应充分利用胡萝卜的各种营养成分，开发无废弃物工艺和产品，丰富胡萝卜加工产品和种类，形成以胡萝卜为主料的系列化产品，如胡萝卜渣综合利用、胡萝卜素提取、胡萝卜饮料等。

6参考文献

[1]张艳萍.胡萝卜的营养价值和保健作用[J].内蒙古农业科技，1999(12):9.

[2]李平，郁网庆.国内外胡萝卜产业现状与前景展望[J].中国果菜，2004(3):6-7.

[3]毕金峰，魏益民.果蔬变温压差膨化干燥技术研究进展[J].农业工程学报，2008，24(6):308-312.

[4]夏业鲍，曾海彬，陆宁.胡萝卜真空冷冻干燥工艺的研究[J].包装与食品机械，2009，27(4):30-32.

[5]宋贤聚，张慜，范柳萍.真空微波-真空油炸-真空微波三阶段联合脱水工艺生产低含油率马铃薯脆片[J].食品科学，2009，30(8):297-302.

[6]李宝玉，毕金峰，钟耕.香蕉干燥技术研究进展[J].食品科学，2009，30(23):539-541.

[7]NINDOCI，TANGJ.Refractancewindowdehydrationtechnoloyg:Anovelcontactdryingmethod[J].DryingTechnoloyg，2007，25(1):37-48.

[8]孙庆梅，朱跃钊，陈海军，等.胡萝卜吸附式低温干燥特性的研究[J].生物加工过程，2004，2(3):63-67.

[9]任爱清，张憨.鱿鱼热泵-热风联合干燥节能研究[J].干燥技术与设备，2009，7(4):164-170.

[10]李志远，张文明，胡晓静，等.胡萝卜薄片热风与热泵结合干燥工艺及特性研究[J].食品与发酵工业，1999，26(1):3-6.

[11]徐建国，李华栋，徐刚，等.胡萝卜片热泵-热风联合干燥特征与模型化研究[J].食品工业科技，2008，29(11):145-148.

[12]范柳萍，张慜，邵爱芳.胡萝卜脆片真空油炸脱水工艺的优化[J].无锡轻工大学学报，2004，23(1):40-44.

[13]范友丙，张慜，周祥，等.富硒海芦笋的真空油炸工艺研究[J].食品科学，2009，30(12):82-85.

[14]王东峰，胡卓炎，余恺，等.姜浆物料折射窗薄层干燥特性[J].农业工程学报，2009，25(10):328-333.

[15]刘志伟，张晨，余若黔，等.食品低温干燥新技术[J].现代化工，2000，20(8):62-64.

[16]王福娟，李成华.胡萝卜真空干燥工艺参数的试验研究[J].中国农机化，2005(3):55-57.

[17]关植基，李宁，张进疆，等.胡萝卜带式穿流干燥的均匀设计试验研究[J].农业工程学报，2005，21(2):190-192.

[18]郭强，凌毅，赵忠祥，等.间歇流化床干燥胡萝卜的研究[J].食品工业科技，2000，21(4):14-17.

[19]娄琦，战佩英.胡萝卜的冷冻干燥[J].通化师范学院学报，2004，25(10):46-47.

[20]丁昌江，梁运章.高压电场干燥胡萝卜的试验研究[J].农业工程学报，2004，20(4):220-222.

[21]王喜鹏，张进疆，徐成海，等.胡萝卜的真空微波干燥特性研究及工艺优化[J].现代农业装备，2005(2):34-38.

[22]毕金峰，丁媛媛，王沛，等.胡萝卜变温压差膨化干燥影响因素研究[J].食品与机械，2009，25(5):14-17.

[23]金丽梅，牛春梅，刘佳会.热风与微波干燥胡萝卜的工艺[J].农产品加工·学刊，2009(2):42-45.

[24]刘正怀.切片胡萝卜热风干燥过程中传热模拟分析与试验研究[J].金华职业技术学院学报，2006，6(3):1-5.

[25]赵玉生，王云霞.干燥前预处理对胡萝卜脱机理和产品质量的影响[J].郑州粮食学院学报，2000，21(1):60-61.

[26]王金双，熊永森，王俊.微波干制胡萝卜片干燥特性试验研究[J].金华职业技术学院学报，2002(2):22-24.

生物质干燥方法篇5

论文摘要:本文阐述了国内外微波真空干燥的研究现状,重点分析了各种微波干燥,并分析了微波真空于燥技术的几个问题。

1.序言

微波是指频率为300MHz~300GHz、波长为lmm~lm的电磁波。它的干燥原理是:微波发生器将微波辐射到待干燥的物料上,当微波射人物料内部时,使物料内的水等极性分子按微波频率作同步旋转和摆动;水等极性分子高速旋转的结果,使物料内部瞬时产生摩擦热,导致物料内部和表面同时升温,使大量的水分子从物料中蒸发逸出,从而达到干燥的目的。

微波真空干燥是随微波干燥技术发展起来的一项新的组合干燥技术。它不仅具有干燥速度快、时问短、物料温度低、色香味及营养成分保留好等优点,而且参数容易控制,能干燥多种不同类型的物料。目前我国虽有一些单位正在进行研究,但其技术性能还需要完善,在机理和工艺方面也还有很多问题需要深化和研究。

2.国内外研究现状

早在上世纪80年代,美国、加拿大、英国和德国就开始研究微波真空干燥技术,主要集中在美国的威斯康辛大学、加利福尼亚大学,加拿大的BritisC0lumbia大学,德国的Karlsruhe大学,英国的QueenUniversity,希腊的国立科技大学,法国的Albi研究所等。研究的内容涉及微波真空干燥机理、传热传质微波真空干燥模拟、微波真空干燥能耗与工艺以及各种不同类型物料(香蕉,萝卜片,果胶,土豆,浆果等)的微波真空干燥操作等。

国内目前的研究单位有江南大学食品学院、东北大学、大连水产大学、中国农业大学、浙江大学、上海工程技术大学、华南理工大学、华南农业大学、天津轻工大学、上海辰灿轻工机械公司、四川大学食品学院食品科学与工程系、南京三乐微波技术有限公司等。

江南大学食品学院进行了甘蓝的微波真空和热风联合干燥试验。试验结果表明:微波真空联合干燥缩短干燥时问48%,提高了营养成分和叶绿素的保存率,改善了干燥品质。

大连水产大学张国琛进行了扇贝柱的微波-真空-联合干燥,试验研究了微波功率、真空度,微波炉启闭比、预处理盐水浓度和扇贝大小对干燥效果的影响,建立了扇贝微波真空干燥的动力学模型。

3.微波组合干燥技术

组合干燥是一种具有广阔发展前景的干燥技术,它可以发挥各种干燥工艺的长处,克服各自缺点,借长补短,达到高效率、低能耗、优品质的干燥目的。由于微波干燥是一种完全不同于其它干燥方式的干燥技术,所以它也是与其它干燥方式组合最多的一种干燥技术,同时也是当前国际上研究最多的一种干燥技术。以下是几种较常见的组合方式。

3.1微波热风组合干燥(也称微波对流干燥)

在与微波组合的干燥方法中,微波热风组合干燥是研究最多的一种。由于热风干燥时间长、质量差,故不适合干燥热敏性物料;采用热风微波组合干燥可以克服上述缺点。此外,微波干燥的成本与热风干燥相比还是很高,单纯微波干燥是不经济的。热风干燥对物料来说是从表面向内干燥,温度梯度与水分转移的方向相反,而微波干燥是从内部加热,温度梯度与水分转移的方向相同,二者结合,可以达到既缩短干燥时间又降低成本的目的。微波与热风干燥可以有三种结合方式。

3.1.1.在临界含水率处加入微波

当干燥从恒速段进入降速段(即物料含水率达到临界水分)时将微波能引入干燥器,使物料内部产生热量和蒸汽压,使水分扩散至物料的表面并被排除,这时利用微波会非常显着地提高干燥速度。

3.1.2.在干燥器的终端加入微波

单一的干燥系统在接近干燥终了时效率最低去除几个百分点的水分往往需要很长的时间,利用微波可以显着减少干燥时间。

3.1.3.在最初预热阶段加入微波

在干燥前物料含水率较高,可以先用微波将物料加热到蒸发温度,然后用普通热风干燥,去除表面水分,干燥时间可以缩短。

3.2.微波真空组合干燥

微波虽然具有加热速度快、干燥时间短、选择性好、能源利用率高和便于控制等优点,但单纯使用微波进行食品干燥,容易产生由于过热引起的烧伤现象和食品边缘焦化、结壳和硬化等现象;上述现象多半是由于温度过高和干燥过快引起的。采用真空可以降低水的蒸发温度,使物料在较低的温度下快速蒸发,同时还可避免氧化,因而改善了干燥品质。在医药、食品和化工领域有很多热敏性物料需要低温快速干燥,因此,将微波技术与真空技术相结合就成为一项极具发展前景和实用价值的新技术。从国内外有关微波干燥的研究现状来看,微波真空组合干燥也是目前发展较快的一种组合干燥技术。

3.2.1.脉冲间歇式微波真空干燥

微波干燥虽有许多优点,但经常会发生局部过热、表面硬化、颜色不正和加热不均匀等现象;此外,能量效率不高也是一个缺点。产生这些现象的原因之一就是热质传递控制不当,解决的方法之一是采用脉冲方式输入微波能,即短时间的微波加热和较长时间的间断。试验证明:当物料干燥到临界水分以后,连续施加微波能并不能加速水分的蒸发;采用间歇干燥的方法,不仅可以节省能量、提高干燥效率,还可以改善干后物料的品质。脉冲间歇式微波真空干燥技术是Edh0lm于1933年提出的。采用这种技术的特点是使物料中的水分和温度在间歇阶段能够均衡再分配,减少水分梯度,这将有利于提高下阶段的干燥速率。

试验还表明,脉冲微波干燥时,微波接通时间越长、断开时间越短,物料温度越高。因此,通过调节脉冲比或真空度可以改变物料的温度。

3.2.2.变功率微波真空干燥

加拿大食品工程研究所ChristeneH.等进行了萝卜片的变功率微波真空干燥,微波的频率为2450MHz,微波功率4kW可调,真空度为13.3kPa,萝卜片的终水分为10%,微波谐振腔为圆筒形,直径350mm,长度500mm,采用的干燥工艺为:干燥开始后的最初19min微波功率为3kW,中间4min为1kW,最后10min为0.5kW。试验过程研究了颜色、复水性、密度和胡萝卜素、维生素含量等质量指标。结果表明:如果综合考虑,微波真空干燥的性能甚至优于真空冷冻干燥。美国加利福尼亚大学研制的微波真空干燥设备谐振腔是一个长12.2m的不锈钢圆筒,中间有输送带,沿长度方向分为三个干燥区,第一干燥区的微波功率较大,真空度为1.33~3.99kPa,第二、第三干燥区的微波功率递减。说明变功率微波真空干燥是一个研究方向。

3.2.3.微波热风和真空组合干燥技术

Maskan利用微波和热风组合方式干燥猕猴桃,发现干后猕猴桃的收缩率(76%)小于单纯的微波干燥(85%),而且颜色也有很大改善。Szab0利用热风+微波+热风的组合方式进行蘑菇的干燥试验,发现能改善干后蘑菇的品质。大连水产大学的研究表明,热风干燥扇贝具有较小的收缩率Durance利用微波真空与热风组合干燥西红柿,发现西红柿的复水率有所改善。由此可见,微波真空干燥与热风干燥具有一定的互补性。近些年,在高含水率和热敏性物料的干燥中,微波真空和热风的组合干燥也逐步得到了应用。

4.几个值得探讨的问题

4.1.关于物料的尺寸和形状

微波干燥的物料种类繁多,成分和状态也各不相同,按形状分有液状、糊状、浆状、粒状、片状、粉状;按类型分有蔬菜、水果、谷物、药品、水产品和农副产品;就尺寸而言可以小到菜籽,大到人参、蘑菇。微波干燥的研究表明,物料的大小、形状、数量、水分和在微波炉谐振腔中的位置对干燥效果均有一定影响。Dr0uzas用微波进行干燥果胶试验时,用五个料盘放在炉内五个不同的位置,发现干燥速率有明显区别。因此微波干燥应根据物料的特性(介电特性热物理特性、含水率和形状、大小)选择干燥工艺和参数,其原则如下:

①微波功率应与干燥的物料量相匹配。

②待干燥的物料其大小和含水率应尽可能均匀一致。

③考虑微波的穿透深度,大块物料最好先处理成小的粒状或片状。

④粉状物料如果堆积在一起时应看成是一个整体。

⑤小粒物料所用的微波功率(w/g)可以适当减小。

⑥对于热敏性物料可以适当加大真空度或减小微波功率。

4.2.关于真空度

从蒸汽特性表可知,真空度越高,水的沸点温度越低,水分越容易蒸发。但是在微波真空干燥时,并不是真空度越高越好,真空度增高,能耗加大,干燥成本加,而且会产生击穿放电现象。当微波频率为2450MHz时,真空度2~7kPa已经足够了,其相应的水分汽化温度是20℃和40℃。对于热敏性物料,要求物料的温度低,所以真空度就要高一些。法国Pere教授进行了不同真空条件下的微波真空干燥试验,试验表明,在相同的条件下真空度从1kPa增加到7kPa时,各单位采用的真空度数值有很大的差别,说明对于微波真空干燥中真空度的合理选择尚需进一步研究探讨。

5.注意事项

采用微波真空干燥时,有一些问题需要注意:

①微波能被金属反射,干燥物料和测试传感器中不可混入金属。

②待干燥物料的大小和形状应基本接近。

③微波干燥设备不可空载运行。

④微波可以穿透玻璃和聚合物而不损失能量。

⑤微波炉内的物料应分散布置而不要堆积。

⑥干燥过程中物料最好能够运动。

参考文献:

[l]徐艳阳,张憨,等.热风和微波真空联合干燥甘蓝试验[J].无锡轻工大学学报,2003(6).

[2]张国琛,毛志怀,等.微波真空干燥扇贝柱的物理特性研究[J].农工学报,2004(6).

[3]汤大卫,张天使,等微波真空干燥技术的运用与前景[J].医药工程设计,2000,(5).

生物质干燥方法篇6

关键词：香菇；干燥方式；品质；影响

中图分类号：S646.1+2文献标识码：ADOI编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2015.07.034

Abstract：ThefreshLentinusedodeswasusedasrawmaterialtoinvestigatetheeffectsofthreedifferentdryingmethods（hotairdrying，freezedrying，puffingdrying）onthequalityofLentinusedodesproducts，withthepurposeofprovidingatheoreticalbasisforchoosingsuitabledryingprocessforthedevelopmentofvariousLentinusedodesproducts.TheresultsshowedthatthequalityofLentinusedodesbythreedryingprocessweresignificantdifferent.ThequalityofLentinusedodesbyfreeze-dryingprocesswasbetterintermsofcolor，expansion，waterreabsorbingabilitythanthatbyhotairdryingandpuffingdrying.TheLentinusedodeswhichtreatedbypuffingdryinghadfastdryingspeed，lowmoisturecontent，crisptexture，goodrehydration，pureandricharoma，highestpolysaccharidecontent.However，thequalityindexesofLentinusedodestreatedbyhotairdryingallwerenotasgoodasfreeze-dryingandpuffingdrying.ThepuffingdryingprocessⅡwasthebestamongthethreedifferenttechnologicalprocess.Thatwascleaning，slicing，pre-drying，rehydrating，freezing，thawingandthenpuffingdrying.Thefreezedryingcouldbeusedinconveniencefoodvegetablebag，soupbasewithhighrequirementsonrehydration，whilepuffingdryingcouldbeusedinflavorsauce，five-spicepowderwithhighrequirementsonflavor.

Keywords：Lentinusedodes；dryingmethods；quality；influence

香菇（Lentinusedodes），香菇属，又名冬菇、花菇、香蕈、香菌等，是著名的食药兼用菌。味道鲜美，香气沁人，营养丰富，富含蛋白质、矿物质、不饱和脂肪酸、多种维生素，素有“植物皇后”、“菇中之王”的美誉[1-2]。我国对香菇的认识较早，《本草纲目》认为香菇“甘、平、无毒”，《医林篡要》认为香菇“甘、寒、可托痘毒”，《日用本草》认为香菇“益气，不饥，治风破血”[3]。现代研究表明，香菇不仅是美味佳肴，且具有降血脂、抗血栓，降胆固醇，防治肿瘤，增强免疫力，健胃、保肝等保健药用功能，是延年益寿的珍品[4-6]。

香菇是世界第2大食用菌，也是我国出口的拳头产品，早在1997年我国香菇的产量就达到115万t，占到世界总产量的87.2%，成为世界上最大的香菇生产、出口和消费国[2]。鲜香菇质地细嫩，采收后鲜度迅速下降，引起开伞、菌褶褐变、菇体萎缩等，影响风味和商品价值[7]。干燥是食品重要的加工和保藏方式之一，经干制后可方便运输、延长贮藏期、减少损失。鲜香菇经干制后可增加风味，改善色泽，提高商品价值。干燥后的香菇味更香，这是由于干燥过程中发生的一系列复杂的变化，产生了香菇特有的挥发性风味物质[8-10]。

目前，香菇干燥的主要方式为传统的自然晾晒和热风干燥，干燥时间长、外观品质、营养成分破坏较严重，传统干燥方式的缺点促使发展新型干燥技术。冷冻干燥是先将菇体中的水分冻成冰晶，在高真空下将冰直接汽化而除去[11]，因脱水时的温度在冰点以下，故在脱水过程中不改变本身的固体骨架即物理结构，化学物质变化也很小，但冷冻干燥时间长、能耗大、设备较贵[12]。膨化干燥是利用相变和气体的热压效应，使被加工物料内部的液体迅速升温汽化、增压膨胀，同时依靠气体的膨胀力，带动组分中高分子物质结构变性，从而使之成为具有网状组织结构特征的、定型的多孔状物质的过程[13-14]。本试验对香菇的热风干燥、冷冻干燥、膨化干燥等几种干燥工艺和干燥品质进行综合评价，旨在为开发不同产品如香菇粉、调味品、休闲食品等选择合适的干燥工艺方式提供理论依据。

1材料和方法

1.1材料与试剂

新鲜香菇：采于河南省西峡香菇示范基地；葡萄糖：购于国药集团化学试剂有限公司，分析纯；苯酚：购于天津市江天化工技术有限公司，分析纯。

1.2仪器与设备

DGX-9073B-2型电热恒温鼓风干燥箱，上海福玛实验设备公司；FD-1A-50冷冻干燥机，北京博医康实验仪器有限公司；QDPH10-1变温压差果蔬膨化干燥机，天津市勤德新材料科技有限公司；SMY-2000型色彩色差仪，北京盛名扬科技开发有限责任公司；TA.XT.plus质构仪，英国SMS公司；900-多功能塑料薄膜封口机，温州市瓯海郭溪剑海包装机械厂；TDL-5型离心机，上海安亭科学仪器厂；TU-1901双光束紫外可见分光光度计，北京普析通用仪器有限责任公司；SL-100高速多功能粉碎机，浙江省永康市松青五金厂；WHY-2型电热恒温水浴锅，天津市华北实验仪器有限公司。

1.3试验方法

1.3.1原料前处理选择菇盖中等大小、色泽自然、菇形完整、无病虫斑点的鲜菇，除掉沾附的杂质，用清水冲洗干净后自然晾干表面水分。分5份，每份500g进行干燥处理。

1.3.2干燥工艺条件（1）热风干燥工艺：香菇前处理热风干燥（电热恒温鼓风干燥箱60℃条件下干燥至香菇达到可安全储藏的安全含水率）包装。（2）冷冻干燥工艺：香菇前处理冷冻（-20℃）冷冻干燥（冷冻干燥机进行冷冻干燥）包装。冷冻干燥条件：真空冷冻干燥冷阱温度为-45℃、真空度为0.01kPa，auto模式自动解析和干燥，干燥时间为36h。（3）膨化干燥工艺：膨化Ⅰ，香菇前处理预干燥测水分，复水至40%膨化干燥包装；膨化Ⅱ，香菇前处理预干燥测水分，复水至40%冷冻解冻膨化干燥包装；膨化Ⅲ：香菇前处理冷冻预干燥测水分，复水至40%膨化干燥包装。膨化干燥条件：在真空100Pa条件下，升温至膨化温度105℃（表压力）保持5min后泄压，管道中蒸汽不排出（自然降温），抽空处理60min后，脉冲气压处理11次，干燥温度70～75℃，抽真空干燥时间150min工艺进行。

1.4品质指标测定方法

1.4.1干燥后香菇水分测定采用直接干燥法[15]。

1.4.2膨化效果测定采用比容法，即用超细石英砂填埋的方法测定膨化产品的体积[16-17]。称取一定质量的香菇放入量筒中，倒入石英砂，没过香菇，读出量筒刻度记为V1，取出香菇再读石英砂体积数，记为V2。膨化效果用下式计算：

膨化效果（ρ）=

式中，m为香菇质量，g；V1为香菇与石英砂总体积，mL；V2为石英砂体积，mL。

1.4.3色泽测定采用色彩色差计直接测定[18]。仪器白板色泽为标准，依亨特表色系统测量不同干燥工艺处理的香菇明度指数L、色品指数a、b。其中L表示黑白（亮暗），范围从0（黑）到100（白）；a表示红绿，b表示黄蓝。用亮度指数（L）间接反映色泽好坏，色泽（L）值越大，说明产品颜色越好。

1.4.4脆度测定采用TA.XT.plus型物性测定仪进行质构（硬度）测定，参照毕金峰等[17]的方法。测试模式为：下压过程中测量力；测试前速度：5mm・s-1；测试速度：1mm・s-1；测试后速度：2mm・s-1；测试距离：15mm；数据采集速率：500次・s-1；阈值：5g；探头：球型P/100。线性距离即代表酥脆性，线性距离越大，说明酥性越好；峰值表示硬度。

1.4.5复水性测定参照王荣梅[19]方法，分别向200mL烧杯注入100mL蒸馏水，称一定质量（不同工艺称取质量相同）的香菇没入其中，15min后取出，置于筛篓上沥去表面水分，称质量。

复水比（R）=

式中，mf表示复水后样品质量；mg表示复水前样品质量。

1.4.6粉碎度测定把各种不同处理的香菇放入粉碎机中相同条件下粉碎，过孔径0.19mm的筛，分别称量筛上与筛下质量，按以下公式计算粉碎度，粉碎度越大，粉碎效果越好。

粉碎度=筛下质量/总质量×100%

1.4.7香菇多糖测定采用苯酚―硫酸法[20-21]。

（1）样液制备：将制备的香菇成品用粉碎机粉碎，经孔径0.19mm的筛，准确称取5.000g于锥形瓶，按料液比1∶20向锥形瓶内加入100mL水，然后将样品一并放入90℃水浴锅中浸提3h，冷却，4000r・min-1离心10min，取上清液10mL于100mL容量瓶中定容，备用。

（2）标准曲线绘制：准确吸取1mg・mL-1葡萄糖标准溶液1.0，2.0，3.0，4.0，5.0mL置于50mL容量瓶定容。分别吸取该系列溶液2mL于具塞试管中，各加入苯酚试液1mL，摇匀，迅速加入浓硫酸5mL，放置5min后，置于沸水浴，加热60min，冷却后于490nm比色，绘制标准曲线。得到曲线方程为y=0.2618x+0.03452，R2=0.9996。

（3）香菇多糖的含量测定：取样液1mL，于50mL容量瓶中定容，按（2）方法测定吸光度，计算含量。

多糖含量（%）=c×N×10-4

式中，c为从回归方程求得的多糖浓度，ppm；N为稀释倍数；为将ppm换算为%的系数。

1.4.8感官评价由10名经过培训的感官评价员对经不同方式干燥的香菇进行感官评分，主要包括外观、质地、风味和总体可接受性（OAA）。感官评价采用9分制，平均分低于5，该样品不可接受，表1为具体的感官评分标准。

2结果与分析

2.1不同干燥方式的干燥效率

不同干燥方式干燥香菇至可安全储藏的安全含水率（≤13%）所需时间分别为：热风干燥24h，冷冻干燥36h，膨化干燥工艺仅215min。说明在此试验条件下，膨化干燥脱水速度快，脱水效果最好。由于膨化是利用相变和气体的热压效应原理，使被加工物料内部的液体迅速升温汽化，干燥速度快。3种不同膨化预处理中Ⅱ组先经冷冻再膨化干燥的含水量最低，由于膨化干燥条件一样，说明Ⅱ流程脱水速度快。

2.2不同干燥工艺对膨化效果的影响

在不同干燥方式和工艺下，香菇的膨化效果如图1所示。由膨化效果计算公式知，越小膨化效果越好，热风干燥、冷冻干燥、膨化Ⅰ、膨化Ⅱ、膨化Ⅲ的值依次为：0.495，0.092，0.295，0.265，0.393，即膨化效果依次为冷冻干燥>膨化干燥Ⅱ>膨化Ⅰ>膨化Ⅲ>热风干燥。冷冻干燥膨化效果显著高于热风干燥及膨化干燥（P

2.3不同工艺对香菇色泽的影响

不同干燥方式下香菇色泽参数值如表2所示，由表2可知3种干燥方式颜色由浅到深（即L值由大到小）依次为：冷冻干燥、膨化干燥Ⅰ、膨化干燥Ⅱ、热风干燥、膨化干燥Ⅲ。其中冷冻干燥L值最大，产品颜色最好；膨化干燥Ⅲ的色泽颜色最黑，说明膨化处理工艺中进行先冷冻后预干燥褐变明显，质地变化较大，对产品色泽影响较大。

2.4不同工艺对香菇质构的影响

不同干燥方式和工艺条件对香菇质构的影响如表3所示，可以看出不同干燥方式下峰值和线性距离由大到小依次为膨化干燥、热风干燥、冷冻干燥，说明膨化干燥产品硬度、酥脆性最好。可能由于膨化是利用相变和气体的热压效应原理，使被加工物料内部的液体迅速升温汽化、增压膨胀，同时依靠气体的膨胀力，带动组分中高分子物质的结构变性，从而使之成为具有网状组织、多孔状物质的过程[13]。3种膨化工艺线性距离和最大值由大到小依次为Ⅱ>Ⅰ>Ⅲ，说明膨化工艺Ⅱ处理较好。

2.5不同工艺对香菇复水性的影响

不同干燥方式和工艺下香菇复水性的测定结果如图2所示，可知冷冻干燥复水比最大为4.63，膨化干燥次之，热风干燥最小仅为1.29。采用SPSS18.0数据处理软件对结果进行分析，3种干燥方式复水比差异显著（P0.05）。由于复水速率与香菇质量、体积即与水接触面积有关，相同质量的香菇冷冻处理时的体积最大，可能是原因之一。通过香菇的复水性可以预测它的溶解性、可冲调性，为后续产品深加工提供参考。

2.6不同工艺对粉碎效果的影响

不同干燥方式对香菇粉碎度的影响如图3所示。粉碎度越大，粉碎效果越好，由图4可看出冷冻干燥粉碎效果最好，达到84.43%，膨化干燥次之，热风干燥最小，3种干燥方式之间差异显著（P0.05），而与Ⅰ有显著差异。可能由于采用冷冻干燥的香菇柄也能够粉碎的很细碎，可以通过筛子，而膨化处理的香菇菇盖很容易粉碎并且颗粒很微小，但菇柄质地坚硬不易粉碎，进而导致总的粉碎效果次于冷冻干燥。

2.7不同干燥工艺对香菇多糖含量的影响

综合以上检测指标分析结果知，3种膨化工艺中Ⅱ处理效果最好，仅选该组与另外两种干燥方式比较多糖含量，结果如图4所示。采用数据处理软件对结果进行分析，各干燥工艺的多糖含量无显著差异（P>0.05）。由于这几种物理工艺处理并不会造成香菇多糖的损失，多糖含量从数值上由高到低依次为膨化干燥2.81%，冷冻干燥2.51%，热风干燥2.49%。说明经膨化干燥的香菇多糖溶出量稍高，这可能是因为膨化干燥时造成细胞的瞬间膨胀、破裂使多糖释放出来。

2.8感官评价

根据表1中具体感官评价标准，对香菇的外观、质地、风味和总体可接受性进行评价。采用9分制，分数越高，评价越好，香菇的感官品质越好。由表4可以看出，除冷冻干燥的外观评分较高外，膨化干燥的香菇在质地、风味、总体可接受性方面的评分均高于热风干燥及冷冻干燥。其中膨化干燥的香菇香气最为浓厚纯正，芳香扑鼻，菇体表面平整，色泽均匀，质地松脆；热风干燥香味次之；冷冻干燥还保留新鲜香菇的气味，芳香味最淡。3种干燥方式虽然外观、质地和风味各有差异，但总体可接受性评分均在5.0以上，即都在人们的可接受范围内。

3结论与讨论

笔者以新鲜香菇为原料，采用热风干燥、冷冻干燥、膨化干燥等几种不同干燥工艺对其进行干燥处理，通过对香菇干燥后的品质进行综合评价，得出经不同干燥工艺处理的香菇品质有较大差异，其中冷冻干燥的香菇在颜色、膨化效果、复水性方面较好；膨化干燥速度快，香菇水分含量低，质构酥脆，复水性好，香气纯正浓郁，多糖含量高；而经热风干燥的香菇各项品质指标均不如冷冻干燥及膨化干燥。3种膨化工艺Ⅱ中香菇的品质最好，其流程即为鲜香菇经前处理预干燥复水冷冻解冻变温压差气流膨化干燥。

由于不同干燥工艺对香菇品质的影响有较大差异，同时在生产中不同产品对干制香菇的品质要求不尽相同，可根据需要选择最合适的方式，如方便面蔬菜包、香菇汤料等产品对复水性要求较高，可选择复水性最好的冷冻干燥；香菇风味酱、五香粉等对风味要求高，可选用膨化干燥。另外，膨化干燥的工艺流程简单，对生产设备没有特别的要求，产量高，成本合理，并且香菇酥脆性最好，营养素损失少，容易储藏及易于消化吸收，与休闲食品的要求――口感好、香浓、酥脆、口味丰富，易于消化吸收等特点相符，具有极好的开发与应用价值。本研究可以为开发不同香菇产品选择合适的干燥工艺提供理论依据。随着人们生活水平的不断提高，香菇的国内国际市场将会日益扩大，对香菇及其加工品、保健品的需求量迅速增加，香菇制品前景诱人。

参考文献：

[1]王贺祥.食用菌学[M].北京：中国农业大学出版社，2007：76-77.

[2]李月梅.香菇的研究现状及发展前景[J].微生物学通报，2005，29（7）：149-152.

[3]刘春如，易诚.香菇的营养价值和药用价值[J].中国林副特产，2002（1）：52-53.

[4]张玉军，孔浩，王清路.香菇药用成分及其抗肿瘤作用的研究进展[J].安徽农业科学，2008，36（31）：13697-13699.

[5]MichaelDK，RobertBB，MichaelFH，etal.Generationofpotentiallybioactiveergosterol-derivedproductsfollowingpulsedultravioletlightexposureofmushrooms（Agaricusbisporus）[J].FoodChemistry，2012，135（2）：396-401.

[6]ChatchaiT，SaranyuK，KhajeelakC，etal.AntioxidantpropertiesandcytotoxicityofcrudepolysaccharidesfromLentinuspolychrousLév.[J].FoodChemistry，2011，128（3）：634-639.

[7]宫元娟，王博，林静.香菇冷冻干燥工艺参数的试验研究[J].农业工程学报，2004，20（1）：226-229.

[8]邢作山，李洪忠，陈长青.食用菌干制加工技术[J].中国食用菌，2009，28（3）：56-57.

[9]郭凯，茵汉明，周礼娟.香菇热风干燥过程中香气形成机理初探[J].食品与发酵工业，2007，33（10）：62-65.

[10]MisharinaTA，MukutdinovaSM，ZharikovaGG，etal.Thecompositionofvolatilecomponentsofdrycepeandoystermushroom[J].AppliedBiochemistryandMicrobiology，2009，45（5）：544-549.

[11]郑秀莲.真空冷冻干燥技术原理及其在食用菌加工方面的应用[J].食用菌学报，1999，6（3）：43-45.

[12]ShyiLS，LucySH.Effectsofprocessingconditionsonthequalityofvacuumfriedapplechips[J].FoodResearchInternational，2001（34）：133-142.

[13]毕金峰，魏益民.果蔬变温压差膨化干燥技术研究进展[J].农业工程学报，2008，24（6）：308-312.

[14]KozempelMF，SullivanJF，CraigJC，etal.Explosionpuffingoffruitsandvegetables[J].JournalofFoodScience，1989，154（3）：772-773.

[15]大连轻工业学院.食品分析[M].北京：中国轻工业出版社，2009：75-78.

[16]胡本琼.面包中比容的测定[J].计量与测试技术，2002（6）：39.

[17]毕金峰，魏益民，王m.哈密瓜变温压差膨化干燥工艺优化研究[J].农业工程学报，2008，24（2）：232-237.

[18]张茜，肖红伟，杨旭海.预处理对线辣椒气体射流冲击干燥特性和色泽的影响[J].农业工程学报，2012，28（1）：276-281.

[19]王荣梅.低温气流膨化枸杞子的研制及其品质测定[D].泰安：山东农业大学，2004.