史增錄，張 絹，張學(xué)軍* ，鄢金山，康秀生，李超新

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)械交通學(xué)院，新疆烏魯木齊830052;2.新疆農(nóng)業(yè)工程裝備創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室，新疆烏魯木齊830052)

杏是薔薇科落葉喬木植物，原產(chǎn)于中國(guó)，已有3 000多年的栽培歷史［1］。杏的果實(shí)風(fēng)味甜美、酸甜適口，且含有大量的微量元素和人體所必須的維生素及無(wú)機(jī)鹽類(lèi)，具有很高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，杏已成為新疆的知名特色林果。但其成熟期集中，易腐爛變質(zhì)，不易貯藏，鮮杏的銷(xiāo)售貨架期僅有3～5 d，其不耐貯藏性，制約了杏產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展［2］。

據(jù)新疆2013年統(tǒng)計(jì)年鑒統(tǒng)計(jì)，新疆林果種植面積達(dá)100多萬(wàn)hm2，其中杏種植面積達(dá)18.99萬(wàn)hm2，占總種植面積的18.9%，杏的種植面積僅次于紅棗排第二，而林果總產(chǎn)量達(dá)736.74 萬(wàn) t，杏的產(chǎn)量為 173.36 萬(wàn) t，占總產(chǎn)量的 23.53%，杏的產(chǎn)量排第一［3］。由于杏的成熟期集中，且在常溫下的貯藏時(shí)間短，使鮮杏的干制加工成為減少產(chǎn)后損失，增加農(nóng)民收入的重要手段。因此，開(kāi)展鮮杏干制加工的研究，對(duì)促進(jìn)新疆特色林果產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展，提升果品品質(zhì)具有重要意義。

1 鮮杏干制加工的概況

杏的采收期短，在成熟季節(jié)因鮮食和加工能力有限，通常造成原料階段性過(guò)剩。除栽培不同杏品種延長(zhǎng)采收期外，可采用貯藏保鮮和半成品保藏的方法來(lái)保藏鮮杏［4］。但冷藏成本較高，因此常采用半成品保藏的方法，包括鹽腌貯存、防腐劑貯存、干制法貯存、冷凍貯存和無(wú)菌大罐貯存等［5］。而新疆甜杏干因其色黃、味甜、肉質(zhì)厚等優(yōu)良口感，而受到消費(fèi)者青睞，每年約有70%的鮮杏用于晾制杏干［6］，新疆已成為我國(guó)批量生產(chǎn)杏干的省區(qū)。

新疆憑借著太陽(yáng)輻射量多，光熱資源充足等良好的自然干制條件，常期采用硫處理后加上自然晾曬的方式進(jìn)行杏的干制加工，其加工工藝流程為:鮮杏→去核→護(hù)色→自然晾曬→杏制干半成品運(yùn)輸至包裝廠→半成品的接收、檢驗(yàn)→清洗、殺菌→脫水干燥→分級(jí)→稱(chēng)重、包裝→檢驗(yàn)→杏制干產(chǎn)品［6］。隨著對(duì)杏制干品品質(zhì)要求的不斷提高，以及制干技術(shù)的快速發(fā)展，主要有太陽(yáng)能干燥、熱風(fēng)干燥、熱泵干燥、紅外線干燥和微波干燥等制干技術(shù)，在鮮杏加工上都有了研究與應(yīng)用。

2 鮮杏干制加工機(jī)械的研究現(xiàn)狀

2.1 太陽(yáng)能干燥加工機(jī)械 沈衛(wèi)強(qiáng)等研制了GTG-6型果品太陽(yáng)能干燥器，該干燥器以太陽(yáng)能為熱源，在常規(guī)風(fēng)機(jī)輔助下，完成杏等果品的干燥加工(結(jié)構(gòu)如圖1所示［7］)，是一種溫室加集熱器型的果品太陽(yáng)能干燥設(shè)備。沈衛(wèi)強(qiáng)完成了太陽(yáng)能溫室干燥箱、太陽(yáng)能空氣集熱器和溫濕度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)加工，并進(jìn)行了試驗(yàn)。試驗(yàn)表明，太陽(yáng)能干燥時(shí)間為7 d，晾架自然干燥為13 d，干燥周期可縮短38.5%，但太陽(yáng)能干燥很容易受天氣影響，不確定性大，其工藝干燥效率和干果品質(zhì)也不穩(wěn)定。

圖1 GTG-6型果品太陽(yáng)能干燥器結(jié)構(gòu)示意圖

張謙等對(duì)單體5HT-2型農(nóng)副產(chǎn)品太陽(yáng)能干燥裝置(簡(jiǎn)稱(chēng)SD裝置)進(jìn)行串聯(lián)改造，進(jìn)行了杏干燥期間單體與串聯(lián)SD裝置的熱性能和單日熱性能的對(duì)比試驗(yàn)，單體SD裝置的結(jié)構(gòu)如圖2所示。試驗(yàn)表明每套串聯(lián)SD裝置占地5.3 m2，場(chǎng)地利用率較單體提高29%。在杏干燥期間，串聯(lián)SD裝置的集熱器出口溫度平均為50℃，分別較單體和環(huán)境高出6.15℃。正午時(shí)較環(huán)境溫度高20℃以上的溫升保證率可達(dá)65%以上。串聯(lián)SD裝置的干燥室溫度平均為36℃，分別較單體和環(huán)境高出2.5℃，正午時(shí)3℃以上的溫升保證率可達(dá)99%以上。采用串聯(lián)SD裝置進(jìn)行杏子的制干，水分含量日平均散失高于單體5%左右，串聯(lián)SD裝置有效提高了熱空氣的利用效率，縮短了杏子的干燥時(shí)間［8］。

圖2 單體SD裝置剖面結(jié)構(gòu)示意圖

徐麟等以新鮮庫(kù)買(mǎi)提杏果實(shí)為試材，對(duì)自然風(fēng)干晾曬、GTG太陽(yáng)能干燥設(shè)備和5HT-2型太陽(yáng)能干燥設(shè)備為對(duì)照試驗(yàn)。結(jié)果表明，當(dāng)杏的干基含水率達(dá)到20%時(shí)，GTG太陽(yáng)能干燥設(shè)備用時(shí)5 d，5HT-2型太陽(yáng)能干燥設(shè)備用時(shí)6 d，自然風(fēng)干晾曬用時(shí)8 d;GTG太陽(yáng)能干燥設(shè)備處理的杏干含水率為17.458%，含水量適中、口感更好、且易于儲(chǔ)藏，制備的杏干優(yōu)級(jí)品率達(dá)到83.30%，是自然風(fēng)干晾曬優(yōu)級(jí)品率的1.2 倍［9］。

劉一健自行研發(fā)了混聯(lián)式太陽(yáng)能集熱果蔬干燥設(shè)備，其結(jié)構(gòu)如圖3所示，進(jìn)行了杏干制過(guò)程中設(shè)備進(jìn)口溫度、出口溫度、環(huán)境溫度和晾房溫度的變化規(guī)律的研究;設(shè)備進(jìn)口相對(duì)濕度、出口相對(duì)濕度、環(huán)境相對(duì)濕度和晾房相對(duì)濕度的變化規(guī)律的研究，提出了杏干燥的工藝流程，并對(duì)其干燥機(jī)理進(jìn)行了初步的分析。結(jié)果表明鮮杏水分含量從78%降至15%的干燥過(guò)程比較平緩，其干燥速率可分為3個(gè)階段:水分含量從78%下降到75%，為干燥的調(diào)整階段;水分含量從75%下降到62%時(shí)，干燥速率逐步穩(wěn)定為穩(wěn)定階段;62%下降到15%為降速階段［10］。

肉孜·阿木提等自主研制了整體式太陽(yáng)能果蔬干燥裝置，進(jìn)行了新疆小白杏的太陽(yáng)能干燥試驗(yàn)，研究了不同處理方式、溫度和風(fēng)速條件下的小白杏的干燥特性。整體式太陽(yáng)能果蔬干燥裝置的結(jié)構(gòu)如圖4所示。通過(guò)試驗(yàn)，干燥新疆小白杏的最佳條件為溫度65℃、風(fēng)速為11.5 m/s，用32 h可將小白杏的含水率從79%降低至18%［11－13］。

圖3 混聯(lián)式太陽(yáng)能集熱果蔬干燥設(shè)備

圖4 整體式太陽(yáng)能果蔬干燥裝置

2.2 熱風(fēng)干燥加工機(jī)械 熱風(fēng)烘干房是通用型的熱風(fēng)干燥設(shè)施，主要包括加熱設(shè)備、通風(fēng)排濕設(shè)備、自動(dòng)控制設(shè)備以及物料裝載設(shè)備(烘房)等4大基本結(jié)構(gòu)［14－15］。可用于杏、紅棗、核桃、葡萄、辣椒、雪菊等農(nóng)產(chǎn)品的干燥。烘干作業(yè)時(shí)，裝載杏物料的烘車(chē)被推入烘干室內(nèi)后，由循環(huán)風(fēng)機(jī)將加熱室內(nèi)供熱設(shè)備產(chǎn)生的干凈熱風(fēng)鼓入烘干室，熱風(fēng)穿過(guò)物料層時(shí)進(jìn)行熱質(zhì)交換，實(shí)現(xiàn)對(duì)物料的烘干;吸收了鮮杏中水分的潮濕空氣從回風(fēng)口又進(jìn)入加熱室加熱，并不斷重復(fù)上述過(guò)程。待干燥空氣的相對(duì)濕度達(dá)到一定程度后經(jīng)排潮口排出部分濕空氣，同時(shí)補(bǔ)充部分新鮮空氣，使空氣具有持續(xù)的干燥能力。

中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院的王寧利用設(shè)計(jì)的熱風(fēng)試驗(yàn)臺(tái)，用二次通用旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)的方法，以干燥風(fēng)速、干燥溫度和杏果實(shí)的采摘日期為因素，對(duì)杏進(jìn)行低溫薄層干燥試驗(yàn)，并對(duì)3個(gè)常用的干燥模型進(jìn)行擬合比較。得出了杏的低溫薄層干燥可用wang-singh模型描述其干燥的過(guò)程，且杏的有效擴(kuò)散系數(shù)隨溫度上升而增加，隨采摘日期增加而減小，隨風(fēng)速升高而增加，但風(fēng)速增到一定數(shù)值時(shí)，杏的有效擴(kuò)散系數(shù)隨風(fēng)速失去變化規(guī)律［16－17］。

2.3 熱泵干燥加工機(jī)械 楊瑞云等利用自主搭建的熱泵干燥系統(tǒng)應(yīng)用于小白杏干燥中，分別對(duì)小白杏進(jìn)行整粒(分別用促干劑、NaHSO3和清水處理)和切分4種處理方式進(jìn)行了干燥試驗(yàn)，研究了小白杏在熱泵條件下的干燥特性和褐變規(guī)律。試驗(yàn)表明熱泵干燥使小白杏的干燥周期縮短1～2 d且杏干的感官品質(zhì)和衛(wèi)生質(zhì)量得到大幅度提升。其中切分處理后的小白杏干燥速率約為整粒干燥的2～3倍，顏色質(zhì)量也優(yōu)于整粒干燥。此外從干燥后成品顏色來(lái)看，浸硫處理的小白杏干燥后品質(zhì)明顯優(yōu)于其他兩種處理方法［18］。

圖1 熱風(fēng)薄層干燥裝置的工作原理

2.4 氣體射流沖擊干燥加工機(jī)械 肖紅偉等將自行設(shè)計(jì)的過(guò)熱蒸汽漂燙及氣體射流沖擊干燥試驗(yàn)裝置應(yīng)用于杏子干燥中，研究了杏子在不同溫度和不同風(fēng)速條件下物料的干燥特性曲線、水分有效擴(kuò)散系數(shù)和干燥活化能。試驗(yàn)結(jié)果表明干燥溫度對(duì)其的影響比風(fēng)速更為突出，此外通過(guò)費(fèi)克第二定律求出了干燥過(guò)程中杏子的有效水分?jǐn)U散系數(shù)以及利用阿倫尼烏斯公式計(jì)算出了杏子干燥活化能為30.62 kJ/mol［19］。

杜志龍等以南疆的佳娜麗杏品種和胡安娜杏品種就葡萄促干劑及氣體射流沖擊燙漂對(duì)杏的干燥特性和色澤的影響進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，杏經(jīng)不同的處理，表現(xiàn)出不同的干燥特性;相同處理不同杏，表現(xiàn)出相近的干燥特性。經(jīng)促干燙漂處理(BDP處理)的杏的干燥速率最快，不同的處理方式對(duì)杏的色澤都有很大的影響，燙漂處理是色澤變化的主要原因［20－21］。

3 鮮杏干制加工機(jī)械存在的問(wèn)題與發(fā)展趨勢(shì)

3.1 存在的問(wèn)題

(1)目前，大多鮮杏干制加工機(jī)械仍處于試驗(yàn)階段，且干制加工技術(shù)所依托的理論基礎(chǔ)屬試驗(yàn)科學(xué)的范疇，而相關(guān)的理論基礎(chǔ)的發(fā)展水平直接影響和決定了干制加工技術(shù)的發(fā)展水平。

(2)干制加工機(jī)械所面對(duì)的對(duì)象是品種繁多、差異較大的鮮杏，單就同一品種的鮮杏而言，在不同采收時(shí)間和方法條件下，對(duì)加工后杏干的風(fēng)味、色澤、外觀等品質(zhì)差異仍較大，而目前鮮杏干制加工機(jī)械的種類(lèi)少，且與其配套的相關(guān)機(jī)械設(shè)備單一。

(3)用于實(shí)際生產(chǎn)的鮮杏干制加工的技術(shù)落后，干制加工的機(jī)械仍以傳統(tǒng)的熱風(fēng)干燥技術(shù)為主，在能源利用、環(huán)境保護(hù)等方面的技術(shù)有待提高。

(4)缺乏杏干制加工機(jī)械的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)設(shè)計(jì)研制的干制機(jī)械沒(méi)有統(tǒng)一的鑒定標(biāo)準(zhǔn)，也缺乏對(duì)加工后杏干品質(zhì)的定性、定量的評(píng)定依據(jù)。

3.2 發(fā)展趨勢(shì)

(1)加強(qiáng)鮮杏等果品的干燥基本理論研究，要研究鮮杏的物理性質(zhì)及熱物理性質(zhì)，從而推動(dòng)干燥模擬試驗(yàn)的研究，使鮮杏干制加工機(jī)械設(shè)計(jì)在干燥過(guò)程模擬的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而節(jié)省人力物力。

(2)進(jìn)一步提高鮮杏干制加工機(jī)械的自動(dòng)化、智能化控制的程度，配備在線水分、溫度等指標(biāo)監(jiān)測(cè)和控制裝置，利用計(jì)算機(jī)模擬控制裝置及電氣自動(dòng)控制技術(shù)，對(duì)制干機(jī)械內(nèi)部的溫度、水分等進(jìn)行在線實(shí)時(shí)控制，以簡(jiǎn)化制干加工機(jī)械的操作，降低人工勞動(dòng)量。

(3)鮮杏干制加工過(guò)程中能耗大，干制時(shí)間長(zhǎng)，且對(duì)制干后果品的色澤、風(fēng)味、營(yíng)養(yǎng)等方面有嚴(yán)格要求。因此，鮮杏等果品干制加工機(jī)械要綜合考慮制干效率、干制品品種、節(jié)能減排和環(huán)境保護(hù)等因素，情況復(fù)雜，對(duì)機(jī)械性能要求高，應(yīng)深入開(kāi)展智能型干制加工機(jī)械的設(shè)計(jì)研究。

(4)將鮮杏干制加工工藝與干制加工機(jī)械相結(jié)合，以干制加工工藝指導(dǎo)機(jī)械裝備及自動(dòng)化、智能化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，使干制加工機(jī)械服務(wù)于加工工藝的要求。

(5)充分利用鮮杏等果品產(chǎn)地的自然環(huán)境等優(yōu)勢(shì)，大力發(fā)展節(jié)能、環(huán)保、高效、經(jīng)濟(jì)的干燥技術(shù)，并將其應(yīng)用到果品干制加工機(jī)械中，例如新疆發(fā)展的太陽(yáng)能干燥加工機(jī)械等。

4 結(jié)語(yǔ)

新疆林果業(yè)已成為新疆經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一大支柱產(chǎn)業(yè)。新疆杏的種植面積僅次于紅棗排第二，總產(chǎn)量排第一，但由于杏的成熟期集中，常溫下的貯藏時(shí)間短等問(wèn)題，造成杏的產(chǎn)后損失嚴(yán)重。因此，抓緊發(fā)展機(jī)遇，清楚地了解鮮杏干制加工機(jī)械的現(xiàn)狀，準(zhǔn)確把握當(dāng)前干制加工機(jī)械存在的問(wèn)題，以便有針對(duì)性地開(kāi)展鮮杏干制加工機(jī)械的設(shè)計(jì)研究工作，為新疆杏產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展提供技術(shù)裝備支撐。

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