黃光日

（南寧學(xué)院，廣西 南寧 530200）

0 引言

傳統(tǒng)人工烘干方式生產(chǎn)的干貨食用菌不僅品質(zhì)較差，還會(huì)浪費(fèi)大量的人力物力，十分不利于食用菌產(chǎn)業(yè)的持續(xù)化發(fā)展。社會(huì)各界對(duì)現(xiàn)代化、智能化食用菌烘干設(shè)備的需求急劇增長(zhǎng)，相關(guān)人員對(duì)食用菌烘干設(shè)備的研究、設(shè)計(jì)與開發(fā)力度逐漸增加。現(xiàn)就對(duì)一種食用菌恒溫?zé)嵫h(huán)烘干設(shè)備的開發(fā)與應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)的探討[1]。

1 項(xiàng)目所在學(xué)科和技術(shù)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀、水平和趨勢(shì)分析

1.1 產(chǎn)業(yè)背景

由于人工烘干食品存在的不足，越來(lái)越多的人開始思考以機(jī)器代替人工烘干食品。隨著時(shí)代的發(fā)展與變化，機(jī)器烘干食品已經(jīng)成為可能，并在世界范圍內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用與推廣。在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，我國(guó)農(nóng)產(chǎn)品的主要加工形式為簡(jiǎn)單的烘干加工，我國(guó)的食品烘干產(chǎn)業(yè)較為薄弱，特別是食用菌的烘干加工，這不僅嚴(yán)重制約了我國(guó)食用菌消費(fèi)市場(chǎng)的進(jìn)一步開拓，還限制了我國(guó)食用菌產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展?！笆濉逼陂g我國(guó)提出了“發(fā)展精加工、深加工，增加食用菌產(chǎn)品的附加值”。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，食用菌的烘干、加工技術(shù)得到了巨大的發(fā)展。我國(guó)現(xiàn)階段的食品干制加工方法主要有曬干、烘干、冰干等方式。相較于其他發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)食用加工企業(yè)的發(fā)展規(guī)模較小，經(jīng)營(yíng)較為分散，品牌知名度較低，生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)成本較高，產(chǎn)品質(zhì)量時(shí)高時(shí)低，市場(chǎng)核心競(jìng)爭(zhēng)力較弱，主要表現(xiàn)為生產(chǎn)加工設(shè)備自動(dòng)化、智能化程度較低，食品生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)不完善，烘干加工方式較為原始、老舊，烘干設(shè)備的數(shù)量、標(biāo)準(zhǔn)、水平、范圍無(wú)法滿足我國(guó)國(guó)內(nèi)與出口的需求。此外，我國(guó)食品烘干機(jī)的技術(shù)較為落后，對(duì)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的依靠程度較高。我國(guó)最早出現(xiàn)的食品烘干機(jī)大多都是進(jìn)口的，國(guó)產(chǎn)的食品烘干機(jī)也都大多采取國(guó)外技術(shù)。

1.2 研究現(xiàn)狀

現(xiàn)階段我國(guó)的烘干設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)尚未形成規(guī)模，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)較為激烈，自主開發(fā)、設(shè)計(jì)設(shè)備的企業(yè)較少，企業(yè)之間大多都是相互模仿以推出新產(chǎn)品。

市場(chǎng)現(xiàn)有的普通烘干設(shè)備，是基于電阻絲發(fā)熱的簡(jiǎn)單烘干原理，把薄片狀或線狀的高熔點(diǎn)金屬做成舟箔或絲狀的蒸發(fā)源，（在坩堝上）裝上蒸鍍材料，以蒸發(fā)源加熱蒸鍍材料使其蒸發(fā)。普通的工業(yè)烘干形式不講究節(jié)能環(huán)保，發(fā)熱電阻加熱后的熱風(fēng)經(jīng)過(guò)烘干室內(nèi)后，直接排到空氣中，沒有循環(huán)再利用的重吸收能量系統(tǒng)，對(duì)電能資源造成了不必要的浪費(fèi)。況且產(chǎn)業(yè)化的烘干設(shè)備為加快產(chǎn)能效率基本都是連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的，如果在能耗方面減少，將會(huì)降低加工成本，加大商家的盈利區(qū)間[2]。

1.3 發(fā)展趨勢(shì)

“十二五”期間，我國(guó)提出了“高效、節(jié)能、綠色、環(huán)?！焙汀按笮透稍镅b備國(guó)產(chǎn)化”，以國(guó)家的宏觀調(diào)控與市場(chǎng)的自主調(diào)節(jié)來(lái)完善烘干設(shè)備行業(yè)的生產(chǎn)評(píng)價(jià)機(jī)制，全面、有效整合烘干機(jī)生產(chǎn)企業(yè)，提升烘干機(jī)生產(chǎn)企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，促進(jìn)其有序、穩(wěn)定發(fā)展與行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。相關(guān)學(xué)者認(rèn)為我國(guó)烘干機(jī)的未來(lái)發(fā)展方向?yàn)椋旱谝?，?guī)?；l(fā)展，即產(chǎn)品向大中型發(fā)展、行業(yè)向集成化發(fā)展；第二，行業(yè)細(xì)分，即根據(jù)烘干食品、經(jīng)濟(jì)作物、花卉、中藥材等不同需求將設(shè)備分為不同類型，提升設(shè)備的專業(yè)化與特色化程度；第三，重點(diǎn)關(guān)注固定式和移動(dòng)式烘干設(shè)備的發(fā)展。預(yù)計(jì)將用于食用菌烘干的5t/h以下的小型烘干設(shè)備的需求量為上萬(wàn)臺(tái)，用于化工烘干的設(shè)備需求量達(dá)到5000臺(tái)，用于中藥材烘干的設(shè)備需求量達(dá)到6000臺(tái)，用于農(nóng)林土特產(chǎn)烘干的設(shè)備需求量達(dá)到8000臺(tái)，用于輕工烘干的設(shè)備需求量達(dá)到6000臺(tái)。越來(lái)越多的行業(yè)人員與專家學(xué)者對(duì)其的關(guān)注程度逐漸提升以獲取最大化的經(jīng)濟(jì)效益。在野生珍貴食用菌產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，這種專用烘干技術(shù)及其設(shè)備在我國(guó)基本處于空白狀態(tài)，落后于國(guó)外技術(shù)水平。

2 項(xiàng)目研究方案

2.1 研究目標(biāo)、研究?jī)?nèi)容

2.1.1 研究目標(biāo)

詳細(xì)研究恒溫?zé)嵫h(huán)設(shè)備的恒溫、熱循環(huán)、節(jié)能系統(tǒng)，可干燥食用菌的種類及該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、工作模式與烘干工藝。

2.1.2 研究?jī)?nèi)容

本項(xiàng)目借助理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的研究方法，詳細(xì)研究了新型恒溫?zé)嵫h(huán)烘干房的設(shè)計(jì)模式、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、工作模式、烘干工藝等。

具體內(nèi)容如下：

（1）針對(duì)不同食用菌種類的溫度濕度設(shè)定了其相對(duì)應(yīng)的工作模式，并對(duì)恒溫?zé)嵫h(huán)烘干機(jī)中的主要設(shè)備器材的選型進(jìn)行推薦。

（2）采用LabVIEW中的PID、模糊和模糊PID控制分別對(duì)溫度的恒定進(jìn)行相應(yīng)的控制編程，在Fuzzy-PID的系統(tǒng)溫度調(diào)節(jié)中，最大限度地控制與減少輸出溫度的誤差，得出溫度曲線特性。

（3）建立數(shù)據(jù)模型。借助CFD軟件模擬計(jì)算烘房?jī)?nèi)的氣流，同時(shí)借助實(shí)驗(yàn)科學(xué)合理地布置設(shè)備內(nèi)的氣流組織，確保設(shè)備內(nèi)食用菌受熱均勻，切實(shí)提升設(shè)備的烘干成效。

（4）不同食用菌的品質(zhì)是不同的，這就要求在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)要根據(jù)不同的食用菌的種類及其品質(zhì)要求選擇不同的烘干參數(shù)，探究參數(shù)對(duì)食用菌烘干品質(zhì)的影響，優(yōu)化烘干機(jī)的烘干工藝，實(shí)時(shí)控制、調(diào)節(jié)各個(gè)烘干階段的溫度、濕度，進(jìn)而有效確保和提升食用菌烘干的品質(zhì)。

2.2 研究方法、實(shí)驗(yàn)方案

2.2.1 擬采取的研究方法

（1）信息采集。走訪用戶，一線調(diào)查農(nóng)戶的需求。采集基本參數(shù)數(shù)據(jù)最初樣本。結(jié)合食用菌烘干市場(chǎng)發(fā)展，收集相關(guān)數(shù)據(jù)，通過(guò)市場(chǎng)調(diào)查，使產(chǎn)品滿足市場(chǎng)需求。借助校園圖書館與互聯(lián)網(wǎng)瀏覽國(guó)內(nèi)外相關(guān)的文獻(xiàn)資料（學(xué)術(shù)期刊、碩博論文、網(wǎng)絡(luò)圖文等），并對(duì)其進(jìn)行全面、系統(tǒng)的整理、分析與總結(jié)，根據(jù)課題的研究?jī)?nèi)容與研究要求，全面正確地構(gòu)建課題的框架結(jié)構(gòu)。

（2）模式模擬。熱泵型烘干房主要由四個(gè)子系統(tǒng)組成，各個(gè)子系統(tǒng)之間的有效配合為不同工作模式的達(dá)成與烘干房的穩(wěn)定可靠運(yùn)行奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。一般而言，烘干房的主要工作模式為：基本循環(huán)工作模式；恒溫能量調(diào)控模式；熱風(fēng)循環(huán)調(diào)節(jié)模式；除濕模式；電子輔助熱能量調(diào)節(jié)。

（3）實(shí)驗(yàn)調(diào)試。本課題中溫度傳感器信號(hào)采集電路，加熱系統(tǒng)、風(fēng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)電路控制等模塊的程序編寫，需進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)測(cè)試，以制作出運(yùn)行穩(wěn)定可靠的控制模塊。

2.2.2 實(shí)驗(yàn)方案

2019.07-2019.12 恒溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與制作。

2019.07-2019.12 熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作。

2019.07-2019.12 控制系統(tǒng)與顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)與制作。

2020.01-2020.10 食用菌熱循環(huán)恒溫烘干裝置總裝與調(diào)試。

2.3 可行性分析

（1）校園圖書館為開展課題研究要進(jìn)行的調(diào)研和資料收集提供了充分的資源，為課題負(fù)責(zé)人順利完成本課題研究提供了支持。

（2）我校機(jī)電實(shí)驗(yàn)室提供了硬件設(shè)備。制作傳感器模塊、編寫控制模塊程序、系統(tǒng)調(diào)試等均在校內(nèi)完成。

（3）課題負(fù)責(zé)人的科研及組織能力較強(qiáng)，電氣、電子控制設(shè)計(jì)制作的經(jīng)驗(yàn)較為豐富，主要成員都具備較強(qiáng)的科研能力和工程應(yīng)用能力；部分人員還曾組織過(guò)多項(xiàng)科研項(xiàng)目。綜上所述，課題負(fù)責(zé)人和主要成員有能力完成本課題的研究，課題負(fù)責(zé)人和主要成員所在部門對(duì)課題的完成提供了充分的硬件資源和軟件支持，課題的完成有保證[3]。

2.4 預(yù)期的研究成果及成果形式

2.4.1 預(yù)期的研究成果

預(yù)期將發(fā)表食用菌烘干設(shè)備研究論文1篇，專利1項(xiàng)。

2.4.2 社會(huì)效益和影響

裝置的開發(fā)將為中小型產(chǎn)量的農(nóng)戶提供最優(yōu)食用菌烘干模式，增加農(nóng)戶種植食用菌的信心和種植規(guī)模。

隨著食用菌發(fā)展支撐體系的不斷完善與其產(chǎn)業(yè)支持效用的發(fā)揮，我國(guó)的食用菌產(chǎn)業(yè)得到了快速的發(fā)展，規(guī)模、產(chǎn)量、效益、品質(zhì)等方面的進(jìn)步較為顯著，其所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益巨大。我國(guó)是食用菌第一生產(chǎn)大國(guó)，其在2014年的產(chǎn)值就已經(jīng)是僅次于糧、菜、果、油的第五大類作物了，已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的重要組成部分?，F(xiàn)階段，我國(guó)食用菌產(chǎn)品（香菇、平菇、金針菇、花菇等）產(chǎn)量位于世界第一。我國(guó)食用菌產(chǎn)量占全球總產(chǎn)量的比重從5.7%發(fā)展至90%多。而這其中干菇的生產(chǎn)、銷售是重要內(nèi)容之一，越來(lái)越多的專家學(xué)者開始思考如何改進(jìn)烘干設(shè)備提升食用菌生產(chǎn)效益，烘干設(shè)備的研究、開發(fā)與設(shè)計(jì)對(duì)食用菌產(chǎn)業(yè)的規(guī)?；?、持續(xù)化發(fā)展具有十分重要的作用。

3 結(jié)語(yǔ)

本設(shè)備用于食用菌的干制處理烘干加工方面，通過(guò)烘干，促進(jìn)食用菌的銷售。作為生鮮農(nóng)產(chǎn)品的食用菌，當(dāng)其市場(chǎng)價(jià)格較高時(shí)可以直接銷售，當(dāng)市場(chǎng)價(jià)格較低時(shí)往往都是對(duì)其進(jìn)行烘干加工，待價(jià)格較高時(shí)再進(jìn)行錯(cuò)季銷售。以紅菇的鮮菇與干菇的銷售為例，9斤新鮮的紅菇可以烘干為1斤干菇，鮮菇25元一斤、干菇400元一斤，每生產(chǎn)一斤干菇就可實(shí)現(xiàn)175元左右的增收，這有效增加了產(chǎn)品的附加值與經(jīng)濟(jì)效益。目前，食用菌農(nóng)戶及其合作社不僅借助農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)等傳統(tǒng)銷售平臺(tái)與阿里巴巴等線上銷售平臺(tái)來(lái)銷售干品，還走出國(guó)門遠(yuǎn)銷海外。本設(shè)備不僅可應(yīng)用在食用菌的烘干方面，因設(shè)備的溫度精準(zhǔn)、恒定、可控，還可以應(yīng)用在茶葉的烘干及其提香工藝上。中小型作坊以及個(gè)體農(nóng)戶也能使用。其既能決定茶葉的品質(zhì)與價(jià)格，也能增加茶農(nóng)的收入。對(duì)于中藥材的烘干，本設(shè)備精準(zhǔn)、恒定的溫度控制以及恒定的風(fēng)速環(huán)境，可滿足不同的中藥材所需要的恒溫加工。此外，本設(shè)備還可用于果蔬制品的烘干，相比于傳統(tǒng)的果蔬烘干設(shè)備，本設(shè)備有著更高效、能耗更低的優(yōu)勢(shì)。綜上所述，本設(shè)備具有較高的推廣與應(yīng)用價(jià)值。