解鴻磊，尚春雨，王樹彬，孫笠維，李彩妮，侯毛毛，黃玉吉※，鐘鳳林

（1. 福建農(nóng)林大學(xué)園藝學(xué)院，福州 350002；2. 西北農(nóng)林科技大學(xué)園藝學(xué)院，楊凌 712100；3. 福建農(nóng)林大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，福州 350002）

0 引 言

大宗蔬菜干燥后可廣泛應(yīng)用于食品行業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域，是推動(dòng)蔬菜產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展的主要驅(qū)動(dòng)力之一[1-2]，也是食品產(chǎn)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的重要方向。胡蘿卜是世界主產(chǎn)蔬菜之一[3]，現(xiàn)有蔬菜干燥加工方式較為多樣，如熱風(fēng)干燥技術(shù)[4]、微波真空干燥技術(shù)[5]、紅外干燥技術(shù)[6]、真空冷凍干燥技術(shù)[7]、變溫壓差膨化干燥技術(shù)[8]、高壓電場干燥技術(shù)[9]、噴霧干燥技術(shù)[10]；現(xiàn)有胡蘿卜干燥技術(shù)主要有真空冷凍干燥技術(shù)，熱風(fēng)干燥技術(shù)、微波真空干燥技術(shù)和紅外干燥技術(shù)也有少量應(yīng)用，但由于鮮胡蘿卜含水率較高、干燥加工過程易發(fā)生褐變[4]，對于如何降低加工成本、提高加工效率仍需進(jìn)一步完善。

中國熱泵技術(shù)的發(fā)展始于20世紀(jì)50年代，目前已廣泛應(yīng)用于糧食、果蔬、茶葉的干燥加工中，因其可吸收環(huán)境熱量用于加熱而成本較低，并且環(huán)保節(jié)能[11-12]，應(yīng)用領(lǐng)域日益廣泛，但也因干燥效率較低而受限[13-15]。在生產(chǎn)上，利用溫室干燥農(nóng)產(chǎn)品的方式也十分常見。隨著中國農(nóng)業(yè)的發(fā)展，設(shè)施溫室逐漸普及，農(nóng)戶經(jīng)常利用設(shè)施溫室的休作期晾干農(nóng)產(chǎn)品，成本更低、更節(jié)能環(huán)保，但加工周期較長。溫室可為熱泵提供較高溫度的工作環(huán)境，提高熱泵工作效率，近兩年，干燥溫室與熱泵結(jié)合的干燥技術(shù)逐漸興起，如喬玲敏等[16]設(shè)計(jì)了一種溫室型多壓縮機(jī)熱泵烘干裝置及分段干燥方法，李美成等[17]設(shè)計(jì)了一種用于溫室大棚的光伏光熱一體化循環(huán)系統(tǒng)，朱燁等[18-19]的研究結(jié)果表明陽光棚與熱泵聯(lián)合系統(tǒng)比獨(dú)立熱泵更節(jié)能、高效，但干燥溫室與熱泵聯(lián)合系統(tǒng)的工作參數(shù)及其對干燥物品質(zhì)影響的研究仍需進(jìn)一步完善。

本文擬對干燥溫室主結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行分析，對組合式熱泵機(jī)性能進(jìn)行測定，對胡蘿卜干燥后的品質(zhì)進(jìn)行分析，以期為大宗胡蘿卜干燥加工后應(yīng)用于食品加工領(lǐng)域提供新的研究思路。

1 干燥溫室主要結(jié)構(gòu)參數(shù)

1.1 干燥溫室性能要求

為了能夠接收更多日光，使干燥溫室充分采光集熱，干燥溫室宜采取坐北朝南。干燥溫室為拱形鋼桁架結(jié)構(gòu)，室內(nèi)無支柱，北墻高度為4.5 m，凈跨度8 m，長度30 m。要求干燥溫室具有胡蘿卜干燥保溫、避雨的環(huán)境，白天干燥溫室采光面的光透過率高，熱輻射效果好，為熱泵機(jī)提供較高溫度的工作環(huán)境，滿足新鮮胡蘿卜丁干燥的需要；夜晚干燥溫室具有阻止紅外長波輻射透出功能，保持干燥溫室內(nèi)溫度高于室外；雨天防止雨水淋濕物料[20]。

1.2 干燥溫室的朝向設(shè)計(jì)

干燥室的朝向影響透光率和熱環(huán)境[21]。該干燥溫室建在福建省泉州市，位于北回歸線以北，中午太陽光線均從其天頂南面入射。在實(shí)際生產(chǎn)中，干燥溫室需進(jìn)行適當(dāng)?shù)钠窃O(shè)計(jì)，以使干燥溫室采光角和太陽高度角的峰值相錯(cuò)開，延長最佳采光時(shí)間，干燥溫室設(shè)計(jì)朝向宜為南偏西6°[21]。

干燥溫室覆蓋材料為上海勁諾塑料制品有限公司提供的PC（聚碳酸酯）板，厚度6 mm，透光率89%以上，可在溫度-40～120 ℃條件下長期使用，使用壽命6 a左右。

1.3 干燥室的屋面設(shè)計(jì)

1.3.1 干燥溫室的屋面結(jié)構(gòu)

屋面傾角影響干燥溫室的采光性能[22-23]。為了最大限度地使日光透過PC板屋面進(jìn)入干燥溫室，并降低干燥溫室造價(jià)，干燥溫室的屋面采用單坡面采光。

1.3.2 干燥溫室的屋面傾角計(jì)算

干燥溫室的屋面傾角與當(dāng)?shù)氐奶柛叨扔嘘P(guān)。當(dāng)?shù)靥柛叨冉荹24]計(jì)算公式如下：

式中sh為太陽高度角，(°)；φ為地理緯度，(°)；干燥溫室建于福建省泉州市，地理緯度為24.54°；sδ為太陽赤緯角，(°)。

胡蘿卜加工季節(jié)主要在春分前后，太陽赤緯角δs=0°，則春分日中午的太陽高度角為65.46°。

干燥溫室屋面傾角指干燥溫室與水平面之間夾角[21]。

式中γ為日光入射角，(°)；取γ=0°~ 10°，在該范圍內(nèi)的日光透射率較高；則屋面傾角為15°~25°。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，干燥溫室屋面傾角取均值為20°。

1.4 干燥溫室通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)溫室通風(fēng)技術(shù)要求[21]，在干燥溫室的南北兩面各設(shè)置4扇開窗，每扇窗戶長2.3 m，高1.4 m，組成自然通風(fēng)系統(tǒng)；萎凋房東面的3.2 m高度位置并列安裝上海應(yīng)達(dá)風(fēng)機(jī)股份有限公司的ST35-11-3.15型雙向低噪聲軸流風(fēng)機(jī)1臺，轉(zhuǎn)速為2 900 r/min，風(fēng)量為4 545 m3/h，組成進(jìn)氣通風(fēng)系統(tǒng)強(qiáng)制通風(fēng)，并散發(fā)水蒸汽。

2 組合式熱泵干燥機(jī)

2.1 組合式熱泵干燥機(jī)

組合式熱泵干燥機(jī)系統(tǒng)原理如圖1所示。工作原理：組合式熱泵干燥機(jī)運(yùn)行過程中，高溫干燥的空氣進(jìn)入烘干區(qū)干燥倉并在烘干區(qū)內(nèi)部等焓吸收胡蘿卜水分，干空氣變?yōu)闈窨諝?。從烘干區(qū)干燥倉回風(fēng)室排出的濕空氣經(jīng)除塵器除雜凈化后進(jìn)入三級蒸發(fā)區(qū)，經(jīng)各級蒸發(fā)器逐級降溫除濕后變?yōu)榈蜏馗稍锏目諝?，與此同時(shí)，各級蒸發(fā)器冷凝的水分被排出。隨后，低溫干燥的空氣與烘干區(qū)冷卻倉排出的空氣混合后一并進(jìn)入三級冷凝區(qū)，經(jīng)各級冷凝器逐級加熱后變?yōu)楦邷馗稍锏目諝猓⒈凰腿牒娓蓞^(qū)，進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。系統(tǒng)主要由熱泵機(jī)組、熱管回?zé)崞?、烘干區(qū)、風(fēng)道管路、除塵器、風(fēng)機(jī)、電控柜組成。其中，熱泵機(jī)組共有3臺，每臺機(jī)組都由壓縮機(jī)、蒸發(fā)器、冷凝器、油分離器等部件組成；三級蒸發(fā)區(qū)安裝于室外，包括蒸發(fā)器1、蒸發(fā)器2、蒸發(fā)器3；三級冷凝區(qū)和烘干區(qū)安裝于室內(nèi)，三級冷凝區(qū)包括冷凝器1、冷凝器2、冷凝器3。如圖2所示，烘干區(qū)蓋板為透光PC板，其包括預(yù)熱倉、干燥倉、冷卻倉3部分，容量大小為3 t；風(fēng)道管路由回風(fēng)管道、送風(fēng)管道及旁通風(fēng)管道組成；除塵器由圓形過濾網(wǎng)轉(zhuǎn)盤、吸塵頭、吸塵管、吸塵風(fēng)機(jī)及除塵布袋組成[25]；風(fēng)機(jī)包括離心式熱風(fēng)機(jī)（1 臺）和離心式冷卻風(fēng)機(jī)（1臺），系統(tǒng)總風(fēng)量為22 860 m3/h；壓縮機(jī)型號為XS-50、功率為50 kW，蒸發(fā)器、冷凝器和烘干區(qū)均為自制。

2.2 熱泵主要性能指標(biāo)

2.2.1 熱泵的制熱系數(shù)

制熱系數(shù)（Coefficient Of Performance，COP）是評價(jià)熱泵性能的參數(shù)。[25-26]

式中CQ為熱泵的制熱量，kW；W為熱泵的消耗功率，kW；cP為熱泵冷凝器制熱功率，W；ma為空氣流進(jìn)冷凝器的質(zhì)量流量，kg/h；c pa為空氣定壓比熱容，kJ/(kg·℃)；Tlo為冷凝器出口的空氣溫度，℃；Tli為冷凝器進(jìn)口的空氣溫度，℃；dt為干燥過程中的某時(shí)刻。

2.2.2 熱泵的除濕能耗比

除濕能耗比（Specific Moisture Extraction Rate，SMER）是反映熱泵干燥裝置綜合性能的主要指標(biāo)[26-27]。

式中Mde為從物料中除去的水分質(zhì)量，kg；W tot為總功率，kW；τ為干燥時(shí)間，h。

3 材料與方法

3.1 試驗(yàn)材料與儀器

供試材料為晉江市東石梅塘農(nóng)業(yè)綜合場提供的胡蘿卜，品種為坂田七寸，含水率85.3%～92.7%。

試驗(yàn)時(shí)間為2019年3月25日—4月25日，試驗(yàn)地點(diǎn)：福建農(nóng)林大學(xué)設(shè)施蔬菜種業(yè)實(shí)驗(yàn)室。

測定儀器：HOBO溫濕度自動(dòng)記錄儀（美國Onset公司），太陽全輻射記錄儀MP200（美國Apogee Instrument公司），UV-1800紫外分光光度儀（島津企業(yè)管理有限公司），3K15高速旋轉(zhuǎn)離心機(jī)（德國Sartorius公司），Color Flex Ez 45/0 型分光測色儀（上海韻鼎國際貿(mào)易有限公司），JYL-B060九陽料理機(jī)（九陽股份有限公司），DHG-9123A恒溫鼓風(fēng)干燥箱（廣東省南海市德豐電熱設(shè)備廠），CNWB-3ZKP微波真空干燥箱（上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司），STC中短波紅外干燥設(shè)備（德國Memert公司），F(xiàn)D-1A-50低溫真空干燥機(jī)（江蘇天翎儀器有限公司）。

3.2 試驗(yàn)方法

3.2.1 干燥溫室內(nèi)外太陽輻射和溫度的測定

試驗(yàn)時(shí)間中隨機(jī)選取15 d，測定干燥溫室內(nèi)部和外部水平地表面所接收的太陽輻射能，以及干燥溫室內(nèi)東部、中部、西部及溫室外面的溫度，每小時(shí)采集1次，每天相同時(shí)間點(diǎn)所測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)其平均值。

3.2.2 組合式熱泵機(jī)性能指標(biāo)的測定

參考李偉釗等[11]的研究方法，將胡蘿卜用切丁機(jī)切成5 mm×5 mm×5 mm的胡蘿卜丁，投入組合式熱泵機(jī)入料口；預(yù)熱倉內(nèi)部空氣溫度提升至60 ℃，烘干區(qū)內(nèi)置傳送裝置將胡蘿卜丁輸運(yùn)至干燥倉，胡蘿卜丁干燥至含水率為13%時(shí)進(jìn)入冷卻倉。烘干區(qū)內(nèi)置前、后感應(yīng)器，胡蘿卜丁運(yùn)輸過程中，傳送裝置和前、后感應(yīng)器聯(lián)動(dòng)，當(dāng)前、后感應(yīng)器都無感應(yīng)時(shí)，傳送裝置開始啟動(dòng)輸運(yùn)胡蘿卜??；當(dāng)前、后感應(yīng)器全部感應(yīng)時(shí)，傳送裝置停止輸運(yùn)，從而保證烘干區(qū)始終滿倉。除塵器每隔30 min對除塵網(wǎng)上的雜質(zhì)清除一次，以保證回風(fēng)流動(dòng)的暢通。

每隔0.5 h在出料口取3個(gè)樣品，每個(gè)樣品質(zhì)量為500 g，將樣品混合均勻后測量平均含水率，根據(jù)出料含水率大小實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)排料速度，保持出料含水率達(dá)13%。壓縮機(jī)的吸、排氣口布置有溫度傳感器和壓力傳感器，三級蒸發(fā)區(qū)、三級冷凝區(qū)的迎風(fēng)側(cè)及出風(fēng)側(cè)布置有溫濕度傳感器，烘干區(qū)的進(jìn)風(fēng)口、出風(fēng)口以及其干燥倉和冷卻倉的回風(fēng)室布置有溫濕度傳感器，數(shù)據(jù)采集儀每秒采集1次數(shù)據(jù)，耗電量每小時(shí)記錄1次，單項(xiàng)數(shù)據(jù)取一個(gè)加工周期（25 h）內(nèi)的平均值。

另外設(shè)置處于室外的相同的獨(dú)立熱泵機(jī)組，按照上述試驗(yàn)規(guī)范進(jìn)行操作，以公式（3）、（4）計(jì)算獨(dú)立熱泵機(jī)組、干燥溫室與熱泵聯(lián)合系統(tǒng)在一日內(nèi)的不同時(shí)間段的總COP。

3.2.3 獨(dú)立熱泵機(jī)組與聯(lián)合系統(tǒng)COP測定

為驗(yàn)證干燥溫室與熱泵聯(lián)合系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性與高效性，設(shè)置其與獨(dú)立熱泵機(jī)組的對照試驗(yàn)，即在裝載量為2 000 kg、干燥溫度為60℃、風(fēng)速為2 m/s條件下，分別測定每日早晨（8:00—9:00）、中午（12:00—13:00）、下午（18:00—19:00）的COP。

3.2.4 干燥溫室與熱泵聯(lián)合系統(tǒng)對胡蘿卜干燥效果測定

1）干燥溫室與熱泵聯(lián)合系統(tǒng)參數(shù)對胡蘿卜丁品質(zhì)的影響

參考聶波[4]的研究，干燥溫度、裝載量和風(fēng)速均對胡蘿卜干燥效果有影響；根據(jù)本系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，裝載量設(shè)置為2 000 kg時(shí)，不易產(chǎn)生焦糊現(xiàn)象，也不易阻礙胡蘿卜丁水分散失。因此，試驗(yàn)采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，主區(qū)因素為干燥溫度，設(shè)50、60和70 ℃3個(gè)溫度水平，裂區(qū)因素為干燥風(fēng)速，設(shè)1、2和3 m/s3個(gè)風(fēng)速水平。每處理重復(fù)3次，直至胡蘿卜丁含水率在13%以下，停止干燥。

2）胡蘿卜品質(zhì)指標(biāo)測定

①胡蘿卜丁色澤：取10 g干胡蘿卜丁，使用分光測色儀，參考陳瑞娟[28]等的研究方法，基于L*a*b*表色系測定綠/紅值a*（負(fù)值為綠色，正值為紅色），重復(fù)測定3次取平均值（胡蘿卜的主導(dǎo)顏色是紅色，a*值越大越好）。

②復(fù)水比：采用劉美娟等[29]的方法，測定復(fù)水比。取10 g干胡蘿卜丁放入45 ℃恒溫蒸餾水中，靜置35 min后，取出置于篩網(wǎng)上瀝干20 min，并用吸水紙輕拭表面水分，稱取復(fù)水后質(zhì)量。復(fù)水性采用復(fù)水比（%）作為評價(jià)指標(biāo)，用公式（6）計(jì)算為

式中m1為復(fù)水后的質(zhì)量，g；m2為復(fù)水前的質(zhì)量，g。

為測定干胡蘿卜丁維生素C含量、總糖含量和胡蘿卜素含量，利用JYL-B060九陽料理機(jī)粉碎不同處理?xiàng)l件下的干胡蘿卜丁各500 g，每次粉碎時(shí)間15 s，每次間隔2 min，共粉碎2次。

③維生素C含量：根據(jù)GB6195—1986《水果、蔬菜維生素C含量測定法》中2,6-二氯靛酚法測定[30]。

④總糖含量：參考陳瑞娟等[28]的方法測量總糖含量。精確稱量胡蘿卜粉0.5 g于燒杯中，加入100 mL蒸餾水和2 mL 6 mol/L的HCL溶液，在96 ℃的水浴鍋中水浴2 h，冷卻后加入2 mL 6 mol/L的NaOH溶液進(jìn)行抽濾后用蒸餾水定容至200 mL，得到待測樣品。吸取2.0 mL待測樣品，然后加入1.0 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)6%的苯酚及5.0 mL

略論財(cái)務(wù)會(huì)計(jì)理論與實(shí)際相結(jié)合創(chuàng)新——高校財(cái)會(huì)教材適應(yīng)發(fā)展更新 ………………………………… 覃正納 劉迎春（1/72）

98%的濃硫酸，搖勻冷卻室溫放置30 min后于490 nm波長測光密度。每次測定取雙樣對照。以標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算待測樣品的總糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)，以公式（7）計(jì)算。

式中Y為總糖的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；n為溶液的稀釋倍數(shù)；m3為標(biāo)準(zhǔn)曲線所得葡萄糖質(zhì)量，mg；m4為樣品的質(zhì)量，mg；V1為提取液總體積，mL；V2為測定時(shí)所取樣液的體積，

mL。

⑤胡蘿卜素含量：參考陳瑞娟等[29]的方法測量胡蘿卜素含量。精確稱量胡蘿卜粉3.0 g于燒杯中，按1∶10加入體積比為2∶1的無水乙醇和氯仿提取液，充分混合30 min，在10 000 r/min條件下離心10 min，沉淀后再提取2次，將上清液合并，并定容。分別測定波長為440 nm處的吸光度。以每克胡蘿卜（鮮質(zhì)量）在400 nm處的吸光度值表示胡蘿卜素含量，干胡蘿卜粉中胡蘿卜素含量以公式（8）計(jì)算得到[28]

式中A為吸光度值，V為上清液總體積，mL，m為胡蘿卜的質(zhì)量，g。

3.2.5 不同干燥方式的成本計(jì)算

為對比其他常見的干燥方式的生產(chǎn)成本，取相同鮮胡蘿卜丁分別用熱風(fēng)干燥技術(shù)、微波真空干燥技術(shù)、紅外干燥技術(shù)和真空冷凍干燥技術(shù)加工，均干燥至含水率為13%，以生產(chǎn)每千克干胡蘿卜丁所耗電能（電價(jià)均為0.79元/(kW·h)）計(jì)算最終成本。

4 結(jié)果與分析

4.1 干燥溫室內(nèi)外太陽輻射強(qiáng)度與溫度

干燥溫室內(nèi)熱量受太陽輻射和熱泵機(jī)工況的影響。干燥溫室的覆蓋材料具有較好的透光效果，如圖3a所示，室內(nèi)太陽總輻射強(qiáng)度在231～733 W/m2范圍變化，隨時(shí)間呈現(xiàn)“低—高—低”變化趨勢，與太陽入射角變化“高—低—高”有關(guān)[21]；室內(nèi)太陽總輻射強(qiáng)度平均值為526 W/m2，室外平均值為625 W/m2。如圖3b所示，白天（8:00—18:00）干燥溫室內(nèi)溫度在38.5～24.3 ℃范圍變化，平均溫度30.4 ℃，比室外溫度平均高6.4 ℃；夜間干燥溫室內(nèi)溫度在21.3～25.2 ℃范圍變化，平均溫度30.4 ℃，比室外溫度平均高4 ℃，干燥溫室具有較好的保溫效果，并且具有防雨、擋風(fēng)作用，為熱泵機(jī)提供了較高的工作溫度。

4.2 組合式熱泵機(jī)性能指標(biāo)

4.2.1 濕空氣溫度變化情況

如圖4所示，濕空氣經(jīng)過第一級、第二級、第三級蒸發(fā)器時(shí)的溫降分別為7.7、9.8 ℃，總溫降17.5 ℃，溫度由33.1 ℃降為15.6 ℃；濕空氣經(jīng)過第三級、第二級、第一級冷凝器時(shí)的溫升為21.5、21.6 ℃，總溫升43.1 ℃，溫度由16.2 ℃升為59.3 ℃。

4.2.2 各級熱泵機(jī)性能情況

試驗(yàn)過程中，如表1所示，第一級至第三級機(jī)組的蒸發(fā)溫度分別為20.3、13.6和5.2 ℃，冷凝溫度分別為60.6，51.1和38.4 ℃，從第一級到第三級熱泵機(jī)組，各級熱泵機(jī)組的蒸發(fā)溫度和冷凝溫度差值逐漸減小。第一級至第四級機(jī)組的蒸發(fā)壓力分別0.46、0.38和0.51 MPa，冷凝壓力分布為1.91、1.67和1.42 MPa，從第一級到第三級熱泵機(jī)組，壓比（排氣壓力與吸氣壓力之比）逐漸減小。第一級機(jī)組功率最大，第三級機(jī)組功率最小，第一級至第三級熱泵機(jī)組的功率分別為12.3、10.8、10.4 kW。第一級至第三級熱泵機(jī)組的除水速率分別為72.7、61.2、49.7 kg/h，熱泵系統(tǒng)每小時(shí)的除水量為183.6 kg。第一級至第三級熱泵機(jī)組的COP逐漸增大，第一級至第三級熱泵機(jī)組的COP分別為3.1、3.3和4.2。

表1 各級熱泵機(jī)組運(yùn)行工況和性能特性Table 1 Operating conditions and performance characteristics of heat pump units at all levels

4.2.3 獨(dú)立熱泵機(jī)組和干燥溫室與熱泵聯(lián)合系統(tǒng)的COP

如表2所示，8:00—9:00室外溫度為20.2 ℃，室內(nèi)溫度為24.3 ℃，獨(dú)立熱泵機(jī)組COP為2.7，干燥溫室與熱泵聯(lián)合系統(tǒng)COP為3.4；12:00—13:00室外溫度為27.6 ℃，室內(nèi)溫度為34.1 ℃，獨(dú)立熱泵機(jī)組COP為3.2，干燥溫室與熱泵聯(lián)合系統(tǒng)COP為3.7；18:00—19:00室外溫度為21.8 ℃，室內(nèi)溫度為27.1℃，獨(dú)立熱泵機(jī)組COP為2.8，干燥溫室與熱泵聯(lián)合系統(tǒng)COP為3.6。

表2 獨(dú)立熱泵機(jī)組和干燥溫室與熱泵聯(lián)合系統(tǒng)的制熱系數(shù)（COP）Table 2 COP of independent heat pump unit and combined system with drying greenhouse

干燥溫室為熱泵機(jī)組提供了較好的工作環(huán)境，聯(lián)合系統(tǒng)總體COP高于獨(dú)立熱泵機(jī)組，即制熱性能更優(yōu)。在較低溫度時(shí)，聯(lián)合系統(tǒng)COP高于單獨(dú)熱泵機(jī)組26%～29%，當(dāng)工作環(huán)境一日內(nèi)溫差較大（日變化大于7 ℃）時(shí)，干燥溫室使得熱泵能夠穩(wěn)定、高效地運(yùn)行，對于提高胡蘿卜干燥效率和胡蘿卜丁品質(zhì)具有重要作用。

4.3 干燥溫室與熱泵聯(lián)合系統(tǒng)對胡蘿卜干燥效果的影響

如表3所示，干燥溫室與熱泵聯(lián)合系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)設(shè)定為溫度60 ℃、風(fēng)速2 m/s時(shí)，干胡蘿卜丁品質(zhì)較好。其色澤（a*值）均值為31.27、復(fù)水比均值為5.42、維生素C均值為1.51 mg/g、總糖均值為12.36%、胡蘿卜素均值為0.68 mg/g，與聶波[4]的研究結(jié)果相一致，可以較好地供應(yīng)于食品領(lǐng)域，滿足食品所添加的胡蘿卜營養(yǎng)品質(zhì)的要求。

表3 干燥溫室與熱泵聯(lián)合系統(tǒng)對胡蘿卜干燥效果Table 3 The effect of the combined system of drying greenhouse and heat pump system on carrot drying

干燥溫室與熱泵聯(lián)合系統(tǒng)工藝對胡蘿卜干燥效果有影響。在一定范圍內(nèi)，提高干燥溫度和風(fēng)速，利于胡蘿卜色澤和糖分的保留，但溫度和風(fēng)速過高易導(dǎo)致胡蘿卜丁出現(xiàn)褐變，與聶波[4]的研究結(jié)果稍有不同，這可能是因?yàn)檫x擇的胡蘿卜品種不同。胡蘿卜含水率較高，在一定范圍內(nèi)，提高干燥溫度和風(fēng)速均導(dǎo)致胡蘿卜丁復(fù)水比較高，這可能是因?yàn)楦稍锼俾瘦^快，水分快速散失，能夠減少物料組織的坍塌和皺縮，具有較好的多孔結(jié)構(gòu)[4]；但溫度過高易導(dǎo)致胡蘿卜丁出現(xiàn)焦糊，風(fēng)速過高可能導(dǎo)致胡蘿卜丁表面失水過快，細(xì)胞皺縮嚴(yán)重，降低復(fù)水比。維生素C和胡蘿卜素對溫度和氧氣較敏感，在一定范圍內(nèi)，提高干燥溫度和風(fēng)速加快了干燥速度，使整體干燥加工時(shí)間縮短，有利于二者保留；但過高的溫度和風(fēng)速易使二者流失。

4.4 干燥溫室與熱泵聯(lián)合系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性分析

溫室結(jié)合熱泵機(jī)組成的干燥系統(tǒng)具有較好的經(jīng)濟(jì)效益，這與朱燁等[18-19]的研究結(jié)果一致。本研究中，對干燥溫室與熱泵聯(lián)合系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的測定結(jié)果表明，每小時(shí)的鮮胡蘿卜丁處理量為80 kg，每小時(shí)排出的干胡蘿卜丁為18.8 kg；系統(tǒng)每小時(shí)的除濕量為61.2 kg，每小時(shí)消 耗 電 量53.5 kW·h，除 濕 能 耗 比SMER為1.14 kg/(kW·h)，即每消耗1kW·h電量可以從胡蘿卜丁中除去1.14 kg水分。

經(jīng)試驗(yàn)測定，熱風(fēng)干燥技術(shù)生產(chǎn)每千克干胡蘿卜丁成本為22.4元，微波真空干燥技術(shù)生產(chǎn)每千克干胡蘿卜丁成本為18.4元，紅外干燥技術(shù)生產(chǎn)每千克干胡蘿卜丁成本為16.3元，真空冷凍干燥技術(shù)生產(chǎn)每千克干胡蘿卜丁成本為20.4元。而干燥溫室與熱泵聯(lián)合系統(tǒng)生產(chǎn)每千克干胡蘿卜丁成本為2.25元，經(jīng)濟(jì)效益較好。

5 結(jié) 論

干燥溫室較好地利用了太陽能，為組合式熱泵機(jī)提供了較好的工作環(huán)境，有利于熱泵機(jī)穩(wěn)定、高效地運(yùn)行；熱泵機(jī)采用了多級串聯(lián)的方式，實(shí)現(xiàn)了梯次吸熱、放熱，干燥過程中胡蘿卜丁分段散失水分，有利于濕熱空氣的排放；對比獨(dú)立熱泵機(jī)組，干燥溫室與熱泵聯(lián)合系統(tǒng)總COP提高26%～29%。

干燥溫室與熱泵聯(lián)合系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)定對胡蘿卜丁的品質(zhì)均有影響，在系統(tǒng)設(shè)定較優(yōu)干燥溫度60℃、風(fēng)速2 m/s、裝載量2 000 kg的條件下，干胡蘿卜丁品質(zhì)指標(biāo)最好，色澤（a*值）均值為31.27、復(fù)水比均值為5.42、維生素C均值為1.51 mg/g、總糖均值為12.36%、胡蘿卜素均值為0.68 mg/g，可滿足大宗胡蘿卜應(yīng)用于食品領(lǐng)域的品質(zhì)需求。

干燥溫室與熱泵聯(lián)合系統(tǒng)每小時(shí)鮮胡蘿卜丁處理量為80 kg，每小時(shí)排出干胡蘿卜丁18.8 kg，每小時(shí)消耗電量53.5 kW·h，生產(chǎn)每千克干胡蘿卜丁成本為2.25元；對比傳統(tǒng)干燥技術(shù)，經(jīng)濟(jì)效益較好。