果蔬烘干设施及技术培训教材.doc
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1、农产品产地初加工惠民工程系列培训教材果蔬烘干设施与技术农业部农产品加工局农业部规划设计研究院农产品产地初加工惠民工程系列培训教材果蔬烘干设施与技术主 编:张天佐 副主编:欧阳海洪 杨泽钊 刘晓军编 委:程勤阳 沈 瑾 姜 倩 李笑光 谢奇珍 张利群 师建芳 刘 清 梁 漪 赵玉强 何晓鹏 高学敏 邵 广 杨 琴 庞中伟 2王希卓 孙 洁目 录第一章 果蔬的烘干1第一节 果蔬干燥的特性11我国果蔬的生产及利用情况12果蔬干制的基本原理13影响果蔬干燥的主要因素3第二节 果蔬干制的技术51现有的果蔬干制技术和设备52推广的热风烘干技术8第二章 PH-1型普通烘房9第一节 设施介绍91系统构成92技
2、术参数103适用范围104国家奖补资金11第二节 设施建造121选址122参考设计图123土建施工及设备安装17第三节 工程验收221验收指标222验收方法22第四节 使用和维护管理251调试252普通烘房的使用253维护管理28第三章 RH-1型热风烘房30第一节 设施介绍301系统构成302技术参数323适用范围334国家奖补资金33第二节 设施建造341选址342参考设计图343土建施工374设备的采购或制作405配套设备的安装42第三节 工程验收461验收指标462验收方法46第四节 使用和维护管理491生产调试492.热风烘房的使用503维护管理52第四章 RH-2型热风烘房56第一
3、节 设施介绍561系统构成562技术参数593适用范围604国家奖补资金60第二节 设施建造611选址612参考设计图613土建施工664设备的采购或制作695配套设备的安装71第三节 工程验收761验收指标762验收方法76第四节 使用和维护管理791生产调试792热风烘房的使用803维护管理82第五章 WDH-5型多功能烘干窑86第一节 设施介绍861系统构成862技术参数883适用范围894国家奖补资金89第二节 设施建造901选址902参考设计图903土建施工944设备的采购或制作975配套设备的安装98第三节 工程验收1011验收指标1012验收方法101第四节 使用和维护管理104
4、1生产调试1042 WDH-5多功能烘干窑的使用1063维护管理109第六章 WDH-10型多功能烘干窑111第一节 设施介绍1111系统构成1112技术参数1123适用范围1134国家奖补资金113第二节 设施建造1141选址1142参考设计图1143土建施工1184设备的采购或制作1215配套设备的安装122第三节 工程验收1251验收指标1252验收方法125第四节 使用和维护管理1281生产调试1282 WDH-10多功能烘干窑的使用1303维护管理133第一章 果蔬的烘干第一节 果蔬干燥的特性1我国果蔬的生产及利用情况 蔬菜和水果中含有丰富的碳水化合物、有机酸、维生素及无机盐,是人类
5、重要的营养来源,也是人类生活中必不可少的食物。我国是目前世界上水果和蔬菜产量最大的国家,2011年我国水果总产量超过1.3亿吨,蔬菜总产量超过7亿吨。季节性生产和周年性供应是水果和蔬菜的重要特征,也是造成市场供求矛盾的成因。每年收获季节大量水果和蔬菜上市,许多地方市场供大于求,菜贱伤农情况时有发生。新鲜水果和蔬菜含水量高(大部分果蔬含水量在90%以上)、产后呼吸代谢旺盛、极易腐烂的特质,给农产品的贮藏、运输、流通等产业环节带来相当的困难。据调查,我国水果产后平均损失率15%20%,蔬菜产后平均损失率25%30%左右,每年水果和蔬菜的损失量超过1.6亿吨,产后巨大的损失在一定程度上抵消了我们为增
6、产增收所付出的努力。为了减少果蔬产后巨大的损失,除了广泛采用预冷、保鲜等方法外,果蔬干制也是调节供求、消化季节性剩余、减少产后腐烂损失的一个有效途径,是新鲜蔬菜的有效补充;同时,果蔬干制能有效提高产品的附加值,成为提高农民收入、推动当地经济发展的有效途径之一。而且,有相当部分的水果、蔬菜必须经过干制之后才能上市销售,如红枣、木耳、黄花菜等。在美国,洋葱、大蒜、葡萄的干燥量分别占其收获量的20%、80%、25%;其农产品加工前后的平均产值比可达到1:3.8,农产品的产后损失仅为1.7%5%。而在我国,脱水蔬菜的加工量仅占总产量的10%左右,果品的干制比例就更低;农产品加工前后的平均产值比仅为1:
7、1.8。果蔬干制发展空间和增值潜力巨大。2果蔬干制的基本原理 2.1果蔬干制基本概念2.1.1干制果蔬的干制,也称为“干燥”、“脱水”,就是在自然条件或人工调控条件下使果蔬内部的水分向外界蒸发,使之达到特定的含水率,最终加工成初级商品如干果或干菜等的过程。果蔬干制的作用主要有三方面:一是降低果蔬的水分、增加可溶性物质的浓度,使微生物难以利用,产品不易腐烂;二是抑制果蔬中所含酶的活性,使制品能够长期保存;三是使制品保留果蔬原有的营养成分、口感和风味。2.1.2果蔬中的水分新鲜果品、蔬菜中含有大量水分。一般果品含水量为70%-90%;蔬菜为75%-95%。果蔬中的水分,都以游离水和结合水的形式存在
8、。游离水(也称自由水)是以游离状态存在于果蔬组织中的水分,占果蔬水分的绝大多数。游离水具有水的全部性质,能作为溶剂溶解其他物质如糖、酸等。游离水流动性大,能借助毛细管和渗透作用移动,干制时很容易蒸发。结合水是指果蔬组织中的化学物质与水通过氢键相结合的水分。结合水仅占总水量的极小部分。和游离水相比,结合水稳定、难以蒸发,不能作为溶剂,也不能被微生物所利用。果蔬干燥中主要去除的是游离水和极少部分结合水。2.1.3果蔬热风干制机理在果蔬的干制加工中常见技术主要有2种:一是热风干燥技术;二是真空冷冻干燥技术。微波干燥技术与远红外干燥技术也有应用的实例,但无法普及,热风干燥技术仍然是目前果蔬干制中应用最
9、广泛的技术,普及率约占90%。图1-1 典型果蔬干燥过程热风干制过程,实质上是干燥介质与干燥对象之间的热质交换过程(热风干燥的介质即是热空气),即:当湿物料与干燥空气接触时,热空气将热能传到物料表面,再由表面传到物料内部;水分从物料内部以液态或气态透过物料传递到表面,然后通过物料表面的气膜扩散到空气中。干燥空气与湿物料间存在的温度梯度和湿度梯度,是物料水分扩散并实现干燥的主要动力。由于介质与物料之间存在温度梯度,才导致物料的温度升高,最终使内部水分汽化而向外迁移。由于物料表面与介质之间湿度梯度、物料表面与内部之间的湿度梯度的存在,才使水分不断由内及外、由外向介质迁移,最终实现干燥的目的。物料中
10、水分扩散分为水分外扩散阶段和水分内扩散阶段。水分外扩散(表面汽化)阶段是指在干燥初期,物料表面的水分吸收能量开始蒸发,水分从物料表面蒸发到空气中,形成水分外扩散。在这个阶段,水分外扩散效果与物料的表面积、空气流速、空气相对湿度和温度呈正相关。水分内扩散阶段是指当水分外扩散至一定程度,物料表面水分少于内部水分造成物料内部与表面之间的水分压差,这时内部水分就会向表面转移,形成水分内扩散。在这个阶段,水分内扩散效果与物料内的湿度梯度呈正相关。在干燥过程中,水分内扩散与外扩散之间相互协调平衡十分关键。如果物料表面水分蒸发太快,外扩散速度过多地超过内扩散速度,易使某些物料表面形成硬壳,从而延缓干燥速率;
11、同时,由于内部水分含量高、蒸汽压大,易使某些物料发生变形、开裂,从而降低其干燥品质。如果物料表面水分蒸发太慢,物料内部水分难以向外扩散,易导致物料干燥速率过低,甚至发生物料熟化、霉变。3影响果蔬干燥的主要因素3.1干燥介质温度在一定湿度下干燥介质温度越高、干燥速度越快。但介质温度应适宜,而不宜过高,否则会产生如下不良现象:水分含量高的果蔬在高温下表皮容易破裂;高温下果蔬中糖分和其他有机物容易分解、焦化或变质;高温、低湿条件下,果蔬原料表面容易产生结壳现象。这三种现象都会损害果蔬干制后的外观和风味。因此在干燥过程中,要控制干燥介质的温度稍低于果蔬变质的温度,尤其对富含糖分和芳香物质的原料,应特别
12、注意。3.2干燥介质湿度在一定温度下相对湿度越小,热空气吸收水蒸气的能力就越强,果蔬干燥速度越快。否则,则越慢;热空气吸收水蒸汽达到饱和后,则丧失了干燥能力。例如,红枣在干制后期,在同一温度(60)、不同湿度的两个烘房中,烘房湿度为65时,干制品含水量是47.2;烘房湿度为56时,干制品含水量则为34.1。3.3干燥介质流动速度在一定的温、湿度条件下,干燥空气流动速度越大,果蔬表面水分蒸发也越快;反之,则越慢。但干燥空气流动速度不宜过大,否则易使物料从干燥盘、干燥机散落或吹出。3.4物料种类、状态果蔬的种类不同,内部化学成分及组织结构也有差异,因而相同条件下的不同种物料的干燥速度也不相同。3.
13、5原料干制前预处理程度原料的切分与否,以及切块的厚薄、大小都影响干燥的速度。原料被切分,且切块越薄、表面积越大,则其干燥速度就越快。3.6原料装载量单位面积的烘盘上原料装载量越多,厚度越大,则越不利于热风流通,进而影响原料水分的蒸发而带走。反之,烘盘上原料过少,又会引起热空气短路,导致效率下降。第二节 果蔬干制的技术1现有的果蔬干制技术和设备果蔬干制分自然晒干、人工干燥两类,人工干制的技术主要包括热风干燥、微波干燥、红外线干燥、真空冷冻干燥及热泵干燥等形式。目前,我国在果蔬干制中应用最广泛的技术是热风干燥和真空冷冻干燥,其中热风干燥占90%左右,冷冻干燥约为10%。热风干燥的主要特点是投资少,
14、生产费用低,生产量大,干制后的产品品质基本能满足实际食用的需要。真空冷冻干制是当前一种先进的干制脱水技术,干制后的产品既可保留新鲜蔬菜原有的色、香、味、形,又具有理想的快速复水性能,由于其投资以及干制成本高,主要用于加工经济价值高和增值潜力大的果蔬。1.1热风干燥1.1.1烘灶烘灶是最简单的人工干制设备。形式多种多样,如焙炉、熏窑等。干制时在灶中或坑底生火,上方架木椽、铺席箔,原料摊在席箔上干燥。通过火力的大小来控制干制温度。这种设备投资少、结构简单,生产成本低,但生产能力低、干燥速度慢、产品的物料形状、色泽等较差。1.1.2普通烘房是较传统的果蔬干燥设施,以辐射与传导相结合进行传热。烘房设施
15、简单、可就地取材建设,造价低、工艺简单、生产成本低、对物料的适应性强。但对具体物料需要通过生产实践摸索适宜的烘制工艺及参数(如温度、湿度等),方能较好地控制产品品质。1.1.3热风烘房是一种功效较高的热空气对流循环式干燥技术。该技术可以控制干燥热风的温度、湿度来达到干燥时间短、干燥物料品质好的需求,具有投资少、成本低、操作简单、维修方便、经济效益好等特点。1.1.4隧道式干燥机顾名思义,其干燥室为一狭长形的隧道铺放好原料的烘车从隧道一端进入,干燥后从另一端推出。根据原料运输设备及干燥介质的运动方向的异同,可将隧道式干制机分为逆流式、顺流式和混合流式三种形式。多功能烘干窑为隧道式干燥机的土建结构
16、形式,是一种混合流式隧道干燥设施,处理量大、干燥时间短、干燥后成品品质好,适于多种形状物料干燥,应用非常普遍。1.1.5带式干燥机带式干燥机是在隧道式干燥机的基础上发展出来的一种干燥设备。它是将湿物料置于一层或多层连续运行的带上,用热风来穿透网带和物料来进行干燥。带式干燥机自动化程度高、生产能力大,不足是设备造价及生产运行成本较高、不适宜易碎含糖类物料的干燥。1.1.6果蔬箱式干燥机是热风穿过物料层实现干燥。该设备操作方便,可人工(自动)调温,适用范围广、实用性强。既可适用根茎类、叶菜类,也可适用于带式等烘干设备不能加工的含糖类产品,不足是处理量有限、干燥时间长、产品质量不够稳定。 1.2辐射
17、干燥1.2.1红外干燥红外线即是指波长在0.721000微米之间的电磁波,其中0.723微米为近红外线,35.6微米为中红外线,5.61000微米为远红外线。红外干燥是利用辐射传热干燥的一种方法,其最大特点是“匹配吸收”,即当红外辐射器发射的红外线的频率(或波长)与被干燥物料中分子运动的固有振动频率(或波长)相匹配时,引起物料内部分子的强烈共振,在物料内部产生激烈摩擦产生热而达到干燥的目的。利用红外干燥时,物料内部的水分梯度与温度梯度相一致,因此红外干燥具有干燥速度快、干燥品质好等特点。1.2.2微波干燥微波是指频率在300-300000MHz,波长为0.001-1m 的电磁波。被加热物料中的
18、水分子是极性分子,它在快迅变化的高频电磁场作用下,其极性取向将随着外电场的变化而变化,造成分子的运动和相互摩擦,将微波场的场能转化为物料内部的热能,使物料温度升高,产生热化和膨化一系列物化过程而达到微波加热干燥的目的。微波加热具有加热速度快、节能高效、灭菌防霉、易于控制等特点。1.3真空冷冻干燥利用升华原理,在真空状态下使预先冻结成冰晶的物料中的水分不经过冰的融化直接以固态升华为水蒸气后被除去,使物料得到干燥的方法。目前国内使用的真空冷冻干燥设备主体部分是卧式钢制圆筒,配有冷冻、抽气、加热和控制测量等系统。真空冷冻干燥技术避免了传统干制技术无法解决的变色变质变味、成分流失、复水性差等缺陷,其冻
19、干产品具有保持蔬菜形色香味、营养不变、复水性好、重量轻、可常温贮藏等优点,因此冻干蔬菜的国际价格是热风干制蔬菜的46倍。但该技术的使用成本高、设备投资大,目前国内应用有限,主要用于经济附加值较高的物料干燥。1.4热泵干燥热泵干燥主要依靠空调制冷的原理使空气中的水分冷凝来降低干燥空气的湿度,从而使其具有干燥能力。与常规热风干燥不同的是,热泵干燥中空气在干燥室与除湿机之间为闭式循环,基本上不排气。因此,热泵干燥在某些干燥领域(如木材干燥)又称为除湿干燥。热泵干燥机的主要部件是压缩机、蒸发器、膨胀阀和冷凝器。蒸发器内的制冷剂吸收来自干燥室内的湿空气的热量,使空气冷却排水,温度和相对湿度都降低。蒸发器
20、内制冷剂由于吸热蒸发而由液体变成气体,经压缩机升压后送至冷凝器(又称热交换器)。冷凝器的制冷剂依靠来自蒸发器的干冷空气冷却,冷凝器内制冷剂放出的热量使空气被加热变成热风又送回干燥室加热干燥物料。膨胀阀的作用是使制冷液由高压降至低压,以便使它能重新进入蒸发器内吸热进入下一个制冷循环。可以看出,热泵干燥机工作时,制冷剂(或称制冷工质)只是转移热量的媒介物质,它在除湿蒸发器处吸收湿空气的热量并使空气变干(湿度减小),然后在冷凝器处释放出先前在蒸发器内吸收的热量(连同压缩机耗功转换的热能)使空气升温。由于热泵干燥机回收了干燥室空气排湿放出的热量。热泵干燥技术有三个主要的优点:一是加热温度低,热泵干燥的
21、加热温度低(1535),远低于传统干燥采用的热风温度;二是干燥后成品品质好,成品色泽鲜亮、内部稳定;三是干燥系统能源消耗较低、经济节能。其不足是干燥效率低、处理量小。2推广的热风烘干技术为了改善农产品的产地初加工设施条件、有效减少产后损失、增加市场的有效供给、提高产品质量安全水平,2012年农产品产地初加工惠民工程将果蔬烘干设施等列入重点奖补设施目录。由于普通烘房、热风烘房、多功能烘干窑适合于各种果蔬的干制加工,具有干制范围广、效率高、可就地施工建造且制造成本低、运行成本低、故障率低、便于操作等优点,是最适宜广大农村建设使用的干燥设施之一。根据我国广大农村的农产品加工业现状,提出了3类、5个型
22、号热风干燥设施,分别为PH-1型普通烘房、RH-1型热风烘房、RH-2型热风烘房、WDH-5型多功能烘干窑和WDH-10型多功能烘干窑。第二章 PH-1型普通烘房第一节 设施介绍1系统构成PH-1型普通烘房是通用型果蔬干制设施,烘房主体采用半地下砖混结构,见图2-1。烘房地上部分为烘干室、地下部分为升温系统的烧火坑及主火道;烘干室内安装有固定式烘架或移动式烘车,在烘架或烘车上有盛料的烘盘。图2-1 PH-1型普通烘房结构示意图如图2-2所示,普通烘房主要由烘干室、升温系统以及排湿系统构成,其中烘干室由四周墙体、屋面、保温门构成;升温系统主要由1个烧火坑、2个炉膛、2条主火道、2条墙火道(四周烟
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