论文部分内容阅读
摘要 针对笋干干燥这一关键工序，利用新型热泵干燥技术对新鲜毛竹笋进行工艺改进，通过不断优化干燥参数，设定不同监测点、干燥温度以及干燥时间对烘房内部的温湿度变化及笋干重量变化进行实时数据监测与分析，最终得到品质好、口感佳、营养价值高的笋干。通过与湖州长兴4月份气候条件下传统笋干加工品质的对比发现，经过热泵加工技术工艺改进的笋干色泽和口感等均优于传统加工笋干。
关键词 热泵;干燥;笋干;监测
Abstract Aiming at the key drying process of dried bamboo shoot，the new heat pump drying technology was used to improve the process of fresh bamboo shoot.By continuously optimizing the drying parameters，setting different monitoring sites，different drying temperature and drying time，the real-time data monitoring and analysis was made on the changes of temperature and humidity in the drying room and the weight changes of dried bamboo shoots.Finally，the dried bamboo shoots with high quality，good taste and high nutritional value were obtained.By comparing the processing quality of traditional dried bamboo shoots under the climate conditions of Changxing，Huzhou in April，it was found that the color and taste of dried bamboo shoots improved by heat pump processing technology were better than those of dried bamboo shoots by traditional processing methods.
Key words Heat pump;Drying;Bamboo shoots;Monitoring
我國素来有将竹笋称为“蔬菜第一品”的说法[1]，笋类品种繁多，四季都可以竹笋入菜品，但竹笋的常温保存时间很短，超过24 h就容易老化、变色以及变质，即使是在冷库里的保存时间也不超过7 d的时间[2]。目前竹笋的保存技术大多采用真空冷冻、腌制、保鲜剂、加工成笋干等，其中笋干加工是目前保存竹笋时间最长的技术手段。
传统竹笋烘干技术是将竹笋经过剥壳、蒸煮、漂洗、压榨，最后通过无烟的木炭火或者煤球火对竹笋进行烘烤，烘烤过程中需要控制好火候和烘烤时间，并且需要经常翻动竹笋，容易因受热不均匀造成笋干发黑的问题[3]。林启训等[4]利用小型气调干燥机设备进行了气调与热风干燥对比试验，结果表明干燥介质对毛竹笋的干燥速度和品质有重要影响。Satya等[5]研究发现采用热泵烘干技术对竹笋加工品质和贮存时间起到重要作用。许多学者对热泵干燥技术进行了深入研究，对其在农产品加工应用提供了有利条件[6-9]。热泵控制系统设计能够更加高效地服务于笋干加工工艺，通过新型控制系统可以实现干燥系统运行稳定、自动化程度高、高效节能、一体化控制等优点[10-13]。笔者以新型热泵干燥技术为基础，结合传统笋干加工工艺，研发了一款基于物联网平台的笋干加工实时数据监测系统，可以实时同步监测和存储烘房内部笋干加工的时间、温度、湿度、重量等数据。
1 笋干工艺
1.1 传统工艺流程
传统笋干加工工艺基本流程是将采收好的新鲜竹笋，在24 h内进行加工，否则鲜笋容易木质化，直接影响笋干口感和品质。将新鲜竹笋去皮清洗，在锅内进行蒸煮2～3 h，待笋的颜色变为玉色时迅速捞起，将蒸煮后的竹笋迅速用流动的清水进行漂洗，再将漂洗后的竹笋在压榨机上进行压榨，最后对压榨后的竹笋放在篾垫上晒干。
1.2 热泵烘干原理
采用热泵技术烘干抽湿系统的形式较多，根据烘干介质循环情况可分为开路式、部分乏气循环式和闭路式3种，目前大多采用闭路式热泵烘干抽湿系统，笋干加工基本原理如图1所示，该烘干方式性能整体稳定，在节约能源的情形下保证笋干质量，同时可以保护周边生产环境，防止造成环境污染问题。
热泵烘干抽湿系统有内外2个工作循环，即制冷剂在热泵系统内的循环和干燥介质的干燥循环。制冷剂在蒸发器中吸收由烘干抽湿系统排出的废气中的热量后，使液体蒸发为蒸汽;经压缩机压缩后，送到冷凝器中;在高压下，热泵工质冷凝液化，放出的高温冷凝热去加热来自蒸发器的降温除湿的低温干空气，将低温干空气加热到要求的温度后，排入干燥室作为干燥介质循环使用;液化后的热泵工质经膨胀阀再次返回到蒸发器内，如此循环往复;同时，废气中的大部分水蒸汽在蒸发器中被冷凝下来直接排掉。
2 热泵干燥试验
2.1 试验方法
2.1.1 试验材料。选取浙江省湖州地区4月份出土的新鲜毛竹笋作为试验材料，毛竹笋最大笋径约200 mm，去皮后笋径约150 mm，鲜笋最高约300 mm，由于笋径较大，故需将其从中间对切成4份，便于蒸煮和烘干加工。
2.1.2 试验仪器与设备。热泵烘干设备由江苏某公司生产，型号为OML-240FT，具体参数如表1所示。 2.1.3 试验过程。
通过自制实时数显检测系统（图2），实时检测观测点处笋干水分及重量的变化情况，并以数据输出共享，随机选定烘房内部4个监测点，分别记为A、B、C和D，干燥时间根据不同温度设定为5个阶段，具体参数设置如下：第一阶段，50 ℃ 8 h;第二阶段，60 ℃ 10 h;第三阶段，65 ℃ 12 h;第四阶段，70 ℃ 12 h;第五阶段，65 ℃ 8 h。
通过不同批次的鲜笋在相同条件下进行热泵干燥，检测随机选取监测点笋干质量及温湿度的变化，结果如图3所示。
烘房内部温度设定分为5个阶段：第一阶段，温度设定为50 ℃，共8 h，该阶段主要用于烘干笋干表面水分;第二阶段，温度设定为60 ℃，共10 h，该阶段主要用于烘干笋干内部水分;第三阶段，温度设定为65 ℃，共12 h，該阶段用于逐步烘干笋干整体水分，防止出现笋干内部水分锁死的情形;第四阶段，温度设定为70 ℃，共12 h，该阶段笋干已经成型，此时属高温干燥;第五阶段，温度设定为65 ℃，共8 h，该阶段主要用于再次重复烘干笋干，保证笋干品质。
从图3可以看出，烘房内部随机监测点第一阶段干燥时相对湿度处于最大值，且该阶段烘房内部监测点相对湿度无明显变化，趋于稳定;第二阶段至第五阶段，烘房内部监测点湿度逐步下降;第五阶段后期，相对湿度稳定不变，笋干加工完成。
从图3可以看出，烘房内部随机监测点笋干重量在第一阶段突变，大幅度下降，原因是笋干内部水分流失速度较快;第二阶段后期至第五阶段，笋干质量变化趋于平缓，第五阶段后期笋干质量基本不变，笋干加工完成。
2.2 传统干燥工艺
传统笋干加工在进行蒸煮、杀青、沥水后采用日晒干燥法，对环境依赖性较大，遇到阴雨天气，笋干干燥时间会延长，甚至会产生霉变、发黑等品质问题。对笋干传统加工方式进行工艺探索，并对比笋干加工品质，结果见表2。
2.3 试验结果对比 此次笋干加工方式为热泵干燥技术和传统日晒干燥2种工艺。热泵干燥技术干燥时间短，每次干燥耗时需48～50 h，笋干品质较好（图4）。日晒对环境的依赖性较大，2020年4月湖州平均温度为13～23 ℃，晴天5 d，阴天13 d，雨天9 d，笋干日晒耗时约115 h，笋干品质较差（图5）。
3 结论
利用热泵干燥技术对毛竹笋笋干加工进行工艺改进与优化，通过自行研发的可视化无线数据采集系统进行实时监测，对笋干加工工艺进行不断优化，得到以下结论：
（1）新鲜竹笋经过蒸煮后不仅可以对进行杀青，而且可以促使竹笋获得较好的复水性，提高笋干干燥速率。
（2）对烘房内部温度、湿度、笋干重量进行实时监测和数据采集，以具体数据直观方式观测笋干加工的工艺过程的变化。
（3）利用热泵干燥技术解决了传统日晒干燥工艺依赖环境因素的问题;同时，针对农产品加工干燥技术，结合加工工艺和实际需求，可以进行多品种农产品干燥工艺改进，服务农产品加工产业。
参考文献
[1]肖丽霞.绿竹笋采前品质相关影响因素和采后生理特性研究[D].北京：中国农业大学，2005.
[2]NIRMALA C，DAVID E，SHARMA M L.Changes in nutrient components during ageing of emerging juvenile bamboo shoots[J].International journal of food sciences and nutrition，2007，58（8）：612-618.
[3]李烈柳，胡小芬.春笋加工成笋干技术[J].科学种养，2016（4）：59.
[4]林启训，沈来盛，陈团伟，等.气调与热风干燥对毛竹笋干燥速度与干制品品质的影响[J].热带农业工程，2002，26（4）：14-18.
[5]SATYA S，BAL L M，SINGHAL P，et al.Bamboo shoot processing：Food quality and safety aspect（a review）[J].Trends in food science & technology，2010，21（4）：181-189.
[6]SAENSABAI P，PRASERTSAN S.Effects of component arrangement and ambient and drying conditions on the performance of heat pump dryers[J].Drying technology，2003，21（1）：103-127.
[7]CHUA K J，CHOU S K，YANG W M.Advances in heat pump systems：A review[J].Applied energy，2010，87（12）：3611-3624.
[8]龙成树，张艳来，龚丽.闭式循环热泵干燥竹笋片工艺优化[J].食品科技，2015，40（3）：100-106.
[9]姜启兴，宗文雷，于沛沛，等.大蒜热泵干燥生产工艺的研究[J].安徽农业科学，2010，38（19）：10259-10261.
[10]余春泉，卢东.空气源热泵烘干除湿技术的应用研究与发展展望[J].南方农机，2018，49（21）：23.
[11]赵宗彬，朱斌祥，李金荣，等.空气源热泵干燥技术的研究现状与发展展望[J].流体机械，2015，43（6）：76-81.
[12]刘丽娟.新型热泵烘干机控制系统设计与实现[D].绵阳：西南科技大学，2019.
[13]李浪.基于空气源热泵的干果烘干熏蒸装置电控系统研发[D].乌鲁木齐：新疆大学，2019.
安徽农业科学，J.Anhui Agric.Sci. 2021，49（6）：184-186
关键词 热泵;干燥;笋干;监测
Abstract Aiming at the key drying process of dried bamboo shoot，the new heat pump drying technology was used to improve the process of fresh bamboo shoot.By continuously optimizing the drying parameters，setting different monitoring sites，different drying temperature and drying time，the real-time data monitoring and analysis was made on the changes of temperature and humidity in the drying room and the weight changes of dried bamboo shoots.Finally，the dried bamboo shoots with high quality，good taste and high nutritional value were obtained.By comparing the processing quality of traditional dried bamboo shoots under the climate conditions of Changxing，Huzhou in April，it was found that the color and taste of dried bamboo shoots improved by heat pump processing technology were better than those of dried bamboo shoots by traditional processing methods.
Key words Heat pump;Drying;Bamboo shoots;Monitoring
我國素来有将竹笋称为“蔬菜第一品”的说法[1]，笋类品种繁多，四季都可以竹笋入菜品，但竹笋的常温保存时间很短，超过24 h就容易老化、变色以及变质，即使是在冷库里的保存时间也不超过7 d的时间[2]。目前竹笋的保存技术大多采用真空冷冻、腌制、保鲜剂、加工成笋干等，其中笋干加工是目前保存竹笋时间最长的技术手段。
传统竹笋烘干技术是将竹笋经过剥壳、蒸煮、漂洗、压榨，最后通过无烟的木炭火或者煤球火对竹笋进行烘烤，烘烤过程中需要控制好火候和烘烤时间，并且需要经常翻动竹笋，容易因受热不均匀造成笋干发黑的问题[3]。林启训等[4]利用小型气调干燥机设备进行了气调与热风干燥对比试验，结果表明干燥介质对毛竹笋的干燥速度和品质有重要影响。Satya等[5]研究发现采用热泵烘干技术对竹笋加工品质和贮存时间起到重要作用。许多学者对热泵干燥技术进行了深入研究，对其在农产品加工应用提供了有利条件[6-9]。热泵控制系统设计能够更加高效地服务于笋干加工工艺，通过新型控制系统可以实现干燥系统运行稳定、自动化程度高、高效节能、一体化控制等优点[10-13]。笔者以新型热泵干燥技术为基础，结合传统笋干加工工艺，研发了一款基于物联网平台的笋干加工实时数据监测系统，可以实时同步监测和存储烘房内部笋干加工的时间、温度、湿度、重量等数据。
1 笋干工艺
1.1 传统工艺流程
传统笋干加工工艺基本流程是将采收好的新鲜竹笋，在24 h内进行加工，否则鲜笋容易木质化，直接影响笋干口感和品质。将新鲜竹笋去皮清洗，在锅内进行蒸煮2～3 h，待笋的颜色变为玉色时迅速捞起，将蒸煮后的竹笋迅速用流动的清水进行漂洗，再将漂洗后的竹笋在压榨机上进行压榨，最后对压榨后的竹笋放在篾垫上晒干。
1.2 热泵烘干原理
采用热泵技术烘干抽湿系统的形式较多，根据烘干介质循环情况可分为开路式、部分乏气循环式和闭路式3种，目前大多采用闭路式热泵烘干抽湿系统，笋干加工基本原理如图1所示，该烘干方式性能整体稳定，在节约能源的情形下保证笋干质量，同时可以保护周边生产环境，防止造成环境污染问题。
热泵烘干抽湿系统有内外2个工作循环，即制冷剂在热泵系统内的循环和干燥介质的干燥循环。制冷剂在蒸发器中吸收由烘干抽湿系统排出的废气中的热量后，使液体蒸发为蒸汽;经压缩机压缩后，送到冷凝器中;在高压下，热泵工质冷凝液化，放出的高温冷凝热去加热来自蒸发器的降温除湿的低温干空气，将低温干空气加热到要求的温度后，排入干燥室作为干燥介质循环使用;液化后的热泵工质经膨胀阀再次返回到蒸发器内，如此循环往复;同时，废气中的大部分水蒸汽在蒸发器中被冷凝下来直接排掉。
2 热泵干燥试验
2.1 试验方法
2.1.1 试验材料。选取浙江省湖州地区4月份出土的新鲜毛竹笋作为试验材料，毛竹笋最大笋径约200 mm，去皮后笋径约150 mm，鲜笋最高约300 mm，由于笋径较大，故需将其从中间对切成4份，便于蒸煮和烘干加工。
2.1.2 试验仪器与设备。热泵烘干设备由江苏某公司生产，型号为OML-240FT，具体参数如表1所示。 2.1.3 试验过程。
通过自制实时数显检测系统（图2），实时检测观测点处笋干水分及重量的变化情况，并以数据输出共享，随机选定烘房内部4个监测点，分别记为A、B、C和D，干燥时间根据不同温度设定为5个阶段，具体参数设置如下：第一阶段，50 ℃ 8 h;第二阶段，60 ℃ 10 h;第三阶段，65 ℃ 12 h;第四阶段，70 ℃ 12 h;第五阶段，65 ℃ 8 h。
通过不同批次的鲜笋在相同条件下进行热泵干燥，检测随机选取监测点笋干质量及温湿度的变化，结果如图3所示。
烘房内部温度设定分为5个阶段：第一阶段，温度设定为50 ℃，共8 h，该阶段主要用于烘干笋干表面水分;第二阶段，温度设定为60 ℃，共10 h，该阶段主要用于烘干笋干内部水分;第三阶段，温度设定为65 ℃，共12 h，該阶段用于逐步烘干笋干整体水分，防止出现笋干内部水分锁死的情形;第四阶段，温度设定为70 ℃，共12 h，该阶段笋干已经成型，此时属高温干燥;第五阶段，温度设定为65 ℃，共8 h，该阶段主要用于再次重复烘干笋干，保证笋干品质。
从图3可以看出，烘房内部随机监测点第一阶段干燥时相对湿度处于最大值，且该阶段烘房内部监测点相对湿度无明显变化，趋于稳定;第二阶段至第五阶段，烘房内部监测点湿度逐步下降;第五阶段后期，相对湿度稳定不变，笋干加工完成。
从图3可以看出，烘房内部随机监测点笋干重量在第一阶段突变，大幅度下降，原因是笋干内部水分流失速度较快;第二阶段后期至第五阶段，笋干质量变化趋于平缓，第五阶段后期笋干质量基本不变，笋干加工完成。
2.2 传统干燥工艺
传统笋干加工在进行蒸煮、杀青、沥水后采用日晒干燥法，对环境依赖性较大，遇到阴雨天气，笋干干燥时间会延长，甚至会产生霉变、发黑等品质问题。对笋干传统加工方式进行工艺探索，并对比笋干加工品质，结果见表2。
2.3 试验结果对比 此次笋干加工方式为热泵干燥技术和传统日晒干燥2种工艺。热泵干燥技术干燥时间短，每次干燥耗时需48～50 h，笋干品质较好（图4）。日晒对环境的依赖性较大，2020年4月湖州平均温度为13～23 ℃，晴天5 d，阴天13 d，雨天9 d，笋干日晒耗时约115 h，笋干品质较差（图5）。
3 结论
利用热泵干燥技术对毛竹笋笋干加工进行工艺改进与优化，通过自行研发的可视化无线数据采集系统进行实时监测，对笋干加工工艺进行不断优化，得到以下结论：
（1）新鲜竹笋经过蒸煮后不仅可以对进行杀青，而且可以促使竹笋获得较好的复水性，提高笋干干燥速率。
（2）对烘房内部温度、湿度、笋干重量进行实时监测和数据采集，以具体数据直观方式观测笋干加工的工艺过程的变化。
（3）利用热泵干燥技术解决了传统日晒干燥工艺依赖环境因素的问题;同时，针对农产品加工干燥技术，结合加工工艺和实际需求，可以进行多品种农产品干燥工艺改进，服务农产品加工产业。
参考文献
[1]肖丽霞.绿竹笋采前品质相关影响因素和采后生理特性研究[D].北京：中国农业大学，2005.
[2]NIRMALA C，DAVID E，SHARMA M L.Changes in nutrient components during ageing of emerging juvenile bamboo shoots[J].International journal of food sciences and nutrition，2007，58（8）：612-618.
[3]李烈柳，胡小芬.春笋加工成笋干技术[J].科学种养，2016（4）：59.
[4]林启训，沈来盛，陈团伟，等.气调与热风干燥对毛竹笋干燥速度与干制品品质的影响[J].热带农业工程，2002，26（4）：14-18.
[5]SATYA S，BAL L M，SINGHAL P，et al.Bamboo shoot processing：Food quality and safety aspect（a review）[J].Trends in food science & technology，2010，21（4）：181-189.
[6]SAENSABAI P，PRASERTSAN S.Effects of component arrangement and ambient and drying conditions on the performance of heat pump dryers[J].Drying technology，2003，21（1）：103-127.
[7]CHUA K J，CHOU S K，YANG W M.Advances in heat pump systems：A review[J].Applied energy，2010，87（12）：3611-3624.
[8]龙成树，张艳来，龚丽.闭式循环热泵干燥竹笋片工艺优化[J].食品科技，2015，40（3）：100-106.
[9]姜启兴，宗文雷，于沛沛，等.大蒜热泵干燥生产工艺的研究[J].安徽农业科学，2010，38（19）：10259-10261.
[10]余春泉，卢东.空气源热泵烘干除湿技术的应用研究与发展展望[J].南方农机，2018，49（21）：23.
[11]赵宗彬，朱斌祥，李金荣，等.空气源热泵干燥技术的研究现状与发展展望[J].流体机械，2015，43（6）：76-81.
[12]刘丽娟.新型热泵烘干机控制系统设计与实现[D].绵阳：西南科技大学，2019.
[13]李浪.基于空气源热泵的干果烘干熏蒸装置电控系统研发[D].乌鲁木齐：新疆大学，2019.
安徽农业科学，J.Anhui Agric.Sci. 2021，49（6）：184-186