一种农产品微波辅助干燥方法与流程

1.本发明涉及农产品加工技术，特别是一种物料复叠与变温控制的农产品微波辅助干燥方法。


背景技术：

2.干燥是对农产品贮藏的一种有效方式，通过减少农产品内部水分含量，达到能够长期保存的目的。
3.目前农产品干燥的方法主要有热风干燥、冷冻干燥、喷雾干燥、红外干燥、微波干燥等。其中热风干燥具有设备投入少、操作简单，但干燥效率低，时间长，能耗高，干燥时间长会造成产品品质降低，物料表面变硬出现结壳现象，内部水分难于去除。
4.微波干燥是近几年兴起的一种干燥方式，以电磁波的形式是从物料内部开始加热，使物料内部的水分汽化，水分由内向外迁移，从而干燥物料。微波干燥可以在干燥过程中，减少物料内外层的温度差，有效地减少物料热应力裂纹的产生，有利于保证干燥后物料的品质，但也存在干燥过程中物料各部分的温度上升有差异，造成干燥不均匀的问题。
5.申请号为201510654273.2，名称为“一种三阶段常压微波喷动干燥快速制备果蔬脆粒的方法”的中国发明专利申请，公开了一种通过控制微波功率、脉冲频率、间歇时间等参数来进行果蔬脆粒的干燥方法，分成三个阶段，微波功率先高后低，脉冲频率先低后高，间歇时间也逐渐缩短，整个干燥过程能有效提高能量利用率，经济效益高。
6.申请号为201810819759.0，名称为“一种莲子干燥方法”的中国发明专利申请，公开了前期低温热风干燥，后期采用控温的微波终结干燥模式分段干燥大颗粒莲子的方法，以期提高干燥效率和产品品质，为莲子高效，高品质生产提供加工方法。
7.申请号为201710130185.1，名称为“柠檬片多级变温干燥方法”的中国发明专利申请，公开了通过三级烘干，控制每级烘干温度不同，温度先高后低，前期温度高加快干燥速率，后期温度较低防止焦糊现象，所得干燥后的柠檬片品相好，显著提高了干燥过程中可靠性，稳定性。
8.申请号为201511001523.9，名称为“一种微波辅助压差闪蒸干燥生产果蔬脆片的方法”中国发明专利申请，公开了将不同的干燥方式联合起来，通过压差闪蒸与微波辅助对经过真空干燥预处理的果蔬进行干燥，利用压差达到果蔬脱水的目的。在不同阶段结合不同干燥方法，在干燥过程中，既利用微波干燥高效的特点，又利用压差闪蒸对果蔬进行脱水，并且能保留酥脆口感。
9.但上述现有技术中单一的干燥方式都存在自身的问题，均无法满足农产品的干燥加工要求，热风干燥温度太低，时间耗费太长，温度太高，随着水分的散失，干燥后期会使物料成分例如蛋白质、淀粉、脂肪等发生变性，营养物质含量降低；微波穿透能力强，从物料内部开始干燥，能有效降低物料内外温度差，加速水分扩散速度，但存在能耗高，干燥效率低，干燥不均匀等问题。


技术实现要素：

10.本发明所要解决的技术问题是提供一种物料复叠与变温控制的农产品微波辅助干燥方法，可有效改善现有技术中单一干燥方法存在的干燥效率低，时间长，干燥均匀性差等问题，提高能耗利用率，降低能耗。
11.为了实现上述目的，本发明提供了一种农产品微波辅助干燥方法，其中，采用物料复叠与变温控制的方式，利用分阶段控温热风干燥结合载能微波协同干燥对待干燥物料进行处理，包括以下步骤：
12.s100、第一级微波辅助热风干燥，将挑选出来的所述待干燥物料按第一分层厚度进行分组，将每组所述待干燥物料分别放入微波-热风干燥设备中，温度设置为第一级干燥温度，控制热风的风速不变，并进行微波干燥，微波功率设定为0.8-1.5w/g，对所述待干燥物料进行第一阶段的干燥，直至所述待干燥物料的含水率到达第一转换点；
13.s200、第二级微波辅助热风干燥，将完成第一阶段干燥的所述待干燥物料充分混合后，按第二分层厚度进行分组，分别放入所述微波-热风干燥设备中，温度设置为第二级干燥温度，控制热风的风速不变，并进行微波干燥，微波功率保持与步骤s100相同，对完成第一阶段干燥的所述待干燥物料进行第二阶段的干燥，直至所述待干燥物料的含水率到达第二转换点；以及
14.s300、第三级微波辅助热风干燥，将完成第二阶段干燥的所述待干燥物料充分混合后，按第三分层厚度进行分组，分别放入所述微波-热风干燥设备中，温度设置为第三级干燥温度，控制热风的风速不变，并进行微波干燥，微波功率保持与步骤s100相同，对完成第二阶段干燥的所述待干燥物料进行第三阶段的干燥，直至所述待干燥物料的湿基含水率低于8％，停止干燥。
15.上述的农产品微波辅助干燥方法，其中，步骤s100之前还包括预处理步骤：干燥开始前，将需要干燥的新鲜物料进行挑选、清洗和/或切片。
16.上述的农产品微波辅助干燥方法，其中，步骤s300之后还包括包装贮藏步骤：干燥完成后，将干燥后的物料冷却至室温，并在包装后进行贮藏。
17.上述的农产品微波辅助干燥方法，其中，所述第一分层厚度为10-30mm，所述第二分层厚度为20-60mm；所述第三分层厚度为30-90mm。
18.上述的农产品微波辅助干燥方法，其中，所述热风的风速为1-1.5m/s。
19.上述的农产品微波辅助干燥方法，其中，所述第一分层厚度为5-15mm；所述第二分层厚度为10-30mm；所述第三分层厚度为15-45mm。
20.上述的农产品微波辅助干燥方法，其中，所述第一转换点为湿基含水率处于不易流动的水与结合水的分界点；所述第二转换点为湿基含水率处于自由水和不易流动的水的分界点。
21.上述的农产品微波辅助干燥方法，其中，所述第一转换点为所述待干燥物料初始含水率的50％；所述第二转换点为所述待干燥物料初始含水率的25％。
22.上述的农产品微波辅助干燥方法，其中，微波功率为1.2w/g。
23.上述的农产品微波辅助干燥方法，其中，所述第一级干燥温度为高档温度，所述高档温度的温度值为70-90℃；所述第二级干燥温度为中档温度，所述中档温度的温度值为50-70℃；所述第三级干燥温度为低档温度，所述低档温度的温度值为30-50℃。
24.本发明的技术效果在于：
25.本发明采用了物料复叠和分阶段变温干燥的方式，以热风干燥为主，以全程微波干燥为辅的热风微波组合干燥，将鼓风温度由高到低分为三个阶段，按照不同的水分转换点改变每个阶段的温度，温度变化梯度减小，干燥均匀性显著提高。干燥过程中热风温度分阶段变化，较恒温干燥而言，能够更好保证干燥均匀性和干燥后产品质量。在分阶段控温热风干燥基础上，结合载能微波协同干燥，能够有效弥补热风干燥存在的不足，提高干燥效率。相对于喷动干燥，干燥方式上的选取不同，更加有利于设备和工艺的规模化，能够提高干燥效率和干燥均匀性，效率更高，可在常压下进行干燥，方式简单，更易操作。
26.以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
27.图1为本发明一实施例的流程图。
28.其中，附图标记
29.s000-s400步骤
具体实施方式
30.下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：
31.本发明采用热风干燥结合微波干燥对农产品进行干燥处理，通过在热风干燥过程中，同时利用微波辅助，在通入热风过程中，将热量传递给物料中的水分，加速物料水分汽化蒸发，随水分蒸发量增加，物料内外水分梯度增大，内部水分向外迁移，同时在整个过程中微波的加入，以减少物料内外层温度差，加速物料内部水分向外迁移，避免出现内部水分还未干燥完成，干燥后期物料表面出现结壳现象，阻碍水分迁移。热风和微波的组合干燥方法能够有效地提高干燥效率，保证干燥后物料的品质，避免出现干燥时间长，干燥效率低，能耗高，干燥过程中温度不一，干燥不均匀等问题；同时，物料复叠和变温干燥在将每个干燥阶段完成后含水率相同的物料混合，并且在每个阶段控制温度，能够有效地减少能耗，提高能耗利用率，缩短干燥时间，且有效地保证干燥均匀性。干燥过程中，在干燥不同阶段物料厚度由“薄-中-厚”三个档位进行改变，干燥温度也由“高-中-低”三个阶段温度同时改变；分层厚度对应高档温度，能够在干燥初期物料水分含量高时，加速水分蒸发，中层厚度对应中档温度，让经过高温干燥的物料进入温度较低的环境，让物料进行缓苏和干燥同时进行的过程，低层厚度对应低档温度，此时物料已经进入干燥后期，温度降低，保障物料干燥品质和营养物质的保留，有效地提高产品品质并且使干燥过程更易控制。
32.参见图1，图1为本发明一实施例的流程图。本发明的农产品微波辅助干燥方法，采用物料复叠与变温控制的方式，利用分阶段控温热风干燥结合载能微波协同干燥对待干燥物料进行处理，干燥过程可使用微波-热风干燥设备，该设备主体为微波-热风干燥装置，包括有可开启的干燥仓，干燥仓外侧设有将设备密封的壳体，壳体安装有控制部件和触摸屏，用以控制干燥参数，干燥仓的顶部有微波发生装置，下部设有物料盘，通过物料盘分装物料，底部开设有与所述物料盘对应的热风入口，外接有热风控制装置，在整个干燥过程中，持续进行微波干燥。本实施例的农产品微波辅助干燥方法可包括以下步骤：
33.步骤s100、第一级微波辅助热风干燥，将挑选出来的所述待干燥物料按第一分层
厚度(优选为10-30mm)进行分组，将每组所述待干燥物料分别放入微波-热风干燥设备的干燥仓中，设定干燥参数，温度设置为第一级干燥温度(优选70-90℃)，通过热风控制装置设定热风的风速不变，并进行微波干燥，微波功率可设定为0.8-1.5w/g，优选为1.2w/g，对所述待干燥物料进行第一阶段的干燥，通过测量物料质量变化，确定含水率，直至所述待干燥物料的含水率到达第一转换点，所述第一转换点为湿基含水率处于不易流动的水与结合水的分界点，优选为所述待干燥物料初始含水率的50％，停止第一阶段干燥；
34.步骤s200、第二级微波辅助热风干燥，将完成第一阶段干燥的所述待干燥物料充分混合后，按第二分层厚度(优选20-60mm)进行分组，分别放入所述微波-热风干燥设备的干燥仓中，调整参数，温度设置为第二级干燥温度(优选50-70℃)，控制热风的风速不变，并进行微波干燥，微波功率保持与步骤s100相同，本实施例保持在1.2w/g，对完成第一阶段干燥的所述待干燥物料进行第二阶段的干燥，测量物料质量变化，直至所述待干燥物料的含水率到达第二转换点，所述第二转换点为湿基含水率处于自由水和不易流动的水的分界点，优选为所述待干燥物料初始含水率的25％，停止第二阶段干燥；以及
35.步骤s300、第三级微波辅助热风干燥，将完成第二阶段干燥的所述待干燥物料充分混合后，按第三分层厚度(优选为30-90mm)进行分组，分别放入所述微波-热风干燥设备的干燥仓中，调整参数，温度设置为第三级干燥温度(优选为30-50℃)，控制热风的风速不变，并进行微波干燥，微波功率保持与步骤s100相同，本实施例保持在1.2w/g，对完成第二阶段干燥的所述待干燥物料进行第三阶段的干燥，测量物料质量，直至所述待干燥物料的湿基含水率低于8％，停止干燥。
36.其中，在步骤s100之前还可包括预处理步骤s000：干燥开始前，将需要干燥的新鲜物料进行挑选、清洗和/或切片，清理尘土等处理。在步骤s300之后还可包括包装贮藏步骤s400：干燥完成后，将干燥后的物料冷却至室温，并在包装后进行贮藏。
37.本实施例中，所述第一分层厚度优选为10-30mm，所述第二分层厚度优选为20-60mm；所述第三分层厚度优选为30-90mm。所述热风的风速优选为1-1.5m/s。在另一实施例中，所述第一分层厚度可为5-15mm；所述第二分层厚度可为10-30mm；所述第三分层厚度可为15-45mm。所述第一级干燥温度为高档温度，所述高档温度的温度值优选为70-90℃；所述第二级干燥温度为中档温度，所述中档温度的温度值优选为50-70℃；所述第三级干燥温度为低档温度，所述低档温度的温度值优选为30-50℃。三个阶段的变温干燥温度由先高后低变化，每个阶段对应相应的温度；三个干燥阶段对应的物料厚度由先薄后厚变化，每个阶段对应相应的物料层厚度。
38.以下实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。以下实施例中所用的实验原料和相关设备等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
39.实施例1
40.采用上述的农产品微波辅助干燥方法，对花生进行物料复叠与变温控制干燥。具体过程如下：
41.(1)干燥开始前，将需要干燥的新鲜花生进行清理、挑选出干净、籽粒饱满的花生；
42.(2)被挑选出来的花生进行分组，物料按分层厚度15mm均分成4组，风速控制为1m/s，温度按“高-中-低”三个档位设定，准备进行三个阶段的变温干燥；
43.(3)将每组物料分别放入热风-微波干燥设备的干燥仓中，温度设置为第一级干燥
温度90℃，微波功率设定为1.2w/g，开始第一阶段的干燥，至含水率到达约30％，停止第一阶段干燥；
44.(4)将完成第一阶段干燥的花生充分混合，按物料厚度为中层厚度30mm均分成2组，分别放入热风-微波干燥设备的干燥仓中进行干燥，干燥温度设置为第二级干燥温度70℃，微波功率保持在1.2w/g，开始第二阶段的干燥，至含水率到达15％，停止第二阶段干燥；
45.(5)将完成第二阶段干燥的花生充分混合，按物料厚度为厚层厚度为45mm分层，放入热风-微波干燥设备的干燥仓中，温度设置为第三级干燥温度50℃，微波功率保持1.2w/g，开始第三阶段干燥，干燥至湿基含水率低于8％，停止干燥；
46.(6)将干燥完成的花生冷却至室温，进行包装、贮藏。
47.所得到干燥后的花生品质较单一温度和统一厚度条件干燥的花生干燥速率更高，干燥效果更好。该方法不仅提高了干燥效率，而且对于干燥后的产品干燥品质也有很大提升。
48.实施例2
49.采用上述的农产品微波辅助干燥方法，对苹果进行物料复叠与变温控制干燥制作苹果片。具体过程如下：
50.(1)干燥开始前，将需要干燥的新鲜苹果进行清洗、晾干、切片，苹果片厚度优选在3-5mm；
51.(2)将切好的苹果片进行分组，物料按分层厚度10mm均分成4组，风速控制为1.5m/s，温度按“高-中-低”三个档位设定，准备进行三个阶段的变温干燥；
52.(3)将每组物料分别放入热风-微波干燥设备的干燥仓中，温度设置为第一级干燥温度70℃，微波功率优选为1.2w/g，开始第一阶段的干燥，至含水率到达约30％，停止第一阶段干燥；
53.(4)将完成第一阶段干燥的苹果片充分混合，按物料厚度为中层厚度20mm均分成2组，分别放入热风-微波干燥设备的干燥仓中进行干燥，干燥温度设置为第二级干燥温度50℃，微波功率保持在1.2w/g，开始第二阶段的干燥，至含水率到达15％，停止第二阶段干燥；
54.(5)将完成第二阶段干燥的苹果片充分混合，按物料层厚度为厚层厚度为30mm分层，放入热风-微波干燥设备的干燥仓中，温度设置为第三级干燥温度30℃，微波功率保持在1.2w/g，开始第三阶段干燥，干燥至湿基含水率低于8％，停止干燥；
55.(6)将干燥完成的苹果片冷却至室温，进行包装、贮藏。
56.所得到干燥后的苹果片品质较单一温度和统一厚度条件干燥的苹果片干燥速率更高，干燥效果更好。该方法不仅提高了干燥效率，而且对于干燥后的产品干燥品质也有很大提升。
57.实施例3
58.采用上述的农产品微波辅助干燥方法，对地瓜进行物料复叠与变温控制干燥制作地瓜干。具体过程如下：
59.(1)干燥开始前，将需要干燥的新鲜地瓜进行洗净、去皮、晾干、切片，地瓜干厚度优选为2-3mm；
60.(2)把切好的甘薯条进行分组，物料按分层厚度15mm均分成4组，风速控制为1.2m/s，温度按“高-中-低”三个档位设定，准备进行三级变温干燥；
61.(3)将每组物料分别放入热风-微波干燥设备的干燥仓中，温度设置为第一级干燥温度90℃，微波功率为1.2w/g，开始第一阶段的干燥，至含水率到达约30％，停止第一阶段干燥；
62.(4)将完成第一阶段干燥的甘薯条充分混合，按物料厚度为中层厚度30mm均分成2组，分别放入热风-微波干燥设备的干燥仓中进行干燥，干燥温度设置为第二级干燥温度70℃，微波功率保持1.2w/g，开始第二阶段的干燥，至含水率到达15％，停止第二阶段干燥；
63.(5)将完成第二阶段干燥的甘薯条充分混合，按物料层厚度为厚层厚度为45mm分层，放入热风-微波干燥设备的干燥仓中，温度设置为第三级干燥温度50℃，微波功率保持在1.2w/g，开始第三阶段干燥，干燥至湿基含水率低于8％，停止干燥；
64.(6)将干燥完成的地瓜干冷却至室温，进行包装、贮藏。
65.所得到干燥后的地瓜干品质较单一温度和统一厚度条件干燥的甘薯条干燥速率更高，干燥效果更好。该方法不仅提高了干燥效率，而且对于干燥后的产品干燥品质也有很大提升。
66.本发明将物料干燥过程分为三个阶段，每个阶段的物料厚度和温度不同，微波功率相同，风速相同；设定高、中、低三个档位的温度，让物料经过由“高-中-低”三级温度进行变温干燥；在干燥过程中将物料按物料层厚度分为“薄-中-厚”三个厚度水平均分成若干组；干燥第一阶段对应物料厚度为薄层、温度为第一级干燥温度，第二阶段对应物料厚度为中层、温度为第二级干燥温度，第三阶段对应物料厚度为厚层、温度为第三级干燥温度；直至干燥使物料含水率达到8％以下。本发明干燥速率高，干燥后的产品，产品品质好，干燥均匀性好，干燥能耗低的优点。与单一阶段热风-微波干燥相比，干燥时间节约了25-33％左右，干燥能耗节约了20-30％左右。
67.当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。