果蔬膨化生產(chǎn)線變溫壓差系統(tǒng)的研究

摘要：果蔬變溫壓差膨化機(jī)系統(tǒng)控制采用PLC工業(yè)控制機(jī)，實(shí)現(xiàn)控制水分、膨化溫度、抽空溫度、抽空時(shí)間、停滯時(shí)間、壓力差及濕度等關(guān)鍵因素，優(yōu)化了果蔬變溫壓差膨化干燥基本工藝參數(shù)。

關(guān)鍵詞：果蔬膨化 系統(tǒng)控制 變溫壓差 加工技術(shù) 技術(shù)裝備

果蔬膨化生產(chǎn)線屬于農(nóng)業(yè)高新技術(shù)，作為先進(jìn)制造設(shè)備及裝置，被劃歸為我國(guó)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)設(shè)施及裝備關(guān)鍵技術(shù)研究與開(kāi)發(fā)和光機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用開(kāi)發(fā)制造領(lǐng)域，也是科學(xué)技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃推廣項(xiàng)目。

針對(duì)國(guó)內(nèi)外果蔬膨化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和前景， 我們研究開(kāi)發(fā)了果蔬膨化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)。其系統(tǒng)控制在技術(shù)上完全國(guó)產(chǎn)化，制造成本較低，性價(jià)比高，設(shè)備和技術(shù)處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先地位，具有極高推廣和應(yīng)用價(jià)值。

1 果蔬膨化國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀

膨化果蔬是國(guó)際上剛剛興起的特色食品，它以味道鮮美、口感酥脆、營(yíng)養(yǎng)豐富、易于保存和攜帶等特點(diǎn)受到人們的普遍喜愛(ài)。由于其生產(chǎn)工藝獨(dú)特，不但保存了水果、蔬菜原有的營(yíng)養(yǎng)成分、色澤，而且濃縮了果蔬原有的香味，其獨(dú)特的膨化工藝，賦予產(chǎn)品獨(dú)特的品位。目前，國(guó)際市場(chǎng)果蔬膨化發(fā)展較快，而我國(guó)的果蔬膨化市場(chǎng)開(kāi)拓不足。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，人民生活水平的不斷提高，食品結(jié)構(gòu)也發(fā)生著巨大的變化，休閑食品必將成為人們消費(fèi)的重要內(nèi)容。中國(guó)眾多的人口為膨化果蔬產(chǎn)品提供了巨大的市場(chǎng)。豐富的水果、蔬菜資源，又為生產(chǎn)提供了充足的原料來(lái)源。因此，我國(guó)的膨化果蔬生產(chǎn)線，將有著廣闊的市場(chǎng)和巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

陜西省蔬菜面積600萬(wàn)余畝，年產(chǎn)量突破1200萬(wàn)噸；水果面積1，517萬(wàn)畝，年產(chǎn)量1，150萬(wàn)噸，是中國(guó)水果第二生產(chǎn)大省。其中蘋(píng)果和獼猴桃的面積及產(chǎn)量均居中國(guó)第一；蘋(píng)果面積850萬(wàn)畝，年產(chǎn)量810萬(wàn)噸，占到中國(guó)總產(chǎn)的三分之一和世界總產(chǎn)的八分之一。由于水果蔬菜收獲季節(jié)性強(qiáng)，集中涌入市場(chǎng)，因此出現(xiàn)了水果蔬菜過(guò)剩，滯銷(xiāo)價(jià)低，多產(chǎn)不多收的現(xiàn)象。水果蔬菜業(yè)面臨著加工、貯運(yùn)等脫節(jié)而導(dǎo)致水果蔬菜市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，大量水果蔬菜壞損，經(jīng)濟(jì)受損的問(wèn)題。

由于陜西省果蔬深加工起步較晚，國(guó)內(nèi)膨化設(shè)備及工藝技術(shù)的發(fā)展明顯滯后，缺少高水平的膨化設(shè)備，制約著果蔬深加工事業(yè)的發(fā)展。企業(yè)急切盼望開(kāi)發(fā)出能滿足，果蔬變溫壓差膨化干燥設(shè)備及膨化工藝、技術(shù)參數(shù)的要求的控制系統(tǒng)。因此，研發(fā)具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的果蔬膨化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)很有必要。

2 果蔬膨化干燥技術(shù)

果蔬變溫壓差膨化干燥技術(shù)，其基本原理是：將經(jīng)過(guò)預(yù)處理并除去部分水分的果蔬原料，放在變溫壓差膨化罐中升溫加壓，保溫一段時(shí)間后瞬間泄壓，物料內(nèi)部水分瞬間汽化蒸發(fā)，物料瞬間膨脹，并在真空狀態(tài)下脫水干燥，進(jìn)而生產(chǎn)出體積膨脹、口感酥脆的天然果蔬膨化食品。

各界對(duì)果蔬的膨化干燥工藝研究的較多，其中對(duì)蘋(píng)果進(jìn)行了較全面的研究，包括原材料的測(cè)驗(yàn)、滲透脫水、預(yù)干燥的研究、連續(xù)化生產(chǎn)的最佳工藝、能量估算、品種影響等進(jìn)行了詳細(xì)研究。在研究中設(shè)計(jì)壓力、溫度、含水率幾個(gè)因素，分析容積密度、復(fù)水率、顏色、羥甲基糠醛、糖損失等方面，確定了最佳生產(chǎn)工藝為：蘋(píng)果在82℃條件下熱風(fēng)干燥到含水率為15%，膨化壓力為117kPa，膨化溫度為121℃，應(yīng)用CEPS進(jìn)行蘋(píng)果的膨化加工的產(chǎn)量為190kg／h。

我院研制開(kāi)發(fā)的果蔬膨化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)，是集蘋(píng)果、馬鈴薯等水果、蔬菜原料的變溫壓差膨化工藝確定了蒸汽壓力，膨化溫度，干燥時(shí)間、切片尺寸、含水率、品種等特性對(duì)膨化產(chǎn)品的影響，從而設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)控制工藝技術(shù)參數(shù)。

3 膨化機(jī)控制系統(tǒng)

由于我國(guó)膨化加工的技術(shù)和設(shè)備沒(méi)有跟上果蔬產(chǎn)品的迅速發(fā)展，設(shè)備效率低，工藝不穩(wěn)定，自動(dòng)化程度低、控制參數(shù)精度差等問(wèn)題急需解決，因此，我們依據(jù)果蔬變溫壓差膨化干燥的機(jī)理和工藝，研制了果蔬變溫壓差膨化機(jī)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了控制水分、膨化溫度、抽空溫度、抽空時(shí)間、停滯時(shí)間、壓力差及濕度等關(guān)鍵因素。實(shí)現(xiàn)了相對(duì)低溫、短時(shí)的非油炸節(jié)能干燥工藝，達(dá)到了果蔬膨化產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。

控制系統(tǒng)具有觸摸屏液晶顯示器，提供了一個(gè)強(qiáng)有力的人機(jī)接口，有關(guān)信息、可調(diào)參數(shù)都能在液面上顯示和設(shè)置修改。本系統(tǒng)采用穩(wěn)壓電源，具有電源電壓的適用范圍大、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)用三菱PLC工業(yè)控制機(jī)為運(yùn)算控制中樞，數(shù)據(jù)的運(yùn)算、處理和控制都由PLC軟件完成。壓力、溫度、濕度等信號(hào)的輸入轉(zhuǎn)換和輸出轉(zhuǎn)換采用工業(yè)用標(biāo)準(zhǔn)模塊化元件。

由于使用的元件集成度較高，整機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，操作和維修方便。各種信號(hào)經(jīng)各自的處理模塊轉(zhuǎn)換成0～10V信號(hào)，輸入給PLC，PLC根據(jù)工藝計(jì)算發(fā)出控制指令。系統(tǒng)設(shè)有PID溫度調(diào)節(jié)功能，并通過(guò)固態(tài)繼電器控制加熱裝置?？梢砸罁?jù)果蔬工藝條件設(shè)置不同的加熱參數(shù)，十分便利。（果蔬膨化機(jī)控制電路部分圖）

高可靠性的三菱PLC主機(jī)及PLC控制軟件，強(qiáng)有力的人機(jī)接口觸摸屏控制設(shè)計(jì)和各種標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)控制模塊運(yùn)用。該技術(shù)在果蔬變溫壓差膨化機(jī)理、干燥工藝等研究方面具有原創(chuàng)性，整體研究達(dá)到國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平。在一定程度上填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)果蔬脆片工藝系統(tǒng)控制的空白。

4 應(yīng)用前景

我國(guó)膨化果蔬脆片的原料來(lái)源非常廣泛，采取深加工提高附加值，進(jìn)一步提高經(jīng)濟(jì)效益而投資建設(shè)果蔬膨化生產(chǎn)線需求量較大。目前，我國(guó)的果蔬變溫壓差膨化干燥設(shè)備均是間歇式，其閥門(mén)均是人工控制，氣流量和水流量都無(wú)法準(zhǔn)確判斷，這樣不僅耗費(fèi)大量人力和能源、還無(wú)法保持穩(wěn)定的工藝和品質(zhì)。因此，膨化設(shè)備要盡量設(shè)計(jì)得自動(dòng)化、連續(xù)化，使其向著應(yīng)用范圍廣、價(jià)格便宜、便于操作、節(jié)能、環(huán)保等方向發(fā)展。

實(shí)現(xiàn)果蔬膨化生產(chǎn)線用的高性能計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制軟件，可對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量影響巨大的溫度、濕度、真空度實(shí)現(xiàn)精確控制；新型膨化機(jī)的研制解決了目前國(guó)內(nèi)外存在的內(nèi)部溫度不均勻的難題，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)獨(dú)特新穎；果蔬膨化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的研發(fā)，打破了國(guó)外技術(shù)壟斷。

果蔬膨化生產(chǎn)線可實(shí)現(xiàn)一鍵式操作，高度自動(dòng)化，果品膨化加工質(zhì)量和效率大幅度提高，低設(shè)備投資和低電能消耗，低人工費(fèi)用。對(duì)提升我國(guó)果蔬膨化生產(chǎn)線制造業(yè)整體水平將起到極大的促進(jìn)作用，將進(jìn)一步豐富果蔬加工產(chǎn)品種類(lèi)，增加產(chǎn)品附加值，提高行業(yè)出口創(chuàng)匯能力，進(jìn)一步促進(jìn)果蔬干燥行業(yè)又好又快發(fā)展，相當(dāng)于果蔬膨化生產(chǎn)線制造業(yè)屆的一次技術(shù)革命，所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和生態(tài)效益將是非常可觀的。

參考文獻(xiàn)：

[1]高春蘭.膨化果蔬生產(chǎn)線.果蔬增值的新裝備.《農(nóng)產(chǎn)品加工》.2004第9期.

[2]畢金峰.果蔬變溫壓差膨化干燥技術(shù)研究進(jìn)展.《農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)》.2008第6期.

[3]耿瑤華.膨化果蔬生產(chǎn)線引領(lǐng)果蔬深加工新時(shí)代.《農(nóng)產(chǎn)品加工》2005年.第4期.

作者簡(jiǎn)介：

趙明，男，1956年，浙江錢(qián)塘，主任科員，工程師，研究方向：企業(yè)管理。

王曉淳，男，1962年，陜西咸陽(yáng)，主任，高級(jí)工程師，研究方向：電子。