遠紅外干燥技術及應用前景研究

李建軍

（塔里木大學機械電氣化工程學院，新疆阿拉爾843300）

遠紅外干燥技術及應用前景研究

李建軍

（塔里木大學機械電氣化工程學院，新疆阿拉爾843300）

介紹了遠紅外干燥技術研究現狀，闡明了遠紅外技術的發展前景，遠紅外干燥和其他干燥技術相結合是今后干燥技術研究的方向.

遠紅外；干燥；應用

1 遠紅外干燥

1.1 紅外的特點與利用

紅外線是波長范圍為0.75～1000μm的電磁波.而遠紅外是紅外線中一部分波段，也是電磁波的特定區段.分子、原子的運動是產生紅外輻射的原因.不同的運動形式對應于波長不同的紅外線.紅外線（包括遠紅外線）的特點：一方面當其發射時，能使熱量高度集中；另一方面能被自然界中大部分物質所吸收.此外，紅外線有很強的穿透力，能直接穿透厚層的不透明體[1].因此紅外線的應用越來越廣泛，近年來在干燥上應用開始增多，尤其是對蔬果的干燥更是新技術.

1.2 紅外干燥機理

干燥主要用紅外線中的長波段即遠紅外，其波長范圍為25～1000μm，當蔬果吸收紅外線時，幾乎不發生化學變化，只引起粒子的加劇運動，使蔬果溫度上升.特別是當蔬果分子、原子遇到輻射頻率與其固有頻率相一致的輻射時，會產生類似共振的情況，從而使蔬果升溫，干燥得以實現.在紅外輻射的干燥過程中，由于紅外線有一定的穿透性，在蔬果內部形成熱量積累，再加上被干燥蔬果面水分不斷蒸發吸熱，使蔬果表面溫度降低，造成了蔬果內部比外部溫度高，使蔬果的熱擴散過程由內部向外部進行.同時，由于蔬果內部的水分梯度引起的水分移動，總是由水分較多的內部向水分較少的外部移動，所以蔬果內部水分的濕擴散與熱擴散方向是一致的，這將加速水分的擴散過程，也即加速了干燥進程[2,3].

1.3 紅外干燥的特點

和遠紅外干燥相比，傳統的熱風干燥時間過長，干燥蔬果等農產品營養成分有損失，產品的色澤發生變化以及干燥物質品質下降.遠紅外干燥由于能流密度大，穿透性性強，在使產品外表受熱的同時也讓其內部受熱、溫度升高，并且內外均勻.因此，使傳熱效率大大提高，從而干燥效率也相應得到提高，干燥時間大大縮短，避免了蔬果等農產品營養成分的損失，保持了產品色澤，提高了品質.

因此紅外干燥特點有：穿透力強，不但能加熱物質表面，還能加熱物質內部；熱量損失少，直接把熱量傳遞到物質上，不需要中間媒介；光子能力低，蔬果等產品收其分解的可能性比較小；輻射干燥均勻，干燥品質高，沒有色澤的變化；營養成分流失比較少，能夠保障物質的品質；清潔能源，對物品沒有污染；加熱速度快，比熱風干燥效率高；紅外加熱裝置簡單，投資費用低，節省成本.

2 遠紅外干燥研究

2.1 概況

上個世紀三十年代美國福特汽車公司首次將紅外燈用于油漆固化，開創了紅外加熱歷史.由于世界煤炭、石油等能源緊缺，各國都在尋求利用其他能源，在加拿大Cascades等十余個公司所使用的紅外干燥裝置，都是由魁北克水力電力公司的LTEE以實驗為依據進行工業化設計的.近年來，紅外線干燥技術在歐美呈每年較快增長的需求；在日本較早應用遠紅加熱，歐洲使用最廣，其中法國的理論處于先進水平.其中日本的Afzal和Abe等(1998)利用遠紅外線對土豆的水分擴散進行了研究，重點就輻射強度和切片厚度對遠紅外干燥過程中土豆的水分擴散特性進行了研究，并建立了相應的數學模型.2001年日本的Mongpraneet，Abe和Tsurusaki等人采用遠紅外真空干燥的方法對威爾士洋蔥進行干燥研究，得到的脫水洋蔥質量好[4-6].

2.2 我國紅外干燥技術研究現狀

近年來，遠紅外技術在我國干燥領域的研究和應用也發展很快.目前國內對于遠紅外線進行干燥所作的研究中，單獨的遠紅外干燥比較多.王俊，許乃章等(1992)也用遠紅外線進行了蘑菇的干燥實驗，對其脫水溫度特性和干燥產品的品質進行了研究，并建立了干燥過程中恒速和降速兩階段的速率模型，同時研究中還分析了平均脫水率與干后產品品質之間的關系，另外其他聯合干燥技術如紅外真空、紅外微波干燥等已經開始出現研究[7-9].

3 遠紅外干燥技術應用前景

遠紅外干燥技術應用有很好的前景，有自己的優勢.

3.1 節約能源

遠紅外干燥和傳統干燥如熱風干燥相比節約能源、效果顯著.現在各國都在采取提高能源效率和改善能源結構的措施，即發展環保新能源，都在大力研究與開發其他能源利用技術，包括在使用能源干燥領域中的應用.在我國，遠紅外干燥不僅可以緩解我國不可再生能源如煤炭、石油等緊缺問題，還可以減少由于煤炭等燃燒所釋放的有害物質對于環境所造成的負面影響，如環境污染、氣候變化生態平衡破壞等.

3.2 加熱溫度穩定、產品質量好

紅外線干燥對各種食品、果品等農副產品的干燥尤為適宜.而我國是農業大國，很多糧食和蔬果需要干燥處理，目前大部分采用的是自然干燥法，即在陽光下露天曬干的自然干燥法或陰干法，這樣雖然簡單，但是無法保證衛生狀況，而且易受到天氣的影響，并且干燥周期過長，干燥后的產品質量無法得到保證，色澤發生變化，品質無法得到保證.

4 聯合干燥技術

隨著科學技術的發展，單獨使用遠紅外干燥已經不能滿足干燥要求，現在遠紅外與其他先進干燥技術聯合干燥成為現在研究干燥的熱點，目前國內已經有遠紅微波干燥、遠紅外真空干燥等研究.遠紅外真空干燥.遠紅外真空干燥對蔬果的研究表明：真空狀態下產品的干燥效果明顯優于常壓下的干燥效果.在用紅外真空干燥研究蔬果脫水過程中，得出了影響蔬果脫水主要因素對蔬果干燥特性的影響規律，并可以得出復水比、脫水速率等指標的回歸數學模型和最佳參數范圍.

紅外微波干燥.遠紅外具有一定的穿透性，干燥高水分果蔬時具有保質，速度快，節能等特點.微波的穿透性更強，且干燥環境不會產生高溫，適宜用來干燥較難脫水或在后期干燥難以失去水分的農產品.因此對于果品較大不易干燥的可以采用遠紅外微波聯合干燥，通過對干燥后蔬果質量的研究，可以得出紅外微波的最優組合.

5 結束語

對于遠紅外干燥，研究時應該注意：

（1）要利用幾種干燥相互結合進行聯合干燥，這樣有利把各自干燥的優勢發揮出來，實現最優干燥.

（2）應加深對紅外干燥機理研究，從而有利于用紅外干燥技術對蔬果的干燥過程進行實時的控制，以達到最佳干燥.

（3）多種干燥方案進行比較，從而既節能環保又減少干燥時間.

〔1〕君軒.紅外和遠紅外技術[J].世界橡膠工業，2009, 36(1):43-45.

〔2〕楊瑞金,邵佩蘭.遠紅外干燥及殺菌[J].糧油食品科技，1998.7-8.

〔3〕夏朝勇,朱文學,張仲欣.紅外輻射技術在農副產品加工中的應用與進展[J].農機化研究，2006（1）:196-201.

〔4〕孫中偉.紅外干燥技術進展[J].南京林業大學學報，1997（21）:150-151.

〔5〕AfzalTM,AbeT.DiffusioninPotatoDuringFarInfraredRadiationDrying[J].Journal ofFoodEngineering,1998,37:353－365.

〔6〕MongpraneetS,AbeT,TsurusakiT.Accelerateddryingofwelshonionbyfarinfraredradiationundervacuumconditions[J].Journalof FoodEngineering,2002(55):147－156.

〔7〕王俊,許乃章.遠紅外干燥香菇及蘋果的機理研究[J].農業機械學報，1992,23(3):43-48.

〔8〕肖旭霖,張寶善.洋蔥真空遠紅外干燥規律研究[J].農業工程學報,1999,15(3):246－250.

〔9〕王俊,蔣生昕,金紅良，等.微波遠紅外聯合干燥黃桃的試驗研究[J].浙江農業學報,1999,11(1)：26－28.

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1673-260X（2013）03-0058-02