氣體射流沖擊在農產品加工中的應用及展望

時 靜，劉穎沙，王文光

（楊凌職業技術學院生物工程學院，陜西咸陽 721100）

干燥是農產品加工中最基本的方法之一，干燥目的多為降低農產品的水分活度、降低酶活性、防止微生物污染等。目前，常見農產品干燥技術包括真空冷凍干燥、超臨界CO2干燥、微波干燥、噴霧干燥、熱風干燥、氣流沖擊干燥等[1]。作為新型干燥技術，氣流沖擊干燥除了應用在航天、電器設備中，還應用在部分蔬菜、水果干燥和藥品生產[2]中，氣體射流沖擊干燥的換熱系數較傳統干燥方式要高出幾倍[3]，發展前景良好。闡述了射流沖擊新技術的特點、原理，以及該技術在農產品加工中的應用研究和發展前景。

1 常見農產品干燥技術優缺點對比

農產品干燥常用的方法包括微波干燥、熱風干燥、噴霧干燥、真空冷凍干燥、CO2干燥、氣體射流沖擊干燥等。

農產品干燥技術優缺點對比見表1。

由表1可知，不同干燥技術都有其優缺點。對比之下，真空冷凍干燥在保存農產品品質方面是最佳選擇，但成本、能耗太高，不好推廣。其他干燥技術雖成本較低，但產品品質較差。氣體射流沖擊技術具有較高的對流換熱系數、干燥速度快、能耗低、成本低、效率高、易操作等特點，產品品質顯著提升。

2 氣體射流沖擊技術

氣體射流沖擊技術早期在航天、電器設備、紙張、膠片等領域中應用[14]，隨著科技手段提高，該技術漸漸應用在了農產品的初加工中，如干燥、燙漂[15]等。

2.1 氣體射流沖擊技術原理

氣體射流沖擊技術簡單來說就是利用狹縫形或圓形噴嘴，直接將高壓高溫氣體噴射到待干燥物料表面[16]，高速去除水分以達到干燥效果。氣體噴速快，噴嘴距物料表面近，介質流程短，當其沖擊至物料表面時，氣流與物料表面之間形成一層薄氣體邊界[17]，因此，傳熱系數、熱質交換速率較傳統方法都要高。

表1 農產品干燥技術優缺點對比

2.2 氣體射流沖擊技術的特點

氣體射流技術特點包括：①傳熱性好、干燥效率高，節能；②該技術的原理及優勢使其在農產品干燥和焙烤等方面有廣闊應用前景；③氣流高速通過物料表面，物料為游動狀態，不會出現熱能傳遞不均或表面過熱而導致的焦煳現象，產品色澤均勻一致；④此方法熱交換迅速、干燥快，產品營養成分得到最大保留，且產品脆性好、成本低；⑤該方法可很好地解決板栗脫殼的難題[18]，脫殼效率高、產品品質優，且能有效降低酶活性；⑥該技術中高溫氣流介質可實現物料燙漂，氣流降溫后還可冷卻燙漂后的農產品，減少水資源浪費和污染排放，產品品質好[19]。

2.3 農產品氣體射流沖擊干燥過程

一般來說，農產品利用氣體射流沖擊技術干燥的過程可概括為[20-21]原料選取→清洗切分→護色處理→氣體射流沖擊加熱干燥→完成。具體情況工藝流程可根據農產品種類稍作調整。

3 氣體射流沖擊技術在農產品加工中的應用

3.1 氣體射流沖擊技術在肉類產品加工中的應用

作為一種新型干燥綠色技術，氣體射流沖擊技術也逐漸應用在肉制品加工中，其研究主要集中在北京烤鴨。楊文俠等人[22]對氣體射流沖擊烤鴨機進行了研發，確定在180～190℃條件下烤制效果最佳，且多環芳烴含量低；研究人員研究了該技術對“北京烤鴨”鴨皮膨化效果，該技術可讓鴨皮迅速升溫，水分快速蒸發時膨脹完全，鴨皮酥脆入口即化。隋美麗[23]對“北京烤鴨”烤制設備進行創新，根據氣體射流沖擊原理，研發了帶有加熱管和噴嘴的裝置，還可自動旋轉鴨胚和控溫，實現鴨油收集。廖倩等人[24]研究了該技術下烤鴨加工中多環芳烴的產生情況，苯并[a]芘、二苯并[a，h]蒽、二甲基苯并[a]蒽7，12-含量隨溫度增高而增高，但含量均低于國家標準。表明該裝置烤制降低傳統高溫制作導致的致癌、致突變等風險，同時減少了污染。

3.2 氣體射流沖擊技術在水果加工中的應用

在水果方面，氣體射流沖擊技術研究較多，大多是關于干燥模型、干燥工藝、干燥特性等方面，包括蘋果[25-27]、葡萄[28]、板栗[29]、杏子[30]、哈密瓜[31-32]等。研究認為利用氣體射流沖擊干燥時為降速干燥，影響因素風溫比風速突出，省時節能，且顯著降低了水果營養品質的破壞，已有無核紫葡萄在該技術中試投[28]。此外，氣體射流沖擊技術也應用于板栗脫殼上，研究表明該技術剝殼方便衛生、易于貯存。

3.3 氣體射流沖擊技術在蔬菜加工中的應用

氣體射流沖擊技術在蔬菜加工中研究較為廣泛，種類較多，包括馬鈴薯、甘薯、圣女果、辣椒[33]、山藥[34]、玉米、苦瓜、香菇、魔芋等。主要研究此類蔬菜的干燥特性、干燥模型及燙漂。研究表明，該技術在蔬菜干燥中最大限度地保持了原料品質，高速節能，且切片厚度成為干燥因素之一，此類研究主要集中在薯類蔬菜干燥，切片厚度與干燥成反比，但每種蔬菜在干燥時都有其最佳切片厚度，并不是越薄越好，用該技術處理后的甘薯、馬鈴薯松脆口感極佳，同時還研究了干燥時薯類淀粉粒的顯微結構變化情況。

在國外，氣體射流干燥技術的應用研究主要有藜麥種子、玉米、谷粒等。該技術干燥后此類蔬菜均品質優良、干燥速度快，已應用于玉米薄餅生產上，產品低油健康，營養豐富，風味極佳。通過對胡蘿卜[15]、杏鮑菇等蔬菜的燙漂試驗研究，發現氣體射流技術燙漂的蔬菜顏色好，綠色節能，同時達到殺菌、鈍化酶活性的效果。

4 結語

農產品干燥是農產品加工中非常重要的環節，推廣和應用新型高效實用的干燥技術很有必要，氣體射流沖擊技術就是典型代表，但目前該技術的設備大多為高校實驗室自制，且數量極少，研究不夠深入。與傳統的熱風干燥相比，氣體射流干燥技術具有低成本、高效率、易操作等特點，制品品質明顯提升。但是目前氣體射流干燥技術在不同物料或加工工藝傳熱系數及機理、干燥過程營養物質變化及控制等方面的研究還不夠深入，氣體射流沖擊技術除文中所述的一些加工領域外，還有更為廣泛的應用空間。例如，在節能工藝設備研究、傳統食品的射流加工、殺菌、面條粉條的干燥、保健食品的快速加工等領域。如何增加射流設備的可調功能、降低使用成本、擴大使用范圍，以及最大限度地保留農產品的營養等，對射流干燥技術的推廣具有重大意義。