食用菌恒溫熱循環烘干設備的開發與應用

黃光日

（南寧學院，廣西 南寧 530200）

0 引言

傳統人工烘干方式生產的干貨食用菌不僅品質較差，還會浪費大量的人力物力，十分不利于食用菌產業的持續化發展。社會各界對現代化、智能化食用菌烘干設備的需求急劇增長，相關人員對食用菌烘干設備的研究、設計與開發力度逐漸增加。現就對一種食用菌恒溫熱循環烘干設備的開發與應用進行詳細的探討[1]。

1 項目所在學科和技術領域的研究現狀、水平和趨勢分析

1.1 產業背景

由于人工烘干食品存在的不足，越來越多的人開始思考以機器代替人工烘干食品。隨著時代的發展與變化，機器烘干食品已經成為可能，并在世界范圍內得到了廣泛的應用與推廣。在相當長的一段時間內，我國農產品的主要加工形式為簡單的烘干加工，我國的食品烘干產業較為薄弱，特別是食用菌的烘干加工，這不僅嚴重制約了我國食用菌消費市場的進一步開拓，還限制了我國食用菌產業的可持續發展。“十二五”期間我國提出了“發展精加工、深加工，增加食用菌產品的附加值”。隨著現代科學技術的發展與進步，食用菌的烘干、加工技術得到了巨大的發展。我國現階段的食品干制加工方法主要有曬干、烘干、冰干等方式。相較于其他發達國家，我國食用加工企業的發展規模較小，經營較為分散，品牌知名度較低，生產經營成本較高，產品質量時高時低，市場核心競爭力較弱，主要表現為生產加工設備自動化、智能化程度較低，食品生產標準不完善，烘干加工方式較為原始、老舊，烘干設備的數量、標準、水平、范圍無法滿足我國國內與出口的需求。此外，我國食品烘干機的技術較為落后，對國外先進技術的依靠程度較高。我國最早出現的食品烘干機大多都是進口的，國產的食品烘干機也都大多采取國外技術。

1.2 研究現狀

現階段我國的烘干設備生產企業尚未形成規模，市場競爭較為激烈，自主開發、設計設備的企業較少，企業之間大多都是相互模仿以推出新產品。

市場現有的普通烘干設備，是基于電阻絲發熱的簡單烘干原理，把薄片狀或線狀的高熔點金屬做成舟箔或絲狀的蒸發源，（在坩堝上）裝上蒸鍍材料，以蒸發源加熱蒸鍍材料使其蒸發。普通的工業烘干形式不講究節能環保，發熱電阻加熱后的熱風經過烘干室內后，直接排到空氣中，沒有循環再利用的重吸收能量系統，對電能資源造成了不必要的浪費。況且產業化的烘干設備為加快產能效率基本都是連續長時間運行的，如果在能耗方面減少，將會降低加工成本，加大商家的盈利區間[2]。

1.3 發展趨勢

“十二五”期間，我國提出了“高效、節能、綠色、環保”和“大型干燥裝備國產化”，以國家的宏觀調控與市場的自主調節來完善烘干設備行業的生產評價機制，全面、有效整合烘干機生產企業，提升烘干機生產企業的市場競爭力，促進其有序、穩定發展與行業的可持續發展。相關學者認為我國烘干機的未來發展方向為：第一，規模化發展，即產品向大中型發展、行業向集成化發展；第二，行業細分，即根據烘干食品、經濟作物、花卉、中藥材等不同需求將設備分為不同類型，提升設備的專業化與特色化程度；第三，重點關注固定式和移動式烘干設備的發展。預計將用于食用菌烘干的5t/h以下的小型烘干設備的需求量為上萬臺，用于化工烘干的設備需求量達到5000臺，用于中藥材烘干的設備需求量達到6000臺，用于農林土特產烘干的設備需求量達到8000臺，用于輕工烘干的設備需求量達到6000臺。越來越多的行業人員與專家學者對其的關注程度逐漸提升以獲取最大化的經濟效益。在野生珍貴食用菌產業領域，這種專用烘干技術及其設備在我國基本處于空白狀態，落后于國外技術水平。

2 項目研究方案

2.1 研究目標、研究內容

2.1.1 研究目標

詳細研究恒溫熱循環設備的恒溫、熱循環、節能系統，可干燥食用菌的種類及該系統的設計、工作模式與烘干工藝。

2.1.2 研究內容

本項目借助理論與實驗相結合的研究方法，詳細研究了新型恒溫熱循環烘干房的設計模式、系統結構、工作模式、烘干工藝等。

具體內容如下：

（1）針對不同食用菌種類的溫度濕度設定了其相對應的工作模式，并對恒溫熱循環烘干機中的主要設備器材的選型進行推薦。

（2）采用LabVIEW中的PID、模糊和模糊PID控制分別對溫度的恒定進行相應的控制編程，在Fuzzy-PID的系統溫度調節中，最大限度地控制與減少輸出溫度的誤差，得出溫度曲線特性。

（3）建立數據模型。借助CFD軟件模擬計算烘房內的氣流，同時借助實驗科學合理地布置設備內的氣流組織，確保設備內食用菌受熱均勻，切實提升設備的烘干成效。

（4）不同食用菌的品質是不同的，這就要求在進行實驗時要根據不同的食用菌的種類及其品質要求選擇不同的烘干參數，探究參數對食用菌烘干品質的影響，優化烘干機的烘干工藝，實時控制、調節各個烘干階段的溫度、濕度，進而有效確保和提升食用菌烘干的品質。

2.2 研究方法、實驗方案

2.2.1 擬采取的研究方法

（1）信息采集。走訪用戶，一線調查農戶的需求。采集基本參數數據最初樣本。結合食用菌烘干市場發展，收集相關數據，通過市場調查，使產品滿足市場需求。借助校園圖書館與互聯網瀏覽國內外相關的文獻資料（學術期刊、碩博論文、網絡圖文等），并對其進行全面、系統的整理、分析與總結，根據課題的研究內容與研究要求，全面正確地構建課題的框架結構。

（2）模式模擬。熱泵型烘干房主要由四個子系統組成，各個子系統之間的有效配合為不同工作模式的達成與烘干房的穩定可靠運行奠定了堅實的基礎。一般而言，烘干房的主要工作模式為：基本循環工作模式；恒溫能量調控模式；熱風循環調節模式；除濕模式；電子輔助熱能量調節。

（3）實驗調試。本課題中溫度傳感器信號采集電路，加熱系統、風系統的調節電路控制等模塊的程序編寫，需進行多次實驗測試，以制作出運行穩定可靠的控制模塊。

2.2.2 實驗方案

2019.07-2019.12 恒溫控制系統設計與制作。

2019.07-2019.12 熱風循環系統的設計與制作。

2019.07-2019.12 控制系統與顯示系統設計與制作。

2020.01-2020.10 食用菌熱循環恒溫烘干裝置總裝與調試。

2.3 可行性分析

（1）校園圖書館為開展課題研究要進行的調研和資料收集提供了充分的資源，為課題負責人順利完成本課題研究提供了支持。

（2）我校機電實驗室提供了硬件設備。制作傳感器模塊、編寫控制模塊程序、系統調試等均在校內完成。

（3）課題負責人的科研及組織能力較強，電氣、電子控制設計制作的經驗較為豐富，主要成員都具備較強的科研能力和工程應用能力；部分人員還曾組織過多項科研項目。綜上所述，課題負責人和主要成員有能力完成本課題的研究，課題負責人和主要成員所在部門對課題的完成提供了充分的硬件資源和軟件支持，課題的完成有保證[3]。

2.4 預期的研究成果及成果形式

2.4.1 預期的研究成果

預期將發表食用菌烘干設備研究論文1篇，專利1項。

2.4.2 社會效益和影響

裝置的開發將為中小型產量的農戶提供最優食用菌烘干模式，增加農戶種植食用菌的信心和種植規模。

隨著食用菌發展支撐體系的不斷完善與其產業支持效用的發揮，我國的食用菌產業得到了快速的發展，規模、產量、效益、品質等方面的進步較為顯著，其所產生的經濟效益巨大。我國是食用菌第一生產大國，其在2014年的產值就已經是僅次于糧、菜、果、油的第五大類作物了，已經成為農業經濟的重要組成部分。現階段，我國食用菌產品（香菇、平菇、金針菇、花菇等）產量位于世界第一。我國食用菌產量占全球總產量的比重從5.7%發展至90%多。而這其中干菇的生產、銷售是重要內容之一，越來越多的專家學者開始思考如何改進烘干設備提升食用菌生產效益，烘干設備的研究、開發與設計對食用菌產業的規模化、持續化發展具有十分重要的作用。

3 結語

本設備用于食用菌的干制處理烘干加工方面，通過烘干，促進食用菌的銷售。作為生鮮農產品的食用菌，當其市場價格較高時可以直接銷售，當市場價格較低時往往都是對其進行烘干加工，待價格較高時再進行錯季銷售。以紅菇的鮮菇與干菇的銷售為例，9斤新鮮的紅菇可以烘干為1斤干菇，鮮菇25元一斤、干菇400元一斤，每生產一斤干菇就可實現175元左右的增收，這有效增加了產品的附加值與經濟效益。目前，食用菌農戶及其合作社不僅借助農貿市場等傳統銷售平臺與阿里巴巴等線上銷售平臺來銷售干品，還走出國門遠銷海外。本設備不僅可應用在食用菌的烘干方面，因設備的溫度精準、恒定、可控，還可以應用在茶葉的烘干及其提香工藝上。中小型作坊以及個體農戶也能使用。其既能決定茶葉的品質與價格，也能增加茶農的收入。對于中藥材的烘干，本設備精準、恒定的溫度控制以及恒定的風速環境，可滿足不同的中藥材所需要的恒溫加工。此外，本設備還可用于果蔬制品的烘干，相比于傳統的果蔬烘干設備，本設備有著更高效、能耗更低的優勢。綜上所述，本設備具有較高的推廣與應用價值。