熱泵干燥技術在羊肚菌烘干中應用研究

文 周鋒 塔里木大學水利與建筑工程學院

熱泵干燥技術是利用熱泵加熱空氣對羊肚菌進行烘干，使羊肚菌中的水分被蒸發，從而達到干燥羊肚菌的目的。在羊肚菌熱泵干燥研究中，需要研究羊肚菌的特性、羊肚菌的烘干工藝，以及熱泵型烘干機的構成，然后根據干燥的實際情況進行干燥操作。最后，找出影響羊肚菌干燥的因素，設置不同的邊界條件為搭建熱泵型羊肚菌烘干房提供參考。

羊肚菌也可以稱為羊蘑，它的表面形狀呈現不規則的分布是由于和羊肚形狀有些相似，因而稱為羊肚菌，它廣泛分布在我國山西、吉林、江蘇等區域。它不僅能夠食用還可以用于輔助疾病的治療。近年來，羊肚菌面臨著儲存難的問題，剛采摘的羊肚菌在常溫下只能保存三天，三天后羊肚菌的品質就會受到很大的影響。因而，如果進行長距離的運輸則需要對其進行烘干處理。對新鮮的羊肚菌進行烘干時由于其含水率不同，烘干時的溫度和濕度要求都不同，烘干的產品質量會有較大差別，對其品質和售賣的價格都會產生很大的影響。最近幾年，由于羊肚菌的實用價值和藥用價值被人們所熟知，因此干羊肚菌烘干產品的需求非常大。而我國的烘干技術還未成熟，有些地區采用的是利用煤碳和木材等對羊肚菌進行烘干，也有些地區采用電加熱的方式對羊肚菌進行烘干，這些方法都不能對在烘干過程中的溫度和濕度進行控制而且浪費了很多熱量導致資源浪費，烘干的產品質量也不是太好。在對羊肚菌進行烘干過程中產生了很多污染環境的物質，對環境造成了不可逆轉的傷害。因此，需要探索一種新的烘干方式，既不污染環境，還能節約資源保證烘干產品的質量，熱泵烘干技術開始走進廣大學者的視野。

1.熱泵式烘干技術的研究現狀

我國最開始研究熱泵烘干技術是在上世紀六十年代，用于對木材進行烘干。近年來隨著熱泵烘干技術的興起，研究的學者越來越多，萬文雷等學者通過建立數值模型，運用熱泵烘干技術對香菇進行烘干處理，敖尚民利用熱泵烘干技術對人參進行了研究，包亞峰針通過熱泵烘干技術對煙葉進行烘干，利用數值模型建立了相應的烘烤房。熱泵烘干技術的發展前景特別好，可以運用到生活中的很多方面，特別是藥品和食品領域。

2.羊肚菌烘干工藝的研究

新鮮的羊肚菌含有水分子的占比特別高，不同批次的羊肚菌含有的水分子的占比也不同，正常情況下第一批羊肚菌含水率相對較低，在對其進行烘干處理的時候要注意溫度和濕度的控制，因為這個時候羊肚菌對溫度的要求比較高，溫度過低會浪費能源，烘干時間特別長，溫度過高會把羊肚菌烤糊破壞其營養價值。由于每個時期羊肚菌的含水率都不一樣，所以每個階段的烘干時間和溫度濕度都不同，這里將羊肚菌的烘干過程分為6個階段，烘干總時間為22h。

2.1 羊肚菌初步烘干期

在羊肚菌的初步烘干階段，利用熱泵烘干技術對其進行烘烤處理，可以將新鮮的羊肚菌堆積高度設為0.17m，均勻的平鋪在烘烤架上，將烘烤室內羊肚菌相鄰格柵之間的間距設為9cm，烘烤室內送風口的平均風速設為3m3/s，空氣中的濕度控制在60%，剛開始烘烤的溫度決定著羊肚菌的色澤，還可以讓它外部的形狀保持的很好，不會出現大面積的塌陷。但也不能過低，溫度太低會造成不必要的能源浪費。因此剛開始的烘烤溫度時設為34℃，平均每個小時增加1℃，烘烤時間為6h。烘烤結束后羊肚菌水分子的占比從最初的90%會降到70%。

2.2 羊肚菌恒速烘干階段

在羊肚菌的恒速烘干階段，利用熱泵烘干技術對其進行烘烤處理，可以將羊肚菌堆積高度設為0.14m，均勻的平鋪在烘烤架上，將烘烤室內羊肚菌相鄰格柵之間的間距設為9cm，烘烤室內送風口的平均風速設為3m3/s，空氣中的濕度控制在60%，這個時期羊肚菌的外表會有明顯的變化，外部的形狀不會出現大面積的塌陷。可以將羊肚菌烘烤室內的溫度時設為40℃，平均每個小時增加1℃，烘烤時間為12h。烘烤結束后羊肚菌水分子的占比從最初的70%會降到50%。

2.3 羊肚菌干燥階段

在羊肚菌的干燥階段，利用熱泵烘干技術對其進行烘烤處理，可以將羊肚菌堆積高度設為0.11m，均勻地平鋪在烘烤架上，將烘烤室內羊肚菌相鄰格柵之間的間距設為9cm，烘烤室內送風口的平均風速設為3m3/s，空氣中的濕度控制在60%，這個時期羊肚菌的外表會有明顯的變化，外部的形狀不會出現大面積的塌陷。可以將羊肚菌烘烤室內的溫度時設為50℃，平均每個小時增加2℃，烘烤時間為2h。烘烤結束后羊肚菌水分子的占比從最初的50%會降到30%。這個時候，從羊肚菌的外觀上看已經烘干了，不過羊肚菌在菌柄和菌帽交界的地方還比較柔軟，因此還沒有完全干透。

2.4 羊肚菌定形階段

在羊肚菌的定形階段，利用熱泵烘干技術對其進行烘烤處理，可以將羊肚菌堆積高度設為0.08m，均勻地平鋪在烘烤架上，將烘烤室內羊肚菌相鄰格柵之間的間距設為9cm，烘烤室內送風口的平均風速設為3m3/s，空氣中的濕度控制在60%，這個時期羊肚菌的外表沒有什么變化，外部的形狀也不會出現大面積的塌陷。可以將羊肚菌烘烤室內的溫度設為56℃，烘烤時間為1h。烘烤結束后羊肚菌水分子的占比從最初的30%會降到20%。這個時候，從羊肚菌的外觀上看已經烘干了，不過羊肚菌在菌柄和菌帽交界的地方也比較干燥，基本上快達到烘干要求了。

2.5 羊肚菌完全烘干期

在羊肚菌完全烘干期，利用熱泵烘干技術對其進行烘烤處理，可以將羊肚菌堆積高度設為0.05m，均勻地平鋪在烘烤架上，將烘烤室內羊肚菌相鄰格柵之間的間距設為9cm，烘烤室內送風口的平均風速設為3m3/s，空氣中的濕度控制在60%，這個時期羊肚菌的外表沒有什么變化，外部的形狀也不會出現大面積的塌陷。可以將羊肚菌烘烤室內的溫度設為62℃，烘烤時間為1h。烘烤結束后羊肚菌水分子的占比從最初的20%會降到13%。這個時候，羊肚菌已經完全干燥了，如果再接著加熱，則會發生變質。

2.6 羊肚菌保存要求

羊肚菌進行烘干處理之后，不能直接封閉起來，一方面是因為剛烘烤好的羊肚菌溫度比較高，直接進行包裝會燙壞包裝袋；另一方面，剛從烘烤房拿出來的羊肚菌在硬度方面整體比較脆，如果立刻裝袋的話很容易發生斷裂，也容易戳破包裝袋。因此，需要在空氣中放置15分鐘左右，使羊肚菌的外層接觸空氣中的水分另其表面進行輕微的回軟，放置的時間最低為10分鐘，最高為20分鐘。羊肚菌在烘干處理之后的保存很重要，如果儲存方法不合適，就會因為受潮發生霉變而導致羊肚菌變質。可以進行真空包裝，根據不同客戶的需求包裝成獨立的小包裝再進行裝箱處理；也可以在塑料袋里放入小包的氯化鈉，這樣可以吸收包裝袋里的水分子，從而有效地防止羊肚菌變潮，也避免了羊肚菌體內的糖分子滲出來。

3.熱泵系統的組成及其工作原理

3.1 熱泵系統的組成

熱泵系統由三部分組成，具體分為節流裝置、壓縮機、換熱器。這些裝置以銅管作為媒介組成一個封閉的系統，熱量可以在里面進行循環，從而達到對羊肚菌進行干燥的目的。壓縮機起的作用比較大，在羊肚菌干燥的過程中提供源源不斷的動力。在烘干的過程中用的比較多的壓縮機主要有4種，具體分為螺桿式、往復式、回轉式和離心式。這4種壓縮機都各有特點，可以在不同的情況下選擇最合適的壓縮機，換熱器由冷凝器和蒸發器組成。

3.2 熱泵系統的工作原理

空氣能熱泵干燥運行技術的特點之一是以空氣為干燥介質，通過空氣對不同的物料進行加熱，從而降低物料中的水分，起到干燥的作用。最近流行的空氣炸鍋也采用了這項技術。兩者的一個共同點是它們使用反向卡諾原理。羊肚菌烘房中的壓縮機對氟利昂進行加壓，使其在加壓過程中溫度逐漸升高。最高溫度可接近100℃。氣體進入干燥機內的冷凝器后，液化并放出大量熱量，使干燥室內的氣體溫度升高，達到加熱的目的。其能量轉換原理如圖1所示。

圖1 熱泵能量轉換原理示意圖

4.羊肚菌干燥的理論知識

由于每個時期羊肚菌的含水率都不一樣，所以每個階段的烘干時間和溫度濕度都不同。有一點需要注意，在對羊肚菌進行烘烤處理時，烘烤房內的溫度不能上升太快，在進行烘干處理后羊肚菌體內的含水率為13%為最佳，外形飽滿有濃郁的菌香味。

4.1 影響羊肚菌干燥的因素

4.1.1 羊肚菌烘干層鋪的厚度

由于羊肚菌形狀不規則，烘干的羊肚菌層不宜太厚，不然會影響熱空氣的流通，影響烘干質量。

4.1.2 羊肚菌烘干房的溫度和濕度

新鮮羊肚菌中水分子的占比比較大，隨著時間的推移，含水量由于風速的原因會逐漸減少，剛開始烘干時烘烤溫度不應太大，溫度過高會破壞羊肚菌體內的營養成分，還會使羊肚菌的外形發生大面積的塌陷；溫度過低會造成不必要的能源浪費，濕度對羊肚菌的烘干也有一定的影響。

4.1.3 羊肚菌相鄰格柵之間的距離

烘干的羊肚菌層每層之間應保持合理的間距，離得過高會導致熱風循環的速率過快，也會造成能源浪費；離得近會導致熱風循環的不均勻，影響烘干質量。

4.1.4 羊肚菌烘干房的送風量

在烘干初期可以采用較大的送風量，烘干后期可以慢慢減小送風量。

4.2 羊肚菌干燥特性的評價指標

關于羊肚菌的干燥品質，可以從顏色、氣味和營養價值等方面來判斷羊肚菌的好壞。干燥品質好的羊肚菌子實體飽滿，菌蓋顏色棕黃色，菌柄亮白色。此外，它有很濃的細菌味。干燥后，必需氨基酸的比例略有增加，粗多糖增加，粗纖維減少，礦物元素沒有被破壞。空氣能熱泵式羊肚菌烘干室烘干的羊肚菌如圖2所示。羊肚菌的蓋子收縮均勻，顏色更好，沒有焦糊現象。如圖3所示，過去在傳統羊肚菌烘房中烘干的羊肚菌呈黑色，焦糊狀。

圖2 改進后烘干后的羊肚菌

圖3 改進前烘干后的羊肚菌

5.問題與展望

我國在羊肚菌的種植和烘干方面都取得了一定的成果，羊肚菌的整個產業鏈也比較完善，但也存在一些問題和技術上的阻礙，比如：理論研究的深度不夠，優質的羊肚菌菌種較少，栽培種植技術不規范，從事專業化的技術人員較少。以后應根據當地的情況，研究制定適合本地區的統一技術規程，同時加大空氣能熱泵型羊肚菌烘干機的進一步優化設計和研發。在今后的熱泵型羊肚菌烘干房的研究中，應該對影響羊肚菌烘干質量的因素綜合分析，為熱泵烘干羊肚菌提供理論依據。