劉文鋒，李陳巧，劉 輝，胡紅云，張耀華，易寶軍

（1.湖北中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430040；2.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，湖北 武漢 430070；3.華中科技大學(xué)能源與動力工程學(xué)院，湖北 武漢 430074）

干燥是一種常用的產(chǎn)品保質(zhì)技術(shù)，其采用降低物料中的水分含量來延長產(chǎn)品的保存時間，廣泛應(yīng)用于蔬菜、水果、藥材、谷物、香料、煙絲、油料種子、木材等高水分農(nóng)產(chǎn)品的水分控制[1]。為保證農(nóng)產(chǎn)品的貯藏品質(zhì)，對其進(jìn)行干燥十分必要。但干燥是所有農(nóng)產(chǎn)品加工環(huán)節(jié)中能耗最高的步驟，約占總能耗的10%～25%[2]。因此，選擇一種高效、節(jié)能的干燥技術(shù)對農(nóng)產(chǎn)品的保鮮與加工意義重大。

常見的干燥技術(shù)有熱風(fēng)干燥、真空干燥、微波干燥、冷凍干燥等[3]，其中熱風(fēng)干燥技術(shù)最為常見，在農(nóng)產(chǎn)品干燥加工過程中應(yīng)用廣泛。在干燥過程中除了追求高效、節(jié)能外，產(chǎn)品的品質(zhì)（色澤、形態(tài)、性能等）也是衡量干燥效果的重要指標(biāo)。然而，由于農(nóng)產(chǎn)品物料種類特性的不同，單一干燥技術(shù)在熱量傳遞方面無法滿足所有產(chǎn)品的品質(zhì)要求[4]。不同干燥技術(shù)具有不同的優(yōu)缺點(diǎn)，如熱風(fēng)干燥操作簡便、成本低，但干燥產(chǎn)品品質(zhì)差、熱敏性營養(yǎng)物質(zhì)易損失[5]；真空干燥速率快，可減少物料中活性物質(zhì)的氧化，提升產(chǎn)品質(zhì)量，但其存在成本高、能耗大、效率低的問題[6]；冷凍干燥可最大限度保留物料營養(yǎng)成分，適用于熱敏性物料，但設(shè)備投資高、處理量小[7]；微波干燥具有干燥速率快的優(yōu)勢，但其運(yùn)行成本較高[3]。為了進(jìn)一步提升干燥效率、降低能耗，同時最大限度地保證農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)，克服單一干燥技術(shù)的局限性以形成優(yōu)勢互補(bǔ)，聯(lián)合干燥技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。聯(lián)合干燥是聯(lián)合兩種及以上干燥技術(shù)分階段或同時對物料進(jìn)行干燥的技術(shù)。蘇丹等[4]總結(jié)了與熱風(fēng)（熱風(fēng)-微波、熱風(fēng)-紅外）、熱泵（熱泵-熱風(fēng)、熱泵-太陽能、熱泵-微波）、冷凍（冷凍-微波、冷凍-熱風(fēng)）相關(guān)的農(nóng)產(chǎn)品聯(lián)合干燥技術(shù)，指出聯(lián)合干燥技術(shù)在提高干燥速率、保證產(chǎn)品品質(zhì)及節(jié)能降耗方面具有顯著優(yōu)勢；孫紅霞等[3]對農(nóng)副產(chǎn)品的聯(lián)合干燥技術(shù)進(jìn)行了綜述，回顧了過熱蒸汽干燥、中短波紅外干燥、太陽能干燥和熱泵干燥4 種新型干燥技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用；張艷來等[8]和王也等[9]分別對熱泵及其聯(lián)合干燥技術(shù)與裝備、微波及其聯(lián)合干燥技術(shù)與裝備進(jìn)行了總結(jié)。目前，相關(guān)綜述主要集中于新型干燥技術(shù)的聯(lián)合使用，鮮有針對應(yīng)用最廣泛的熱風(fēng)聯(lián)合干燥技術(shù)最新進(jìn)展進(jìn)行總結(jié)。

熱風(fēng)干燥既可作為單獨(dú)的農(nóng)產(chǎn)品干燥加工技術(shù)，也能與其他干燥技術(shù)聯(lián)合以實現(xiàn)高品質(zhì)干燥。對現(xiàn)有熱風(fēng)聯(lián)合干燥技術(shù)的應(yīng)用及相關(guān)設(shè)備進(jìn)行總結(jié)有利于實際生產(chǎn)過程中干燥環(huán)節(jié)的技術(shù)及設(shè)備選擇?；诖耍ㄟ^對與熱風(fēng)干燥相關(guān)的各種聯(lián)合干燥技術(shù)、設(shè)備、適用條件、設(shè)備運(yùn)行工況及發(fā)展趨勢與挑戰(zhàn)進(jìn)行探討，以期為農(nóng)產(chǎn)品加工中的高效干燥提供參考。

1 熱風(fēng)干燥技術(shù)

1.1 熱風(fēng)干燥原理及設(shè)備

熱風(fēng)干燥是一種適用性強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)性好、工藝簡單的干燥加工技術(shù)。其將加熱后的熱空氣送入干燥室內(nèi)，直接與物料接觸并發(fā)生以對流傳熱為主的熱量傳遞及傳質(zhì)，從而使物料表面水分蒸發(fā)進(jìn)入干燥介質(zhì)熱空氣中，并排出系統(tǒng)外的過程[10]。

典型的熱風(fēng)干燥裝置如圖1 所示，其主要由控制系統(tǒng)、翅片管散熱器、排濕系統(tǒng)、溫濕度傳感器等組成，工作時，首先由風(fēng)機(jī)引入空氣并在翅片管散熱器處換熱形成熱空氣后進(jìn)入干燥室，在干燥室與物料充分換熱后攜帶水蒸氣再由風(fēng)機(jī)排出干燥室，此過程循環(huán)進(jìn)行，直至干燥結(jié)束。

圖1 熱風(fēng)干燥裝置示意圖[11]Fig. 1 Schematic diagram of hot-air drying device[11]

1.2 熱風(fēng)干燥的應(yīng)用及優(yōu)缺點(diǎn)

目前，熱風(fēng)干燥技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品干燥加工中的應(yīng)用非常普遍，有研究探討了不同熱風(fēng)溫度（40、50、60、70 ℃）[12]，加熱方式（變溫干燥及間歇干燥）[13]，不同干燥技術(shù)（熱風(fēng)、真空、冷凍、微波、曬干和陰干）[14]等對干燥效果的影響。熱風(fēng)干燥具有成本低、自動化程度較高、操作簡單、處理量大等優(yōu)點(diǎn)，但干燥效率低，且干燥后空氣直接排入大氣中造成熱效率及能源利用率低，同時由于過度加熱及熱空氣的氧化作用導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量難以保障。因此熱風(fēng)干燥可選擇性聯(lián)合其他干燥技術(shù)，以形成優(yōu)勢互補(bǔ)，從而達(dá)到提升干燥效率的目的。

2 熱風(fēng)聯(lián)合干燥技術(shù)

2.1 與強(qiáng)化傳熱相關(guān)的熱風(fēng)聯(lián)合干燥技術(shù)

物料的干燥過程實際上是物料與干燥介質(zhì)之間進(jìn)行傳熱與傳質(zhì)的過程，干燥速率很大程度上取決于傳熱、傳質(zhì)速率，強(qiáng)化傳熱是一種提高傳統(tǒng)熱風(fēng)干燥速率的有效手段，過熱蒸汽-熱風(fēng)聯(lián)合干燥、超聲波-熱風(fēng)聯(lián)合干燥、冷凍-熱風(fēng)聯(lián)合干燥，都可實現(xiàn)干燥過程中傳熱與傳質(zhì)的強(qiáng)化，進(jìn)而提高整體干燥效率。

2.1.1 過熱蒸汽-熱風(fēng)聯(lián)合干燥

過熱蒸汽干燥是一種高熱效率、高干燥速率和節(jié)能環(huán)保的干燥技術(shù)[15]，其利用高焓值的過熱蒸汽直接與待干燥物料接觸，強(qiáng)化物料表面水分在干燥介質(zhì)中的脫水，從而迅速完成干燥。蒸汽本身作為干燥介質(zhì)，待干燥物料也為干燥系統(tǒng)持續(xù)提供干燥介質(zhì)，從而節(jié)約能源，且過熱蒸汽傳熱系數(shù)遠(yuǎn)大于熱空氣，熱效率及干燥速率都高于傳統(tǒng)熱風(fēng)干燥。將過熱蒸汽干燥與熱風(fēng)干燥進(jìn)行聯(lián)合，既能提高整體干燥速率，又能提高產(chǎn)品的干燥品質(zhì)。典型的過熱蒸汽-熱風(fēng)聯(lián)合干燥設(shè)備如圖2 所示。

圖2 過熱蒸汽-熱風(fēng)聯(lián)合干燥裝置示意圖[16]Fig. 2 Schematic diagram of superheated steam-hot air combined drying device[16]

該裝置主要包括蒸汽發(fā)生器、電加熱器、干燥室、溫度控制柜和耐高溫離心風(fēng)機(jī)。工作時電加熱器先將空氣預(yù)熱，熱空氣進(jìn)入干燥室中將干燥室中的水加熱至沸點(diǎn)溫度，然后由耐高溫離心風(fēng)機(jī)作用后形成循環(huán)，此時蒸汽發(fā)生器開啟，蒸汽在加熱器作用下進(jìn)一步轉(zhuǎn)變?yōu)檫^熱蒸汽，經(jīng)過反復(fù)循環(huán)，干燥室內(nèi)均為過熱蒸汽介質(zhì)，此時開始進(jìn)行過熱蒸汽干燥；待過熱蒸汽干燥階段結(jié)束后，關(guān)閉蒸汽發(fā)生器，待物料溫度降至熱風(fēng)干燥所需溫度時，開啟熱風(fēng)干燥模式，以此實現(xiàn)過熱蒸汽-熱風(fēng)聯(lián)合干燥。

過熱蒸汽-熱風(fēng)聯(lián)合干燥是一種新型的聯(lián)合干燥技術(shù)，目前多用于水果、蔬菜等的干燥。將過熱蒸汽-熱風(fēng)聯(lián)合干燥技術(shù)應(yīng)用在蘋果渣干燥中，與單一熱風(fēng)干燥相比，不僅縮短了干燥時間，還可以抑制蘋果干粉的褐變、提高果膠提取率[17]；使用過熱蒸汽-熱風(fēng)聯(lián)合技術(shù)干燥龍眼，干燥后的產(chǎn)品品質(zhì)（如顏色、收縮程度）較熱風(fēng)干燥均有所提升[18]?？梢?，過熱蒸汽-熱風(fēng)干燥技術(shù)既可加快干燥速率，又能提升產(chǎn)品質(zhì)量，在農(nóng)產(chǎn)品加工過程中具有良好的推廣應(yīng)用前景。

2.1.2 超聲波-熱風(fēng)聯(lián)合干燥

超聲波是頻率范圍為20 kHz～1 MHz 的聲波，與微波、射頻、紅外等熱能型電磁波不同，超聲波屬于動能型機(jī)械波。超聲干燥主要是利用超聲波產(chǎn)生的空化作用、機(jī)械作用和熱效應(yīng)等增大細(xì)胞孔隙、減小水分遷移阻力[19]，進(jìn)而促進(jìn)傳熱傳質(zhì)過程，提高效率、縮短干燥時間。超聲波干燥與熱風(fēng)干燥技術(shù)的聯(lián)合，是一種提高干燥效率的有效方法。圖3 為超聲波-熱風(fēng)聯(lián)合干燥設(shè)備示意圖，該設(shè)備由電加熱管、風(fēng)機(jī)、干燥室、超聲波發(fā)生器、超聲波換能器等組成，設(shè)備運(yùn)行時風(fēng)量調(diào)節(jié)板對外界空氣進(jìn)行調(diào)量后進(jìn)入加熱室，電熱管提供熱能進(jìn)行加熱，再通過風(fēng)機(jī)送入干燥室，干燥室中超聲波換能器提供超聲波與物料作用，以此完成超聲波-熱風(fēng)聯(lián)合干燥過程。

圖3 超聲波-熱風(fēng)聯(lián)合干燥裝置示意圖[20]Fig. 3 Schematic diagram of ultrasonic-hot air combined drying device[20]

超聲波-熱風(fēng)聯(lián)合干燥是近年來隨著大功率超聲設(shè)備的開發(fā)而逐漸興起的干燥技術(shù)，并逐步在農(nóng)產(chǎn)品干燥中推廣。采用超聲波-熱風(fēng)聯(lián)合干燥技術(shù)干燥蘋果，與單一熱風(fēng)干燥相比，干燥時間縮短了31%～40%[21]；采用超聲波-熱風(fēng)聯(lián)合干燥火龍果片，與熱風(fēng)干燥相比，提高了干燥速率與產(chǎn)品品質(zhì)，減少了火龍果片體積收縮率，產(chǎn)品色澤更好[22]。超聲波-熱風(fēng)聯(lián)合干燥能加快干燥速率、縮短干燥時間、節(jié)省干燥能耗，較傳統(tǒng)熱風(fēng)干燥具有明顯優(yōu)勢，適用于對干燥速率、品質(zhì)要求高的農(nóng)產(chǎn)品干燥。

2.1.3 冷凍-熱風(fēng)聯(lián)合干燥

冷凍干燥是一種利用水的升華進(jìn)行脫水干燥的技術(shù)，經(jīng)過低溫冷凍的物料在負(fù)壓環(huán)境下加熱，物料內(nèi)部的水分由固態(tài)直接升華為氣態(tài)，利用相變強(qiáng)化傳熱直接完成干燥過程，由于該過程中不存在液態(tài)水，避免了水溶性營養(yǎng)成分的流失以及感官品質(zhì)的下降。將其與熱風(fēng)干燥聯(lián)合使用，能起到提高干燥速率及產(chǎn)品品質(zhì)的雙重效果。

冷凍干燥尤其適用于高含水量物料，其能最大限度地保留營養(yǎng)成分及感官品質(zhì)，冷凍-熱風(fēng)聯(lián)合干燥技術(shù)正逐步應(yīng)用于高質(zhì)量農(nóng)產(chǎn)品的高效干燥中。比較對流冷凍、低溫冷凍和熱風(fēng)干燥對蔓越莓干燥效果的影響，發(fā)現(xiàn)對流冷凍可以顯著提高第一階段的脫水速率，使干燥時間縮短43%，對流冷凍聯(lián)合熱風(fēng)干燥（60 ℃）對樣品的表面結(jié)構(gòu)影響最小，將冷凍與熱風(fēng)干燥技術(shù)聯(lián)合，既可以提高干燥速率，又能保證產(chǎn)品干燥質(zhì)量[23]。對比真空-熱風(fēng)聯(lián)合干燥，冷凍-熱風(fēng)聯(lián)合干燥下毛竹筍的品質(zhì)（感官、營養(yǎng)）顯著提升，節(jié)能21%[24]。由上可知，冷凍-熱風(fēng)聯(lián)合干燥技術(shù)既能縮短干燥時間，又能提高產(chǎn)品質(zhì)量，可廣泛應(yīng)用于農(nóng)產(chǎn)品干燥中。

2.2 與電磁波相關(guān)的熱風(fēng)聯(lián)合干燥技術(shù)

微波、射頻、紅外干燥均為新一代電磁波輻射干燥技術(shù)，其在干燥過程中不僅加熱迅速，而且具有體積熱效應(yīng)，過程可控的優(yōu)點(diǎn)，將其與熱風(fēng)干燥結(jié)合能顯著提升干燥效率與質(zhì)量。

2.2.1 微波-熱風(fēng)聯(lián)合干燥

微波頻率范圍為300 MHz～300 GHz。微波干燥是指物料在微波穿透作用下，內(nèi)部迅速升溫進(jìn)而對物料加熱的過程，具有體積加熱、選擇性加熱、干燥效率高的特點(diǎn)，此外，其還具有生物效應(yīng)，可起到殺菌和保鮮作用。微波-熱風(fēng)聯(lián)合干燥可以結(jié)合單一微波及熱風(fēng)干燥優(yōu)勢，縮短干燥時間，降低能耗，提升產(chǎn)品質(zhì)量。

圖4 是一種微波-熱風(fēng)聯(lián)合干燥裝置圖。該裝置頂部設(shè)有磁控管，底部分布電加熱管，上部的引風(fēng)機(jī)可將熱風(fēng)引入微波干燥室，同時排出干燥過程中物料脫除的水分；振動機(jī)架、振動電機(jī)、減振彈簧用于保證干燥過程處于流態(tài)化；由觸摸屏以及監(jiān)視器控制整套裝置的運(yùn)行狀態(tài)；該裝置系統(tǒng)既能實現(xiàn)微波-熱風(fēng)干燥的串聯(lián)組合，又能并聯(lián)組合。

圖4 微波-熱風(fēng)聯(lián)合干燥裝置示意圖[25]Fig. 4 Schematic diagram of microwave-hot air combined drying device[25]

隨著大功率磁控管的快速發(fā)展，微波-熱風(fēng)聯(lián)合干燥技術(shù)已逐步應(yīng)用于農(nóng)產(chǎn)品干燥加工過程中。對比熱風(fēng)干燥、熱風(fēng)-微波聯(lián)合干燥和真空冷凍干燥對柿子片的感官、質(zhì)地、營養(yǎng)品質(zhì)等的影響，發(fā)現(xiàn)采用熱風(fēng)-微波聯(lián)合干燥生產(chǎn)的柿子片具有優(yōu)良的顏色和質(zhì)地特性及復(fù)水能力，利用熱風(fēng)-微波聯(lián)合干燥柿子片可使產(chǎn)品獲得較高的加工、儲藏品質(zhì)并降低能耗[26]。微波加熱可以解決煙葉干燥水分不均勻、煙葉損壞等問題，提升煙葉品味[27]。微波-熱風(fēng)聯(lián)合干燥比單獨(dú)使用微波干燥時間縮短29%，比單獨(dú)使用熱風(fēng)干燥縮短58%[28]，且在聯(lián)合干燥模式下，花生的脂肪、氨基酸和不飽和脂肪酸含量均顯著高于單一干燥技術(shù)。因此，微波-熱風(fēng)聯(lián)合干燥具有干燥速率快并可改善產(chǎn)品干燥品質(zhì)的優(yōu)勢。

2.2.2 射頻-熱風(fēng)聯(lián)合干燥

射頻干燥的頻率為3 kHz～300 GHz，與微波相比，穿透能力更強(qiáng)，具有更高的加熱均勻性及干燥效率，適用于體積大、處理量大的農(nóng)產(chǎn)品干燥。典型的射頻-熱風(fēng)聯(lián)合干燥裝置見圖5。該裝置由6 kW 的熱風(fēng)干燥系統(tǒng)與6 kW，27.12 Hz 自由振蕩射頻加熱系統(tǒng)組合而成，通過調(diào)整極板間距以及熱風(fēng)溫度參數(shù)來完成不同工況的射頻-熱風(fēng)聯(lián)合干燥工藝。

圖5 射頻-熱風(fēng)聯(lián)合干燥裝置示意圖[29]Fig. 5 Schematic diagram of radio frequency-hot air combined drying device[29]

射頻加熱作為一種新型的高效率、高穿透加熱技術(shù)被用于農(nóng)產(chǎn)品干燥加工中。然而，僅使用射頻干燥通常會導(dǎo)致產(chǎn)品加熱不均勻、加熱失控的現(xiàn)象。為此，射頻干燥與熱風(fēng)干燥等傳統(tǒng)干燥技術(shù)的結(jié)合更能提高其均勻性、干燥效率和產(chǎn)品質(zhì)量[30]。射頻-熱風(fēng)聯(lián)合干燥技術(shù)應(yīng)用于胡蘿卜渣干燥時比單獨(dú)應(yīng)用熱風(fēng)干燥時間縮短了39%，干燥后的產(chǎn)品具有更好的色澤，酚類、花青素含量，且抗氧化能力更強(qiáng)[31]。射頻-熱風(fēng)聯(lián)合干燥技術(shù)應(yīng)用于稻谷干燥時較單獨(dú)應(yīng)用熱風(fēng)干燥時間縮短了34%，同時產(chǎn)品的營養(yǎng)價值及感官品質(zhì)均更佳[32]。

2.2.3 紅外-熱風(fēng)聯(lián)合干燥

紅外干燥是將輻射能轉(zhuǎn)化為熱能的加熱方式，具有干燥速率快、傳熱系數(shù)高、體積加熱、能源效率高和殺菌的特點(diǎn)[33]。紅外干燥與熱風(fēng)干燥聯(lián)用可以顯著提高干燥速率及產(chǎn)品質(zhì)量。一種典型的紅外-熱風(fēng)聯(lián)合干燥系統(tǒng)如圖6 所示，該系統(tǒng)包括紅外熱風(fēng)加熱系統(tǒng)、溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)和溫濕度控制系統(tǒng)。加熱管加熱空氣形成熱風(fēng)對流傳熱，碳纖維紅外板通過熱輻射加熱物料。

圖6 紅外-熱風(fēng)聯(lián)合干燥裝置示意圖[34]Fig. 6 Schematic diagram of infrared-hot air combined drying device[34]

為了提高傳統(tǒng)熱風(fēng)干燥速率及產(chǎn)品干燥質(zhì)量，紅外-熱風(fēng)聯(lián)合干燥技術(shù)也逐漸用于農(nóng)產(chǎn)品的干燥。與單一熱風(fēng)或紅外干燥相比，紅外-熱風(fēng)聯(lián)合技術(shù)對甘薯的干燥具有協(xié)同效應(yīng)，提高了傳熱傳質(zhì)效率，降低了能耗[35]，其在烤煙葉絲干燥中不但速率快，而且有利于維持葉絲的填充值[36]，對甘薯的干燥速率提升了1倍[37]，在蘋果片干燥中能有效抑制酶活性，防止褐變，提高干燥效率，改善產(chǎn)品品質(zhì)（如色澤、質(zhì)構(gòu)）[38]。

2.3 其他熱風(fēng)聯(lián)合干燥技術(shù)

2.3.1 熱泵-熱風(fēng)聯(lián)合干燥

熱泵干燥是一種具有明顯節(jié)能效益的新型干燥技術(shù)，物料干燥品質(zhì)高、過程環(huán)境污染小。將熱泵技術(shù)與傳統(tǒng)熱風(fēng)干燥技術(shù)結(jié)合，可提高干燥均勻性，降低能耗，提升產(chǎn)品品質(zhì)。圖7 為一種熱泵-熱風(fēng)聯(lián)合干燥裝置圖。整套裝置通過空氣源熱泵產(chǎn)生干燥所需的高熱空氣，電磁空氣閥調(diào)節(jié)空氣進(jìn)氣量，將熱空氣送入設(shè)有網(wǎng)格托盤的熱空氣箱中，整套系統(tǒng)由單片機(jī)處理器、溫度傳感器、溫濕度控制器以及氣體流量傳感器自動控制。

圖7 熱泵-熱風(fēng)聯(lián)合干燥裝置示意圖[39]Fig. 7 Schematic diagram of heat pump-hot air combined drying device[39]

由于熱泵干燥具有高效節(jié)能、綠色環(huán)保的優(yōu)勢，故熱泵-熱風(fēng)聯(lián)合干燥可用于改善傳統(tǒng)單一熱風(fēng)干燥，并在農(nóng)產(chǎn)品干燥過程中取得不錯的效果。采取熱泵-熱風(fēng)聯(lián)合技術(shù)對獼猴桃片干燥，通過引進(jìn)熱風(fēng)的控制實現(xiàn)熱泵間歇式開啟和關(guān)閉，既加快了干燥速率，又降低了單一熱泵干燥的能耗[40]；對南方波紋米粉絲進(jìn)行干燥時，熱泵-熱風(fēng)聯(lián)合干燥比單一熱泵和熱風(fēng)干燥速率分別提高了13.15%和11.99%[41]。由此可見，熱泵干燥具有良好的節(jié)能效果。

2.3.2 真空-熱風(fēng)聯(lián)合干燥

真空干燥是利用真空下水沸點(diǎn)降低而進(jìn)行干燥的技術(shù)，干燥溫度較常壓下低。真空干燥的低氧含量可避免物料的氧化反應(yīng)，其具有干燥速率快、產(chǎn)品質(zhì)量高的特點(diǎn)，但同時也存在干燥成本高、熱效率低的缺點(diǎn)。將真空干燥與熱風(fēng)干燥相結(jié)合，可以解決真空干燥（熱板加熱）受熱不均勻、熱效率低的問題[42]，并提升單一熱風(fēng)干燥的速率與產(chǎn)品品質(zhì)。

圖8 為一種真空-熱風(fēng)聯(lián)合干燥裝置圖，該裝置引入了太陽能、熱泵和燃燒爐3 種熱源，在不同干燥階段采用熱風(fēng)或真空干燥模式，其中熱風(fēng)干燥主要由熱泵和煙氣-空氣換熱器實現(xiàn)；真空干燥階段熱水作為熱源，介質(zhì)水由太陽能水箱和燃燒爐水箱提供，整套系統(tǒng)利用多熱源互補(bǔ)為真空-熱風(fēng)聯(lián)合干燥提高熱量，既能提高干燥效率，又可通過真空環(huán)境保障產(chǎn)品的干燥品質(zhì)，并可避免干燥過程中劇烈的熱風(fēng)對流導(dǎo)致物料過度收縮與硬化。目前真空-熱風(fēng)聯(lián)合干燥已廣泛應(yīng)用于農(nóng)產(chǎn)品干燥。

圖8 真空-熱風(fēng)聯(lián)合干燥裝置[43]Fig. 8 Schematic diagram of vacuum-hot air combined drying device[43]

采用優(yōu)化的真空-熱風(fēng)聯(lián)合干燥對稻谷進(jìn)行干燥，單位能耗較單一熱風(fēng)和真空干燥分別降低了60.1%和12.6%，稻谷爆腰率分別下降了10%和13.7%[44]；低溫真空技術(shù)應(yīng)用于煙絲干燥時，相較于滾筒干燥，煙絲的致香成分含量及感官品質(zhì)均有所提升[45]；真空-熱風(fēng)聯(lián)合干燥應(yīng)用于板棗干燥時，干燥所需時間較單一熱風(fēng)干燥縮短了20.68%，較單一真空干燥縮短了10%，且能耗僅為單一熱風(fēng)干燥的40%[46]；真空-熱風(fēng)聯(lián)合技術(shù)應(yīng)用于茯苓丁干燥，具有干燥時間短、單位能耗低、產(chǎn)品多糖類物資含量高、破碎率低等特點(diǎn)[47]。

3 討論

由表1 可知，過熱蒸汽-熱風(fēng)干燥、真空-熱風(fēng)干燥、微波-熱風(fēng)干燥、射頻-熱風(fēng)干燥、紅外-熱風(fēng)干燥主要用于對干燥效率要求高的物料，但過熱蒸汽-熱風(fēng)干燥由于溫度過高而不適用于熱敏性物料；對于品質(zhì)要求高的物料，建議采用冷凍-熱風(fēng)干燥以及真空-熱風(fēng)干燥技術(shù)，但不足之處是干燥耗時較長、運(yùn)行成本高；對于需要大批量處理的物料，通常選擇熱泵-熱風(fēng)干燥以及真空-熱風(fēng)干燥技術(shù)，其中熱泵-熱風(fēng)干燥還具有高效節(jié)能、綠色環(huán)保的優(yōu)勢；對于大體積的物料，可以選擇過熱蒸汽-熱風(fēng)干燥、冷凍-熱風(fēng)干燥、熱泵-熱風(fēng)干燥和真空-熱風(fēng)干燥；綜合考慮經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，熱泵-熱風(fēng)干燥、微波-熱風(fēng)干燥、真空-熱風(fēng)干燥、過熱蒸汽-熱風(fēng)干燥均能實現(xiàn)高效干燥，同時還能節(jié)省能耗、降低成本。

表1 熱風(fēng)及其聯(lián)合干燥技術(shù)對比Table 1 Comparison of hot air and combined hot air drying technologies

續(xù)表1 熱風(fēng)及其聯(lián)合干燥技術(shù)對比Continue table 1 Comparison of hot air and combined hot air drying technologies

需要強(qiáng)調(diào)的是，不同干燥技術(shù)具有各自的優(yōu)勢與不足，實際應(yīng)用過程中需要根據(jù)物料特性（種類、熱敏性、體積大小、處理規(guī)模等）選擇合適的干燥技術(shù)來實現(xiàn)高效干燥，同時設(shè)備的運(yùn)行還需根據(jù)實際情況進(jìn)行調(diào)整與優(yōu)化。

4 展望

聯(lián)合干燥技術(shù)與單一干燥技術(shù)相比，干燥速率及產(chǎn)品干燥品質(zhì)均得到提升，整體熱效率及能源利用率得到提高，實現(xiàn)了單一干燥技術(shù)的優(yōu)勢互補(bǔ)。但是如何通過參數(shù)優(yōu)化來提升聯(lián)合干燥工藝，實現(xiàn)干燥效益最大化以及聯(lián)合干燥設(shè)備的一體化仍存在諸多挑戰(zhàn)，開發(fā)相關(guān)干燥模型可以促進(jìn)最佳聯(lián)合干燥技術(shù)的確定。不同的聯(lián)合干燥技術(shù)適宜不同的農(nóng)產(chǎn)品、干燥規(guī)模及設(shè)備運(yùn)行工況，實際使用時要針對農(nóng)產(chǎn)品種類、物料特性、干燥需求與適用條件等因素合理選擇相關(guān)干燥技術(shù)?；诖?，熱風(fēng)與其他干燥技術(shù)聯(lián)合具有巨大潛力，可實現(xiàn)多優(yōu)勢互補(bǔ)。但其挑戰(zhàn)性在于設(shè)備一體化的設(shè)計以及實際的工業(yè)應(yīng)用。目前，多數(shù)聯(lián)合干燥技術(shù)僅停留在實驗室階段，需要更多地結(jié)合生產(chǎn)實踐以進(jìn)行相關(guān)技術(shù)的探究與設(shè)備研發(fā)。