紅外加熱技術(shù)在果蔬干燥中的應(yīng)用

紅外線(xiàn)是波長(zhǎng)比紅光長(zhǎng)的非可見(jiàn)光，波長(zhǎng)為0.7μm ~80μm，俗稱(chēng)紅外光。紅外線(xiàn)根據(jù)波長(zhǎng)范圍不同，可分為短波紅外線(xiàn)（波長(zhǎng)小于1.5μm）、中波紅外線(xiàn)（波長(zhǎng)介于1.5μm和3μm之間）和長(zhǎng)波紅外線(xiàn)（波長(zhǎng)大于3μm）。自然界中的任何物體都在向外輻射紅外線(xiàn)，紅外線(xiàn)的主要作用是熱作用，紅外加熱技術(shù)就是利用這種特性而發(fā)展起來(lái)的一種新型干燥技術(shù)。

紅外加熱技術(shù)的原理

紅外加熱技術(shù)，是利用紅外輻射器（如陶瓷紅外線(xiàn)輻射器、盒式石英加熱器等）發(fā)出的紅外線(xiàn)，其被物料吸收轉(zhuǎn)變成熱能，達(dá)到加熱干燥目的的一種干燥方法，實(shí)質(zhì)就是輻射傳熱過(guò)程。

物料吸收紅外線(xiàn)的輻射能后，將輻射能轉(zhuǎn)變?yōu)槲锪戏肿拥霓D(zhuǎn)動(dòng)能量或使分子的轉(zhuǎn)動(dòng)能量發(fā)生改變，加劇其內(nèi)部的振動(dòng)。由于電子的運(yùn)動(dòng)和分子的振動(dòng)速度極快，因此物料間的晶格和鍵團(tuán)的振動(dòng)碰撞較快，伴隨著摩擦生熱。特別是紅外線(xiàn)的輻射頻率與物料分子的固有頻率一致時(shí)，會(huì)產(chǎn)生類(lèi)似共振的現(xiàn)象，物料分子內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)更加劇烈，升溫更快，從而達(dá)到快速干燥的目的。

由于紅外線(xiàn)有一定的穿透性，紅外輻射加熱時(shí)物料內(nèi)部熱量會(huì)不斷積累，溫度不斷升高；物料外部由于水分的不斷吸熱蒸發(fā)，溫度相對(duì)降低；物料形成一個(gè)由內(nèi)到外的溫度差，因此物料的熱擴(kuò)散過(guò)程由內(nèi)向外進(jìn)行。除此之外，物料內(nèi)都水分含量大于外部，水分總是由內(nèi)向外擴(kuò)散。因此，物料的濕擴(kuò)散和熱擴(kuò)散方向一致，從而加速水分的擴(kuò)散，即加速物料的干燥過(guò)程。

紅外加熱技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

根據(jù)傳熱機(jī)理的不同，干燥方法可分為對(duì)流、傳導(dǎo)和輻射三種。目前，對(duì)流和傳導(dǎo)加熱是應(yīng)用得比較多的，紅外加熱技術(shù)作為一種新型的輻射加熱技術(shù)，與傳統(tǒng)干燥方法相比具有以下的優(yōu)點(diǎn)。

1) 高效：紅外加熱技術(shù)的主要能量是電磁波，電磁波的傳播速度與光速相同，且不需要介質(zhì)，因此傳遞速度快、介質(zhì)損耗小，且熱傳導(dǎo)和溫度梯度濕度梯度的方向均一致，因此升溫快、干燥速率大。

2） 節(jié)能：紅外輻射的能量與輻射溫度的4次方成正比，與傳統(tǒng)加熱方式相比，生產(chǎn)效率提高20%~30%，節(jié)電30%~50%，節(jié)省其他能源約30%。

3） 環(huán)保：紅外加熱技術(shù)的能量來(lái)源于電能，能量轉(zhuǎn)化過(guò)程無(wú)碳排放，且能量可直接被物料吸收，不會(huì)產(chǎn)生任何廢棄物，并且加熱設(shè)備的安全性較高，對(duì)人體傷害較小。

4） 產(chǎn)品質(zhì)量好：物料在吸收紅外線(xiàn)時(shí)，其化學(xué)性質(zhì)較穩(wěn)定不易變性，干燥后的產(chǎn)品質(zhì)量好。

5） 節(jié)約成本：紅外加熱器投資少、生產(chǎn)場(chǎng)地小，不會(huì)產(chǎn)生其他的費(fèi)用，因此生產(chǎn)成本較低。

6） 易于精準(zhǔn)控制：現(xiàn)代化工業(yè)中使用的輻射源，如德國(guó)Elstein 陶瓷紅外線(xiàn)輻射器，配套適當(dāng)?shù)臏乜仄鳌乜鼐€(xiàn)路，可實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控溫（+/-1℃）。

紅外加熱技術(shù)在果蔬干燥中的應(yīng)用

果蔬在現(xiàn)代平衡膳食中占有非常重要的地位。但新鮮果蔬存在易于腐爛，有較強(qiáng)的季節(jié)性和區(qū)域性，不易存儲(chǔ)和運(yùn)輸?shù)葐?wèn)題。為了解決這些問(wèn)題，干燥是常用的有效方法之一。常見(jiàn)的干燥方法有自然晾曬、陰干和熱風(fēng)干燥，但是耗時(shí)長(zhǎng)、效率低、衛(wèi)生差、產(chǎn)品質(zhì)量難以控制，不符合現(xiàn)代食品加工理念。

紅外加熱技術(shù)作為一種新型輻射加熱技術(shù)，將干燥脫水和漂燙滅酶同時(shí)進(jìn)行，具有加熱穿透能力強(qiáng)和物料內(nèi)外同時(shí)加熱等優(yōu)勢(shì)，在國(guó)內(nèi)外得到廣泛使用。而且，隨著人們對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)要求的提高，常將紅外加熱技術(shù)與其他干燥技術(shù)聯(lián)合使用——聯(lián)合干燥（充分利用各自干燥方式的特點(diǎn)，將2種或2種以上的干燥方式相結(jié)合的一種混合干燥技術(shù)），可優(yōu)化干燥過(guò)程，提高產(chǎn)品品質(zhì)，減少干燥時(shí)間，增加經(jīng)濟(jì)效益。目前，國(guó)內(nèi)外己經(jīng)有紅外-熱風(fēng)(IR-HA)聯(lián)合干燥、紅外-微波(IR-MD)聯(lián)合干燥、紅外-真空(IR-VD)聯(lián)合干燥等。

紅外-熱風(fēng)聯(lián)合干燥

熱風(fēng)干燥能及時(shí)帶走物料表面蒸發(fā)出的水蒸汽，使物料內(nèi)部水分得到擴(kuò)散，紅外加熱技術(shù)能使物料內(nèi)外水分同時(shí)加熱，溫度梯度和濕度梯度方向一致，從而加快物料的干燥過(guò)程。

研究表明：該技術(shù)能顯著提高干燥速率和復(fù)水率，降低產(chǎn)品的收縮率和硬度。

紅外-微波聯(lián)合干燥

紅外線(xiàn)穿透力較強(qiáng)，用于果蔬干燥時(shí)速度快、品質(zhì)佳。微波的穿透性更強(qiáng)，且內(nèi)外同時(shí)加熱，對(duì)于較難干燥脫水或在后期干燥難以失去水分的農(nóng)產(chǎn)品較適宜。

研究表明：隨著遠(yuǎn)紅外和微波功率的增加，材料脫水速率亦增加；遠(yuǎn)紅外功率、微波功率和轉(zhuǎn)換點(diǎn)含水率對(duì)能耗率和產(chǎn)品感官質(zhì)量有顯著影響，成品的品質(zhì)較好且干燥速率較快。

紅外-真空聯(lián)合干燥

紅外真空干燥最大的特點(diǎn)是在真空環(huán)境下進(jìn)行干燥，干燥室的內(nèi)壓大于外壓，果蔬在壓力差和濕度梯度的作用下達(dá)到快速干燥的目的。

研究表明：整個(gè)干燥過(guò)程可分為升速、恒速和降速3個(gè)階段，產(chǎn)品干燥速率主要受輻射強(qiáng)度的影響。

紅外加熱技術(shù)作為一種新型的加熱技術(shù)，具有高效、節(jié)能、無(wú)污染的優(yōu)點(diǎn)，與傳統(tǒng)的加熱技術(shù)相比應(yīng)用范圍更廣泛。但在我國(guó)，紅外加熱技術(shù)與其他技術(shù)的聯(lián)合在果蔬干燥中的應(yīng)用仍處于起步階段，還未形成規(guī)模。因此，若要將聯(lián)合干燥技術(shù)做到自動(dòng)控制，就需建立合理的數(shù)學(xué)模型，這是以后研究的一個(gè)重點(diǎn)，也是難點(diǎn)所自在。另外，聯(lián)合干燥技術(shù)的設(shè)備也需要不斷改進(jìn)，自動(dòng)化控制、安全操作、在線(xiàn)精確檢測(cè)將成為未來(lái)的發(fā)展方向。