眾所周知，干燥技術是食品儲藏和改善品質必不可缺的單元操作之一，人類有史以來一直利用的食品加工技術。 干燥方法包括最原始的自然干燥法以及利用外來熱量的熱風干燥法、噴霧干燥法、薄膜干燥法及冷凍干燥法等多種方法。近年來，為了提高干燥作業的質量和效率，還研究開發成功組合利用真空和加壓處理的各種新型干燥裝置，使食品干燥技術進入了最新的發展階段。 ■自然干燥是在食品加工歷史中有很長的一段時期內得到利用的技術，可以說一直沿用到方便食品，干燥技術取得新發展時期為止。不過至今仍然為某種特殊地區的食品加工業需求，還能得到利用。 ■在方便食品制造過程中主要應用的是噴霧干燥、凍結干燥和滾筒干燥三大技術。 ■目前在食品領域利用的比較新的干燥技術還有真空傳送帶式干燥、真空脫水干燥、微波和遠紅外干燥、流動層造粒干燥等。 ■關于干燥裝置的發展動向，同其他食品加工技術一樣正在向探索節能、省地以及講究衛生安全和適應環境保護要求，并能進一步提高產品質量高標準要求的方向發展。 特別是近年來出現的某些新的發展動向，如日本的食品加工企業漸漸將原料處理的基地轉移到我國的東南亞地區，而其國內的大公司將研究開發高附加值的功能性食品和新材料作為尋求新發展的課題，于是出現了追求這些新目標的高品質干燥裝置研究開發和生產。 ■食品生產中經常使用的是無損于食品風味、不易引起變色和變質的噴霧干燥，冷凍真空干燥和真空皮帶式干燥等高品質干燥技術。另一方面由于凍結和真空操作的運轉費用很高，考慮到產品品質和成本費用，最終的品質低下為妥協點，不得不轉用滾筒干燥或其他干燥方法。 此外，也有再同冷凍真空干燥產品混合使用變通方法的。 不過無論如何，由于高品質干燥方法的生產成本過高，往往必須對含有高水分的食品材料采取先進行濃縮處理，除去部分水分的前處理方法，以減少成本費用。尤其是液態物料，通過采取濃縮—干燥等單元操作組合可最終達到降低或除去水分的目的。現在，將干燥—造粒、干燥—粉碎、混合—干燥等單元操作復配組合，以便更有效地制造所需產品，即被稱之為工藝過程復合化的新系統正在增加。 在各種干燥裝置中，也有將原料滯留時間明顯短的裝置與滯留時間長的裝置組合起來以及將液態原料或漿狀態原料等分別采用二次干燥機組，并組成一體生產粉狀制品的新趨勢。尤其是在成品為低水分含量時，之所以需要考慮采用復合法干燥的原因是：采用單一的干燥裝置時，干燥裝置必須很龐大，排氣溫度也很當高，排風量也很大。不僅僅有將兩種干燥機組合利用的新傾向，而且由于不同最終制品質量要求上的需要，也有將干燥裝置與其他單元操作組合連用的新趨勢。 單元操作復合化的優點如下：可防止用單一機器從原料到成品的過程中容易產生的污染和混入異物；減少發熱量，降低制品生產成本；設備小型化，結構緊湊化，價格也降低；達到省力化的目標。 近年來，通過單元操作復合化的發展，小型干燥裝置的研究開發和生產取得了飛躍的發展和進步。現在，小型干燥機不僅能供研究開發新產品使用，而且中小規模的食品工廠也可以作為實際生產中使用的機器廣為利用。 === 食品的干燥技術 食品干燥的主要目的，是保護生鮮食品免遭腐敗。干燥的結果，又帶來搬運方便，容易吃這些好處，并且有時候還會增加美味，也有產生不同的香味的。例如，把柿子制成柿餅，又增了甜味和獨特的吃頭。可是如果想把干燥了的食品，再度恢復水分，用歷來的干燥法是難以還原的。為此，不去考慮用歷來的干燥法使之返回原來狀態，而更多地看到生產出別的加工食品來。無怪乎象掛面、通心粉、淀粉那樣原料食品，就是盡量抑制變化制造出來的干燥食品。 干燥方法有以列幾種： 1、加熱干燥 2、真空干燥 3、噴霧干燥 4、凍結干燥 5、其它干燥 一、加熱干燥 靠熱源使空氣加熱，通過此熱空氣使之干燥，有將從燃料出來的火和煙，直接導入干燥器內，使之干燥的直接加熱式與將熱導入空氣加熱機，靠加熱了的空氣使之干燥的間接加熱式。還有將加熱板加熱，在這上將材料壓住使之干燥的熱板加熱式。 箱型熱風干燥機是最普通的東西，從干燥室的外邊送來熱風使之干燥的。用在香蕈、茶葉上。熱風溫度因對象而導、例如，茶70-130℃，香蕈60℃左右。此外，還有向隧道狀的干燥機內送進熱風。比箱型干燥機的熱效率高，用在蔬菜、水果、淀粉等的干燥上。還有，回轉式干燥機，是具有不陡的傾斜的干燥圓筒回轉，從上部添入材料后，邊干燥邊從下部出來。可以連續處理。用在砂糖、葡萄糖、糕點等的干燥上，另外還有，轉筒干燥機，用的是把表面磨光了的金屬性汽油筒，把它水平放著，將一半左右浸泡在液體內，使之靜靜地回轉，靠著汽油筒內的熱，使液體干燥成為薄膜狀。將薄膜扒出來，汽油筒繼續在液內回轉。再進行下次的干燥。 二、真空干燥 適于加熱后容易變化的東西的干燥上，用于香料、果實、蔬菜的干燥上，靠著干燥機內是真空狀態，所以即使是低溫，水分也能急速排除，熱效率也好，據說使用大型機時，費用并不比熱風干燥貴。 三、噴霧干燥 液體材料或固形物在液體非常細碎分散的情況下，使之干燥時用的。將液體噴入熱氣中時，液體變成細小的微粒子，因表面積增大，熱交換便迅速進行，瞬間便可使之干燥。此干燥法因干燥時間短，所以能夠抑制食品中成分的變質并將其制成粉末。 四、凍結干燥 此法是將準備干燥的食品，事先用-30℃—-40℃凍結之后，把它放在高真空之中，將食品中生成的冰，以直接蒸氣的形式除掉，這樣進行干燥的。此方法的好處是：1、因原料是以低溫保存著的，所以能夠防止因熱的變質，能夠抑止食品的色、味、香、維生素類等的變化；2、原料的狀態，干燥后也能保持；3、向干燥品加入涼水或溫水，很容易恢復到原來狀態，多用在快餐食品的蔬菜類上，最近用在袋裝雞蛋掛面等的“菜碼兒”上。 五、其他干燥 加壓干燥是在能夠加熱、加壓的密閉容器中，放入谷類、半干燥的水果、蔬菜等密封起來，從外部加熱，達到一定壓力、溫度時，打開蓋，使之返回大氣中，借此來使食品膨脹、干燥的，膨化食品便是一例。最近在美國早餐用谷物上也是常見的。在我國，古來就將不易干燥的食品先凍結起來，保存一個時期以后，再解凍、脫水、干燥的方法。凍豆腐、淀粉、綠豆粉等便是。脫水之后，干燥時，即使是普通的加熱干燥也能作好，并不會引起角質化。 冷凍干燥機的工作原理 冷凍干燥是利用升華的原理進行干燥的一種技術，是將被干燥的物質在低溫下快速凍結,然后在適當的真空環境下,使凍結的水分子直接升華成為水蒸氣逸出的過程. 冷凍干燥得到的產物稱作凍干物（lyophilizer），該過程稱作凍干（lyophilization）。 物質在干燥前始終處于低溫(凍結狀態),同時冰晶均勻分布于物質中,升華過程不會因脫水而發生濃縮現象,避免了由水蒸氣產生泡沫、氧化等副作用。干燥物質呈干海綿多孔狀，體積基本不變，極易溶于水而恢復原狀。在最大程度上防止干燥物質的理化和生物學方面的變性。 冷凍干燥機系由制冷系統、真空系統、加熱系統、電器儀表控制系統所組成。主要部件為干燥箱、凝結器、冷凍機組、真空泵、加熱/冷卻裝置等。它的工作原理是將被干燥的物品先凍結到三相點溫度以下，然后在真空條件下使物品中的固態水份（冰）直接升華成水蒸氣，從物品中排除，使物品干燥。物料經前處理后，被送入速凍倉凍結，再送入干燥倉升華脫水，之后在后處理車間包裝。真空系統為升華干燥倉建立低氣壓條件，加熱系統向物料提供升華潛熱，制冷系統向冷阱和干燥室提供所需的冷量。 本設備采用高效輻射加熱，物料受熱均勻；采用高效捕水冷阱，并可實現快速化霜；采用高效真空機組，并可實現油水分離；采用并聯集中制冷系統，多路按需供冷，工況穩定，有利節能；采用人工智能控制，控制精度高，操作方便。 對凍干制品的質量要求是：生物活性不變、外觀色澤均勻、形態飽滿、結構牢固、溶解速度快，殘余水分低。要獲得高質量的制品，對凍干的理論和工藝應有一個比較全面的了解。凍干工藝包括預凍、升華和再凍干三個分階段。合理而有效地縮短凍干的周期在工業生產上具有明顯的經濟價值。 閃蒸干燥的原理工作原理：熱風從干燥機底部的旋流器沿切線方向進入干燥機內，并產生高速回旋的上升氣流；待干燥的物料由加料器輸送至干燥室內，并在高速回旋氣流的和底部攪拌器的共同作用下，團塊狀物料被不斷破碎、分散、沸騰和干燥。干燥合格的物料被氣流從干燥機上部出口帶出，經捕集后得到干燥成品；顆粒太大或濕度較高的物料被設置在干燥室上部的分級堰板阻攔，而在干燥室內繼續得到進一步干燥，直至被氣流帶出。 噴霧干燥原理在一種帶有干燥腔并在干燥腔底部有保持在多孔板(9,21)上的流化床的噴霧干燥設備中，借助于一個隔離構件(12,24)將流化層分成兩個區(13,14和22,23)，其中來自噴射干燥腔的顆粒只供給一個區，而第二區基本上只由第一區供給顆粒，第二區被設計為處理以一種基本上不回混的流動流過該區的顆粒。該設備無需經后處理就可生產出大致無塵的產品，而且顆粒尺寸分布、潮濕的程度和表面處理均符合要求。此外還能提高能量的利用率。 *************************影響干燥速率的因素 影響干燥速率的因素有，傳熱速率、外擴散速率、內擴散速率。 （一）加快傳熱速率 為加快傳熱速率，應做到：①提高干燥介質溫度，如提高干燥窯中的熱氣體溫度，增加熱風爐等，但不能使坯體表面溫度升高太快，避免開裂，②增加傳熱面積：如改單面干燥為雙面干燥，分層碼坯或減少碼坯層數，增加于與熱氣體接觸面，③提高對流傳熱系數。 （二）提高外擴散速率當干燥處于等速干燥階段時，外擴散阻力成為左右整個干燥速率的主要矛盾，因此降低外擴散阻力，提高外擴散速率，對縮短整個干燥周期影響最大。外擴散阻力主要發生在邊界層里，因此應做到：①增大介質流速，減薄邊界層厚度等，提高對流傳熱系數。也可提高對流傳質系數，利于提高干燥速度，②降低介質的水蒸汽濃度，增加傳質面積，亦可提高干燥速度。 （三）提高水分的內擴散速率 水分的內擴散速率是由濕擴散和熱擴散共同作用的。濕擴散是物料中由于濕度梯度引起的水分移動，熱擴散是物理中存在溫度梯度而引起的水分移動。要提高內擴散速率應做到：①使熱擴散與濕擴散方向一致，即設法使物料中心溫度高于表面溫度，如遠紅外加熱、微波加熱方式，②當熱擴散與濕擴散方向一致時，強化傳熱，提高物料中的溫度梯度，當兩者相反時，加強溫度梯度雖然擴大了熱擴散的阻力，但可以增強傳熱，物料溫度提高，濕擴散得以增加，故能加快干燥，③減薄坯體厚度，變單面干燥為雙面干燥，④降低介質的總壓力，有利子提高濕擴散系數，從而提高濕擴散速率，⑤其他坯體性質和形狀等方面的因素。 干燥技術分類 按干燥制度是否進行控制可分為，自然干燥和人工干燥，由于人工干燥是人為控制干燥過程，所以又稱為強制干燥。 按干燥方法不同進行分類，可分為： ①對流干燥，其特點是利用氣體作為干燥介質，以一定的速度吹拂坯體表面，使坯體得以干燥。 ②輻射干燥，其特點是利用紅外線、微波等電磁波的輻射能，照射被干燥的坯體使其得以干燥。 ③真空干燥，這是一種在真空（負壓）下干燥坯體的方法。坯體不需要升溫，但需利用抽氣設備產生一定的負壓，因此系統需要密閉，難以連續生產。 ④聯合干燥，其特點是綜合利用兩種以上干燥方法發揮它們各自的特長，優勢互補，往往可以得到更理想的干燥效果。 還有一些干燥方法，按干燥制度是否連續分為間歇式干燥器和連續式干燥器。連續式干燥器又可按干燥介質與坯體的運動方向不同分為順流、逆流和混流：按干燥器的外形不同分為室式干燥器、隧道式干燥器等。 熱風快速干燥 快速干燥就是干燥氣氛按坯體的不同及坯體干燥程度而變化，時刻保持最佳干燥氣氛，提高干燥速度。溫濕度自動調節快速干燥室具有以下幾個特點，①空間小，參數調整時響應快，精確度高；②可以根據坯體的情況，設定不同的干燥曲線；③工控機控制，自動化程度高，減少人為失誤的因素，坯體干燥合格率高。這一系統由房體結構、熱風爐、布風系統、攪拌系統、控制系統、濕度系統等六部分組成。 蒸汽快速干燥 這里討論的是蒸汽直接干燥，就是坯體出模后，沿軌道進入末端封閉的干燥室中，關閉干燥室后將蒸汽沿頂部的管道直接進入密封干燥室中，蒸汽在密室中膨脹降壓，濕蒸汽由密室底部的管道排出回收。它的最大的優點是干燥快，正品率高。 工頻電干燥 就是將工頻電（50Hz）通過坯體，由于坯體的電阻作用使得整個坯體均勻升溫干燥，使達到了既升溫又無溫度梯度的目的。工頻電干燥的缺點是干燥前的準備工作很麻煩，而且它只適合單件產品干燥。 遠紅外干燥技術 紅外輻射干燥技術越來越受到各行各業人們的重視，在食品干燥、煙草、木材、中草藥、紙板、汽車、自行車、金屬體烤漆等方面發揮很大作用。此外，遠紅外干燥也被應用于陶瓷干燥中。大部分物體吸收紅外線的波長范圍都在遠紅外區，水和陶瓷坯體在遠紅外區也有強的吸收峰，能夠強烈地吸收遠紅外線，產主激烈的共振現象，使坯體迅速變熱而使之干燥。且遠紅外對被照物體的穿透深度比近、中紅外深。因此采用遠紅外干燥陶瓷更合理。遠紅外干燥比一般的熱風、電熱等加熱方法具有高效快干、節約能源、節省時間、使用方便、干燥均勻、占地面積小等優點，從而達到了高產、優質、低消耗的優良效果。 微波干燥技術 微波是指介于高頻與遠紅外線之間的電磁波，波長為O.001—1m，頻率為300-300000MHz。微波干燥是用微波照射濕坯體，電磁場方向和大小隨時間作周期性變化使坯體內極性水分子隨著交變的高頻電場變化，使分子產生劇烈的轉動，發生摩擦轉化為熱能，達到坯體整體均勻升溫、干燥的目的[2、3、4]。微波的穿透能力比遠紅外線大得多，而且頻率越小，微波的半功率深度越大。微波干燥的特點： （1）均勻快速，這是微波干燥的主要特點。由于微波具有較大的穿透能力，加熱時可使介質內部直接產生熱量。不管坯體的形狀如何復雜，加熱也是均勻快速的，這使得坯體脫水快，脫模均勻，變形小，不易產生裂紋。 （2）具有選擇性，微波加熱與物質的本身性質有關、在一定頻率的微波場中，水由于其介質損耗比其它物料大，故水分比其它干物料的吸熱量大得多；同時由于微波加熱是表里同時進行，內部水份可以很快地被加熱并直接蒸發出來，這樣陶瓷坯體可以在很短的時間內經加熱而脫模。 （3）熱效率高、反應靈敏，由于熱量直接來自于干燥物料內部，熱量在周圍介質中的損耗極少，加上微波加熱腔本身不吸熱，不吸收微波，全部發射作用于坯體，熱效率高。 微波加熱設備主要由直流電源、微波管、連接波導、加熱器及冷卻系統等幾個部分組成微波加熱器按照加熱物和微波場作用的形式可分為駐波場諧振加熱器、行波場波導加熱器、輻射型加熱器、慢波型加熱器等幾大類。 國際先進的急速變溫干燥技術微波技術前景如何微波功率應用處在一個關鍵的歷史轉折點，即從一般的加熱干燥轉向高科技應用。國內已經在微波等離子體、微波輔助催化化學反應、微波處理材料和微波生物和生理效應等方面取得了許多令人振奮的實驗室科研成果。目前迫切需要將這些科研成果推向產業化，以使對我國的經濟建設發生巨大的影響。 2、應當看到目前微波應用發展在特定時代下，形成幾個方面問題： ●與國外設備相比穩定性有差距。 ●制造工藝落后，難以形成規模經濟。 ●與其他科技技術銜接不夠。 ●微波技術的新成果落入深閨，無法轉化，無法獲取應有的經濟效益。 成立微波應用工程研究中心，注重深入的展開微波工程和各應用學科穿插、結合，能找到微波規律和應用規律的明確會合點，發掘重大產業項目。具體的說，應盡可能的找到傳統工藝流程和微波技術兼容的方法。在此基礎上，進行新方向設備的研制，并逐步把成果推向產業化。 3、微波應用從加熱干燥，轉向高科技應用，已從實驗室應用中暴露出許多問題，必須切實解決這些問題。 （1）即增加微波功率源的輸出穩定性，強調功率的一致性，毫秒級調制手段和調制重復精度，研制超大功率的微波功率源。 （2）提高大功率微小傳輸元件，功率比例取樣元件的質量。 （3）研究有效的傳感工藝參數方法和閉環控制方法。 （4）為適應新的應用發展方向必須研究多種應用器設計方法，使應用器的設計具有高度兼容性及適應性。為逐步做到為各行業新方向中試設備的設計，具有將成功的單元技術，綜合積木化的過程，微波應用工程研究中心必須加強這些設備單元的研制。 4、微波應用工程研究中心，必須使自己具有快速組織中等規模試驗的能力，以減少許多項目，長期停留在實驗未能轉個向生產。因此微波應用工程研究中心必須備有規模試驗的能力，就可以使微波應用工程研究中心在必要時可先住址組織規模實驗，使超大規模產業化工程設計更具有可靠性。 5、成立微波應用工程研究中心最大意義是把大專院校、研究所、實驗室的科研成果轉到產業化，起到橋梁作用，以克服目前長期許多只見開花，不見結果的局面。 二、研究內容和目標： 1、聯系磁控制管的生產單位，使其產品保持長壽命、高可靠、高效率協同方法，克服目前產品質量降低不理想的局面，在此基礎上研究長壽命、高可靠、高穩定度的微波功率源。研制成套大功率微波元件及應用器設計方法，包括氣相、液相、固相處理。及真空干燥應用器。研制高效、環保干燥設備、取代部分以蒸汽、油鍋爐為能源的干燥領域。研制多種傳感方法及閉環控制。 2、研究如下課題中等規模實驗及產業化的途徑： （1）微波等離子體方法制備鈉米、粉末技術，微波等離子體滅菌技術的研究，眼制內窺鏡滅菌設備，手術材料的滅菌設備。 （2）研制微波石油高溫燒結陶瓷和傳統方法相結合的生產設備，使燒結陶瓷的時間縮短到傳統電熱法的三分之一，并提高固相反應，加快固相反映的質量。 （3）研制微波石油破乳設備，使油包水的乳液脫水，達到規范標準；研制石油廢料及高凝石油微波裂解設備，使這些廢油、高凝油成為高質量油。 （4）研制礦物的微波輔助熱解設備，以使該設備用有色金屬的硫化礦轉變為有色的金屬的氧化物，以解決云南有色金屬硫化礦的問題及含硫金礦的問題。這個方法可推廣用于含碳鐵礦球團的微波加熱革新高爐煉鐵新工藝。 （5）系統研究微波輔助萃取技術，加快萃取速度，提高萃取質量，在此基礎上研制多種萃取技術，加快萃取速度，提高萃取質量，在此基礎上研制多種萃取設備。使在中藥、制藥、香料、化工行業中廣泛應用。中藥制藥現代化是我國當前的一個大課題，微波萃取比超臨界萃取更有優越性。此外在制藥領域微波還可可以進行濃縮、滅菌、干燥。 （6）系統研究低氣壓微波干燥技術，研究多種饋能方法，探討多種材料低溫脫水工藝，研制多種真空干燥設備。 三、近期目標 明確實用方向就清楚了必須提高微波工程自身的基礎建設。通過微波應用的具體項目，逐步的把科研成果較快的轉向產業化。微波應用市場的前景是非常看好，目前有幾個意義很大的項目可以開展，因為我們掌握著核心技術，通過努力可迅速打開市場，取得可觀的經濟利益。 *應用提示一：保持合理的預凍溫度 在真空冷凍干燥過程中，需要先對被干燥的藥品進行預凍，然后在真空狀態下，使水分直接由冰變為氣而使藥品干燥。在整個升華階段，藥品必須保持在凍結狀態，否則就不能得到性狀良好的產品。在藥品預凍階段，要嚴格控制預凍溫度（通常比藥品的共熔點低幾度）。如果預凍溫度不夠低，則藥品可能沒有完全凍結，在抽真空升華時會膨脹起泡；若預凍溫度太低，不僅會增加不必要的能量消耗，而且對于某些生物藥品，會降低其凍干后的成活率。 *應用提示二：關注升華吸熱 在干燥升華階段，物料需要吸收熱量（每克冰完全升華成水蒸氣約吸收2.8千焦耳的熱量）。如果不對藥品進行加熱或熱量不足，則在水分在升華時會吸收藥品本身的熱量而使藥品的溫度降低，致使藥品的蒸氣壓降低，于是引起升華速度的降低，整個干燥的時間就會延長，生產率下降；如果對藥品加熱過多，藥品的升華速率固然會提高，但在抵消了藥品升華所吸收的熱量之后，多余的熱量會使凍結藥品本身的溫度上升，使藥品可能出現局部甚至全部熔化，引起藥品的干縮起泡現象，整個干燥就會失敗。 *應用提示三：采用計算機自動化控制 為了獲得良好的凍干藥品，一般在凍干時應根據每種凍干機的性能和藥品的特點，在經過試驗的基礎上制訂出一條凍干曲線，然后控制機器，使凍干過程各階段的溫度變化符合預先制訂的凍干曲線。目前，真空冷凍干燥的生產過程控制可借助于計算機來控制生產系統按照預先設定的凍干曲線工作。如計算機對鏈霉素硫酸鹽的凍干過程控制可分為兩個階段：第一階段，在低于熔點的溫度下，將水分從冷凍的物料內升華，約有98%～99%的水分均在此時被除去。第二階段，將物料溫度逐漸升到或略高于室溫，經此階段水分可以減少到低于0.5%。此過程預凍溫度為－40℃左右，時間約兩小時。凍干藥品的干燥升華階段，物料溫度約為－30℃～－35℃，絕對壓強約為4～7帕。鏈霉素的最終干燥溫度可升至40℃，總干燥時間約18小時。采用計算機自動化控制系統，有助于保證藥品符合質量要求。