一种弱微波场辅助干热空气能干燥果蔬的干燥柜及方法
阅读说明：本技术 一种弱微波场辅助干热空气能干燥果蔬的干燥柜及方法 (Drying cabinet and method for drying fruits and vegetables by using weak microwave field to assist dry hot air energy ) 是由 冯作山 白羽嘉 郑杰 陶永霞 张建超 阿依古丽·阿力木 段继华 于 2021-07-02 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种弱微波场辅助干热空气能干燥果蔬的干燥柜及方法,属于食品加工技术领域；本发明的干燥柜设置有微波发生器和微波波导口,在高湿度的阴雨天、低温高湿的夜晚和果蔬干燥后期开启微波发生器,可在干燥柜体中产生微波能量密度为0.2～1.5kw/m～(3)的弱微波场。弱微波场辅助干燥空气加热,使待干燥的果蔬物料的平衡水分始终高于干燥介质的相对湿度,能够有效解决仅依赖干热空气能干燥果蔬干燥不充分的技术问题。并且,弱微波场能够保证微波能量均匀分布,并避免物料局部过热而发生边角焦糊,也可避免金属器具的边角产生电火花。(The invention provides a drying cabinet and a method for drying fruits and vegetables by using weak microwave field assisted dry hot air energy, belonging to the technical field of food processing; the drying cabinet is provided with a microwave generator and a microwave waveguide port, the microwave generator is started in rainy days with high humidity, nights with low temperature and high humidity and at the late stage of fruit and vegetable drying, and the microwave energy density of 0.2-1.5 kw/m can be generated in the drying cabinet body 3 A weak microwave field. The weak microwave field assists in heating the drying air, so that the balance moisture of the fruit and vegetable materials to be dried is always higher than the relative humidity of the drying medium, and the technical problem of insufficient drying of the fruit and vegetable by only depending on the energy of the hot dry air can be effectively solved. Moreover, the weak microwave field can ensure the uniform distribution of microwave energy, avoid the corner scorching caused by local overheating of materials and avoid the corner generation of metal appliancesAnd (4) electric spark.)
技术领域
本发明涉及食品加工技术领域，尤其涉及一种弱微波场辅助干热空气能干燥果蔬的干燥柜及方法。
背景技术
长期以来，干制一直是果蔬转化的有效方式，尤其在新疆特色果蔬资源转化中发挥了重要的作用，各类果蔬干制品也成为新疆的特色农产品。但传统晾晒等自然干燥方式虽然简便易行，但受环境条件影响很大，尘土及生物污染严重、易变质腐烂，质量安全没有保障，产品附加值低，已不能满足民众对产品质量安全的消费需求。燃煤加热烘干方式是食品企业普遍采用的一种成本较低的干燥方式，但随着国内环保要求逐年提高，碳达峰、碳中和的日益紧迫，燃煤加热烘干方式已逐渐丧失了生存空间。依靠电力和燃气加热干燥，存在能耗高，大幅增加生产成本，且也不符合节能减排可持续发展的战略。所以果蔬制干行业面临产业转型升级、提质增效的迫切需求。
我国北方，尤其是新疆的果蔬收获季节，正值6～9月间高温炎热季节，一般气温在30℃左右，部分地区可达40℃左右，尤其是空气湿度非常低，相对湿度一般在10％～50％之间，是一种取之不尽、用之不竭、成本极低的干燥介质，即干热空气能，其本质也是太阳能。科学、高效的利用这一能源，用于生产果蔬干制产品，不仅能大幅降低能耗及生产成本，增效潜力巨大；而且符合节能减排、可持续发展的战略需求。但是遇到高湿度的阴雨天或低温高湿的夜晚等空气湿度较大的情况，或者果蔬干燥后期，单纯采用干热空气能进行果蔬干燥容易干燥不充分，果蔬后期贮藏有霉烂风险。
发明内容
本发明的目的在于提供一种弱微波场辅助干热空气能干燥果蔬的干燥柜和方法，本发明的干燥柜和方法能够使果蔬充分干燥。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种弱微波场辅助干热空气能干燥果蔬的干燥柜，包括干燥柜体5和与所述干燥柜体5可密封连接的干燥柜门4；所述干燥柜体5的内部水平设置有若干层隔架3；每层隔架3上放置有干燥容器2；所述干燥柜体的体壁上开设有进气口9和排气口1；所述干燥柜体5的一侧侧壁上均匀设置有若干微波发生器13；所述干燥柜体5的体壁上对应微波发生器13的位置设置有微波波导口6；所述微波波导口6和若干微波发生器13连接；
所述干燥柜体5的容积和微波发生器13的个数的比例为(1～6)m3：(2～24)个。
优选的，其特征在于，每个所述微波发生器13的功率为0.8～1.5kw；所述微波发生器13的微波频率为915MHZ或2450MHZ。
优选的，所述干燥柜体5的内部设置均匀分布有若干风扇7。
本发明还提供了一种基于上述方案所述干燥柜的弱微波场辅助干热空气能干燥果蔬的方法，包括以下步骤：
将待干燥的果蔬均匀的平铺于干燥容器2上；
通过进气口9将洁净的干热空气导入所述干燥柜内部；
开启微波发生器13进行微波加热；
所述微波加热的微波能量密度为0.2～1.5kw/m3；
所述微波发生器13在阴雨天、低温高湿的夜晚或果蔬干燥后期开启；
所述阴雨天的环境相对湿度＞50％；
所述低温高湿的夜晚的环境温度＜20℃且环境湿度＞50％；
所述果蔬干燥后期的果蔬的已除去自由水分的百分含量为80％～90％。
优选的，所述干热空气的温度为25～40℃；所述干热空气的相对湿度为10％～50％。
优选的，待干燥的果蔬表面的干热空气的流速为0.5～3m/s。
优选的，所述微波发生器13的数量为6～24个。
优选的，每2～5个相间隔微波发生器13为一组；
所述微波加热的程序包括：开启一组微波发生器131～20min，关闭0～30min后，再开启另一组微波发生器13；各组微波发生器13轮流开启和关闭。
本发明提供了一种弱微波场辅助干热空气能干燥果蔬的干燥柜，包括可密封的干燥柜体5；所述干燥柜体的体壁上开设有进气口9和排气口1所述干燥柜体5的一侧或两侧壁上均匀设置有若干微波发生器13；所述干燥柜体5的体壁上对应微波发生器13的位置设置有微波波导口6；所述微波波导口6和若干微波发生器13连接；所述干燥柜体5的容积和微波发生器13的个数的比例为(1～6)m3：(2～24)个。在本发明中，所述进气口9用于输入干热空气；所述排气口1用于湿空气的排放。本发明的干燥柜设置有微波发生器13和微波波导口6，在高湿度的阴雨天、低温高湿的夜晚和果蔬干燥后期开启微波发生器13，可在干燥柜体5中产生微波能量密度为0.2～1.5kw/m3的弱微波场。弱微波场辅助干燥空气加热，使待干燥的果蔬物料的平衡水分始终高于相对湿度，能够有效解决仅依赖干热空气能干燥果蔬干燥不充分的技术问题。并且，弱微波场能够保证微波能量均匀分布，并避免物料局部过热而发生边角焦糊，也可避免金属器具的边角产生电火花。
附图说明
图1为干燥柜的结构正视图；
图2为干燥柜的结构侧视图；
其中，1-排气口、2-干燥容器、3-隔架、4-干燥柜门、5-干燥柜体、6-微波波导口、7-风扇、8-电器控制柜、9-进气口、10-引风机、11-空气净化组件、12-自然环境干热空气、13-微波发生器。
具体实施方式
本发明提供了一种弱微波场辅助干热空气能干燥果蔬的干燥柜，包括干燥柜体5和与所述干燥柜体5可密封连接的干燥柜门4；所述干燥柜体5的内部水平设置有若干层隔架3；每层隔架3上放置有干燥容器2；所述干燥柜体的体壁上开设有进气口9和排气口1；所述干燥柜体5的一侧或两侧壁上均匀设置有若干微波发生器13；所述干燥柜体5的体壁上对应微波发生器13的位置设置有微波波导口6；所述微波波导口6和若干微波发生器13连接；所述干燥柜体5的容积和微波发生器13的个数的比例为(1～6)m3：(2～24)个。
在本发明中，所述微波波导口的作用是固定微波发生器。
在本发明中，所述干燥柜体5的形状优选为长方体；所述干燥柜体5的长度优选为3～5m；所述干燥柜体5的宽度优选为1～2m；所述干燥柜体5的高度优选为2～3m。
在本发明中，所述干燥柜体5的容积和微波发生器13的个数的比例优选为(1～6)m3：(2～24)个，更优选为(1～2)m3：3～12个。
在本发明中，所述干燥柜门4优选的设置于干燥柜体5的一侧侧壁。
在本发明中，所述隔架的层数优选为10～30层，更优选为15～25层，最优选为20层。
在本发明中，所述干燥容器的材质优选为不锈钢；所述干燥容器优选为干燥盘，更优选为不锈钢多孔盘或不锈钢丝网盘。每个干燥容器的形状优选为长方体或正方形；所述干燥容器的尺寸优选为(50～100)cm*(50～100)cm。
在本发明中，每个所述微波发生器13的功率优选为0.8～1.5kw，更优选为1～1.2kw；所述微波发生器13的微波频率优选为915MHZ或2450MHZ。
在本发明中，所述干燥柜体5的内部优选的设置均匀分布有若干风扇7，用以提高气流速度，使干热空气均匀的分布于各层干燥容器间。
在本发明中，所述进气口9和排气口1优选的分别设置在所述干燥柜体5的两端体壁上；或者，所述进气口9和排气口1在所述干燥柜体5的体壁上对角分布。
在本发明中，所述进气口9用于输入干热空气；所述排气口1用于湿空气的排放。
在本发明中，所述干燥柜体5外，还设置有空气净化组件11和引风机10。自然环境的干热空气12通过空气净化组件11净化，得到洁净的干热空气；所述洁净的干热空气通过引风机10引入干燥柜体5内。
在本发明中，所述空气净化组件11优选为空气过滤器；所述空气过滤器的净化效率优选为0.3μm，颗粒滤除率优选的≥99.99％。
在本发明的一个实施例中，所述干燥柜的结构正视图如图1所示；所述干燥柜的结构侧视图如图2所示。其中，1-排气口、2-干燥容器、3-隔架、4-干燥柜门、5-干燥柜体、6-微波波导口、7-风扇、8-电器控制柜、9-进气口、10-引风机、11-空气净化组件、12-自然环境干热空气、13-微波发生器。
在本发明中，所述电气控制柜8的作用是控制微波发生器的开启和关闭。
本发明还提供了一种基于上述方案所述干燥柜的弱微波场辅助干热空气能干燥果蔬的方法，包括以下步骤：
将待干燥的果蔬均匀的平铺于干燥容器2上；
通过进气口9将洁净的干热空气导入所述干燥柜内部；
开启微波发生器13进行微波加热；
所述微波加热的微波能量密度为0.2～1.5kw/m3；
所述微波发生器(13)在阴雨天、低温高湿的夜晚或果蔬干燥后期开启；
所述阴雨天的环境相对湿度＞50％；
所述低温高湿的夜晚的环境温度＜20℃且环境湿度＞50％；
所述果蔬干燥后期的果蔬的已除去自由水分的百分含量为80％～90％。
在本发明中，所述干热空气的温度优选为25～40℃，更优选为30～35℃；所述干热空气的相对湿度优选为10％～50％，更优选为20％～40％，最优选为20％。在本发明中，待干燥的果蔬表面的干热空气的流速优选为0.5～3m/s，更优选为1～2m/s。
由于干热空气的温度设置在20～50℃之间，较传统干燥设备的温度低，不会产生焦糊味，能很好地保持原料的特色风味和品质。
在本发明中，每2～5个相间隔的微波发生器13为一组；所述微波加热的程序包括：开启一组微波发生器131～20min，关闭0～30min后，再开启另一组微波发生器13；各组微波发生器13轮流开启和关闭。
在本发明中，每次开启每组微波发生器使物料的温度在原有基础上升高5～30℃。
金属尖角类结构，尤其是不锈钢丝网材质的烘干盘不会在这种弱微波场强下发生打火、放电现像。传统的微波干燥设备为克服设备中金属尖角类结构打火放电的问题，烘干盘通常采用塑料材质类网、盘制品，但塑料材质干燥容器长期处于高温和微波场中，易分解产生多种有害物质而进入食品，形成食品安全隐患；此外塑料网盘类孔隙率低，也会影响果蔬的干燥速率。在本发明中，微波加热时输出的微波能量密度为0.2～1.5kw/m3，是常用微波炉(功率以900～1000w计)微波场能量密度(55kw/m3)的1/20～1/200，即“弱微波场”，“弱微波场”能够保证微波能量均匀分布，并避免物料局部过热而发生边角焦糊，也可避免金属器具的边角产生电火花。
在本发明中，所述微波发生器13在炎热干燥的白天可以不用开启。
在高湿度的阴雨天、低温高湿的夜晚和果蔬干燥后期开启微波发生器13，可在干燥柜体5中产生微波能量密度为0.2～1.5kw/m3的弱微波场。弱微波场辅助干燥空气加热，使待干燥的果蔬物料的平衡水分始终高于相对湿度，能够有效解决仅依赖干热空气能干燥果蔬干燥不充分的技术问题。
本发明将干热空气能与微波技术结合，并取长补短以实现果蔬的节能、高效干燥，通过将干热空气引入干燥柜，作为果蔬干燥的主体干燥介质，用于脱除果蔬中的大部分(70％～80％)水分；同时，根据干燥介质工况和进程，间歇地以弱微波场的形式辅助微波能，使干燥过程高效、制品品质可控，并同时克服干热空气能和微波单独用于果蔬干燥的技术缺陷。
本发明利用干热空气干燥果蔬，能大幅降低能耗及生产成本，符合国家节能减排、可持续发展的战略需求，且企业增效潜力巨大。
在本发明中，本发明对所述果蔬的种类没有特殊限制，所述果蔬包括杏子、甜瓜、红枣、葡萄、莲花白、辣椒、番茄和胡萝卜中的一种或几种。
本发明的方法具有很好的行业普遍适用性，对于提升制干加工业的科技平，促进果蔬的高质、高效转化均具有建设性的作用。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
杏子的干燥，挑选不含病虫害、腐烂的成熟杏子，将其清洗干净，去核并切分成大小均匀的2～4块。用含有效二氧化硫0.1％～0.5％的亚硫酸液进行护色，将待干燥的杏肉均匀的平铺于100cm*100cm的不锈钢丝网盘。干燥柜长度3m，宽度1.5m，高度为2m，隔架层数19层。干燥柜容积和微波发生器比例1m3：2个。微波频率为2450MHZ，功率为0.9kw。干燥时，向干燥柜中引入洁净空，干热空气温度为30～35℃，相对湿度25％～30％，干热空气的流速优选为0.5m/s，不用开启微波加热设备。在阴雨天或是夜晚，当环境温度＜20℃、环境湿度＞50％时开启微波加热，每3个相邻的微波发生器为一组，微波加热10min，微波能量密度为0.45kw/m3。关闭10min后，再开启另一组微波发生器，各组微波发生器13轮流开启和关闭，使物料的温度在原有基础上升高10℃。当杏干的含水量达到可除去水分的90％时也开启微波发生器。当杏干含水量达到15％～18％时，完成干燥。
实施例2
挑选无病虫害、腐烂及坏斑的新鲜甜瓜，将其用流水清洗后去皮、切分、去籽，切成厚1cm、长10cm月牙状的瓜片。用含有效二氧化硫0.1％～0.5％的亚硫盐溶液进行淋洗护色，将待干燥的瓜片均匀的平铺于100cm*100cm的不锈钢丝网盘。干燥柜长度4m，宽度1.5m，高度为2m，隔架层数19层。干燥柜容积和微波发生器比例1m3：3个。微波频率为2450MHZ，功率为0.9kw。干燥时，向干燥柜中引入洁净空，干热空气温度为25～30℃，相对湿度20～30％，干热空气的流速优选为2m/s，不用开启微波加热设备。在阴雨天或是夜晚，当环境温度＜20℃、环境湿度＞50％时开启微波加热，每5个相间隔的微波发生器为一组，微波加热20min，微波能量密度为0.5kw/m3。关闭20min后，再开启另一组微波发生器，各组微波发生器13轮流开启和关闭，使物料的温度在原有基础上升高15℃。当瓜干的含水量达到可除去水分的85％时也开启微波发生器。当瓜干含水量达到10％～12％时，完成干燥。
实施例3
辣椒的干燥.挑选无病虫害和腐烂成熟的红辣椒，切分、去籽，切成宽0.5-1cm丝。将待干燥的红辣椒丝均匀的平铺于100cm*100cm的不锈钢丝网盘。干燥柜长度5m，宽度1.5m，高度为2.5m，隔架层数25层。干燥柜容积和微波发生器比例1m3：2个。微波频率为2450MHZ，功率为1kw。干燥时，向干燥柜中引入洁净空，干热空气温度为20～25℃，相对湿度30％～40％，干热空气的流速优选为3m/s，不用开启微波加热设备。在阴雨天或是夜晚，当环境温度＜20℃、环境湿度＞50％时开启微波加热，每4个相间隔的微波发生器为一组，微波加热30min，微波能量密度为0.25kw/m3。关闭微波发生器30min后，再开启另一组微波发生器，各组微波发生器13轮流开启和关闭，使物料的温度在原有基础上升高5℃。当辣椒丝的含水量达到可除去水分的90％时也开启微波发生器。当辣椒丝含水量达到3％～5％时，完成干燥。
挑选无病虫害和腐烂成熟的葡萄，将其清洗干净后沥干或吹干水分，对辊破碎机将葡萄果挤压破碎，装袋，一袋装量为50kg，抽真空，充入二氧化碳，密封装筐。在-18℃冷库中冻结，并贮藏5个月。冻结葡萄浆装入沥汁槽内内，将冻结状态升温至近融状态-6℃，葡萄汁由仍处于冻结状态的浆肉中渗析出，在低温下免榨即可获得澄清的葡萄汁。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
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