微波真空技术及其在干燥红枣片中的应用研究

国家自然科学基金，南疆红枣干燥品质变化的介电特性模型机理与优化调控策略研究。红枣甘甜可口，富含充足的营养成分，被称为“补品王”。医用价值高，其成分可预防多种疾病。我国是红枣的原产地，在很早以前就有种植红枣的历史，且种植范围广、品种多，其产量位居世界第一，大量出口海外各国。然而，红枣采摘后容易受到环境影响导致发霉，在红枣制成干后更有益于红枣的保存。当前的热风干燥法不能很好保存红枣片所含成分，且干燥效率低。微波真空技术能够在低温环境下对红枣片快速干燥，节能高效。因而，微波真空干燥技术的发展刻不容缓。

1 微波真空干燥的原理

磁控管的径向加上直流电，形成电场，轴向加直流的磁场，产生微波后经波导传输至干燥机腔体[1]。在加热机理上，微波干燥不同于普通的干燥方法，如热风干燥、远红外干燥、太阳能干燥。微波从不同方向对红枣辐射，穿过红枣里面空间时，该空间内的极性分子，如水等随着微波自身频率产生同步自旋和晃动。这因为极性分子在做高速自旋运动，此时红枣里面空间由于摩擦产生大量热量，因此红枣的内外温度骤然上升，存在于红枣内外众多水分子经表面蒸发而出，实现对红枣的干燥[2]。

在真空条件下，红枣内水分的沸点随着真空度的上升而下降，通过汽化而出。随着真空度的不断升高，水的沸点不断降低，使红枣水分由内向外产生推动力，加快了水分的迁移速度。结合微波加热，可使红枣快速干燥[3]。

2 微波真空干燥的特点

2.1 品质高

微波真空干燥在低温、少氧的条件下，能保证红枣所含热敏性和易被氧化成分不被热解和氧化。因此能够较好的保存色泽、香度和风味，提高红枣品质。

2.2 加热均匀、成本低、能耗低

红枣内外同步受热，保证了干燥的均匀性。真空冷冻干燥虽然保证了物料干燥后的品质，但资金投入高，干燥时冻干时间长，微波真空技术能大幅度缩短干燥时间，极大地降低了能耗和成本。

2.3 环保

干燥过程不产生有害气体或有害物质，保证生产环境的清洁。

2.4 过程可实现自动化控制

对干燥过程进行实时控制是必不可少的，通过控制微波发生器的开启与关断来控制微波的输出。另外，通过控制微波功率来控制加热的强度，由此实现被干燥物料的质量。

2.5 适用范围广

对于不同形状或不同大小的的物料均可有效干燥，但物料不宜过厚。

3 微波真空干燥技术的应用现状

华南农业大学运用微波真空干燥酶解后用来制作香蕉粉的香蕉汁，与热风干燥后的结果对比发现，热风干燥的样品VC保存率和溶解时长分别是微波真空干燥的1/3和3倍。微波真空干燥过的样品多种指标优于热风干燥。在微波功率为1500W，干燥时长半小时的条件下，样品在颜色方面表现较好[4]。

山西省农业科学研究院运用微波真空技术对红枣干燥，干燥速率随着微波功率的增大而加快。选定微波功率为3kW，干燥时长4min，可更好地保存酶和热敏性成分[5]。

中国农业机械化科学研究院分析了对苹果干微波真空干燥时，在不同微波功率、真空度、物料厚度、苹果片的初始含水率等因素的作用下对苹果干的膨化效果。固定其他变量，得到真空度从30kPa至15kPa每下降5kPa时，干燥速率显然加快且膨化率显然增高，真空度按上述梯度下降，且膨化到含水率为4.76%时，耗时从8min降至4min，时长明显缩短，膨化率从84%上升至321%，膨化效果明显变好[6]。

中国农业大学采用了正交旋转组合设计对扇贝柱进行了微波真空干燥的综合因子试验研究，分析了在三因子以及两因子协同作用下，对扇贝柱的干燥速度、收缩率、复水率和感官质量评价指标的影响，得到了优化后各因子的取值范围。并且对扇贝柱进行了微波真空干燥、自然干燥和热风干燥的对比试验，结果表明，微波真空干燥速度远快于其他两种干燥方式。实现了对扇贝柱的高效率、高质量和非油炸膨化[7]。

江苏大学对胡萝卜进行了微波一真空冷冻联合干燥，选择微波真空干燥临界水分点作为转换点，有效地保存了营养成分[8]。

黄子建对菠萝片进行热风一微波真空联合干燥、热风干燥和微波真空干燥试验，发现经热风一微波真空联合干燥后菠萝片的品质明显优于热风干燥[9]。

4 微波真空干燥技术的应用意见

干燥时为避免物料被焦化或糊化，适当选择微波强度和真空度，二者皆不宜过大。

针对干燥特定物料时，设备应按预设程序对温度等变量实时控制，可将模糊算法应用于PID控制实现。

针对不同物料可以运用神经网络分别建立含水率和输入变量的关系，从而为在线预测含水率提供方便，提高干燥质量及效率。

料盘可以设计为可运动型，使微波更加均匀地作用于物料。料盘结构可选择网状型，益于物料下表面水分的蒸发。