高振江教授——專注于真空脈動干燥技術研發 實現農產品綠色保質
來源:《中外農業概覽》   日期:2019-07-08  瀏覽次數:

 

高教授的實驗室在中國農業大學工學樓的5層,走進實驗室門口,你就會被一幅對聯吸引,上聯是“紅外氣流加真空脈動”,下聯是“香菇烤鴨配美味大棗”。這一幅對聯道出了高教授的研究內容:“真空脈動加工技術”。而基于真空脈動壓加工技術和基于溫濕度控制的氣流干燥技術,高教授在農產品物料干燥及干燥過程防褐變、保質等方面做出了斐然的成績,在農產品加工的畫卷上留下了濃墨重彩的一筆。

高振江,博士,教授,博士生導師。中國農業大學工學院教授,“現代農業裝備與設施教育部工程研究中心”主任,農業農村部中青年有突出貢獻專家,首屆農業農村部中農產品加工專家委員會委員。長期從事農產品加工技術、裝備與加工工藝方面的研究和教學工作,其研究成果已在全國10多個省市推廣。代表性技術為脈動壓加工技術、基于溫濕度控制的氣流干燥技術。在農產品物料干燥及干燥過程防褐變、保質等方面成績斐然。培養碩、博士研究生計50余人;在國內外期刊上發表科技論文100多篇,其中SCI/EI論文70多篇;發明專利30多項。

國際發展的經驗表明,人均GDP達到5000美元之后,人們的消費支出便會趨于食品的健康性、營養性。2017年,我國人均GDP已經超過8800美元,到2020年,人均GDP有望突破1萬美元,人們對食品的消費需求便會向著營養、健康的方向發展。有專家預測,未來30年,以營養健康為導向的農產品加工業將迎來井噴式的高速發展。而在農產品加工的過程中,物料干燥作為農產品加工生產流程中不可缺少的環節,其干燥的過程及技術的使用將直接影響到農產品加工后的品質和質量。農產品的加工業要向著健康、綠色的方向發展,必然要去集中攻克一批具有引領性、突破性、復合型關鍵技術。

在這樣的發展大背景下,農產品干燥領域出現了一批具有引領性、突破性、復合型關鍵技術。其中,中國農業大學工學院高振江教授研發的真空脈動干燥技術及裝備就是一個典型的具有引領性技術。本期我們走進中國農業大學工學院與高教授,一起了解一下農產品加工中物料干燥中的高端技術——真空脈動技術及其裝備。

 

真空脈動干燥技術,鎖住美味,保持品質

 

研發真空脈動干燥技術,高教授榮獲了4項國家發明專利。這項技術不僅是國內領先,在國際上也是首屈一指。因為它解決了枸杞、葡萄等漿果類表面有蠟質層覆蓋并難以干燥的高糖份農產品物料的干燥問題。利用這項技術,高教授研制出了真空脈動干燥裝備,這一裝備中集成了基于干燥過程的加熱板溫度、物料溫度,干燥室里的真空度、真空保持時間和常壓保持時間等多信息融合的干燥過程監測和控制技術、接觸和輻射式傳熱技術、觸摸屏控制技術等,實現了根據物料特性實時動態優化調控干燥工藝。真空脈動加壓設備在干燥的過程中,自動化程度高、干燥時間短、產品質量好。

采訪中,我們站在隆隆地高速運轉的真空脈動干燥裝備旁邊,濃郁的香菇味持續不斷地飄來。高教授在一旁介紹說:“不用多說,你們也知道這里面正在干燥什么物料吧。這個技術就是要給你一個不一樣的農產品形態,但卻最大限度地保持了農產品原有的色澤和營養成分。”

真空脈動干燥技術是一種新型的干燥技術,其原理是利用干燥室真空-常壓脈動交替的變化,改變物料的微觀組織結構,促進物料內部水分遷移擴散;同時真空低氧環境有效抑制了物料在干制過程中的氧化褐變,在有效提高干燥效率的同時最大限度地保持物料原有的色澤和營養成分。這一技術和設備加工出來具有典型代表的產品是枸杞。

我國枸杞栽培區主要為寧夏、內蒙古、新疆、河北、青海、甘肅。在六大產區中,寧夏的枸杞為最優,俗稱“紅寶”,雖然個頭不如別的地區的枸杞大,但是營養成分是最高的。經過多年的發展,制約枸杞產業發展的最大技術瓶頸就是鮮果保鮮。如何儲藏枸杞?其中有一項加工技術便是干燥加工。高教授介紹,通過干燥技術對枸杞進行處理,降低枸杞原料的水分,增加可溶性物質的濃度,抑制微生物繁衍速率,抑制物料中所含酶的活性,使枸杞長期保存,便于枸杞的運輸和儲藏。這是解決枸杞鮮果不易保鮮的一種方法。

問題來了,農產品物料加工的方式有很多,有自然晾曬的、有太陽能干燥的、有冷凍干燥等等,為什么使用真空脈動技術加工出的枸杞品質最高呢?

物料干燥技術主要是解決農產品的三個問題:第一,降低原料的水分、增加可溶性物質的濃度,降低水活度,抑制微生物繁衍速率;第二,抑制物料中所含酶的活性,使制品能夠長期保存;第三,使制品保留原料原有的營養成分、口感風味,降低運輸成本。解決這三個問題,歸根到底就是高教授一直提倡的“保質干燥”理念。為什么要保質干燥呢?

物料和干燥技術之間有一個相互匹配的選擇,不是一項干燥技術能將世界上所有的物料都能實現保質干燥。我們曾經做過實驗,同一種枸杞在不同的干燥技術下其口感也是不同的。為什么會發生這現象,因為在物料干燥的過程中,物料的一些可溶性固形物發生了損失,果肉中的可溶性固形物發生損失,品質不言而喻就會降低。比如說,我們品嘗干燥后的枸杞,經常感覺是在吃空殼,里面的可溶性物質不見了,哪去了,在干燥的過程中損失了。但是從外形上來說,是看不出來的。這就是我提倡‘保質干燥’理念的原由,即物料和技術要有匹配,要根據物料特點來選擇技術。枸杞物料的表層都有一層蠟質層,很多干燥技術為了干燥都要進行前期處理將這層蠟質層破壞,一旦蠟質層被破壞,果肉中的可溶性固形物就會造成一定的損失。

目前枸杞市場上,寧夏的百瑞源是最為著名的商標之一,百瑞源有一款產品的“鎖鮮”就是采用了真空脈動干燥技術,完整保留枸杞天然蠟質層保護膜和組織結構,鎖住枸杞鮮果的營養成分,彌補了自然晾曬和傳統熱風干燥技術的缺陷,從色澤、口感、營養上獨領風騷。

真空脈動干燥技術還有一個最大的優點,就是加工時間短,加工時間短意味著在加工的過程中物料發生的生化反應少,損失就小,能夠原汁原味地保持物料的色澤和風味。最為重要得是,能夠提高加工過程中的產品的得率,進而實現農民的增收。百瑞源企業使用真空脈動加工技術加工的枸杞產品賣到了1000多塊錢一公斤。

無獨有偶,被譽為“中華第一棗”的新疆駿棗,這也是使用了高教授的真空脈動技術和裝備加工后的產品。高教授介紹,新疆駿棗,產自世界上水果優生區——新疆,這里無污染沙化土壤,每天15小時充足的日照,晝夜20多度的溫差,昆侖山終年冰川雪水的灌溉,這些得天獨厚的自然條件,造成了新疆駿棗卓越的品質,新疆駿棗的品質已經聞名全國,如何把這種優質大棗,換一種吃法,給消費者帶來一片不一樣的駿棗?使用真空脈動技術加工駿棗棗片,在真空脈動干燥過程中,因保持著較低的物料溫度,一些熱敏性物質的營養成分可以得到很好的保存,由此保證了干燥后棗片的品質。所以一經出品因其醇厚的口感深受消費者歡迎。

 

注重科技成果轉化,助推低收入農戶增收

 

除了致力于真空脈動干燥技術與裝備的研發,多年來,高教授一直利用自己的科研優勢,身先士卒參與北京市統戰部科技助農與新農村建設試點工程服務,服務農村、下基層、下田間地頭進行調研,經常親自驅車數百里走訪試點村農民、鄉鎮領導,根據他們的需求,有針對性開展幫扶工作。

昌平區延壽鎮黑山寨村“延壽谷”項目設立于2013年,在項目推進過程中,運用高教授的栗蘑的干燥技術,形成了栗蘑產業化發展,溝域旅游規模逐年擴大,形成特色小鎮趨勢。

2018年,高教授應邀參加了3次九三學社中央的脫貧攻堅民主監督調研。在陜西深度貧困地區,乃至在全國,走的地方多了,高振江發現,這些不同地理位置,不同資源稟賦的深度貧困地區,在扶貧產業的選擇上基本雷同,無非都是蘋果、茶、獼猴桃、中藥材、食用菌以及核桃等。

“現在很多地方還在擴大布局,可以想象未來幾年將集中上市的農產品同質化競爭,將給農戶帶來的影響。”高教授有些憂心。“產業扶貧上,在適宜地區找到適宜的種植方式還是比較缺乏。”

在整個監督調研中,扶貧產業中存在的風險問題并非個例,高教授建議,要依據當地產業及產品特點,以提質增效為目標,開展保質加工技術的統籌謀劃。在保護綠水青山基礎上分別制定相關產業生產技術規范和產品標準,同時加強從業人員專業技術培訓,培育打造特色品牌。他的建議寫入了九三學社中央給陜西省提的新農村建設、脫貧攻堅的意見,陜西省專門制定了全面的整改方案下發。

除了北京,高教授作為農業部特聘專家,他也利用自己的科研優勢,助力西部地區的產業發展。

2013年,作為農業部產地初加工項目專家,高教授在新疆南疆和田地區調研與指導產地初加工補貼項目干燥機對杏子的干燥技術及裝備使用,并初步制定完成杏子的干燥工藝和操作技術標準。在2015、2016年,高教授針對新疆、寧夏枸杞、葡萄等漿果類物料干燥過程使用堿性促干劑促干所造成的化學試劑殘留問題,針對產業提質增效,在寧夏西夏區團結村、銀川白瑞源公司、新疆吐魯番葡萄試驗站、和田農技推廣站構建具有自主知識產權的真空脈動先進干燥技術和成套裝備試驗示范點。

2017年,高教授的真空脈動先進干燥技術在新疆和田“希望田野農業科技有限公司”推廣使用。使用該技術加工的枸杞、葡萄干燥產品,不僅保證了枸杞、葡萄原有的品質特征,大大縮短加工時間,產品售價提高5~10倍。

 

未來:把“陽春白雪”進行普及

 

目前,鄉村振興的大幕正在全國各地拉開,而走好新時代鄉村振興路,就要順應邁向高質量發展這個大勢,讓綠色成為“三農”發展的底色。采訪中高教授說:“實現綠色保質是農產品加工的終極目標,而真空脈動干燥技術及裝備是實現這一目標的手段。要扭住農業供給側結構性改革這個‘牛鼻子’,不斷提高農業質量效益和競爭力。就是要在農產品加工中普及發展這種先進的加工技術與設備。”

高教授說:“農產品干燥加工產業的發展空間和增值潛力巨大,我國目前是世界上水果和蔬菜等產量最大的國家,其中農產品產地初加工是現代農業產業體系中最薄弱的一個環節,也是我們非常關注,而且也是正在努力推進的重點工作。如何加快改善農產品產地初加工現狀,提高初加工技術裝備水平,并實現在農民中普及,這也是我們目前正在探索的一個課題和下一步的努力方向。真空脈動干燥技術與設備可適用于從水果到各種蔬菜,再到食用菌、干果等深加工產品,但是它對環境的要求比較高,對于農民來說,確實存在‘陽春白雪與下里巴人‘的問題。如何在農民中間進行推廣?這是我目前正在動手解決的問題。怎樣解決?就是要提高真空脈動干燥設備的自動化程度,在設備里放入識別系統,只要設備一開,實現設備根據物料參數的變化實現干燥過程的自動調節與控制,解決了這一問題,真空脈動干燥技術在農民中普及指日可待。”

 

后記:

 

會當凌絕頂,一覽眾山小。在農產品加工技術要求不斷提高的今天,高教授研發的真空脈動干燥技術及設備為我們展示了一個優秀的技術為行業的發展做出的表率,并在鄉村振興中確實為農民增收做出了實實在在的貢獻。目前,為了完善這項技術和裝備,高教授提出了更高的目標。我們相信,隨著自動化、智能化程度的提高,這項技術將成為永不落幕的璀璨明星,在農民的增收致富,在鄉村振興中大顯身手!

 

真空脈動干燥技術及設備介紹

 

真空脈動干燥技術是一種新型的干燥技術,其原理是利用干燥室真空-常壓脈動交替的變化,改變物料的微觀組織結構,促進物料內部水分遷移擴散;同時真空低氧環境有效抑制了物料在干制過程中的氧化褐變,在有效提高干燥效率的同時最大限度的保持物料原有的色澤和營養成分。

所研制的真空脈動干燥機集成了基于干燥溫度、真空度等多信息融合的干燥過程監測和控制技術、接觸和輻射式傳熱技術、觸摸屏控制技術等,能夠根據物料特性實時動態優化調控干燥工藝,干燥自動化程度高、干燥時間短、產品質量好。 真空脈動干燥技術與裝備先后獲得國家發明專利4項: ZL201510036962.7,ZL201010546310.5,ZL200910235425.X ,ZL200810104061.7。

項目的實施解決了果菜自然干燥和燃煤熱風干燥存在的干燥時間長、熱敏性營養成分損失嚴重、色澤劣變等問題,尤其是解決了表面有蠟質層覆蓋的枸杞、葡萄等使用促干劑促干所造成的化學試劑殘留問題以及熏硫護色所造成的硫含量超標問題,為我國果菜干燥行業整體水平全面提升提供了科技支撐。

 

應用范圍:應用在高附加值食品和藥品的干燥上。

主要優勢

安全衛生:干燥速度快,封閉隔塵,生物性污染幾率低,干燥過程不需要任何化學促干劑處理,避免了堿性促干劑殘留所造成的食品安全問題。

干燥時間短:葡萄干燥時間在20小時以內;7小時內完成顆粒直徑為9mm枸杞的干燥(枸杞干果濕基含水率≤13%),干燥時間僅為同等溫度條件下熱風對流干燥用時的1/4。

干燥品質好:葡萄干色澤呈黃綠色或琥珀色,葡萄原果香味濃郁;枸杞中多糖含量是同等溫度條件下熱風對流干燥的2.5倍,色澤保持良好,復水率高,干燥后枸杞表面細胞多孔道結構,利于深加工或直接食用時有效成分的溶出利用。

成果所屬人:高振江教授及其團隊

 

/王妮、李睿  《中外農業概覽》編輯部  趙雪嬌 專家委員會  圖/高振江研究團隊提供

    
    
    
    
    
    
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