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《中国食品报》报道:朱文学 先进干燥技术 促进食品工业发展
2017-05-03 16:10  

他是河南省重点学科河南科技大学“食品科学与工程”学科带头人,农产品干燥装备河南省工程技术研究中心主任,担任中国农业机械学会常务理事、河南食品科学技术学会副理事长。他长期从事农产品加工工程技术、干燥技术与设备研究,在该领域取得的理论突破,已在生产实践中得到成功应用,研究成果多次获得河南省科技奖励。

他是河南省跨世纪学术和技术带头人培养对象,1999年首届全国优秀博士论文奖获得者,曾担任河南科技大学食品与生物工程学院院长十余年,主持建设了河南省特色专业“食品科学与工程”,建成国家级“食品加工与安全”实验教学示范中心。

本期食品学院周刊邀请河南科技大学科技处处长朱文学教授走进【对话封面人物】,谈谈他对利用干燥技术提升我国农产品和食品加工水平及促进产业发展的实践与思考。

常规干燥技术各有所长

优化组合是发展方向

朱文学教授在接受采访时介绍说,大部分农产品如粮食、果蔬等由于其水分含量较高,易腐烂变质,需要以干制品的形式流通。干燥技术的一个重要的作用就是通过干燥,降低物料水分,创造一个不利于虫霉生长的低水分环境,提高物料储藏的稳定性,延长其使用期限。另外,通过干燥农产品和食品更便于包装、运输和加工利用。通过合理组织干燥条件,可简化工艺,提高农产品质量,减少粮食损失,增加农民收入。

朱文学说,目前用于农产品和食品的干燥技术主要包括热风干燥、热泵干燥、太阳能干燥、微波干燥、真空干燥、微波真空干燥、真空冷冻干燥和新型联合干燥技术等,不同的干燥技术各有所长。如传统的热风干燥是目前应用最为广泛的粮食、果蔬的干燥方法。热风干燥虽时间短、能耗低,但是干燥后产品易表面硬化,干制品品质较差。此外,物料中大量对热敏感的功能性成分在热风干燥中有很多损失。

热泵干燥是利用制冷系统使得干燥介质降温脱湿,同时回收水分凝结潜热来加热空气,进行闭路循环,以达到干燥物料效果。利用热泵干燥技术制得的干制品品质好,能耗低,但是在干燥的中后期阶段,干燥速率减缓且能耗较高,使得干燥时间增加,导致产品品质下降。

微波干燥的原理是依靠高频电磁波引发干燥物料内的水等极性分子运动,按微波频率作同步旋转和摆动。微波具有加热速度快、干燥时间短、选择性好、能源利用率高和便于控制等优点。微波加热可以和对流或者真空干燥技术相结合,充分利用微波干燥技术快速、高效等优点,以降低能耗。真空干燥又称为减压干燥,由于低压干燥条件下,氧含量低,可防止物料氧化变质,避免脂肪氧化,产生褐变,是一种环保绿色干燥技术。

朱文学认为,常规的单一模式干燥技术装备在应用过程中存在着不同的瓶颈问题,农产品和食品干燥领域发展的趋势是研究低碳节能技术和优化组合干燥技术及其装备,以降低能耗、提高农产品和食品干燥效率及其品质。如真空微波联合干燥技术,结合了微波加热和真空干燥两者的优点,是一种很有应用前景的干燥技术。

无氧热泵干燥有效提高产品品质

中药材干燥理论技术研究领先

朱文学说,在现有的农产品和食品干燥手段中,除冷冻干燥和真空干燥外,其他干燥方式都会出现加热过程中物料成分氧化劣变问题。但真空干燥和冷冻干燥设备复杂,干燥成本高,使用局限性大。而热泵干燥是利用热泵进行除湿和干燥介质加热的干燥形式,干燥温度较温和,适合农产品和食品等成分的干燥,热泵干燥耗能相对较低,也是大批量干燥的首选方法。

在进行热泵干燥时,朱文学和他的研究团队提出了采用氮气、二氧化碳等惰性气体作为热泵的干燥介质,杜绝了被干燥物料和氧气的接触,避免了干燥过程中的氧化和品质劣变,实现了低温、低氧、高品质干燥。

研究团队针对无氧热泵干燥做了大量的试验探索,并在此基础上研发了双蒸发器和双冷凝器的内循环低氧气调热泵干燥设备。该设备保留了热泵干燥的低能耗特点,同时采用氮气或二氧化碳来代替空气介质以实现低氧干燥环境,从而显著抑制了干燥过程中的氧化反应并有效提高了产品品质。对苹果、胡萝卜、猕猴桃等果蔬以及金银花、地黄、丹参、百合等中药材的气调干燥研究表明,当氧气浓度降至1%—5%时,物料中有效成分的氧化降解被有效抑制,这一研究为促进农产品精深加工产业发展提供了重要支持。

河南省是我国中药材的重要产地,资源优势明显,二十多年来,朱文学和他的研究团队开展了中药材现代干燥理论和技术的研究。重点研究了怀山药、杜仲、金银花、丹参、地黄、山茱萸等道地中药材的功能成分在干燥过程中的变化过程,探讨了其干燥质量退化机理,建立了质量退化模型;提出了挥发性成分的回收理论,开展了干燥过程中变色机理的研究。在中药材真空干燥方面,较全面地掌握了中药材在真空状态下的传热传质规律及干燥速率和有效成分含量与工艺参数的关系,建立了中药材真空干燥模型;探索试制了中药材连续真空干燥设备,对干燥设备进行了系统和结构优化设计,在国内外中药材干燥领域中处于领先地位。

发挥学科专业特色优势

服务地方经济社会发展

朱文学介绍,经过30多年的发展,河南科技大学食品与生物工程学院在农产品特色资源干燥理论与技术、天然产物组分与功能食品、食品分析与智能检测、食品生物技术等方向,形成了特色鲜明的学科专业特色,并在生产实践中得到应用。

如在农产品干燥理论与技术研究方面,研制出了连续化大型粮食干燥设备,并成功应用于粮食主产区的粮食干燥。首次利用有限元分析方法模拟了微波冻干谐振腔的电场分布,开发了基于热泵除湿无氧热风干燥技术;基于涡流管制冷的常压冻干理论及结构设计填补了国内空白。

在天然产物组分与功能食品研究方面,重点开展了牡丹、甘草等特色资源功效成分分离、纯化、功能评价以及产业化技术等方面的研究,牡丹花色素结构鉴定及理化性质研究获河南省科技进步奖二等奖;开发了甘草酸等活性成分绿色产业化分离制备技术,技术水平国际领先,主要产品市场占有率超过70%,企业实现年产值达4亿元。此外,在食品分析与智能检测研究方面,联合开发的瘦肉精高灵敏度免疫层析和数码免疫层析试纸条,国内市场占有率居同行业前列。在食品微生物的挖掘与利用方面,定向筛选出高发酵活力的酵母菌和醋酸菌,解决了怀山药、野生猕猴桃、山茱萸等新型果酒、果醋发酵中的关键技术。

作为河南科技大学食品科学与工程学科带头人,朱文学说,食品与生物工程学院将继续结合河南省地域资源优势及本学科特色,开展科学研究和技术创新服务,成为区域科技创新中心和技术推广中心。加强产学研结合,不断创新与研发食品加工新技术与新装备,帮助企业开发新产品,改进传统加工技术,面向社会经济建设主战场进行科学研究,促进农产品加工和食品行业的快速发展。潘锋

《中国食品报》2017年4月26日第A5版

链接:http://dzb.cnfood.cn/index.php?bh=A5&d=2017-04-26

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