高振江教授——专注于真空脉动干燥技术研发 实现农产品绿色保质
来源:《中外农业概览》   日期:2019-07-08  浏览次数:

 

高教授的实验室在中国农业大学工学楼的5层,走进实验室门口,你就会被一幅对联吸引,上联是“红外气流加真空脉动”,下联是“香菇烤鸭配美味大枣”。这一幅对联道出了高教授的研究内容:“真空脉动加工技术”。而基于真空脉动压加工技术和基于温湿度控制的气流干燥技术,高教授在农产品物料干燥及干燥过程防褐变、保质等方面做出了斐然的成绩,在农产品加工的画卷上留下了浓墨重彩的一笔。

高振江,博士,教授,博士生导师。中国农业大学工学院教授,“现代农业装备与设施教育部工程研究中心”主任,农业农村部中青年有突出贡献专家,首届农业农村部中农产品加工专家委员会委员。长期从事农产品加工技术、装备与加工工艺方面的研究和教学工作,其研究成果已在全国10多个省市推广。代表性技术为脉动压加工技术、基于温湿度控制的气流干燥技术。在农产品物料干燥及干燥过程防褐变、保质等方面成绩斐然。培养硕、博士研究生计50余人;在国内外期刊上发表科技论文100多篇,其中SCI/EI论文70多篇;发明专利30多项。

国际发展的经验表明,人均GDP达到5000美元之后,人们的消费支出便会趋于食品的健康性、营养性。2017年,我国人均GDP已经超过8800美元,到2020年,人均GDP有望突破1万美元,人们对食品的消费需求便会向着营养、健康的方向发展。有专家预测,未来30年,以营养健康为导向的农产品加工业将迎来井喷式的高速发展。而在农产品加工的过程中,物料干燥作为农产品加工生产流程中不可缺少的环节,其干燥的过程及技术的使用将直接影响到农产品加工后的品质和质量。农产品的加工业要向着健康、绿色的方向发展,必然要去集中攻克一批具有引领性、突破性、复合型关键技术。

在这样的发展大背景下,农产品干燥领域出现了一批具有引领性、突破性、复合型关键技术。其中,中国农业大学工学院高振江教授研发的真空脉动干燥技术及装备就是一个典型的具有引领性技术。本期我们走进中国农业大学工学院与高教授,一起了解一下农产品加工中物料干燥中的高端技术——真空脉动技术及其装备。

 

真空脉动干燥技术,锁住美味,保持品质

 

研发真空脉动干燥技术,高教授荣获了4项国家发明专利。这项技术不仅是国内领先,在国际上也是首屈一指。因为它解决了枸杞、葡萄等浆果类表面有蜡质层覆盖并难以干燥的高糖份农产品物料的干燥问题。利用这项技术,高教授研制出了真空脉动干燥装备,这一装备中集成了基于干燥过程的加热板温度、物料温度,干燥室里的真空度、真空保持时间和常压保持时间等多信息融合的干燥过程监测和控制技术、接触和辐射式传热技术、触摸屏控制技术等,实现了根据物料特性实时动态优化调控干燥工艺。真空脉动加压设备在干燥的过程中,自动化程度高、干燥时间短、产品质量好。

采访中,我们站在隆隆地高速运转的真空脉动干燥装备旁边,浓郁的香菇味持续不断地飘来。高教授在一旁介绍说:“不用多说,你们也知道这里面正在干燥什么物料吧。这个技术就是要给你一个不一样的农产品形态,但却最大限度地保持了农产品原有的色泽和营养成分。”

真空脉动干燥技术是一种新型的干燥技术,其原理是利用干燥室真空-常压脉动交替的变化,改变物料的微观组织结构,促进物料内部水分迁移扩散;同时真空低氧环境有效抑制了物料在干制过程中的氧化褐变,在有效提高干燥效率的同时最大限度地保持物料原有的色泽和营养成分。这一技术和设备加工出来具有典型代表的产品是枸杞。

我国枸杞栽培区主要为宁夏、内蒙古、新疆、河北、青海、甘肃。在六大产区中,宁夏的枸杞为最优,俗称“红宝”,虽然个头不如别的地区的枸杞大,但是营养成分是最高的。经过多年的发展,制约枸杞产业发展的最大技术瓶颈就是鲜果保鲜。如何储藏枸杞?其中有一项加工技术便是干燥加工。高教授介绍,通过干燥技术对枸杞进行处理,降低枸杞原料的水分,增加可溶性物质的浓度,抑制微生物繁衍速率,抑制物料中所含酶的活性,使枸杞长期保存,便于枸杞的运输和储藏。这是解决枸杞鲜果不易保鲜的一种方法。

问题来了,农产品物料加工的方式有很多,有自然晾晒的、有太阳能干燥的、有冷冻干燥等等,为什么使用真空脉动技术加工出的枸杞品质最高呢?

物料干燥技术主要是解决农产品的三个问题:第一,降低原料的水分、增加可溶性物质的浓度,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,使制品能够长期保存;第三,使制品保留原料原有的营养成分、口感风味,降低运输成本。解决这三个问题,归根到底就是高教授一直提倡的“保质干燥”理念。为什么要保质干燥呢?

物料和干燥技术之间有一个相互匹配的选择,不是一项干燥技术能将世界上所有的物料都能实现保质干燥。我们曾经做过实验,同一种枸杞在不同的干燥技术下其口感也是不同的。为什么会发生这现象,因为在物料干燥的过程中,物料的一些可溶性固形物发生了损失,果肉中的可溶性固形物发生损失,品质不言而喻就会降低。比如说,我们品尝干燥后的枸杞,经常感觉是在吃空壳,里面的可溶性物质不见了,哪去了,在干燥的过程中损失了。但是从外形上来说,是看不出来的。这就是我提倡‘保质干燥’理念的原由,即物料和技术要有匹配,要根据物料特点来选择技术。枸杞物料的表层都有一层蜡质层,很多干燥技术为了干燥都要进行前期处理将这层蜡质层破坏,一旦蜡质层被破坏,果肉中的可溶性固形物就会造成一定的损失。

目前枸杞市场上,宁夏的百瑞源是最为著名的商标之一,百瑞源有一款产品的“锁鲜”就是采用了真空脉动干燥技术,完整保留枸杞天然蜡质层保护膜和组织结构,锁住枸杞鲜果的营养成分,弥补了自然晾晒和传统热风干燥技术的缺陷,从色泽、口感、营养上独领风骚。

真空脉动干燥技术还有一个最大的优点,就是加工时间短,加工时间短意味着在加工的过程中物料发生的生化反应少,损失就小,能够原汁原味地保持物料的色泽和风味。最为重要得是,能够提高加工过程中的产品的得率,进而实现农民的增收。百瑞源企业使用真空脉动加工技术加工的枸杞产品卖到了1000多块钱一公斤。

无独有偶,被誉为“中华第一枣”的新疆骏枣,这也是使用了高教授的真空脉动技术和装备加工后的产品。高教授介绍,新疆骏枣,产自世界上水果优生区——新疆,这里无污染沙化土壤,每天15小时充足的日照,昼夜20多度的温差,昆仑山终年冰川雪水的灌溉,这些得天独厚的自然条件,造成了新疆骏枣卓越的品质,新疆骏枣的品质已经闻名全国,如何把这种优质大枣,换一种吃法,给消费者带来一片不一样的骏枣?使用真空脉动技术加工骏枣枣片,在真空脉动干燥过程中,因保持着较低的物料温度,一些热敏性物质的营养成分可以得到很好的保存,由此保证了干燥后枣片的品质。所以一经出品因其醇厚的口感深受消费者欢迎。

 

注重科技成果转化,助推低收入农户增收

 

除了致力于真空脉动干燥技术与装备的研发,多年来,高教授一直利用自己的科研优势,身先士卒参与北京市统战部科技助农与新农村建设试点工程服务,服务农村、下基层、下田间地头进行调研,经常亲自驱车数百里走访试点村农民、乡镇领导,根据他们的需求,有针对性开展帮扶工作。

昌平区延寿镇黑山寨村“延寿谷”项目设立于2013年,在项目推进过程中,运用高教授的栗蘑的干燥技术,形成了栗蘑产业化发展,沟域旅游规模逐年扩大,形成特色小镇趋势。

2018年,高教授应邀参加了3次紫金国际中央的脱贫攻坚民主监督调研。在陕西深度贫困地区,乃至在全国,走的地方多了,高振江发现,这些不同地理位置,不同资源禀赋的深度贫困地区,在扶贫产业的选择上基本雷同,无非都是苹果、茶、猕猴桃、中药材、食用菌以及核桃等。

“现在很多地方还在扩大布局,可以想象未来几年将集中上市的农产品同质化竞争,将给农户带来的影响。”高教授有些忧心。“产业扶贫上,在适宜地区找到适宜的种植方式还是比较缺乏。”

在整个监督调研中,扶贫产业中存在的风险问题并非个例,高教授建议,要依据当地产业及产品特点,以提质增效为目标,开展保质加工技术的统筹谋划。在保护绿水青山基础上分别制定相关产业生产技术规范和产品标准,同时加强从业人员专业技术培训,培育打造特色品牌。他的建议写入了紫金国际中央给陕西省提的新农村建设、脱贫攻坚的意见,陕西省专门制定了全面的整改方案下发。

除了北京,高教授作为农业部特聘专家,他也利用自己的科研优势,助力西部地区的产业发展。

2013年,作为农业部产地初加工项目专家,高教授在新疆南疆和田地区调研与指导产地初加工补贴项目干燥机对杏子的干燥技术及装备使用,并初步制定完成杏子的干燥工艺和操作技术标准。在2015、2016年,高教授针对新疆、宁夏枸杞、葡萄等浆果类物料干燥过程使用碱性促干剂促干所造成的化学试剂残留问题,针对产业提质增效,在宁夏西夏区团结村、银川白瑞源公司、新疆吐鲁番葡萄试验站、和田农技推广站构建具有自主知识产权的真空脉动先进干燥技术和成套装备试验示范点。

2017年,高教授的真空脉动先进干燥技术在新疆和田“希望田野农业科技有限公司”推广使用。使用该技术加工的枸杞、葡萄干燥产品,不仅保证了枸杞、葡萄原有的品质特征,大大缩短加工时间,产品售价提高5~10倍。

 

未来:把“阳春白雪”进行普及

 

目前,乡村振兴的大幕正在全国各地拉开,而走好新时代乡村振兴路,就要顺应迈向高质量发展这个大势,让绿色成为“三农”发展的底色。采访中高教授说:“实现绿色保质是农产品加工的终极目标,而真空脉动干燥技术及装备是实现这一目标的手段。要扭住农业供给侧结构性改革这个‘牛鼻子’,不断提高农业质量效益和竞争力。就是要在农产品加工中普及发展这种先进的加工技术与设备。”

高教授说:“农产品干燥加工产业的发展空间和增值潜力巨大,我国目前是世界上水果和蔬菜等产量最大的国家,其中农产品产地初加工是现代农业产业体系中最薄弱的一个环节,也是我们非常关注,而且也是正在努力推进的重点工作。如何加快改善农产品产地初加工现状,提高初加工技术装备水平,并实现在农民中普及,这也是我们目前正在探索的一个课题和下一步的努力方向。真空脉动干燥技术与设备可适用于从水果到各种蔬菜,再到食用菌、干果等深加工产品,但是它对环境的要求比较高,对于农民来说,确实存在‘阳春白雪与下里巴人‘的问题。如何在农民中间进行推广?这是我目前正在动手解决的问题。怎样解决?就是要提高真空脉动干燥设备的自动化程度,在设备里放入识别系统,只要设备一开,实现设备根据物料参数的变化实现干燥过程的自动调节与控制,解决了这一问题,真空脉动干燥技术在农民中普及指日可待。”

 

后记:

 

会当凌绝顶,一览众山小。在农产品加工技术要求不断提高的今天,高教授研发的真空脉动干燥技术及设备为我们展示了一个优秀的技术为行业的发展做出的表率,并在乡村振兴中确实为农民增收做出了实实在在的贡献。目前,为了完善这项技术和装备,高教授提出了更高的目标。我们相信,随着自动化、智能化程度的提高,这项技术将成为永不落幕的璀璨明星,在农民的增收致富,在乡村振兴中大显身手!

 

真空脉动干燥技术及设备介绍

 

真空脉动干燥技术是一种新型的干燥技术,其原理是利用干燥室真空-常压脉动交替的变化,改变物料的微观组织结构,促进物料内部水分迁移扩散;同时真空低氧环境有效抑制了物料在干制过程中的氧化褐变,在有效提高干燥效率的同时最大限度的保持物料原有的色泽和营养成分。

所研制的真空脉动干燥机集成了基于干燥温度、真空度等多信息融合的干燥过程监测和控制技术、接触和辐射式传热技术、触摸屏控制技术等,能够根据物料特性实时动态优化调控干燥工艺,干燥自动化程度高、干燥时间短、产品质量好。 真空脉动干燥技术与装备先后获得国家发明专利4项: ZL201510036962.7,ZL201010546310.5,ZL200910235425.X ,ZL200810104061.7。

项目的实施解决了果菜自然干燥和燃煤热风干燥存在的干燥时间长、热敏性营养成分损失严重、色泽劣变等问题,尤其是解决了表面有蜡质层覆盖的枸杞、葡萄等使用促干剂促干所造成的化学试剂残留问题以及熏硫护色所造成的硫含量超标问题,为我国果菜干燥行业整体水平全面提升提供了科技支撑。

 

应用范围:应用在高附加值食品和药品的干燥上。

主要优势

安全卫生:干燥速度快,封闭隔尘,生物性污染几率低,干燥过程不需要任何化学促干剂处理,避免了碱性促干剂残留所造成的食品安全问题。

干燥时间短:葡萄干燥时间在20小时以内;7小时内完成颗粒直径为9mm枸杞的干燥(枸杞干果湿基含水率≤13%),干燥时间仅为同等温度条件下热风对流干燥用时的1/4。

干燥品质好:葡萄干色泽呈黄绿色或琥珀色,葡萄原果香味浓郁;枸杞中多糖含量是同等温度条件下热风对流干燥的2.5倍,色泽保持良好,复水率高,干燥后枸杞表面细胞多孔道结构,利于深加工或直接食用时有效成分的溶出利用。

成果所属人:高振江教授及其团队

 

/王妮、李睿  《中外农业概览》编辑部  赵雪娇 专家委员会  图/高振江研究团队提供