孫振剛，陳健，屈佳蕾，廖芷柔，王婷婷，閆國琦

(1. 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院,廣州市,510640;2. 嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)與技術(shù)廣東省實(shí)驗(yàn)室茂名分中心,廣東茂名,525099)

0 引言

化橘紅(Citri Grandis Exocarpium)全稱化州橘紅,來源于蕓香科植物化州柚(Citri grandis ‘Tomentosa’)未成熟或近成熟的干燥外層果皮[1],屬于“中國四大南藥”和“十大廣藥”之一,更是嶺南八大道地藥材之首,有著“一片值千金”的說法。作為我國傳統(tǒng)中草藥之一,《廣東通志》首次記錄化橘紅入藥,《本草綱目拾遺》將其作為正式的藥材立目分類[2]。

化橘紅是在夏天尚未成熟的時(shí)候采摘,放入開水中稍煮,然后把果皮切成五片或七片[3],去掉里面的果肉和中間的果瓤,最終擠壓成形并烘干。由于化橘紅的市場需求量不斷增長,不僅化州地區(qū)種植量增加,而且發(fā)展到非道地地區(qū)也有大量種植[4],隨著化橘紅產(chǎn)業(yè)規(guī)模和市場的擴(kuò)大,對其裝備化提出了更高的要求。

化橘紅品質(zhì)的好壞與其干燥方式有很大的關(guān)系,對化橘紅干燥工藝進(jìn)行深入研究,既有實(shí)用價(jià)值,也有一定的理論意義。傳統(tǒng)的陽光生曬既消耗人力,又受到氣候的嚴(yán)重影響,烘干房烘干耗費(fèi)材料的同時(shí)對環(huán)境污染較大。當(dāng)前一些企業(yè)已開始使用設(shè)備干燥,極大地提高了生產(chǎn)效率,但行業(yè)內(nèi)部絕大多數(shù)依然認(rèn)為傳統(tǒng)干燥法具有不可替代的作用,認(rèn)為其干燥出來的化橘紅品質(zhì)最佳。對于化橘紅烘干,目前尚無一套科學(xué)規(guī)范的溫濕度控制方法及烘干標(biāo)準(zhǔn),由此導(dǎo)致市面上化橘紅產(chǎn)品品質(zhì)良莠不齊、同質(zhì)化嚴(yán)重,甚至出現(xiàn)用柚皮摻假的現(xiàn)象[5]。

針對上述問題,本文對化橘紅的干燥現(xiàn)狀展開分析,對比探究化橘紅傳統(tǒng)干燥方法和各種機(jī)械化干燥技術(shù)與設(shè)備的優(yōu)缺點(diǎn),以及機(jī)械化干燥技術(shù)對化橘紅品質(zhì)的影響,指出化橘紅干燥階段機(jī)械化發(fā)展存在的問題,相應(yīng)地剖析化橘紅機(jī)械化干燥技術(shù)與設(shè)備的發(fā)展對策,并提出展望。

1 化橘紅干燥技術(shù)與設(shè)備研究現(xiàn)狀

1.1 化橘紅傳統(tǒng)干燥方法

化橘紅傳統(tǒng)加工方式是將夏季未成熟的化橘紅果采摘后經(jīng)過沸水蒸煮,然后將果皮切割成5或7瓣(稱五爪或七爪化橘紅),除去果瓤及部分中果皮,壓制成形并干燥[6]。由于化州柚的果皮與果肉之間有較厚的果瓤緊密連接,導(dǎo)致果皮和果肉很難分開,目前市面上沒有化州柚機(jī)械化切皮裝置,而依靠人工制作五爪、七爪化橘紅耗時(shí)耗力,效率低下;因此當(dāng)前行業(yè)內(nèi)通用的做法是在化橘紅果瓤極少的幼果期,將幼果采摘下來經(jīng)過沸水蒸煮后干燥處理,得到化橘紅干果,之后再制成化橘紅切片或化橘紅絲。雖然這種加工方式提高了加工效率,同時(shí)有研究表明化橘紅幼果的療效較好[7],但是行業(yè)內(nèi)依然有很多從業(yè)人員認(rèn)為五爪、七爪化橘紅的功效和口感更好,且市場上爪皮的價(jià)格比切片要昂貴。

傳統(tǒng)化橘紅干燥工藝主要有陽光生曬、陰干和烘干房烘干三種方式,前兩種方式主要依靠自然陽光的熱量以及空氣流動(dòng)加速化橘紅中水分的蒸發(fā)。烘干房(圖1)烘干的原理是柴火燃燒產(chǎn)生的熱量通過熱管道進(jìn)入烘干室,熱管道對房間進(jìn)行熱傳遞,使室內(nèi)溫度介于50～70 ℃之間,烘干室內(nèi)旋轉(zhuǎn)的風(fēng)扇通過抽風(fēng)或鼓風(fēng)進(jìn)行濕熱傳遞,并且?guī)?dòng)房間內(nèi)熱空氣流動(dòng),使得房間內(nèi)熱量趨于均勻分布,從而使化橘紅盡可能干燥均勻。烘干時(shí)間根據(jù)全果、切片類型以及烘干量有所不同,介于1.5～4天之間;相對于全果,切片烘干的時(shí)間會(huì)短些。烘干房則由磚和水泥結(jié)構(gòu)建造,內(nèi)部包裝一層隔熱材料。烘干房內(nèi)放置烘干架,架上有網(wǎng)格狀托盤,化橘紅放置于托盤內(nèi)。

圖1 烘干房示意圖

傳統(tǒng)陽光生曬或陰干的干燥方式成本低廉,操作簡便,但受環(huán)境因素影響較大,干制時(shí)間長,衛(wèi)生環(huán)境不能保證,可能導(dǎo)致干燥完的化橘紅質(zhì)量良莠不齊。烘干房干燥的方式成本低廉,一次性烘干量大,烘干的化橘紅有獨(dú)特的香味,但是其溫度不易控制,容易出現(xiàn)烘干不均勻的現(xiàn)象,并且干燥時(shí)間長,能耗高。

1.2 化橘紅機(jī)械化干燥技術(shù)與設(shè)備

化橘紅干燥過程受內(nèi)在化橘紅果成熟度和外在影響因素主導(dǎo),夏季采摘的化橘紅果實(shí)未成熟且果皮薄,干燥時(shí)間短,秋冬季節(jié)采摘的果實(shí)已成熟且果皮厚,干燥時(shí)間長。外在因素比較復(fù)雜,環(huán)境溫濕度這一對耦合參數(shù)其中一種發(fā)生變化都會(huì)對整體干燥程度產(chǎn)生影響,空氣流速在一定范圍內(nèi)也對化橘紅干燥速率有影響。目前化橘紅干燥環(huán)節(jié)急需解決的問題是不能只依靠人工經(jīng)驗(yàn)判斷干燥程度,而是提供一套低成本高效率的機(jī)械化干燥設(shè)備技術(shù)方案,且干燥設(shè)備技術(shù)方案要最大程度上保留化橘紅傳統(tǒng)要求的色香味藥效。根據(jù)藥典要求,把化橘紅濕基含水率減至11%以下,降低其水分活度,抑制微生物和活性成分降解,是延長貨架期、保持品質(zhì)的有效手段,干制產(chǎn)品的質(zhì)量和體積減小也使得包裝和運(yùn)輸成本大幅降低[8]?，F(xiàn)階段化橘紅機(jī)械化干燥技術(shù)有熱風(fēng)干燥、熱泵干燥、微波干燥、真空干燥、冷凍干燥等。

1.2.1 熱風(fēng)干燥技術(shù)與設(shè)備

熱風(fēng)干燥是化橘紅主要干燥方式之一。熱風(fēng)干燥的原理:利用風(fēng)機(jī)將加熱的空氣吹入干燥室中,新鮮的化橘紅果表皮水分受熱蒸發(fā),熱量進(jìn)一步由表面向中心傳遞,水分由內(nèi)向外擴(kuò)散,在化橘紅表面蒸發(fā)掉;產(chǎn)生的高濕高熱空氣由間歇開啟的排風(fēng)扇排出干燥室,以此達(dá)到快速干燥的目的。有研究采用化橘紅切片進(jìn)行熱風(fēng)干燥實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)切片厚度和干燥溫度對干燥過程影響顯著。熱風(fēng)干燥設(shè)備技術(shù)相對成熟,具有操作簡單、不受氣候條件的影響、成本低、衛(wèi)生條件好等優(yōu)點(diǎn),我國大多數(shù)中草藥和果蔬干燥常采用熱風(fēng)干燥,但是目前這種干燥方法及其控制方式不具有針對性,對化橘紅組織結(jié)構(gòu)以及熱敏活性物質(zhì)具有一定的破壞性,且存在耗能高和熱效率低等問題。

1.2.2 熱泵干燥技術(shù)與設(shè)備

熱泵干燥裝置是由壓縮機(jī)、蒸發(fā)器、冷凝器、膨脹閥和干燥室等組成的封閉循環(huán)系統(tǒng)(圖2)[9]。其原理是高溫低濕的熱空氣進(jìn)入干燥室,流經(jīng)化橘紅表皮表面,帶走其內(nèi)部水分,蒸發(fā)成高濕空氣;高濕空氣經(jīng)過蒸發(fā)器降溫除濕后變成低溫低濕的空氣,然后通過風(fēng)機(jī)作用流經(jīng)冷凝器表面,空氣被冷凝器釋放的熱量等濕加熱成高溫低濕的熱空氣,具有干燥能力的熱空氣再進(jìn)入干燥室干燥化橘紅,如此循環(huán)往復(fù),使化橘紅中的水分不斷減少,最終達(dá)到干燥標(biāo)準(zhǔn)。雖然與傳統(tǒng)干燥方式相比,熱泵干燥更經(jīng)濟(jì)[10],并且熱泵干燥技術(shù)干燥溫度低、易于控制和能耗低的特點(diǎn)適合對化橘紅進(jìn)行烘干處理,但是其一次性投入的成本和后期維護(hù)成本較大,且后期存在除濕不足、能耗高等缺陷,極大地限制了應(yīng)用范圍[11-13],故對于中小型企業(yè)來說,一般較少采用熱泵干燥設(shè)備。

圖2 熱泵干燥原理圖

1.2.3 微波干燥技術(shù)與設(shè)備

微波干燥是利用電磁波微波段熱效應(yīng)原理,其工作原理如圖3所示?；偌t在微波的熱輻射下,內(nèi)部水分子產(chǎn)生極速熱運(yùn)動(dòng),游離水和結(jié)合水散失,以達(dá)到干燥的目的。微波干燥能夠保留果蔬本身的營養(yǎng)物質(zhì),具有殺菌殺蟲作用,而且干燥時(shí)間短、速度快、能量利用率高,節(jié)約能量的同時(shí)提高了干燥效率[14]。微波干燥會(huì)使蕓香科類果實(shí)果皮中的揮發(fā)油有一定的損耗,且存在干燥出來的產(chǎn)品色差和形變較大、干燥過程最終水分含量難以控制、成本大等問題[15-16],因而該技術(shù)大多還停留在實(shí)驗(yàn)階段,目前對于化橘紅干燥不太適合,但具有潛在的研究和應(yīng)用前景。

圖3 微波干燥原理圖

1.2.4 真空干燥技術(shù)

真空干燥技術(shù)是一種將干燥原料置于真空負(fù)壓條件下適當(dāng)加熱,使其在較低溫度下實(shí)現(xiàn)水分蒸發(fā)的干燥方式[17]?；偌t果放入密閉環(huán)境中,然后將環(huán)境抽至真空的同時(shí)不斷加熱,化橘紅內(nèi)部水分子在真空壓力差或濃度差的作用下逃逸至表面,通過真空泵將水分帶走。真空干燥能夠使化橘紅較好的保留原始特性,干燥時(shí)間短,無過熱現(xiàn)象,減少高溫對重要成分產(chǎn)生破壞,但干燥成本高、耗能高且生產(chǎn)力較低。這種設(shè)備適用于熱敏性物料,或高溫下易氧化的物料,或排出的氣體有毒害、有燃燒性的物料,在化橘紅干燥領(lǐng)域應(yīng)用很少。

1.2.5 冷凍干燥技術(shù)

冷凍干燥是利用冰晶升華的原理,其工作原理如圖4所示。新鮮的化橘紅在低溫環(huán)境下內(nèi)部水分迅速結(jié)成冰晶狀,然后在真空狀態(tài)下使冰晶升華成氣態(tài),再通過解吸過程去除部分結(jié)合水,可以使化橘紅干燥和長期保存。由于冷凍干燥后的凍干產(chǎn)品速溶性和快速復(fù)水性很好[18],在較好保留化橘紅內(nèi)部揮發(fā)性物質(zhì)和熱敏性物質(zhì)的同時(shí),還能保持其形狀,減少化橘紅色、香、味及藥物成分的損失。有研究表明,冷凍干燥技術(shù)對與化橘紅同屬蕓香科的苦橙皮的干燥效果很好[19]。雖然冷凍干燥是適合化橘紅干燥處理的潛在技術(shù),但冷凍干燥設(shè)備成本高昂、設(shè)備技術(shù)要求高,目前在化橘紅領(lǐng)域應(yīng)用較少。

圖4 冷凍干燥原理圖

1.2.6 太陽能干燥技術(shù)

太陽能干燥利用陽光照射的能量通過太陽能板收集能量后轉(zhuǎn)化為熱能,通過管道通入干燥室對化橘紅進(jìn)行干燥處理,或者是采用特殊材質(zhì)的材料搭建大棚,在化橘紅被暴曬的同時(shí)不必考慮天氣因素。這種方式節(jié)能環(huán)保、操作簡單且避免污染,但干燥效率極低,輻射能到熱能的轉(zhuǎn)化率較低[20]。該項(xiàng)技術(shù)不夠成熟,故目前在化橘紅干燥領(lǐng)域應(yīng)用較少。

1.2.7 變溫壓差膨化干燥技術(shù)

變溫壓差膨化干燥技術(shù)比較新穎,其利用相變和氣體的熱壓效應(yīng)原理,通過加熱到常壓下的沸點(diǎn)以上的方式,使放入加壓罐內(nèi)化橘紅內(nèi)部水分不斷蒸發(fā),此時(shí)打開減壓閥,壓力瞬間降低的同時(shí)液態(tài)水瞬間氣化,達(dá)到干燥目的。目前,變溫壓差膨化干燥技術(shù)在膨化果蔬產(chǎn)品加工中已得到應(yīng)用[21]。變溫壓差膨化設(shè)備簡單、操作容易、耗能低,干燥出來的產(chǎn)品外觀好,保留了原有的獨(dú)特香味,且便于貯存,理論上有很好的應(yīng)用前景,但由于我國對此項(xiàng)技術(shù)的研究處在初級(jí)階段,所以該項(xiàng)技術(shù)并不成熟且應(yīng)用較少,對于化橘紅經(jīng)過干燥后有效成分的保留程度還需進(jìn)一步研究。

2 化橘紅干燥技術(shù)分析

2.1 化橘紅干燥技術(shù)對比分析

上述各干燥方式,從效率、成本、有效成分損耗等方面進(jìn)行對比分析,其具體對比情況見表1。從表中可以看出,傳統(tǒng)化橘紅陽光生曬、陰干干燥方式成本低,但受天氣影響較大,效率低且耗費(fèi)人力,衛(wèi)生條件無法保證,易受天氣和蟲害的影響而損耗;烘干房干燥雖然干燥效率適中、成本較低、損耗較少,但其燃燒柴火污染環(huán)境,同時(shí)干燥不夠均勻;熱風(fēng)干燥在中草藥干燥領(lǐng)域應(yīng)用較多,其效率和成本適中的同時(shí)損耗較少,但其耗能嚴(yán)重;熱泵干燥效率高、成本適中、有效成分損耗較少,節(jié)能但一次性投入成本較高;微波干燥效率很高,但其有效成分損耗較多,干燥過程最終水分含量難以控制且成本較高;真空干燥對化橘紅有效成分損耗較少,但干燥設(shè)備成本高、耗能較大;冷凍干燥損耗較少,但干燥設(shè)備一次性投入成本高且后期維護(hù)成本也較高;太陽能干燥損耗少、成本適中,但是效率很低、干燥過程不夠穩(wěn)定;變溫壓差膨化干燥效率適中、損耗較少,但成本較高、技術(shù)不夠成熟。以上各種干燥方式都有各自的優(yōu)缺點(diǎn),在進(jìn)行化橘紅干燥時(shí),生產(chǎn)企業(yè)要根據(jù)對產(chǎn)品品質(zhì)等級(jí)要求、預(yù)算和環(huán)保要求等合理選擇干燥方式及干燥設(shè)備。

表1 化橘紅干燥技術(shù)對比分析Tab. 1 Comparative analysis of the drying technology of Citri Grandis Exocarpium

2.2 干燥技術(shù)對化橘紅品質(zhì)的影響

化橘紅品質(zhì)越高,其價(jià)值越高。目前化橘紅等級(jí)質(zhì)量評(píng)價(jià)方法還處于初期的探索階段,需要更加系統(tǒng)、深入的研究[22]?；偌t干燥品質(zhì)的衡量標(biāo)準(zhǔn)主要在兩個(gè)方面,即生化參數(shù)和物理參數(shù)。生化參數(shù)主要包括黃酮類化合物(柚皮苷和野漆樹苷)和揮發(fā)油含量,而物理參數(shù)包括表皮色澤、氣味及含水率等。

劉永富等建立化橘紅熱風(fēng)干燥動(dòng)力學(xué)模型,取厚度為6 mm的化橘紅切片,分別在溫度為50 ℃、55 ℃、60 ℃、65 ℃、70 ℃下進(jìn)行熱風(fēng)干燥,同時(shí)在60 ℃下,分別取切片厚度為4 mm、6 mm、8 mm的化橘紅進(jìn)行熱風(fēng)干燥,測出干燥完的化橘紅切片柚皮苷和野漆樹苷的含量,發(fā)現(xiàn)干燥溫度及化橘紅切片厚度對干燥結(jié)果有顯著影響,溫度是化橘紅黃酮類化合物含量的主要影響因素,隨溫度變化化橘紅黃酮類化合物含量呈現(xiàn)非線性變化,50 ℃含量最高,60 ℃含量次之,70 ℃含量最低;隨著切片厚度增加,干燥時(shí)間變長,黃酮類化合物含量呈降低趨勢。

曾佩瑜[23]采用智能型常溫?zé)犸L(fēng)干燥箱,以柚皮苷含量為指標(biāo),對化橘紅的干燥質(zhì)量退變機(jī)理進(jìn)行了分析,實(shí)驗(yàn)表明,對于化橘紅等蕓香類藥材,干燥的相對濕度和溫度是影響蕓香類藥材干燥質(zhì)量退變的主要因素,一般情況下,高溫低濕比低溫高濕的處理環(huán)境對該類藥材的質(zhì)量退變作用大,尤其在物料濕基含水量較高的時(shí)候。同時(shí)分別在干燥溫度30 ℃、40 ℃、50 ℃,干燥時(shí)間4 h、6 h、8 h,干燥風(fēng)速7 m/s、8 m/s、9 m/s下進(jìn)行干燥化橘紅的正交試驗(yàn),以外觀性狀、水分和柚皮苷含量為指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)分,得出影響化橘紅干燥工藝因素的主次順序分別為干燥溫度、干燥時(shí)間、干燥風(fēng)速,干燥溫度和干燥時(shí)間有顯著影響,干燥風(fēng)速無顯著影響,試驗(yàn)顯示在40 ℃干燥時(shí),其濕基含水量變化最均勻,綜合評(píng)分最高。

徐小飛[24]通過試驗(yàn)對比三種干燥方式對化橘紅品質(zhì)的影響,選擇化橘紅切片,在微波干燥10 min,恒溫?zé)犸L(fēng)干燥5 h,真空干燥5 h這三種不同條件下,發(fā)現(xiàn)干燥之后的化橘紅切片內(nèi)部總黃酮和柚皮苷含量由高到低分別是微波干燥、真空干燥、恒溫?zé)犸L(fēng)干燥;野漆樹苷含量由高到低分別是真空干燥、恒溫?zé)犸L(fēng)干燥、微波干燥;揮發(fā)油是化橘紅香味的來源,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明微波干燥保留的揮發(fā)油最多,其次是真空干燥,恒溫?zé)犸L(fēng)干燥保留量最少;通過對總黃酮、柚皮苷、野漆樹苷和揮發(fā)油含量這四個(gè)指標(biāo)綜合加權(quán)評(píng)分來看,發(fā)現(xiàn)真空干燥和微波干燥效果較好且相差不大。

黃壽恩等[25]對蕓香類柑橘皮進(jìn)行試驗(yàn),對比研究在熱風(fēng)、冷凍、變溫壓差膨化三種干燥方式下柑橘皮的品質(zhì)好壞,發(fā)現(xiàn)冷凍干燥后的果皮色澤最好、完整度最好且復(fù)水率優(yōu)于其他兩種干燥方式,變溫壓差膨化干燥的產(chǎn)品品質(zhì)與冷凍干燥的產(chǎn)品品質(zhì)相差不大,具有較好的酥脆度和色澤,熱風(fēng)干燥產(chǎn)品與其他兩種方法干燥產(chǎn)品相比,操作簡單易行,但品質(zhì)較差,且干燥時(shí)間長;綜合分析,得出冷凍干燥和變溫壓差膨化干燥應(yīng)用價(jià)值更高。

從上述相關(guān)研究來看,化橘紅干燥的關(guān)鍵就是對溫濕度的合理控制,合理的溫濕度控制既能節(jié)省干燥時(shí)間,提高干燥效率,還能降低化橘紅內(nèi)部揮發(fā)油、黃酮類化合物等藥用成分的損耗。

目前針對部分中藥材干燥工藝的研究,主要根據(jù)熱敏性、揮發(fā)性、本身色香味及形狀要求的不同,干燥時(shí)做出不同的側(cè)重,進(jìn)行干燥技術(shù)對比、優(yōu)化和選型[26-28]。但對化橘紅干燥工藝的研究以及相關(guān)應(yīng)用還很少,所以,研制出具有針對性的干燥裝備才能解決關(guān)鍵問題。

3 化橘紅干燥設(shè)備發(fā)展存在問題及對策

3.1 存在問題

1) 缺乏基礎(chǔ)理論研究和對傳統(tǒng)干燥工藝流程及參數(shù)變化規(guī)律的研究。目前,大多數(shù)企業(yè)仍然采用傳統(tǒng)干燥房來干燥化橘紅,機(jī)械化程度較低。由于沒有研究和掌握傳統(tǒng)干燥房干燥化橘紅過程中溫濕度等參數(shù)的變化規(guī)律,單純地使用市面上常規(guī)的干燥設(shè)備來干燥化橘紅,并不能達(dá)到干燥房干燥出來的化橘紅同等品質(zhì)。因此,缺乏基礎(chǔ)理論研究和對傳統(tǒng)干燥工藝流程及參數(shù)變化規(guī)律的研究嚴(yán)重制約了化橘紅干燥機(jī)械化的發(fā)展。

2) 單一干燥設(shè)備和方法均存在不同程度缺陷。通過上述干燥方法和設(shè)備對比分析,發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)干燥方法和各種機(jī)械化干燥方法均存在各自的缺陷。從效率上來看,傳統(tǒng)干燥方式效率最低,在機(jī)械化干燥設(shè)備中,太陽能干燥效率很低,而熱風(fēng)干燥和變溫壓差膨化干燥方式也比其他干燥方式效率要低;從成本上來看,微波干燥、真空干燥、冷凍干燥和變溫壓差膨化干燥方式干燥成本比其他干燥方式要高;從有效成分損耗上來看,傳統(tǒng)干燥方式對有效成分損耗主要是受到天氣和蟲害的影響較大,在機(jī)械化干燥設(shè)備中,微波干燥方式對有效成分損耗較多,其次是熱風(fēng)干燥、熱泵干燥和太陽能干燥方式。由此看來,單一干燥設(shè)備和方法均存在不同程度的缺陷,不利于化橘紅干燥設(shè)備的推廣實(shí)施和品質(zhì)保證,一定程度上限制了化橘紅產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

3) 新型干燥技術(shù)研究與實(shí)踐較少。目前,新型干燥技術(shù)主要是流化床干燥、過熱蒸汽干燥、氣體射流沖擊干燥、射頻干燥、泡沫干燥、折射窗干燥、電流體動(dòng)力學(xué)干燥。新型干燥技術(shù)的優(yōu)勢在于干燥時(shí)間短、能耗低、效率高,很好的保留營養(yǎng)物質(zhì)和藥用物質(zhì),干燥產(chǎn)品品質(zhì)高,但這些新型干燥技術(shù)暫時(shí)處在探索階段,與干燥設(shè)備結(jié)合性也較差,同時(shí)缺乏大量實(shí)踐研究,在果蔬干燥領(lǐng)域應(yīng)用較少,所以是否適用于化橘紅干燥領(lǐng)域仍有待考究。

3.2 發(fā)展對策

1) 確定化橘紅傳統(tǒng)干燥工藝流程及參數(shù)變化規(guī)律。目前,人們普遍認(rèn)為傳統(tǒng)干燥房干燥出來的化橘紅品質(zhì)比市場上通用的干燥機(jī)械干燥出來的要好。基于此,理想的化橘紅干燥機(jī)械裝置可以基于傳統(tǒng)干燥工藝流程及參數(shù)變化規(guī)律進(jìn)行研發(fā),從而來保證化橘紅干燥后的高品質(zhì)。

根據(jù)上文分析,化橘紅干燥的關(guān)鍵就是對溫濕度的合理控制?；偌t在烘干過程中,脫水過程分為兩個(gè)階段:熱量從外部環(huán)境傳遞給被干燥的物料,使得物料表面水分蒸發(fā)的恒速干燥過程;內(nèi)部濕分傳遞到物料表面,隨之再發(fā)生表面蒸發(fā)的降速干燥過程。為了能夠精確分析化橘紅傳統(tǒng)烘干工藝過程中溫濕度變化規(guī)律,一是對化橘紅的烘干脫水機(jī)理進(jìn)行深入的研究,結(jié)合化橘紅的特性建立模型;二是利用傳感器將傳統(tǒng)烘干工藝過程中溫濕度等參數(shù)變化情況記錄下來,通過數(shù)據(jù)處理,發(fā)現(xiàn)其變化規(guī)律,來驗(yàn)證和完善理論研究及模型。在上述分析研究的基礎(chǔ)上,再進(jìn)行干燥設(shè)備的設(shè)計(jì)研發(fā),并結(jié)合智能控制系統(tǒng),比如運(yùn)用PLC控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對干燥過程中參數(shù)的最優(yōu)化控制。在傳統(tǒng)干燥工藝的基礎(chǔ)上,研發(fā)智能化的化橘紅干燥設(shè)備,不但能提高干燥效率、減少工作量,還可以降低能耗、減少化橘紅有效成分的損耗,確保干燥出來的成品化橘紅品質(zhì)最佳。

2) 研發(fā)聯(lián)合干燥技術(shù)及設(shè)備。由于單一干燥設(shè)備和方法都存在不同程度的缺陷,聯(lián)合干燥設(shè)備和方法的研究就十分關(guān)鍵,兩種或兩種以上的干燥方式結(jié)合起來,形成優(yōu)勢互補(bǔ),實(shí)現(xiàn)能耗低、污染少、效率高的綜合干燥效果。聯(lián)合干燥技術(shù)廣泛應(yīng)用于果蔬加工領(lǐng)域,干燥產(chǎn)品品相較好。比如常用熱風(fēng)干燥組合技術(shù)包括熱風(fēng)真空、熱風(fēng)冷凍、熱風(fēng)微波、熱風(fēng)壓力膨化、熱風(fēng)真空油炸聯(lián)合干燥等,其中熱風(fēng)微波聯(lián)合干燥技術(shù)多用于香蕉、紅棗、胡蘿卜、竹筍等果蔬的加工[29]。再比如常見的微波組合干燥技術(shù)除了熱風(fēng)微波之外,還有微波真空、微波冷凍、微波壓差膨化聯(lián)合干燥及微波冷凍真空聯(lián)合干燥等,微波聯(lián)合干燥蔬菜的主要品種有胡蘿卜、馬鈴薯、辣椒、油菜花、蒜、食用菌、白菜、甘藍(lán)和姜等,干燥水果主要有蘋果、柿子、藍(lán)莓、檸檬和香蕉等[14]。

雖然聯(lián)合干燥技術(shù)在其他果蔬已有應(yīng)用,但是由于不同種類的果蔬在組織結(jié)構(gòu)、物化性質(zhì)上存在很大的差異,需要通過大量實(shí)驗(yàn)來確定干燥工藝,故聯(lián)合干燥技術(shù)的通用性并不強(qiáng)。由于化橘紅干燥過程中要盡可能減少揮發(fā)性物質(zhì)的損耗,同時(shí)要讓干燥出來的化橘紅保留較好的色香味。要想在化橘紅干燥領(lǐng)域應(yīng)用聯(lián)合干燥技術(shù),就需要在化橘紅烘干脫水機(jī)理的深入研究基礎(chǔ)上,使聯(lián)合干燥技術(shù)的干燥過程能夠滿足化橘紅溫濕度變化的規(guī)律,來保證化橘紅干燥的高品質(zhì),同時(shí)實(shí)現(xiàn)節(jié)能、高效作業(yè)。

3) 加強(qiáng)新型干燥技術(shù)的研究與應(yīng)用。新型干燥技術(shù)要想應(yīng)用于化橘紅干燥領(lǐng)域,首先應(yīng)該完善自身干燥技術(shù)理論,并加強(qiáng)理論與實(shí)際結(jié)合,其次應(yīng)在實(shí)踐中反饋問題,不斷完善和優(yōu)化,使該項(xiàng)技術(shù)趨于成熟,最后要結(jié)合化橘紅的特性,研發(fā)與之相匹配的新型干燥設(shè)備與方法,最終使該項(xiàng)技術(shù)完全適用于化橘紅干燥領(lǐng)域。

4 展望

根據(jù)“十四五”規(guī)劃,現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展需要與信息技術(shù)結(jié)合起來,發(fā)展智慧新農(nóng)業(yè),強(qiáng)化現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)和裝備支撐。在全球疫情暴發(fā)的大背景下,中藥對新冠病毒起到了一定的抑制作用,由于化橘紅自身的獨(dú)特藥效,不但已被列入抑制和治療新冠病毒的處方藥[30],而且在此方向上還具有巨大的研究前景[31]。

當(dāng)前,隨著化橘紅產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,市場對化橘紅的產(chǎn)量需求也越來越大。目前市場上流通的化橘紅大多是化橘紅干果、化橘紅片和化橘紅絲,而經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高的傳統(tǒng)五爪和七爪化橘紅極少。究其原因,是因?yàn)閭鹘y(tǒng)五爪和七爪化橘紅皮,在進(jìn)行干燥之前,需要先把化橘紅果瓤果肉去掉,而目前化橘紅的去瓤,機(jī)械化程度很低,基本上都是人工方式完成,效率低,成本高,無法適應(yīng)市場的需求。因此,為了提高經(jīng)濟(jì)價(jià)值高的傳統(tǒng)五爪和七爪產(chǎn)量,在干燥設(shè)備研發(fā)的同時(shí)也應(yīng)該加大力度研發(fā)開皮除瓤設(shè)備。目前已有文獻(xiàn)對廣陳皮的開皮初加工機(jī)械進(jìn)行了初步的探討[32-33],湯亮等[34]運(yùn)用TRIZ理論進(jìn)行柑橘自動(dòng)剝皮裝置的創(chuàng)新方案設(shè)計(jì),利用剝皮輥和輥輪摩擦去皮裝置對柑橘進(jìn)行剝皮,譚偉超[35]基于三刀法設(shè)計(jì)了全自動(dòng)環(huán)形開皮機(jī),實(shí)現(xiàn)了廣陳皮的開皮以及果皮果肉分離。但是對于化橘紅而言,其為橘柚,其相對于廣陳皮等柑橘類果實(shí)的開皮有以下難點(diǎn):一是化橘紅果實(shí)內(nèi)部結(jié)構(gòu)更為緊密,果皮與果肉之間有較厚的果瓤緊密連接,開皮機(jī)械不易將表皮與果肉分開;二是在去瓤過程中,如果果肉破損果汁流到果皮上,將影響到果皮的效用及后續(xù)干燥后的品質(zhì)。為此,根據(jù)化橘紅的特點(diǎn),研發(fā)其自動(dòng)開皮裝置是有意義的。結(jié)合化橘紅的采收、開皮以及后續(xù)的烘干等作業(yè)程序,打造出一套完整的化橘紅初加工工藝和裝置顯得很有必要。

作為道地南藥之一的化橘紅,需要深入研究其干燥機(jī)理、完善干燥過程模型,借助于傳統(tǒng)干燥工藝,在此基礎(chǔ)上研發(fā)新的干燥技術(shù)與裝備。為了能夠利用優(yōu)勢互補(bǔ),可以采用聯(lián)合干燥方法來實(shí)現(xiàn)節(jié)能、高效的綜合干燥效果,但聯(lián)合干燥技術(shù)的研發(fā)也要遵循化橘紅干燥過程中溫濕度變化的規(guī)律性,以保證化橘紅干燥后的高品質(zhì)。同時(shí),干燥技術(shù)的研發(fā)要結(jié)合智能化控制系統(tǒng),根據(jù)干燥時(shí)化橘紅全果或切片的不同,干燥量的不同等條件變化,智能干燥設(shè)備能夠自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整,實(shí)現(xiàn)干燥的優(yōu)化控制,保證干燥效果較好。未來研究出來的干燥設(shè)備或工藝,在化橘紅生化特性和藥理作用方面都需要有充分的研究論證,才能使干燥出來的化橘紅品質(zhì)等同或者超越傳統(tǒng)方式干燥出來的化橘紅品質(zhì)。實(shí)現(xiàn)化橘紅產(chǎn)業(yè)與科技化手段深入融合,向機(jī)械化、標(biāo)準(zhǔn)化和智能化發(fā)展,是中醫(yī)藥現(xiàn)代化的發(fā)展趨勢。

5 結(jié)語

化橘紅作為我國傳統(tǒng)中草藥之一,隨著產(chǎn)業(yè)規(guī)模和市場的擴(kuò)大,對其裝備化提出了更高的要求?；偌t烘干是其初加工中的關(guān)鍵環(huán)節(jié),干燥方式的不同會(huì)較大地影響成品品質(zhì)的好壞。傳統(tǒng)烘干房干燥設(shè)施和陽光生曬、陰干干燥設(shè)施的成本最低,但在效率、有效成分損耗等方面存在較大不足;機(jī)械化干燥技術(shù)中,微波干燥和熱風(fēng)干燥設(shè)備的效率最高,真空冷凍干燥和變溫壓差膨化干燥設(shè)備對化橘紅的有效成分保留最多,但從效率、成本、有效成分損耗等各方面綜合分析來看,各干燥設(shè)施或設(shè)備均存在不足之處;而流化床干燥、過熱蒸汽干燥、氣體射流沖擊干燥、射頻干燥等新型干燥技術(shù)研究與實(shí)踐較少,是否適用于化橘紅干燥領(lǐng)域仍有待考究。相關(guān)文獻(xiàn)研究表明化橘紅干燥的關(guān)鍵就是對溫濕度的合理控制,因此需要在探究并掌握化橘紅傳統(tǒng)干燥工藝流程及參數(shù)變化規(guī)律的基礎(chǔ)上,建立化橘紅干燥技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和品質(zhì)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn),再根據(jù)各機(jī)械化干燥技術(shù)與設(shè)備的特點(diǎn),合理利用各干燥設(shè)備的優(yōu)勢,進(jìn)行聯(lián)合干燥,是當(dāng)前提高化橘紅裝備機(jī)械化率的有效途徑之一。