化橘紅干燥技術與設備研究現(xiàn)狀及對策*

孫振剛，陳健，屈佳蕾，廖芷柔，王婷婷，閆國琦

(1. 華南農業(yè)大學工程學院,廣州市,510640;2. 嶺南現(xiàn)代農業(yè)科學與技術廣東省實驗室茂名分中心,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],隨著化橘紅產業(yè)規(guī)模和市場的擴大,對其裝備化提出了更高的要求。

化橘紅品質的好壞與其干燥方式有很大的關系,對化橘紅干燥工藝進行深入研究,既有實用價值,也有一定的理論意義。傳統(tǒng)的陽光生曬既消耗人力,又受到氣候的嚴重影響,烘干房烘干耗費材料的同時對環(huán)境污染較大。當前一些企業(yè)已開始使用設備干燥,極大地提高了生產效率,但行業(yè)內部絕大多數(shù)依然認為傳統(tǒng)干燥法具有不可替代的作用,認為其干燥出來的化橘紅品質最佳。對于化橘紅烘干,目前尚無一套科學規(guī)范的溫濕度控制方法及烘干標準,由此導致市面上化橘紅產品品質良莠不齊、同質化嚴重,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)干燥方法和各種機械化干燥技術與設備的優(yōu)缺點,以及機械化干燥技術對化橘紅品質的影響,指出化橘紅干燥階段機械化發(fā)展存在的問題,相應地剖析化橘紅機械化干燥技術與設備的發(fā)展對策,并提出展望。

1 化橘紅干燥技術與設備研究現(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,導致果皮和果肉很難分開,目前市面上沒有化州柚機械化切皮裝置,而依靠人工制作五爪、七爪化橘紅耗時耗力,效率低下;因此當前行業(yè)內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,同時有研究表明化橘紅幼果的療效較好[7],但是行業(yè)內依然有很多從業(yè)人員認為五爪、七爪化橘紅的功效和口感更好,且市場上爪皮的價格比切片要昂貴。

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生的熱量通過熱管道進入烘干室,熱管道對房間進行熱傳遞,使室內溫度介于50～70 ℃之間,烘干室內旋轉的風扇通過抽風或鼓風進行濕熱傳遞,并且?guī)臃块g內熱空氣流動,使得房間內熱量趨于均勻分布,從而使化橘紅盡可能干燥均勻。烘干時間根據(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,切片烘干的時間會短些。烘干房則由磚和水泥結構建造,內部包裝一層隔熱材料。烘干房內放置烘干架,架上有網格狀托盤,化橘紅放置于托盤內。

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,干制時間長,衛(wèi)生環(huán)境不能保證,可能導致干燥完的化橘紅質量良莠不齊。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,并且干燥時間長,能耗高。

1.2 化橘紅機械化干燥技術與設備

化橘紅干燥過程受內在化橘紅果成熟度和外在影響因素主導,夏季采摘的化橘紅果實未成熟且果皮薄,干燥時間短,秋冬季節(jié)采摘的果實已成熟且果皮厚,干燥時間長。外在因素比較復雜,環(huán)境溫濕度這一對耦合參數(shù)其中一種發(fā)生變化都會對整體干燥程度產生影響,空氣流速在一定范圍內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驗判斷干燥程度,而是提供一套低成本高效率的機械化干燥設備技術方案,且干燥設備技術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、保持品質的有效手段,干制產品的質量和體積減小也使得包裝和運輸成本大幅降低[8]。現(xiàn)階段化橘紅機械化干燥技術有熱風干燥、熱泵干燥、微波干燥、真空干燥、冷凍干燥等。

1.2.1 熱風干燥技術與設備

熱風干燥是化橘紅主要干燥方式之一。熱風干燥的原理:利用風機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),熱量進一步由表面向中心傳遞,水分由內向外擴散,在化橘紅表面蒸發(fā)掉;產生的高濕高熱空氣由間歇開啟的排風扇排出干燥室,以此達到快速干燥的目的。有研究采用化橘紅切片進行熱風干燥實驗,發(fā)現(xiàn)切片厚度和干燥溫度對干燥過程影響顯著。熱風干燥設備技術相對成熟,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,我國大多數(shù)中草藥和果蔬干燥常采用熱風干燥,但是目前這種干燥方法及其控制方式不具有針對性,對化橘紅組織結構以及熱敏活性物質具有一定的破壞性,且存在耗能高和熱效率低等問題。

1.2.2 熱泵干燥技術與設備

熱泵干燥裝置是由壓縮機、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入干燥室,流經化橘紅表皮表面,帶走其內部水分,蒸發(fā)成高濕空氣;高濕空氣經過蒸發(fā)器降溫除濕后變成低溫低濕的空氣,然后通過風機作用流經冷凝器表面,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入干燥室干燥化橘紅,如此循環(huán)往復,使化橘紅中的水分不斷減少,最終達到干燥標準。雖然與傳統(tǒng)干燥方式相比,熱泵干燥更經濟[10],并且熱泵干燥技術干燥溫度低、易于控制和能耗低的特點適合對化橘紅進行烘干處理,但是其一次性投入的成本和后期維護成本較大,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備。

圖2 熱泵干燥原理圖

1.2.3 微波干燥技術與設備

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

圖3 微波干燥原理圖

1.2.4 真空干燥技術

真空干燥技術是一種將干燥原料置于真空負壓條件下適當加熱,使其在較低溫度下實現(xiàn)水分蒸發(fā)的干燥方式[17]。化橘紅果放入密閉環(huán)境中,然后將環(huán)境抽至真空的同時不斷加熱,化橘紅內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,干燥時間短,無過熱現(xiàn)象,減少高溫對重要成分產生破壞,但干燥成本高、耗能高且生產力較低。這種設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,在化橘紅干燥領域應用很少。

1.2.5 冷凍干燥技術

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)境下內部水分迅速結成冰晶狀,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品速溶性和快速復水性很好[18],在較好保留化橘紅內部揮發(fā)性物質和熱敏性物質的同時,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,但冷凍干燥設備成本高昂、設備技術要求高,目前在化橘紅領域應用較少。

圖4 冷凍干燥原理圖

1.2.6 太陽能干燥技術

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化為熱能,通過管道通入干燥室對化橘紅進行干燥處理,或者是采用特殊材質的材料搭建大棚,在化橘紅被暴曬的同時不必考慮天氣因素。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,輻射能到熱能的轉化率較低[20]。該項技術不夠成熟,故目前在化橘紅干燥領域應用較少。

1.2.7 變溫壓差膨化干燥技術

變溫壓差膨化干燥技術比較新穎,其利用相變和氣體的熱壓效應原理,通過加熱到常壓下的沸點以上的方式,使放入加壓罐內化橘紅內部水分不斷蒸發(fā),此時打開減壓閥,壓力瞬間降低的同時液態(tài)水瞬間氣化,達到干燥目的。目前,變溫壓差膨化干燥技術在膨化果蔬產品加工中已得到應用[21]。變溫壓差膨化設備簡單、操作容易、耗能低,干燥出來的產品外觀好,保留了原有的獨特香味,且便于貯存,理論上有很好的應用前景,但由于我國對此項技術的研究處在初級階段,所以該項技術并不成熟且應用較少,對于化橘紅經過干燥后有效成分的保留程度還需進一步研究。

2 化橘紅干燥技術分析

2.1 化橘紅干燥技術對比分析

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,同時干燥不夠均勻;熱風干燥在中草藥干燥領域應用較多,其效率和成本適中的同時損耗較少,但其耗能嚴重;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,但干燥設備成本高、耗能較大;冷凍干燥損耗較少,但干燥設備一次性投入成本高且后期維護成本也較高;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、技術不夠成熟。以上各種干燥方式都有各自的優(yōu)缺點,在進行化橘紅干燥時,生產企業(yè)要根據(jù)對產品品質等級要求、預算和環(huán)保要求等合理選擇干燥方式及干燥設備。

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

2.2 干燥技術對化橘紅品質的影響

化橘紅品質越高,其價值越高。目前化橘紅等級質量評價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]。化橘紅干燥品質的衡量標準主要在兩個方面,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干燥動力學模型,取厚度為6 mm的化橘紅切片,分別在溫度為50 ℃、55 ℃、60 ℃、65 ℃、70 ℃下進行熱風干燥,同時在60 ℃下,分別取切片厚度為4 mm、6 mm、8 mm的化橘紅進行熱風干燥,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]采用智能型常溫熱風干燥箱,以柚皮苷含量為指標,對化橘紅的干燥質量退變機理進行了分析,實驗表明,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)境對該類藥材的質量退變作用大,尤其在物料濕基含水量較高的時候。同時分別在干燥溫度30 ℃、40 ℃、50 ℃,干燥時間4 h、6 h、8 h,干燥風速7 m/s、8 m/s、9 m/s下進行干燥化橘紅的正交試驗,以外觀性狀、水分和柚皮苷含量為指標進行綜合評分,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、干燥時間、干燥風速,干燥溫度和干燥時間有顯著影響,干燥風速無顯著影響,試驗顯示在40 ℃干燥時,其濕基含水量變化最均勻,綜合評分最高。

徐小飛[24]通過試驗對比三種干燥方式對化橘紅品質的影響,選擇化橘紅切片,在微波干燥10 min,恒溫熱風干燥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、恒溫熱風干燥;野漆樹苷含量由高到低分別是真空干燥、恒溫熱風干燥、微波干燥;揮發(fā)油是化橘紅香味的來源,實驗結果表明微波干燥保留的揮發(fā)油最多,其次是真空干燥,恒溫熱風干燥保留量最少;通過對總黃酮、柚皮苷、野漆樹苷和揮發(fā)油含量這四個指標綜合加權評分來看,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]對蕓香類柑橘皮進行試驗,對比研究在熱風、冷凍、變溫壓差膨化三種干燥方式下柑橘皮的品質好壞,發(fā)現(xiàn)冷凍干燥后的果皮色澤最好、完整度最好且復水率優(yōu)于其他兩種干燥方式,變溫壓差膨化干燥的產品品質與冷凍干燥的產品品質相差不大,具有較好的酥脆度和色澤,熱風干燥產品與其他兩種方法干燥產品相比,操作簡單易行,但品質較差,且干燥時間長;綜合分析,得出冷凍干燥和變溫壓差膨化干燥應用價值更高。

從上述相關研究來看,化橘紅干燥的關鍵就是對溫濕度的合理控制,合理的溫濕度控制既能節(jié)省干燥時間,提高干燥效率,還能降低化橘紅內部揮發(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,干燥時做出不同的側重,進行干燥技術對比、優(yōu)化和選型[26-28]。但對化橘紅干燥工藝的研究以及相關應用還很少,所以,研制出具有針對性的干燥裝備才能解決關鍵問題。

3 化橘紅干燥設備發(fā)展存在問題及對策

3.1 存在問題

1) 缺乏基礎理論研究和對傳統(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)的干燥設備來干燥化橘紅,并不能達到干燥房干燥出來的化橘紅同等品質。因此,缺乏基礎理論研究和對傳統(tǒng)干燥工藝流程及參數(shù)變化規(guī)律的研究嚴重制約了化橘紅干燥機械化的發(fā)展。

2) 單一干燥設備和方法均存在不同程度缺陷。通過上述干燥方法和設備對比分析,發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)干燥方法和各種機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,在機械化干燥設備中,太陽能干燥效率很低,而熱風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,在機械化干燥設備中,微波干燥方式對有效成分損耗較多,其次是熱風干燥、熱泵干燥和太陽能干燥方式。由此看來,單一干燥設備和方法均存在不同程度的缺陷,不利于化橘紅干燥設備的推廣實施和品質保證,一定程度上限制了化橘紅產業(yè)的進一步發(fā)展。

3) 新型干燥技術研究與實踐較少。目前,新型干燥技術主要是流化床干燥、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、電流體動力學干燥。新型干燥技術的優(yōu)勢在于干燥時間短、能耗低、效率高,很好的保留營養(yǎng)物質和藥用物質,干燥產品品質高,但這些新型干燥技術暫時處在探索階段,與干燥設備結合性也較差,同時缺乏大量實踐研究,在果蔬干燥領域應用較少,所以是否適用于化橘紅干燥領域仍有待考究。

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

根據(jù)上文分析,化橘紅干燥的關鍵就是對溫濕度的合理控制。化橘紅在烘干過程中,脫水過程分為兩個階段: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理進行深入的研究,結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,來驗證和完善理論研究及模型。在上述分析研究的基礎上,再進行干燥設備的設計研發(fā),并結合智能控制系統(tǒng),比如運用PLC控制系統(tǒng)實現(xiàn)對干燥過程中參數(shù)的最優(yōu)化控制。在傳統(tǒng)干燥工藝的基礎上,研發(fā)智能化的化橘紅干燥設備,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最佳。

2) 研發(fā)聯(lián)合干燥技術及設備。由于單一干燥設備和方法都存在不同程度的缺陷,聯(lián)合干燥設備和方法的研究就十分關鍵,兩種或兩種以上的干燥方式結合起來,形成優(yōu)勢互補,實現(xiàn)能耗低、污染少、效率高的綜合干燥效果。聯(lián)合干燥技術廣泛應用于果蔬加工領域,干燥產品品相較好。比如常用熱風干燥組合技術包括熱風真空、熱風冷凍、熱風微波、熱風壓力膨化、熱風真空油炸聯(lián)合干燥等,其中熱風微波聯(lián)合干燥技術多用于香蕉、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除了熱風微波之外,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、甘藍和姜等,干燥水果主要有蘋果、柿子、藍莓、檸檬和香蕉等[14]。

雖然聯(lián)合干燥技術在其他果蔬已有應用,但是由于不同種類的果蔬在組織結構、物化性質上存在很大的差異,需要通過大量實驗來確定干燥工藝,故聯(lián)合干燥技術的通用性并不強。由于化橘紅干燥過程中要盡可能減少揮發(fā)性物質的損耗,同時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域應用聯(lián)合干燥技術,就需要在化橘紅烘干脫水機理的深入研究基礎上,使聯(lián)合干燥技術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,同時實現(xiàn)節(jié)能、高效作業(yè)。

3) 加強新型干燥技術的研究與應用。新型干燥技術要想應用于化橘紅干燥領域,首先應該完善自身干燥技術理論,并加強理論與實際結合,其次應在實踐中反饋問題,不斷完善和優(yōu)化,使該項技術趨于成熟,最后要結合化橘紅的特性,研發(fā)與之相匹配的新型干燥設備與方法,最終使該項技術完全適用于化橘紅干燥領域。

4 展望

根據(jù)“十四五”規(guī)劃,現(xiàn)代農業(yè)發(fā)展需要與信息技術結合起來,發(fā)展智慧新農業(yè),強化現(xiàn)代農業(yè)技術和裝備支撐。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]。

當前,隨著化橘紅產業(yè)的快速發(fā)展,市場對化橘紅的產量需求也越來越大。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,而經濟價值較高的傳統(tǒng)五爪和七爪化橘紅極少。究其原因,是因為傳統(tǒng)五爪和七爪化橘紅皮,在進行干燥之前,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,無法適應市場的需求。因此,為了提高經濟價值高的傳統(tǒng)五爪和七爪產量,在干燥設備研發(fā)的同時也應該加大力度研發(fā)開皮除瓤設備。目前已有文獻對廣陳皮的開皮初加工機械進行了初步的探討[32-33],湯亮等[34]運用TRIZ理論進行柑橘自動剝皮裝置的創(chuàng)新方案設計,利用剝皮輥和輥輪摩擦去皮裝置對柑橘進行剝皮,譚偉超[35]基于三刀法設計了全自動環(huán)形開皮機,實現(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的開皮有以下難點:一是化橘紅果實內部結構更為緊密,果皮與果肉之間有較厚的果瓤緊密連接,開皮機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。為此,根據(jù)化橘紅的特點,研發(fā)其自動開皮裝置是有意義的。結合化橘紅的采收、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理、完善干燥過程模型,借助于傳統(tǒng)干燥工藝,在此基礎上研發(fā)新的干燥技術與裝備。為了能夠利用優(yōu)勢互補,可以采用聯(lián)合干燥方法來實現(xiàn)節(jié)能、高效的綜合干燥效果,但聯(lián)合干燥技術的研發(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。同時,干燥技術的研發(fā)要結合智能化控制系統(tǒng),根據(jù)干燥時化橘紅全果或切片的不同,干燥量的不同等條件變化,智能干燥設備能夠自動進行調整,實現(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等同或者超越傳統(tǒng)方式干燥出來的化橘紅品質。實現(xiàn)化橘紅產業(yè)與科技化手段深入融合,向機械化、標準化和智能化發(fā)展,是中醫(yī)藥現(xiàn)代化的發(fā)展趨勢。

5 結語

化橘紅作為我國傳統(tǒng)中草藥之一,隨著產業(yè)規(guī)模和市場的擴大,對其裝備化提出了更高的要求。化橘紅烘干是其初加工中的關鍵環(huán)節(jié),干燥方式的不同會較大地影響成品品質的好壞。傳統(tǒng)烘干房干燥設施和陽光生曬、陰干干燥設施的成本最低,但在效率、有效成分損耗等方面存在較大不足;機械化干燥技術中,微波干燥和熱風干燥設備的效率最高,真空冷凍干燥和變溫壓差膨化干燥設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,各干燥設施或設備均存在不足之處;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研究與實踐較少,是否適用于化橘紅干燥領域仍有待考究。相關文獻研究表明化橘紅干燥的關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)律的基礎上,建立化橘紅干燥技術標準和品質等級標準,再根據(jù)各機械化干燥技術與設備的特點,合理利用各干燥設備的優(yōu)勢,進行聯(lián)合干燥,是當前提高化橘紅裝備機械化率的有效途徑之一。