化橘红干燥技术与设备研究现状及对策.pdf

1 1 0 中国农机化学报2 0 2 3年D O I:1 0.1 3 7 3 3/j.j c a m.i s s n.2 0 9 55 5 5 3.2 0 2 3.0 8.0 1 5孙振刚,陈健,屈佳蕾,等.化橘红干燥技术与设备研究现状及对策J.中国农机化学报,2 0 2 3,4 4(8):1 1 0-1 1 7S u n Z h e n g a n g,C h e n J i a n,Q u J i a l e i,e t a l.R e s e a r c h s t a t u s a n d c o u n t e r m e a s u r e s o f C i t r i G r a n d i s E x o c a r p i u m d r y i n g t e c h n o l o g y a n d e q u i p m e n t J.J o u r n a l o f C h i n e s e A g r i c u l t u r a l M e c h a n i z a t i o n,2 0 2 3,4 4(8):1 1 0-1 1 7化橘红干燥技术与设备研究现状及对策*孙振刚1,2,陈健1,屈佳蕾1,廖芷柔1,王婷婷1,闫国琦1,2(1.华南农业大学工程学院,广州市,5 1 0 6 4 0;2.岭南现代农业科学与技术广东省实验室茂名分中心,广东茂名,5 2 5 0 9 9)摘要:化橘红烘干是其生产加工过程中非常重要的一个环节,通过调研化橘红干燥发展现状,合理分析该领域存在的科学与技术问题,为化橘红产业合理化发展提供参考和对策。根据化橘红自身特性,科学调研本领域应用的相关技术装备现状,通过结合化橘红传统干燥工艺和中草药领域现有的干燥方法,对比研究不同干燥方法及装备对化橘红有效成分和品质的影响,并充分考虑适应性和经济性等问题,浅析化橘红干燥装备的技术缺陷和不足,同时对该领域急需解决的关键技术和发展趋向进行合理分析。在当前化橘红干燥行业中,传统烘干房干燥设施和阳光生晒、阴干干燥设施的成本最低,微波干燥和热风干燥设备的效率最高,真空冷冻干燥和变温压差膨化干燥设备对化橘红的有效成分保留最多,但从效率、成本、有效成分损耗等各方面综合分析来看,各干燥设施或设备均存在不足之处,因此需要在探究并掌握化橘红传统干燥工艺流程及参数变化规律的基础上,建立化橘红干燥技术标准和品质等级标准,合理利用各干燥设备的优势,进行联合干燥,将各干燥方式的优势最大化。关键词:化橘红;干燥技术;机械化干燥设备;传统干燥工艺;联合干燥技术;农产品加工中图分类号:S 2 3 3.5 文献标识码:A 文章编号:2 0 9 5 5 5 5 3(2 0 2 3)0 8 0 1 1 0 0 8收稿日期:2 0 2 2年1 0月9日 修回日期:2 0 2 2年1 2月1 5日*基金项目:广东省现代农业产业技术体系创新团队项目(2 0 1 9 K J 1 2 55);岭南现代农业科学与技术广东省实验室茂名实验室自主科研项目(2 0 2 1 Z Z 0 0 4);华南农业大学新农村发展研究院农业科技合作共建项目(2 0 2 1 XNYNY K J H Z G J 0 4 0);广东省大创项目(S 2 0 2 2 1 0 5 6 4 0 3 5 X)第一作者:孙振刚,男,1 9 7 8年生,河南三门峡人,博士,副教授;研究方向为南药智能机械化和微特电机。E-m a i l:e e z g s u n s c a u.e d u.c n通讯作者:闫国琦,男,1 9 7 8年生,河北邯郸人,博士,副教授;研究方向为南药智能机械化和农业机器人。E-m a i l:y g q 1 9 7 8s c a u.e d u.c nR e s e a r c h s t a t u s a n d c o u n t e r m e a s u r e s o f C i t r i G r a n d i s E x o c a r p i u m d r y i n g t e c h n o l o g y a n d e q u i p m e n tS u n Z h e n g a n g1,2,C h e n J i a n1,Q u J i a l e i1,L i a o Z h i r o u1,W a n g T i n g t i n g1,Y a n G u o q i1,2(1.S c h o o l o f E n g i n e e r i n g,S o u t h C h i n a A g r i c u l t u r a l U n i v e r s i t y,G u a n g z h o u,5 1 0 6 4 0,C h i n a;2.M a o m i n g L a b o r a t o r y o f G u a n g d o n g L a b o r a t o r y f o r L i n g n a n M o d e r n A g r i c u l t u r a l S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y,M a o m i n g,5 2 5 0 0 9,C h i n a)A b s t r a c t:C i t r i G r a n d i E x o c a r p i u m s d r y i n g i s a v e r y i m p o r t a n t s t e p i n p r o d u c t i o n a n d p r o c e s s i n g,t h i s p a p e r i n v e s t i g a t e s t h e d e v e l o p m e n t s t a t u s o f C i t r i G r a n d i s E x o c a r p i u m d r y i n g,r e a s o n a b l y a n a l y z e s t h e s c i e n t i f i c a n d t e c h n i c a l p r o b l e m s i n t h i s f i e l d,a n d p r o v i d e s r e f e r e n c e s a n d c o u n t e r m e a s u r e s f o r t h e r a t i o n a l d e v e l o p m e n t o f C i t r i G r a n d i s E x o c a r p i u m i n d u s t r y.A c c o r d i n g t o t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f C i t r i G r a n d i s E x o c a r p i u m,t h e c u r r e n t s t a t u s o f r e l a t e d t e c h n o l o g i e s a n d e q u i p m e n t s u s e d i n t h i s f i e l d a r e s c i e n t i f i c a l l y i n v e s t i g a t e d.B y c o m b i n i n g t h e t r a d i t i o n a l d r y i n g p r o c e s s o f C i t r i G r a n d i s E x o c a r p i u m a n d e x i s t i n g d r y i n g m e t h o d s f o r C h i n e s e M e d i c i n a l H e r b,t h e e f f e c t s o f d i f f e r e n t d r y i n g e q u i p m e n t s a r e c o m p a r e d a n d s t u d i e d o n t h e f o l l o w i n g c o n s i d e r a t i o n s:t h e e f f e c t i v e c o m p o n e n t s a n d q u a l i t y o f C i t r i G r a n d i s E x o c a r p i u m,t h e a d a p t a b i l i t y a n d e c o n o m y o f d r y i n g m a c h i n e s.T h e n,t h e t e c h n i c a l d e f i c i e n c i e s o f d r y i n g m e t h o d s a n d e q u i p m e n t s a r e d i s c u s s e d,a n d t h e k e y t e c h n o l o g i e s a n d d e v e l o p m e n t t r e n d s a r e a n a l y z e d.I n t h e c u r r e n t d r y i n g i n d u s t r y o f C i t r i G r a n d i s E x o c a r p i u m,t h e t r a d i t i o n a l d r y i n g r o o m,s u n l i g h t d r y i n g a n d s h a d e d r y i n g h a v e t h e l o w e s t c o s t,m i c r o w a v e d r y i n g a n d h o t a i r d r y i n g h a v e t h e h i g h e s t e f f i c i e n c y,a n d v a c u u m f r e e z e d r y i n g a n d v a r i a b l e t e m p e r a t u r e p r e s s u r e d i f f e r e n t i a l p u f f i n g d r y i n g r e t a i n t h e m o s t a c t i v e i n g r e d i e n t s o f C i t r i G r a n d i s E x o c a r p i u m.H o w e v e r,e a c h d r y i n g m e t h o d h a s i t s d i s a d v a n t a g e s t h r o u g h c o m p r e h e n s i v e a n a l y s i s o f a l l a s p e c t s,t h e r e f o r e i t i s n e c e s s a r y t o 第4 4卷 第8期2 0 2 3年8月中国农机化学报J o u r n a l o f C h i n e s e A g r i c u l t u r a l M e c h a n i z a t i o nV o l.4 4 N o.8A u g.2 0 2 3第8期孙振刚 等:化橘红干燥技术与设备研究现状及对策1 1 1 e x p l o r e a n d m a s t e r t h e t r a d i t i o n a l d r y i n g p r o c e s s a n d c h a r a c t e r i s t i c p a r a m e t e r c h a n g e s o f C i t r i G r a n d i s E x o c a r p i u m,a n d t o e s t a b l i s h t h e q u a l i t y g r a d e s t a n d a r d s a n d t h e t e c h n i c a l d r y i n g s t a n d a r d s f o r C i t r i G r a n d i s E x o c a r p i u m,i n a d d i t i o n,i t i s a p o t e n t i a l l y f e a s i b l e w a y t o u s e c o m b i n e d d r y i n g t e c h n o l o g i e s f o r m a x i m i z i n g t h e a d v a n t a g e s o f e a c h d r y i n g m e t h o d.K e y w o r d s:C i t r i G r a n d i s E x o c a r p i u m;d r y i n g t e c h n o l o g y;m e c h a n i z e d d r y i n g e q u i p m e n t;t r a d i t i o n a l d r y i n g p r o c e s s;c o m b i n e d d r y i n g t e c h n o l o g i e s;p r o c e s s i n g o f a g r i c u l t u r a l p r o d u c t s0 引言化橘红(C i t r i G r a n d i s E x o c a r p i u m)全称化州橘红,来 源 于 芸 香 科 植 物 化 州 柚(C i t r i g r a n d i s T o m e n t o s a)未成熟或近成熟的干燥外层果皮1,属于“中国四大南药”和“十大广药”之一,更是岭南八大道地药材之首,有着“一片值千金”的说法。作为我国传统中草药之一,广东通志 首次记录化橘红入药,本草纲目拾遗 将其作为正式的药材立目分类2。化橘红是在夏天尚未成熟的时候采摘,放入开水中稍煮,然后把果皮切成五片或七片3,去掉里面的果肉和中间的果瓤,最终挤压成形并烘干。由于化橘红的市场需求量不断增长,不仅化州地区种植量增加,而且发展到非道地地区也有大量种植4,随着化橘红产业规模和市场的扩大,对其装备化提出了更高的要求。化橘红品质的好坏与其干燥方式有很大的关系,对化橘红干燥工艺进行深入研究,既有实用价值,也有一定的理论意义。传统的阳光生晒既消耗人力,又受到气候的严重影响,烘干房烘干耗费材料的同时对环境污染较大。当前一些企业已开始使用设备干燥,极大地提高了生产效率,但行业内部绝大多数依然认为传统干燥法具有不可替代的作用,认为其干燥出来的化橘红品质最佳。对于化橘红烘干,目前尚无一套科学规范的温湿度控制方法及烘干标准,由此导致市面上化橘红产品品质良莠不齐、同质化严重,甚至出现用柚皮掺假的现象5。针对上述问题,本文对化橘红的干燥现状展开分析,对比探究化橘红传统干燥方法和各种机械化干燥技术与设备的优缺点,以及机械化干燥技术对化橘红品质的影响,指出化橘红干燥阶段机械化发展存在的问题,相应地剖析化橘红机械化干燥技术与设备的发展对策,并提出展望。1 化橘红干燥技术与设备研究现状1.1 化橘红传统干燥方法化橘红传统加工方式是将夏季未成熟的化橘红果采摘后经过沸水蒸煮,然后将果皮切割成5或7瓣(称五爪或七爪化橘红),除去果瓤及部分中果皮,压制成形并干燥6。由于化州柚的果皮与果肉之间有较厚的果瓤紧密连接,导致果皮和果肉很难分开,目前市面上没有化州柚机械化切皮装置,而依靠人工制作五爪、七爪化橘红耗时耗力,效率低下;因此当前行业内通用的做法是在化橘红果瓤极少的幼果期,将幼果采摘下来经过沸水蒸煮后干燥处理,得到化橘红干果,之后再制成化橘红切片或化橘红丝。虽然这种加工方式提高了加工效率,同时有研究表明化橘红幼果的疗效较好7,但是行业内依然有很多从业人员认为五爪、七爪化橘红的功效和口感更好,且市场上爪皮的价格比切片要昂贵。传统化橘红干燥工艺主要有阳光生晒、阴干和烘干房烘干三种方式,前两种方式主要依靠自然阳光的热量以及空气流动加速化橘红中水分的蒸发。烘干房(图1)烘干的原理是柴火燃烧产生的热量通过热管道进入烘干室,热管道对房间进行热传递,使室内温度介于5 07 0之间,烘干室内旋转的风扇通过抽风或鼓风进行湿热传递,并且带动房间内热空气流动,使得房间内热量趋于均匀分布,从而使化橘红尽可能干燥均匀。烘干时间根据全果、切片类型以及烘干量有所不同,介于1.54天之间;相对于全果,切片烘干的时间会短些。烘干房则由砖和水泥结构建造,内部包装一层隔热材料。烘干房内放置烘干架,架上有网格状托盘,化橘红放置于托盘内。传统阳光生晒或阴干的干燥方式成本低廉,操作简便,但受环境因素影响较大,干制时间长,卫生环境不能保证,可能导致干燥完的化橘红质量良莠不齐。烘干房干燥的方式成本低廉,一次性烘干量大,烘干的化橘红有独特的香味,但是其温度不易控制,容易出现烘干不均匀的现象,并且干燥时间长,能耗高。图1 烘干房示意图F i g.1 S c h e m a t i c d i a g r a m o f d r y i n g r o o m1.通风口 2.烟囱 3.烘干房房体 4.燃烧室1.2 化橘红机械化干燥技术与设备化橘红干燥过程受内在化橘红果成熟度和外在影1 1 2 中国农机化学报2 0 2 3年响因素主导,夏季采摘的化橘红果实未成熟且果皮薄,干燥时间短,秋冬季节采摘的果实已成熟且果皮厚,干燥时间长。外在因素比较复杂,环境温湿度这一对耦合参数其中一种发生变化都会对整体干燥程度产生影响,空气流速在一定范围内也对化橘红干燥速率有影响。目前化橘红干燥环节急需解决的问题是不能只依靠人工经验判断干燥程度,而是提供一套低成本高效率的机械化干燥设备技术方案,且干燥设备技术方案要最大程度上保留化橘红传统要求的色香味药效。根据药典要求,把化橘红湿基含水率减至1 1%以下,降低其水分活度,抑制微生物和活性成分降解,是延长货架期、保持品质的有效手段,干制产品的质量和体积减小也使得包装和运输成本大幅降低8。现阶段化橘红机械化干燥技术有热风干燥、热泵干燥、微波干燥、真空干燥、冷冻干燥等。1.2.1 热风干燥技术与设备热风干燥是化橘红主要干燥方式之一。热风干燥的原理:利用风机将加热的空气吹入干燥室中,新鲜的化橘红果表皮水分受热蒸发,热量进一步由表面向中心传递,水分由内向外扩散,在化橘红表面蒸发掉;产生的高湿高热空气由间歇开启的排风扇排出干燥室,以此达到快速干燥的目的。有研究采用化橘红切片进行热风干燥实验,发现切片厚度和干燥温度对干燥过程影响显著。热风干燥设备技术相对成熟,具有操作简单、不受气候条件的影响、成本低、卫生条件好等优点,我国大多数中草药和果蔬干燥常采用热风干燥,但是目前这种干燥方法及其控制方式不具有针对性,对化橘红组织结构以及热敏活性物质具有一定的破坏性,且存在耗能高和热效率低等问题。1.2.2 热泵干燥技术与设备热泵干燥装置是由压缩机、蒸发器、冷凝器、膨胀阀和干燥室等组成的封闭循环系统(图2)9。其原理是高温低湿的热空气进入干燥室,流经化橘红表皮表面,带走其内部水分,蒸发成高湿空气;高湿空气经过蒸发器降温除湿后变成低温低湿的空气,然后通过风机作用流经冷凝器表面,空气被冷凝器释放的热量等湿加热成高温低湿的热空气,具有干燥能力的热空气再进入干燥室干燥化橘红,如此循环往复,使化橘红中的水分不断减少,最终达到干燥标准。虽然与传统干燥方式相比,热泵干燥更经济1 0,并且热泵干燥技术干燥温度低、易于控制和能耗低的特点适合对化橘红进行烘干处理,但是其一次性投入的成本和后期维护成本较大,且后期存在除湿不足、能耗高等缺陷,极大地限制了应用范围1 11 3,故对于中小型企业来说,一般较少采用热泵干燥设备。图2 热泵干燥原理图F i g.2 S c h e m a t i c d i a g r a m o f h e a t p u m p d r y i n g1.2.3 微波干燥技术与设备微波干燥是利用电磁波微波段热效应原理,其工作原理如图3所示。化橘红在微波的热辐射下,内部水分子产生极速热运动,游离水和结合水散失,以达到干燥的目的。微波干燥能够保留果蔬本身的营养物质,具有杀菌杀虫作用,而且干燥时间短、速度快、能量利用率高,节约能量的同时提高了干燥效率1 4。微波干燥会使芸香科类果实果皮中的挥发油有一定的损耗,且存在干燥出来的产品色差和形变较大、干燥过程最终水分含量难以控制、成本大等问题1 51 6,因而该技术大多还停留在实验阶段,目前对于化橘红干燥不太适合,但具有潜在的研究和应用前景。图3 微波干燥原理图F i g.3 M i c r o w a v e d r y i n g s c h e m a t i c1.出料斗 2.传输系统 3.微波箱体 4.微波系统5.排湿排热系统 6.微波抑制器 7.进料口1.2.4 真空干燥技术真空干燥技术是一种将干燥原料置于真空负压条件下适当加热,使其在较低温度下实现水分蒸发的干燥方式1 7。化橘红果放入密闭环境中,然后将环境抽至真空的同时不断加热,化橘红内部水分子在真空压力差或浓度差的作用下逃逸至表面,通过真空泵将水分带走。真空干燥能够使化橘红较好的保留原始特性,干燥时间短,无过热现象,减少高温对重要成分产生破坏,但干燥成本高、耗能高且生产力较低。这种设备适用于热敏性物料,或高温下易氧化的物料,或排出的气体有毒害、有燃烧性的物料,在化橘红干燥领域应用很少。1.2.5 冷冻干燥技术冷冻干燥是利用冰晶升华的原理,其工作原理如图4所示。新鲜的化橘红在低温环境下内部水分迅速结成冰晶状,然后在真空状态下使冰晶升华成气态,再通过解吸过程去除部分结合水,可以使化橘红干燥和长期保存。由于冷冻干燥后的冻干产品速溶性和快速复水性很好1 8,在较好保留化橘红内部挥发性物质和第8期孙振刚 等:化橘红干燥技术与设备研究现状及对策1 1 3 热敏性物质的同时,还能保持其形状,减少化橘红色、香、味及药物成分的损失。有研究表明,冷冻干燥技术对与化橘红同属芸香科的苦橙皮的干燥效果很好1 9。虽然冷冻干燥是适合化橘红干燥处理的潜在技术,但冷冻干燥设备成本高昂、设备技术要求高,目前在化橘红领域应用较少。图4 冷冻干燥原理图F i g.4 F r e e z e d r y i n g s c h e m a t i c1.2.6 太阳能干燥技术太阳能干燥利用阳光照射的能量通过太阳能板收集能量后转化为热能,通过管道通入干燥室对化橘红进行干燥处理,或者是采用特殊材质的材料搭建大棚,在化橘红被暴晒的同时不必考虑天气因素。这种方式节能环保、操作简单且避免污染,但干燥效率极低,辐射能到热能的转化率较低2 0。该项技术不够成熟,故目前在化橘红干燥领域应用较少。1.2.7 变温压差膨化干燥技术变温压差膨化干燥技术比较新颖,其利用相变和气体的热压效应原理,通过加热到常压下的沸点以上的方式,使放入加压罐内化橘红内部水分不断蒸发,此时打开减压阀,压力瞬间降低的同时液态水瞬间气化,达到干燥目的。目前,变温压差膨化干燥技术在膨化果蔬产品加工中已得到应用2 1。变温压差膨化设备简单、操作容易、耗能低,干燥出来的产品外观好,保留了原有的独特香味,且便于贮存,理论上有很好的应用前景,但由于我国对此项技术的研究处在初级阶段,所以该项技术并不成熟且应用较少,对于化橘红经过干燥后有效成分的保留程度还需进一步研究。2 化橘红干燥技术分析2.1 化橘红干燥技术对比分析上述各干燥方式,从效率、成本、有效成分损耗等方面进行对比分析,其具体对比情况见表1。从表中可以看出,传统化橘红阳光生晒、阴干干燥方式成本低,但受天气影响较大,效率低且耗费人力,卫生条件无法保证,易受天气和虫害的影响而损耗;烘干房干燥虽然干燥效率适中、成本较低、损耗较少,但其燃烧柴火污染环境,同时干燥不够均匀;热风干燥在中草药干燥领域应用较多,其效率和成本适中的同时损耗较少,但其耗能严重;热泵干燥效率高、成本适中、有效成分损耗较少,节能但一次性投入成本较高;微波干燥效率很高,但其有效成分损耗较多,干燥过程最终水分含量难以控制且成本较高;真空干燥对化橘红有效成分损耗较少,但干燥设备成本高、耗能较大;冷冻干燥损耗较少,但干燥设备一次性投入成本高且后期维护成本也较高;太阳能干燥损耗少、成本适中,但是效率很低、干燥过程不够稳定;变温压差膨化干燥效率适中、损耗较少,但成本较高、技术不够成熟。以上各种干燥方式都有各自的优缺点,在进行化橘红干燥时,生产企业要根据对产品品质等级要求、预算和环保要求等合理选择干燥方式及干燥设备。表1 化橘红干燥技术对比分析T a b.1 C o m p a r a t i v e a n a l y s i s o f t h e d r y i n g t e c h n o l o g y o f C i t r i G r a n d i s E x o c a r p i u m干燥技术效率 成本有效成分损耗其他方面阳光生晒或阴干低低天气及虫害引起损耗大需要的人工多,卫生差烘干房干燥适中 较低较少污染环境,干燥不均匀热风干燥适中 适中较少耗能热泵干燥高适中较少节能 但 一 次 性 投入成本高微波干燥高较高一般产品色差和形变较大、水分含量难以控制且成本较高真空干燥高高少成本高、耗能冷冻干燥高高少一次性投入成本及后期维护成本高太阳能干燥低适中较少节能但效率低、不稳定变温 压差 膨化干燥适中 较高少技术不够成熟2.2 干燥技术对化橘红品质的影响化橘红品质越高,其价值越高。目前化橘红等级质量评价方法还处于初期的探索阶段,需要更加系统、深入的研究2 2。化橘红干燥品质的衡量标准主要在两个方面,即生化参数和物理参数。生化参数主要包括黄酮类化合物(柚皮苷和野漆树苷)和挥发油含量,而物理参数包括表皮色泽、气味及含水率等。刘永富等建立化橘红热风干燥动力学模型,取厚度为6mm的化橘红切片,分别在温度为5 0、5 5、6 0、6 5、7 0下进行热风干燥,同时在6 0下,分别取切片厚度为4mm、6mm、8mm的化橘红进行热风干燥,测出干燥完的化橘红切片柚皮苷和野漆树苷的含量,发现干燥温度及化橘红切片厚度对干燥结果有显著影响,温度是化橘红黄酮类化合物含量的主要影响因素,随温度变化化橘红黄酮类化合物含量呈现1 1 4 中国农机化学报2 0 2 3年非线性变化,5 0含量最高,6 0含量次之,7 0含量最低;随着切片厚度增加,干燥时间变长,黄酮类化合物含量呈降低趋势。曾佩瑜2 3采用智能型常温热风干燥箱,以柚皮苷含量为指标,对化橘红的干燥质量退变机理进行了分析,实验表明,对于化橘红等芸香类药材,干燥的相对湿度和温度是影响芸香类药材干燥质量退变的主要因素,一般情况下,高温低湿比低温高湿的处理环境对该类药材的质量退变作用大,尤其在物料湿基含水量较高的时候。同时分别在干燥温度3 0、4 0、5 0,干燥时间4h、6h、8h,干燥风速7m/s、8m/s、9m/s下进行干燥化橘红的正交试验,以外观性状、水分和柚皮苷含量为指标进行综合评分,得出影响化橘红干燥工艺因素的主次顺序分别为干燥温度、干燥时间、干燥风速,干燥温度和干燥时间有显著影响,干燥风速无显著影响,试验显示在4 0干燥时,其湿基含水量变化最均匀,综合评分最高。徐小飞2 4通过试验对比三种干燥方式对化橘红品质的影响,选择化橘红切片,在微波干燥1 0m i n,恒温热风干燥5 h,真空干燥5 h这三种不同条件下,发现干燥之后的化橘红切片内部总黄酮和柚皮苷含量由高到低分别是微波干燥、真空干燥、恒温热风干燥;野漆树苷含量由高到低分别是真空干燥、恒温热风干燥、微波干燥;挥发油是化橘红香味的来源,实验结果表明微波干燥保留的挥发油最多,其次是真空干燥,恒温热风干燥保留量最少;通过对总黄酮、柚皮苷、野漆树苷和挥发油含量这四个指标综合加权评分来看,发现真空干燥和微波干燥效果较好且相差不大。黄寿恩等2 5对芸香类柑橘皮进行试验,对比研究在热风、冷冻、变温压差膨化三种干燥方式下柑橘皮的品质好坏,发现冷冻干燥后的果皮色泽最好、完整度最好且复水率优于其他两种干燥方式,变温压差膨化干燥的产品品质与冷冻干燥的产品品质相差不大,具有较好的酥脆度和色泽,热风干燥产品与其他两种方法干燥产品相比,操作简单易行,但品质较差,且干燥时间长;综合分析,得出冷冻干燥和变温压差膨化干燥应用价值更高。从上述相关研究来看,化橘红干燥的关键就是对温湿度的合理控制,合理的温湿度控制既能节省干燥时间,提高干燥效率,还能降低化橘红内部挥发油、黄酮类化合物等药用成分的损耗。目前针对部分中药材干燥工艺的研究,主要根据热敏性、挥发性、本身色香味及形状要求的不同,干燥时做出不 同的侧重,进行干燥技 术对比、优化 和 选型2 62 8。但对化橘红干燥工艺的研究以及相关应用还很少,所以,研制出具有针对性的干燥装备才能解决关键问题。3 化橘红干燥设备发展存在问题及对策3.1 存在问题1)缺乏基础理论研究和对传统干燥工艺流程及参数变化规律的研究。目前,大多数企业仍然采用传统干燥房来干燥化橘红,机械化程度较低。由于没有研究和掌握传统干燥房干燥化橘红过程中温湿度等参数的变化规律,单纯地使用市面上常规的干燥设备来干燥化橘红,并不能达到干燥房干燥出来的化橘红同等品质。因此,缺乏基础理论研究和对传统干燥工艺流程及参数变化规律的研究严重制约了化橘红干燥机械化的发展。2)单一干燥设备和方法均存在不同程度缺陷。通过上述干燥方法和设备对比分析,发现传统干燥方法和各种机械化干燥方法均存在各自的缺陷。从效率上来看,传统干燥方式效率最低,在机械化干燥设备中,太阳能干燥效率很低,而热风干燥和变温压差膨化干燥方式也比其他干燥方式效率要低;从成本上来看,微波干燥、真空干燥、冷冻干燥和变温压差膨化干燥方式干燥成本比其他干燥方式要高;从有效成分损耗上来看,传统干燥方式对有效成分损耗主要是受到天气和虫害的影响较大,在机械化干燥设备中,微波干燥方式对有效成分损耗较多,其次是热风干燥、热泵干燥和太阳能干燥方式。由此看来,单一干燥设备和方法均存在不同程度的缺陷,不利于化橘红干燥设备的推广实施和品质保证,一定程度上限制了化橘红产业的进一步发展。3)新型干燥技术研究与实践较少。目前,新型干燥技术主要是流化床干燥、过热蒸汽干燥、气体射流冲击干燥、射频干燥、泡沫干燥、折射窗干燥、电流体动力学干燥。新型干燥技术的优势在于干燥时间短、能耗低、效率高,很好的保留营养物质和药用物质,干燥产品品质高,但这些新型干燥技术暂时处在探索阶段,与干燥设备结合性也较差,同时缺乏大量实践研究,在果蔬干燥领域应用较少,所以是否适用于化橘红干燥领域仍有待考究。3.2 发展对策1)确定化橘红传统干燥工艺流程及参数变化规律。目前,人们普遍认为传统干燥房干燥出来的化橘红品质比市场上通用的干燥机械干燥出来的要好。基于此,理想的化橘红干燥机械装置可以基于传统干燥工艺流程及参数变化规律进行研发,从而来保证化橘红干燥后的高品质。第8期孙振刚 等:化橘红干燥技术与设备研究现状及对策1 1 5 根据上文分析,化橘红干燥的关键就是对温湿度的合理控制。化橘红在烘干过程中,脱水过程分为两个阶段:热量从外部环境传递给被干燥的物料,使得物料表面水分蒸发的恒速干燥过程;内部湿分传递到物料表面,随之再发生表面蒸发的降速干燥过程。为了能够精确分析化橘红传统烘干工艺过程中温湿度变化规律,一是对化橘红的烘干脱水机理进行深入的研究,结合化橘红的特性建立模型;二是利用传感器将传统烘干工艺过程中温湿度等参数变化情况记录下来,通过数据处理,发现其变化规律,来验证和完善理论研究及模型。在上述分析研究的基础上,再进行干燥设备的设计研发,并结合智能控制系统,比如运用P L C控制系统实现对干燥过程中参数的最优化控制。在传统干燥工艺的基础上,研发智能化的化橘红干燥设备,不但能提高干燥效率、减少工作量,还可以降低能耗、减少化橘红有效成分的损耗,确保干燥出来的成品化橘红品质最佳。2)研发联合干燥技术及设备。由于单一干燥设备和方法都存在不同程度的缺陷,联合干燥设备和方法的研究就十分关键,两种或两种以上的干燥方式结合起来,形成优势互补,实现能耗低、污染少、效率高的综合干燥效果。联合干燥技术广泛应用于果蔬加工领域,干燥产品品相较好。比如常用热风干燥组合技术包括热风真空、热风冷冻、热风微波、热风压力膨化、热风真空油炸联合干燥等,其中热风微波联合干燥技术多用于香蕉、红枣、胡萝卜、竹笋等果蔬的加工2 9。再比如常见的微波组合干燥技术除了热风微波之外,还有微波真空、微波冷冻、微波压差膨化联合干燥及微波冷冻真空联合干燥等,微波联合干燥蔬菜的主要品种有胡萝卜、马铃薯、辣椒、油菜花、蒜、食用菌、白菜、甘蓝和姜等,干燥水果主要有苹果、柿子、蓝莓、柠檬和香蕉等1 4。虽然联合干燥技术在其他果蔬已有应用,但是由于不同种类的果蔬在组织结构、物化性质上存在很大的差异,需要通过大量实验来确定干燥工艺,故联合干燥技术的通用性并不强。由于化橘红干燥过程中要尽可能减少挥发性物质的损耗,同时要让干燥出来的化橘红保留较好的色香味。要想在化橘红干燥领域应用联合干燥技术,就需要在化橘红烘干脱水机理的深入研究基础上,使联合干燥技术的干燥过程能够满足化橘红温湿度变化的规律,来保证化橘红干燥的高品质,同时实现节能、高效作业。3)加强新型干燥技术的研究与应用。新型干燥技术要想应用于化橘红干燥领域,首先应该完善自身干燥技术理论,并加强理论与实际结合,其次应在实践中反馈问题,不断完善和优化,使该项技术趋于成熟,最后要结合化橘红的特性,研发与之相匹配的新型干燥设备与方法,最终使该项技术完全适用于化橘红干燥领域。4 展望根据“十四五”规划,现代农业发展需要与信息技术结合起来,发展智慧新农业,强化现代农业技术和装备支撑。在全球疫情暴发的大背景下,中药对新冠病毒起到了一定的抑制作用,由于化橘红自身的独特药效,不但已被列入抑制和治疗新冠病毒的处方药3 0,而且在此方向上还具有巨大的研究前景3 1。当前,随着化橘红产业的快速发展,市场对化橘红的产量需求也越来越大。目前市场上流通的化橘红大多是化橘红干果、化橘红片和化橘红丝,而经济价值较高的传统五爪和七爪化橘红极少。究其原因,是因为传统五爪和七爪化橘红皮,在进行干燥之前,需要先把化橘红果瓤果肉去掉,而目前化橘红的去瓤,机械化程度很低,基本上都是人工方式完成,效率低,成本高,无法适应市场的需求。因此,为了提高经济价值高的传统五爪和七爪产量,在干燥设备研发的同时也应该加大力度研发开皮除瓤设备。目前已有文献对广陈皮的开皮初加工机械进行了初步的探讨3 23 3,汤亮等3 4运用T R I Z理论进行柑橘自动剥皮装置的创新方案设计,利用剥皮辊和辊轮摩擦去皮装置对柑橘进行剥皮,谭伟超3 5基于三刀法设计了全自动环形开皮机,实现了广陈皮的开皮以及果皮果肉分离。但是对于化橘红而言,其为橘柚,其相对于广陈皮等柑橘类果实的开皮有以下难点:一是化橘红果实内部结构更为紧密,果皮与果肉之间有较厚的果瓤紧密连接,开皮机械不易将表皮与果肉分开;二是在去瓤过程中,如果果肉破损果汁流到果皮上,将影响到果皮的效用及后续干燥后的品质。为此,根据化橘红的特点,研发其自动开皮装置是有意义的。结合化橘红的采收、开皮以及后续的烘干等作业程序,打造出一套完整的化橘红初加工工艺和装置显得很有必要。作为道地