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浅谈真空冻干技术在铁皮金钗石斛干燥加工中的应用

  作者:鲁元学  |  2013/9/24  |  2232人喜欢

铁皮金钗石斛真空冷冻干燥品

图1 :真空冷冻干燥品

铁皮金钗石斛普通热干燥品

图2 :普通热干燥品

铁皮金钗石斛冻干切片

图3 :冻干切片(左)与热干燥切片(右)之复水比

 

     引言

     在世界医药史上,中华医学博大精深,中华医学的根源是中药材,而中药材的加工首先要考虑的一个重要因素是如何使其干燥?从古自今,药品和食品干燥是生产中非常重要的工艺环节之一。过去干燥的目的主要是除去某些原料、半成品及成品中的水分或溶剂,使药品、食品等物料重量减轻、缩小体积、以便于加工、使用、运输和贮藏等。因为当时的人们并不一定知道使促进食品药品发生不良化学反应的酶类物质、以及使引起食品药品腐败变质的微生物等。而现代干燥加工的目的除了通过干燥减少物料中的水分含量,降低食品药品的水分活度,使引起食品药品腐败变质的微生物难以生长繁殖,使促进食品药品发生不良化学反应的酶类钝化失活,从而延长药品食品的货架期,达到安全保藏的目的外,在一定程度上注重于色、香、味、形回归于自然形态和保持自然特质以及食用方便的要求。
 
     伴随着社会的发展进步,无论是食品或是药品,现代加工技术的一个重要发展趋势是最大限度地保持食品药品的有效成分、营养成分和物理特性。也就是说,现代工业化下的中药材加工已不仅仅是满足“干燥”那么简单,用干燥工艺制成的食品药品,不仅对色、香、味、形有一定的要求,而且对药品中的有效成分(如生物碱、多糖等)以及维生素、蛋白质等营养物质的要求也更高。随着科学技术的发展,如生物制品、新型高级食品和新型药物制品等新产品的出现,传统的干燥方法和加工技术不一定都适应。微波干燥技术和真空冷冻干燥技术已在轻工业、化工材料工业、食品与农产品加工业等行业的一些产品生产中得到了应用并表现出了显著的优越性。其中,真空冷冻干燥无疑是适应新产品要求的一项新技术。 
 
     一、传统的 “枫斗”金钗石斛的加工方法及其特点
 
     枫斗,是利用兰科金钗石斛属植物中的一些我国特有的金钗石斛种类的茎,经过多道工序加工而成的一种产品。《中国名贵传统中药与保健饮品:枫斗(第2版)》(包雪声等,2011)一书中详细介绍了枫斗的起源、发展历史、商品规格、产地变迁、植物基源及变更原因等内容,自清代赵学敏所著《本草纲目拾遗》记载至今已有200多年历史;而金钗石斛,自《神农本草经》做药用记载至今,已有二千多年的历史。
 
     由于新鲜的金钗石斛不能长久保存,而通过药工将新鲜金钗石斛加工成枫斗后就不易霉烂、虫蛀和变质,同时由于金钗石斛类植物的茎多含有黏液成分,加工成枫斗后其黏液成分被固化而稳定,使有效成分不易分解,所以形成了今天有一定规模的加工生产,形成了流通金钗石斛商品的大类。枫斗通常呈螺旋形或弹簧状, 通常有2~6 个旋纹,茎拉直后长3.5 ~ 8cm,直径O.2~O.4cm。表面黄绿色或略带金黄色,表面黄绿色、棕绿色或金黄色;质地坚实僵硬,气微,味淡,嚼之有黏性。枫斗在历史上最早是以霍山产者为最著名,来源仅限于霍山金钗石斛及少数金钗石斛属它种植物加工而成。但长期来主要为铁皮金钗石斛,目前的植物来源趋于复杂。无论哪种金钗石斛加工而来的枫斗,传统的干燥加工法主要有:沸水烫晒法、直接烘干法和枫金钗石斛加工法。其加工过程主要经过文火烘焙、使之软化;搓揉、去薄膜状叶鞘;再经手工扭曲定型,搓扭成条形或卷曲成紧密及疏松团状、螺旋状、弹簧状等再自然晾晒或烘干。如此反复加工2~3次,直到干燥成形不变时,即得“枫斗”产品。
 
     可以说,传统的金钗石斛“枫斗”加工,其工艺技术一定程度上完全靠手法、凭经验,看谁更好地掌握了加工过程中的“火候”。因此,在加工过程中受人为因素的影响较大。其加工技术熟练者,成品率高,品质优越;不熟练的,很难做出像样产品。其加工过程费时、费力,有的甚至不能完全达到卫生和环保要求的加工。而且,目前行业中加工技术好者,每公斤的加工费高达几百元甚至上千元。加上金钗石斛野生资源匮乏、种植成本高、原料价格高,因此,目前产品价格十分昂贵。由于目前缺乏行业的标准,象“枫斗”这样一种称得上是“国粹”的金钗石斛加工品也就难免出现“五花八门”的产品了。不过,即将问世的《中国药用金钗石斛标准化研究与应用》一书,相信为我国金钗石斛产业的发展将起到积极的带动作用。
 
     追溯金钗石斛的药用历史以及“枫斗”的干燥加工历史,一些历代的加工方法一直保留延用或传承发展至今。传统的加工方法具有其历史意义。在当时没有发达技术和先进设备的条件下,古人对金钗石斛“枫斗”的加工干燥方法的发明,可以说是智慧的。一方面其加工方法达到了干燥、保存、运输等需要的目的,另一方面,经过加工后的产品因色泽、质地、形状等一些特质近乎于“黄金”或得名于人们对某种事物(如“龙头凤尾”)的美好追求,作为地方特产,无论是作为宫廷皇朝的进贡品或是作为百姓的“救命草”都十分适宜。因此,受到历代的青睐,成为我国名贵、传统中药和保健品。
 
     现代科学研究表明,金钗石斛的其药效成分主要是金钗石斛多糖、金钗石斛碱和总氨基酸等,还含有比例很高的植物纤维、水分和其它有效活性成份。传统的金钗石斛“枫斗”加工方法,因其属于热干产品,产品不可避免地出现收缩、硬化、色变和难以复水等现象。在现实生活中,很多人知道“枫斗”金钗石斛的功效与作用及食用方法。但是,使用方法有些让人不解,因为“枫斗”至少要几个小时的温煮或包烫,食用起来很不方便。
 
     随着科学技术的进步和经济的发展,人们对食物的品质要求越来越高,传统的加工方法所造成的色、香、味劣变,营养成分和生理活性成分的损失,以及食品安全性问题,日益被消费者所关注。
 
     但是,目前我国金钗石斛的加工率较低,加工产品单一,加工技术含量不高,致使金钗石斛产业进一步发展受到制约。在现代生活和工业化的条件下,我国金钗石斛产品必须利用更好的加工方法来生产金钗石斛干品。探讨新的加工方法,以多元化发展寻求新的消费群体和新的经济增长点。通过开发冻干产品,提升我国金钗石斛产品的档次,提高产品附加值,具有重要的现实意义。
 


     二、 真空冷冻干燥的原理和特点
 
     真空冷冻干燥也称升华干燥,简称冻干,是集真空技术、冷冻技术以及干燥技术为一体的新加工方法。其原理是将含水物料预先进行降温冻结,使其内部水分固定在最初的位置上,并形成均匀细小的冰晶,然后在适当的温度和真空度下使冰直接升华为水蒸气以除去物料内部的水分,从而获得干品,最大限度保持物料原有的特性并便于长期保存。因此,整个真空冷冻干燥过程可分为预冻、升华干燥和解吸干燥3个阶段。
 
     真空冷冻干燥产品的特点有:
 
     1、在低温下干燥,能有效保护热敏性物质,使其不致变性或失去活力,物质中挥发性成份损失少。
 
     2、在真空缺养的条件下干燥,易氧化物质得到了保护,而微生物生长和酶作用无法进行,而且能抑制某些细菌的有害作用,能保持原来性质状态。
 
     3、在冻结下干燥,干燥后体积几乎不变,不会发生收缩现象,物质呈疏松多孔海绵状,加水后溶解迅速,几乎立即恢复原来性质。
 
     4、在低温下脱水,干燥时排除物料中95%以上的水分,不仅热敏性成分不受破坏,而且色素和芳香物质损失极少。干燥后产品能在室温下不易吸湿发霉, 并且避光保存,可保持长年不变质。冻干制品采用真空或充氮包装,便于携带运输,易实现商品化生产。
 
     5、在整个冻干过程中,只有物理变化,没有化学变化, 因此如果原料是环保安全的,干品也必然是绿色食品。
 
     因此,真空冻干产品与蒸发脱水的热干产品相比,具有许多非常明显的优点。热干产品不可避免地出现收缩、硬化、色变及营养成分严重破坏和难以复水等现象。冻干产品的优越性可以简单概括为:形状、颜色、口味和营养成分都同鲜品基本上一样,而且复水性好。

     三、真空冻干技术在铁皮金钗石斛加工中的应用
 
     许多中药材的生物活性物质及性味在干燥方法不当时会有较大损失。干燥方式、干燥温度、干燥时间等因素的不同,对药物中许多化学成分会产生不同程度的影响,导致药物药效迥异。在中药制剂中,制剂工艺是影响药物质量的重要因素,而干燥则为制剂工艺中的主要环节和必要的操作步骤。在现代工业化生产中,干燥方法按照不同的分类方法可以进行如下划分,按操作压力的不同可分为常压干燥和真空干燥;按操作方式的不同可分为间歇式干燥和连续式干燥;按热能对湿物料传递方式的不同可分为对流干燥、传导干燥和辐射干燥。其中,辐射干燥按传热机理的不同又可分为远红外干燥和微波干燥。在以上几种干燥技术中,远红外干燥、微波干燥和真空冷冻干燥是近年来发展起来的新干燥技术。其中,真空速冻干燥技术被认为是生产高品质制品的理想的加工方法。
 
     在我国,冻干食品生产起步较晚,上规模的冻干食品生产线到2O世纪80年代后期才出现,而且设备还是进口的。在冻干食品的发展初期,由于产量低、价格贵,仅限于宇航、远洋航海、极地考察、山区作业等特殊工作人员享用。进入20世纪90年代以后,冻干食品的品种和数量都迅猛增长,对绝大部分的蔬菜、水果、肉食、豆浆、果汁、蜂蜜等均可采用冻干技术。发展至今,冻干技术在食品药品原料处理、软饮料加工、方便食品、调味品、保健品生产等领域的应用日益增多。而冻干农产品在国际市场的价格是同类热风干燥农产品的4~6倍, 是速冻农产品的7~8倍,且其产量正以每年30%的速度递增,正成为国际食品贸易中的大宗贸易。
 
     长期以来,我国金钗石斛干燥产品一直徘徊在出口原料或初级加工阶段,给人一种技术含量低的总体感觉。传统的工艺在现今的社会显然不能符合时下的要求。金钗石斛要从一个传统的中药产品上升到现代中药保健品行业,需要对其加工工艺方法做进一步的提升和优化。为解决传统干燥方法生产铁皮金钗石斛干燥品的缺点,我们研究探讨了真空冷冻干燥技术在生产铁皮金钗石斛茎段、切片等干燥加工的应用。通过对铁皮金钗石斛含水率、冻干速率、表面积收缩率、复水比、多糖含量、色泽、香气和外观等多因素进行了计算测试和感官评价等。试验结果表明,不同干燥对金钗石斛总多糖的含量有较大的影响,采用真空冷冻干燥技术加工铁皮金钗石斛,产品含水量低,能最好地保存铁皮金钗石斛的色、香、味、形及有效成分;复水后更加接近新鲜品、避免产品表面硬化、营养损失和增长保质期等特点,显著优于传统的热干燥法,为工业化生产和工艺优化提供了一定的参考依据。

     鲁元学 (作者系 留日博士 德宏恒利达生物科技开发有限公司顾问)
 

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