宁夏职业技能等级认定

第一节研发背景及过程

宁夏枸杞（LyciumbarbarumL.）属于茄科植物，是一种药食两用的物品，具有滋补肝肾、益精明目的功效。长期以来，由于干燥后的枸杞商品率低、品相差，不能满足现代主流消费人群健康养生的需求，制约了现代枸杞产业高质量的发展要求。而鲜果的干燥是问题的关键。

2019年，百瑞源锁鲜枸杞的问世完全打破了人们对枸杞的认知。这款对鲜果有高标准要求，直接用纯净水清洗，无须脱蜡，经过真空脉动冷干锁鲜核心技术，完整保留天然蜡质保护膜的枸杞产品，可以“嚼着吃”。该产品与普通枸杞干果有着根本的区别，受到消费者的青睐。

百瑞源从2013年开始，以消费者的痛点和需求为出发点，聚焦行业关键问题，立足百瑞源宁夏枸杞品种选育及功效研究院士工作站、百瑞源宁夏枸杞功能性食品工程技术研究中心、百瑞源宁夏枸杞功能物质提取和深加工工程研究中心，研发团队与中国农业大学高振江教授合作，从枸杞真空脉动相关基础研究开始，经过6年时间1500万元的研发投入，将真空脉动技术成功引入枸杞干燥领域，相继研发干燥面积0.5m2、40m2、200m2不同类型的设备，获得授权国家发明专利（ZL201911390223.2），制定锁鲜枸杞行业团体标准，在百瑞源中宁长山头种植基地，建成2800m2锁鲜枸杞生产净化车间，将枸杞真空脉动干燥技术成果转化，成功开发了具有核心自主知识产权，完整保留鲜果保护膜适宜嚼着吃的锁鲜枸杞，引导了枸杞走入高标准高质量发展新阶段，推动了行业的设备创新研究、工艺技术创新研究及枸杞产业高质量发展进程。依托该产品使企业走上了创新发展之路。

一、杞制干是枸杞产业提质增效的关键环节宁夏枸杞大多是以干果的形式进行流通和销售的。在传统的制干过程中，枸杞鲜果多采用自然晾晒和传统热风干燥技术。为了提高商品率、缩短干燥时间和降低成本，鲜果需要先进行浸碱处理，以破坏枸杞天然保护膜，俗称“脱蜡”。但这样做不仅会导致枸杞营养成分的流失和碱的残留，而且在枸杞干果贮存时会导致吸湿析糖和氧化褐变，长期来看会对枸杞产业的健康发展造成瓶颈。因此，我们需要通过技术创新来破解传统的枸杞晾晒和制干技术缺陷，寻找一种既“好看”又“好吃”，并且更具营养的枸杞品种。2013年7月，中国农业大学高振江教授实验室研发的先进农产品制干技术为枸杞制干开拓了新的路径。

（一）枸杞传统制干脱蜡导致的问题植物果实表面的组织结构和组成成分对果实在干燥过程中的水势梯度产生很大影响，从而影响整个干燥过程。枸杞是一种浆果，其果浆含有很高的糖分，这些高糖成分增强了与水分子的结合能力，从而增加了干燥脱水的难度。枸杞的外果皮由多层致密细胞排列组成，而外果皮由覆盖有特殊薄层蜡质结构的角质层组成。枸杞中的水分主要存在于枸杞果浆中，在干燥过程中，果浆中的水分除了从果柄处迁移外，还需要通过果皮组织向干燥介质迁移。在该过程中，薄层蜡质结构会抑制内部水分向外部环境的扩散，从而阻碍了干燥过程的进行。较高的糖含量和薄层蜡质结构抑制了枸杞干燥的进程，导致制干需要很长时间。

为了提高干燥效率，一般在枸杞干燥前先采用化学溶液浸淋枸杞鲜果，从而消融破坏其表层蜡质结构，改善枸杞表皮的通透性，虽然提高枸杞的干燥效率，但是带来了容易吸潮、褐变等品质问题。

（二）制干过程品质劣变严重，品相差、商品率低的问题枸杞干燥是一个非常复杂的过程，其中温度、相对湿度和空气环境等因素都十分敏感。在不同的干燥阶段，干燥脱去水分的性质（自由水和结合水）、物料内部温度的变化以及干燥速率都存在差异。如果干燥工艺不合适，会导致品质劣变，如氧化、收缩、变色和营养成分损失等。而枸杞在干燥过程中的品质劣变极大地影响了它的药用价值和经济价值，严重制约了枸杞的开发利用。这些不利结果都会影响消费者对枸杞产品的认知度。因此，为了确保枸杞干燥的质量和稳定性，需要对干燥过程进行严格的控制和监测，以充分发挥枸杞的药用和经济价值，提高消费者对枸杞产品的认知度和信任度。

二、科技赋能，提质增效

中国农业大学通过试验，证明锁鲜技术对枸杞制干是可行的。该技术干燥时间是常规时间的1\/3，不需要添加任何物质，完全保留鲜果的天然保护层。经过该技术干制的枸杞颜色鲜艳、饱满度高、口感纯正，不易上火，复水性好，适宜嚼着吃。这样的结果令人兴奋。但是，要真正实现产业化还需要进行大量的基础研究和设备研发，并进行应用扩大试验。从最小的0.5m2试验机开始，逐步扩大到最终200m2加热面积的大型设备生产线，这需要很长时间和巨大的投资，而且存在技术风险。面对众多问题和疑滤，百瑞源企业负责人表示：“农业不是个赚快钱的行业，一定要坚持长期主义，必须通过技术创新成为枸杞行业的领头人。”

由于传统的种植方式、加工方式、售卖方式和食用方式，枸杞成为了厨房配料，越来越边缘化。主流人群不太愿意食用枸杞。随着枸杞食用者年龄的不断增长，年轻人和枸杞之间的距离越来越远，导致越来越少的年轻人食用枸杞。如果枸杞不能进入主流人群，年轻人不食用枸杞，那么枸杞产业的未来在哪里？如果不能跳出低质低价的恶性竞争，那么枸杞企业的未来又在哪里？百瑞源人秉承“品质铸就品牌，科技成就未来”的发展理念，只有高品质才有高价值，只有高价值才有高价格。因此，要靠科技创新来推动宁夏枸杞产业的高质量发展。

2013年以来，百瑞源枸杞股份有限公司与中国农业大学联合开展了针对枸杞干燥的瓶颈问题的研究。研究范围广泛，包括不同传热方式、不同真空度和保持时间、干燥温度、不同鲜果品种对枸杞真空脉动干燥特性的影响等。此外，还对枸杞干后的色泽、挥发性成分、复水特性、微观组织结构和营养成分进行了检测和分析。最优工艺已用于设备的放大设计，不同方式的阶段控制试验已进行，研究不同阶段控制下的干燥特性和品质特性。最终，真空脉动冷干技术已引入枸杞干燥加工领域，建立了枸杞真空脉动干燥产业化生产线。这项技术解决了传统干燥工艺中枸杞制干困难、时间长、干果品质差、易氧化褐变以及经过脱蜡而导致枸杞鲜果营养成分流失等技术难题和加工现状。因此，这项技术提高了枸杞干燥效率，提升了枸杞干果品质和营养价值，引导了宁夏现代枸杞产业的高质量发展。

第二节研究内容及成果

一、基础研究

任何有实用价值的创新研究都需要从基础开始，经得起实际应用的检验。这需要扎实的攻坚克难精神才能获得成功。因此，研发团队进行了以下研究：一是研究了枸杞在不同加热方式下的真空脉动干燥特性，并探究了在干燥过程中的传热传质机理。二是采用了8种常用的农产品薄层干燥模型对枸杞的干燥过程进行了拟合分析，并将模型参数与干燥参数进行了回归分析。三是对比了悬空辐射加热和接触式加热对枸杞感官特性、结构特性、活性成分和功能特性的影响。四是选择了较优的干燥工艺，并以枸杞内部温度变化为依据，进行了不同方式的阶段控制研究，并研究了不同阶段控制下的干燥特性和品质特性。

二、工艺研究

（一）试验仪器

试验型真空脉动干燥机，加热板层材质分为碳纤维远红外电加热板和铝制板层，加热方式分为传导式和辐射式两种。

（二）试验方法

枸杞鲜果经清洗后，平铺于干燥盘中置于干燥机中，设置干燥机参数进行干燥，干燥后按照相应的评价指标进行评价。

（三）制干枸杞评价指标的确定

干燥效率和出品率是评价干燥技术和工艺的重要指标，而出品率又由产品感官指标、理化指标以及安全指标等决定，为准确衡量评判工艺技术的先进性和优越性，本研究参照及《枸杞》GB\/T18672—2014中的相关指标，选定干燥时间、感官指标（包含色泽、形态、口感、质地等指标）、干果出品率、水分等指标作为干燥枸杞品质评价的指标。

（四）工艺参数优化

1.制干温度、脉动比、时间以及鲜果质量对枸杞干燥特性影响为研究枸杞干燥特性，进行了多次单因素试验和验证试验。采用感官评价的方式，研究了不同温度梯度、不同脉动比、不同时间、不同鲜果质量对枸杞干燥特性的影响。通过评估干燥时间、成果率、感官色泽度、外形饱满度、咀嚼感和肉质紧实感等指标，分别确定了最佳效果的干燥温度、脉动比和干燥时间。以上研究表明，制干温度、脉动比、制干时间以及鲜果质量对枸杞鲜果制干特性均具有显著性影响。针对研究结果，通过多次验证试验确定了枸杞真空脉动制干工艺，干燥后制成率达95%以上。

2.枸杞品质评价

经过试验研究，发现真空脉动干燥技术在枸杞制干方面表现出了突出的优越性。在未添加食用碱脱蜡促干及护色剂护色的情况下，干燥时间缩短了50%以上（湿基含水率≤13%），干燥速率也显著提升。加工出的枸杞干果色泽鲜亮，其Lab值分别为38、47、34，而普通热风干燥枸杞的Lab值只有38、37、24，远远劣于真空脉动干燥枸杞制品。此外，真空脉动干燥制品的外形饱满，咀嚼感强，肉质紧实，枸杞干果分散性好，极具口感。

（五）制干设备稳定性及干燥能力测定干燥技术的推广应用对于干燥设备的稳定性和干燥能力至关重要。本研究使用中国农业大学自主设计制造的真空脉动干燥机，对该设备的稳定性和干燥能力进行了综合测定。经过多次试验结果表明，真空脉动干燥试验机具有很好的稳定性，干燥试验过程中温度反馈信号传输连贯正常，真空泵及冷却装置连续工作能力较好。该设备的干燥加工能力为5kg\/m2，批加工时间在8~10h内。在对原料果不进行初筛的情况下，真空脉动干制枸杞的成果率在65%~75%，并且对于那些不适合真空脉动干制加工（过度成熟果、破损果）的原料果，只需要进行初筛，真空脉动制干的成品率就可以达到90%以上。因此，本研究的结果证明了真空脉动干燥技术的可行性和实用性，为干燥技术的进一步研究和推广应用提供了有力的支持。

三、设备研制

（一）第一代40m2（干燥面积）试验型设备研发第一代试验型枸杞真空脉动干燥机，是在中国农业大学自主设计开发的真空脉动干燥机的基础上进行了放大，抽空采用水环式真空泵，装料量由原来的5kg增加至150kg加热方式采用碳纤维远红外电加热板装置。

（二）第二代试验型枸杞真空脉动干燥机研发第二代试验型枸杞真空脉动干燥机是结合第一代干燥机在技术推广实施过程中出现的问题进行改进，通过设备改进，更新干燥机自动化控制程序，实现了干燥机一键式操作。与第一代试验型枸杞真空脉动干燥机相比较，第二代试验型枸杞真空脉动干燥机做了以下改进。

1.电热板的改进

在研究实施过程中，第一代的碳纤维远红外电加热板在使用过程中遇到出现了以下几个问题。

（1）加热不均匀。第一代干燥机的碳纤维远红外电加热板造价虽然较低，但其存在加热不均匀的情况，0.5m2加热板及温差有可能达到10℃以上，在干燥过程中造成物料加热不均匀，往往会出现同一盘物料，局部焦煳，局部还未完全干燥的状态。

（2）加热板使用寿命短，容易出现短路问题。短路后加热板温度不受控制，加热板烧坏产生刺激性的气味，影响产品质量。针对上述问题，综合考虑设备使用寿命和使用效果，将第二代干燥机的加热板更换为304不锈钢板层，保证干燥效果的均一性和产品质量。

2.真空系统的改进

第一代干燥机的真空系统采用了水环泵+缓冲罐来控制干燥箱内的真空度。这种系统存在一些问题。首先，干燥室内的真空度受限，并且单纯依靠真空泵无法将枸杞蒸发产生的水蒸气尽可能多地抽离。其次，由于干燥箱内始终处于较高的湿度，枸杞干果在干燥过程中会出现闷蒸现象。因此，干燥后的枸杞干果颜色相对较暗，影响产品质量。

为了解决这些问题，第二代干燥机增加了冷阱。冷阱的作用是保证设备真空度和干燥品质满足工艺要求。这种改进可以更充分地抽出枸杞蒸发产生的水蒸气，从而提高干燥效果，使干燥出的枸杞干果更亮丽、质量更好。

四、锁鲜枸杞蜡质层的完整性检测研究（一）试验材料

枸杞鲜果、真空脉动干燥枸杞干果、热风干燥枸杞干果。

（二）试验仪器

电子扫描显微镜、体视显微镜。

（三）枸杞果实结构研究

1.性状

成熟的鲜果呈椭圆形或长卵形，中间略膨大，两端较细，果皮红色有光泽，质地柔软滋润。

2.枸杞鲜果解剖结构组成

枸杞果由果皮、横隔、中轴三部分构成。果皮由外果皮、中果皮、内果皮组成，其中中果皮和内果皮的结构较为疏松，外果皮表面非常致密，是枸杞鲜果的主要保护层，也是枸杞内部水分排出的主要障碍。

3.枸杞外果皮表层面蜡质层的研究枸杞的外果皮由覆盖了蜡质层的角质层所组成，也就是蜡被层。得益于表皮细胞和蜡被的保护，枸杞果实才能正常生长、发育、成熟。但是，表皮细胞和蜡被的存在却阻碍了水分的蒸发，导致枸杞鲜果不易制干。近年来的研究表明，在不破坏鲜枸杞整体结构的情况下，通过溶解覆盖在角质层外面的蜡质层，可以提高枸杞的制干效果，使鲜枸杞内部的水分容易排出。因此，在制干时可以采用特定的处理方法来溶解蜡质层，提高枸杞的制干效果。真空干燥未使用促干剂的枸杞干果，其表皮的扫描电镜图片清晰地显示蜡质层基本完整并呈现条状覆盖在枸杞表皮之上。

第三节成果转化2017年,百瑞源与中国农业大学联合开发定制了2台40m2锁鲜干燥中型试验设备，对保持鲜果特性和工艺进行创新改进。2018年加工定制2台第二代60m2改进型中型试验设备。2019年定制3台，每台加热面积200m2，建成日产锁鲜枸杞2t、产值达160万元的锁鲜枸杞自动化生产线。按照工艺流程及品控要求，形成制定了锁鲜枸杞标准体系，从基地鲜果的品种、田间种植管理、成熟度标准、采摘标准、运输标准、到加工区的清洗、装盘量、自动干燥工艺配方、出仓、分级、色选、人工拣选、包装、入库都有严格的操控批准，使得规模化生产线首次投产就生产出符合标准的合格产品。百瑞源锁鲜枸杞以“更新技术、更鲜色泽、更好口感、更高营养”正式面市，每瓶80g，售价99元。该产品获得了行业认可和市场消费者的喜爱，每年产销量递增30%以上。

思考练习题：

1.宁夏枸杞为什么需要经过真空脉动干燥技术？真空脉动干燥技术的优势是什么？

2.传统的枸杞干燥方式存在哪些问题？这些问题如何影响枸杞的质量？

3.百瑞源如何应对枸杞干燥的瓶颈问题？百瑞源的发展理念是什么？

4.什么是枸杞真空脉动干燥机？它有什么优点？它的制干温度、脉动比、时间以及鲜果质量对枸杞干燥特性的影响有哪些？

5.枸杞真空脉动干燥机的第一代和第二代有哪些主要的区别？第二代干燥机增添了哪些新元素？

6.什么是锁鲜枸杞蜡质层的完整性检测？在试验中用到了哪些材料和仪器？

7.百瑞源是如何满足锁鲜产品的加工品质要求及工艺技术的操控性的？

8.百瑞源锁鲜枸杞的售价是多少？近三年每年产销量递增了多少？

9.百瑞源锁鲜枸杞生产线的日产量是多少？产值达到了多少？...