本发明涉及参类药材加工技术领域，具体涉及一种石斛冻干加工系统及其控制方法。
背景技术：
石斛是名贵的中药材，含有10多种生物碱，其中所含的水溶性多糖具有显著的增强免疫力、抗衰老、抗辐射等作用，对消化系统、呼吸系统、心血管系统和眼科疾病有明显的疗效。由石斛加工成的药材价格高昂，是十分名贵的药品和滋补品。
近年来，由于生活水平提高，石斛传统的药用和功能受到重视，生产技术也得到发展，生产规模在扩大。目前，浙江、云南、贵州、上海、广西、广东、重庆、安徽、四川、江西等地均有石斛栽培或实验栽培，特别浙江、云南、贵州等地已具有一定规模。随着铁皮石斛种植面积快速增长，石斛的产量得到较大的提升；石斛鲜条采收期相对高度集中，直接鲜销市场，出现短时间的市场过剩，导致石斛销售价格急剧下降，农民收入得不到保证。石斛通过保鲜技术或加工技术来均衡市场、提高经济效益的需求越来越强烈。然而，石斛鲜条保存难，全年石斛鲜条供应期最多只能保证4个月；而普通消费者只能通过冰箱保存10天左右。最简便的食用方法是榨汁，可以适当加些蜂蜜，味道更好。目前加工与市场营销浙江引领全国，市场上的石斛主要的商品形式有枫斗、粉状体、胶囊等；而这些产品均由其石斛干品制作而成，而石斛干品由石斛鲜条经自然晾干或烘干得到，加工的共同特点为鲜条石斛需经热处理环节，对石斛中的生物碱、水溶性多糖等活性成分破坏较大，造成石斛药效损失；再者，铁皮石斛细胞的细胞壁主要由纤维素和果胶构成，大大阻碍了铁皮石斛功能成分——水溶性多糖的渗透。
目前多数药材采用真空冷冻干燥技术进行干燥，物料在进行干燥时必须进行前去处理,尤其是对物料的清洗,而现在的冻干设备配置的清洗装置对残余水的处理不完善,都需要人工处理,严重影响冻干的速度,同时人工处理极可能的会造成污染，并且目前的中药干燥加工过程中缺乏对物料水分的实时监控，无法更好地掌控各中间体的变化规律及质量状况，从而无法保证最终产品的质量。
技术实现要素：
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的之一在于提供一种石斛冻干加工系统，通过近红外光谱仪对石斛的冻干加工过程中的石斛的水分含量进行快速无损检测，控制器根据检测的水分含量自动调节真空冷冻干燥机的冻干控制数据，不仅节约能源，还能确保冻干石斛的品质。
本发明实施例提供的一种石斛冻干加工系统，包括真空冷冻干燥机、近红外光谱检测仪和控制器，所述真空冷冻干燥机用于对清洗后的待检石斛进行真空冷冻干燥；所述近红外光谱检测仪用于采集真空冷冻干燥机中待检石斛的近红外光谱；所述控制器存储有控制指令，用于控制真空冷冻干燥机工作；所述控制器中还存储有标准石斛样品的不同冻干阶段的水分定量分析模型，控制器根据所述不同冻干阶段的水分定量分析模型对所述待检石斛近红外光谱进行水分测定，控制器判断待检石斛水分含量是否达到当前冻干阶段的标准石斛样品的水分含量，若判断结果为是，控制真空冷冻干燥机调节冻干控制数据或停止工作。
进一步地，所述水分定量分析模型的建立方法包括：
获取标准石斛样品在其中一个冻干阶段的近红外光谱；
对所述近红外光谱进行预处理，得到处理后的近红外光谱数据；
以标准石斛样品水分含量作为关键质量控制指标，确定最佳光谱波段；
建立标准石斛样品的关键质量控制指标和与得到处理后的近红外光谱数据之间的水分定量分析模型。
进一步地，对所述近红外光谱进行预处理的方法采用多元散射校正方法。
进一步地，所述近红外光谱检测仪采用的扫描波段为5023.7cm-1～4350.5cm-1。
进一步地，所所述冻干控制数据包括真空压强、真空温度和冻干时间。
第二方面，本发明实施例提供一种石斛冻干加工控制方法，包括以下步骤：
控制器控制真空冷冻干燥机对清洗后的待检石斛进行预冻和真空冷冻干燥：
控制器接收近红外光谱检测仪采集待检石斛的近红外光谱；
控制器中存储标准石斛样品的不同冻干阶段的水分定量分析模型，控制器根据不同冻干阶段的标准石斛样品的水分定量分析模型对相应阶段的待检石斛近红外光谱进行水分测定，控制器判断待检石斛水分含量是否达到当前冻干阶段的标准石斛样品的水分含量，得到判断结果；
若判断结果为是，控制器控制真空冷冻干燥机调节冻干控制数据或者停止工作。
进一步地，所述水分定量分析模型的建立方法包括：
获取标准石斛样品在其中一个冻干阶段的近红外光谱；
对所述近红外光谱进行预处理，得到处理后的近红外光谱数据；
以标准石斛样品水分含量作为关键质量控制指标，确定最佳光谱波段；
建立标准石斛样品的关键质量控制指标和与得到处理后的近红外光谱数据
之间的水分定量分析模型。
进一步地，对所述近红外光谱进行预处理的方法采用多元散射校正方法。
进一步地，所述近红外光谱检测仪采用的扫描波段为5023.7cm-1～4350.5cm-1。
进一步地，所述冻干控制数据包括真空压强、真空温度和冻干时间。
本发明的有益效果在于：
本发明的实施例的石斛冻干加工系统，采用近红外光谱仪对冻干加工过程中的石斛的水分含量进行无损检测，并对水分含量进行分析，利用分析结果自动调节真空冷冻干燥机的冻干控制数据，不仅对石斛水分含量进行无损检测，还能节约能源，降低加工成本。在冻干过程中不添加其他化学物质，确保生产出的产品质量合格，保证冻干石斛的品质。采用本发明实施例的石斛冻干加工系统加工的石斛有效成分损失少，在共晶点温度之下运行足够长时间，使石斛中的水分能在其共晶点之下充分去除，最大程度保持石斛的有效成分和营养成本，从而得到高品质的冻干石斛。
本发明的实施例的石斛冻干加工控制方法，采用近红外光谱仪对冻干加工过程中的石斛的水分含量进行无损检测，并对水分含量进行分析，利用分析结果自动调节真空冷冻干燥机的冻干控制数据，使得冻干时间比传统方法缩短30％以上。本发明不仅对石斛水分含量进行无损检测，还能节约能源，降低加工成本。在冻干过程中不添加其他化学物质，确保生产出的产品质量合格，保证冻干石斛的品质。采用本发明实施例的石斛冻干加工控制方法加工的石斛有效成分损失少，在共晶点温度之下运行足够长时间，使石斛中的水分能在其共晶点之下充分去除，最大程度保持石斛的有效成分和营养成本，从而得到高品质的冻干石斛。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1示出了本发明所提供的一种石斛冻干加工控制系统的第一实施例原理框图。
图2示出了本发明所提供的一种石斛冻干加工控制方法的第一实施例流程图。
具体实施方式
下面将结合具体实施例对本发明技术方案进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
如图1所示，示出了本发明提供的一种石斛冻干加工系统的第一实施例，该加工系统包括真空冷冻干燥机1、近红外光谱检测仪2和控制器3，所述真空冷冻干燥机1用于对清洗后的待检石斛进行真空冷冻干燥；所述近红外光谱检测仪2用于采集真空冷冻干燥机中待检石斛的近红外光谱；所述控制器3存储有控制指令，用于控制真空冷冻干燥机工作；所述控制器中还存储有标准石斛样品的不同冻干阶段的水分定量分析模型，控制器根据所述不同冻干阶段的水分定量分析模型对所述待检石斛近红外光谱进行水分测定，控制器判断待检石斛水分含量是否达到当前冻干阶段的标准石斛样品的水分含量，若判断结果为是，控制真空冷冻干燥机调节冻干控制数据或停止工作。本实施例中的不同冻干阶段是指石斛在冻干过程中表面含水量、内部含水量和总体含水量在不同的范围分为不同的阶段。
真空冷冻干燥机对清洗后的待检石斛进行预冻和真空冷冻干燥。近红外光谱检测仪实时或定时获取真空冷冻干燥机中的待检石斛的近红外光谱传送给控制器，控制器获取真空冷冻干燥机的控制参数，判断真空冷冻干燥机处于冻干的某个阶段，获取该冻干阶段的标准石斛样品的水分定量分析模型，根据标准石斛样品的水分定量分析模型对待检石斛近红外光谱进行水分测定，判断待检石斛的水分含量是否达到该冻干阶段的标准石斛的水分含量，若判断结果为未达到，控制器不调节真空冷冻干燥机的控制数据，真空冷冻干燥机继续执行当前的冻干控制数据。若判断结果为是，说明待检石斛的水分含量达到当前冻干阶段的标准石斛的水分含量，控制器控制真空冷冻干燥机调节冻干控制数据执行下一阶段的冻干控制数据。当待检石斛的水分含量达到成品冻干石斛的水分含量，控制器则控制真空冷冻干燥机停止工作。冻干控制数据包括真空压强、真空温度和冻干时间。控制器控制真空压强、真空温度和冻干时间，在不同的冻干阶段，自动调节真空压强、真空温度和冻干时间。
例如，实际的应用场景之一：采用三个近红外光谱检测仪分别对石斛的表面含水量、内部含水量和总体含水量进行检测，近红外光谱检测仪将检测的数据发送给控制器，控制器根据这些数据对真空冻干控制数据进行调节，具体调节过程如下：
1)将石斛进行预冻，温度低于-40℃，预冻时间大于1小时；
2)控制隔板温度为-40℃，控制器控制真空冷冻干燥机的真空度低于30pa，监测石斛的表面含水量、内部含水量和总体含水量；
3)当石斛的表面含水量<30％、内部含水量<70％，将隔板升温至-30℃，控制器控制真空冷冻干燥机的真空度在40-80pa；
4)当石斛的表面含水量<20％、内部含水量<60％，将隔板加热至-20℃，控制器控制真空冷冻干燥机的真空度在40-80pa；
5)当石斛的表面含水量<20％、内部含水量<50％，将隔板降温至-30℃，控制器控制真空冷冻干燥机的真空度在80-100pa；
6)当石斛的表面含水量<20％、内部含水量<40％，将隔板加热至-20℃，控制器控制真空冷冻干燥机的真空度在40-80pa；
7)当石斛的表面含水量<20％、内部含水量<30％，将隔板降温至-30℃，控制器控制真空冷冻干燥机的真空度在80-100pa；
8)当石斛的表面含水量<10％、内部含水量<25％，将隔板加热至-20℃，控制器控制真空冷冻干燥机的真空度在40-80pa；
9)当石斛的表面含水量<10％、内部含水量<20％，将隔板加热至-10℃，控制器控制真空冷冻干燥机的真空度在40-80pa；
10)当石斛的表面含水量<5％、内部含水量<15％、总体含水量<7％，将隔板加热至0℃，控制器控制真空冷冻干燥机的真空度在40-80pa；
11)当石斛的总体含水量<6％，将隔板加热至10℃，控制器控制真空冷冻干燥机的真空度在40-80pa；
12)当石斛的总体含水量<5％，将隔板加热至40℃，控制器控制真空冷冻干燥机的真空度在90-120pa；
13)当石斛的总体含水量<2％，维持隔板温度为40℃，干燥至真空度低于20pa，继续干燥1-2小时，得到冻干产品。
通过自动调节预冻时间和预冻温度，既能保证预冻效果，又节省时间，通过精确控制冻干过程的温度、时间和真空度，在共晶点温度之下运行足够长时间，使石斛中的水分能在其共晶点之下充分去除，最大程度保持石斛的有效成分和营养成本，从而得到高品质的冻干石斛。从干燥好的冻干产品看，形状基本不变，由于整个干燥过程都是在石斛冻结的情况下完成的，石斛的内部组织框架和本来没有变化，复水时间快。
本发明的实施例的石斛冻干加工系统，采用近红外光谱仪对冻干加工过程中的石斛的水分含量进行快速无损检测，并对水分含量进行分析，利用分析结果自动调节真空冷冻干燥机的冻干控制数据，不仅对当前冻干石斛的水分含量进行快速无损检测，还能节约能源，降低加工成本。在冻干过程中不添加其他化学物质，确保生产出的产品质量合格，保证冻干石斛的品质。采用本发明实施例的石斛冻干加工系统加工的石斛有效成分损失少，在共晶点温度之下运行足够长时间，使石斛中的水分能在其共晶点之下充分去除，最大程度保持石斛的有效成分和营养成本，从而得到高品质的冻干石斛。
作为上述技术方案的进一步改进，水分定量分析模型的建立方法包括：
获取标准石斛样品在其中一个冻干阶段的近红外光谱。
对所述近红外光谱进行预处理，得到处理后的近红外光谱数据。具体地，对红外光谱进行预处理的方法采用多元散射校正方法。采用不同的光谱预处理方法得到的rmsecv明显不同，多元散射校正可以有效消除颗粒分布不均匀及颗粒大小不同所产生的散射影响，对处于某个冻干阶段的近红外光谱经多元散射校正后，可以提高定量效果的准确性。
以标准石斛样品水分含量作为关键质量控制指标，确定最佳光谱波段。
建立标准石斛样品的关键质量控制指标和与得到处理后的近红外光谱数据之间的水分定量分析模型。
在波长5023.7cm-1～4350.5cm-1，近红外光谱数据经经多元散射校正预处理后，用校正样品集进行内部交叉验证，采用偏最小二乘法建立石斛水分含量定量分析模型。利用石斛水分含量定量分析模型能对待检石斛的水分含量进行准确预测。
作为上述技术方案的进一步改进，近红外光谱检测仪采用的扫描波段为4530.8cm-1。经实验验证，在这个波段的原始光谱经多元散射校正，用校正样品集进行内部交叉验证，采用偏最小二乘法建立石斛水分含量定量分析模型。利用石斛水分含量定量分析模型能对待检石斛的水分含量预测更加准确。
第二方面，如图2所示，示出了本发明的石斛冻干加工控制方法的流程图，
具体包括以下步骤：
s1：控制器控制真空冷冻干燥机对清洗后的待检石斛进行预冻和真空冷冻干燥。
s2：控制器接收近红外光谱检测仪采集待检石斛的近红外光谱。近红外光谱检测仪采用的扫描波段为5023.7cm-1～4350.5cm-1。
s3：控制器中存储标准石斛样品的不同冻干阶段的水分定量分析模型，控制器根据不同冻干阶段的标准石斛样品的水分定量分析模型对相应阶段的待检石斛近红外光谱进行水分测定，控制器判断待检石斛水分含量是否达到当前冻干阶段的标准石斛样品的水分含量，得到判断结果。
具体地，水分定量分析模型的建立方法包括：
获取标准石斛样品在其中一个冻干阶段的近红外光谱。
对所述近红外光谱进行预处理，得到处理后的近红外光谱数据。具体地，对红外光谱进行预处理的方法采用多元散射校正方法。采用不同的光谱预处理方法得到的rmsecv明显不同，多元散射校正可以有效消除颗粒分布不均匀及颗粒大小不同所产生的散射影响，对处于某个冻干阶段的近红外光谱经多元散射校正后，可以提高定量效果的准确性。
以标准石斛样品水分含量作为关键质量控制指标，确定最佳光谱波段。
建立标准石斛样品的关键质量控制指标和与得到处理后的近红外光谱数据之间的水分定量分析模型。
在波长5023.7cm-1～4350.5cm-1，近红外光谱数据经经多元散射校正预处理后，用校正样品集进行内部交叉验证，采用偏最小二乘法建立石斛水分含量定量分析模型。利用石斛水分含量定量分析模型能对待检石斛的水分含量进行准确预测。
近红外光谱检测仪采用的扫描波段为4530.8cm-1。经实验验证，在这个波段的原始光谱经多元散射校正，用校正样品集进行内部交叉验证，采用偏最小二乘法建立石斛水分含量定量分析模型。利用石斛水分含量定量分析模型能对待检石斛的水分含量预测更加准确。
s4：若判断结果为是，控制器控制真空冷冻干燥机调节冻干控制数据或者停止工作。
实际的应用场景之一：采用三个近红外光谱检测仪分别对石斛的表面含水量、内部含水量和总体含水量进行检测，近红外光谱检测仪将检测的数据发送给控制器。控制器控制真空冷冻干燥机调节冻干控制数据的具体过程包括：
1)将石斛进行预冻，温度低于-40℃，预冻时间大于1小时；
2)控制隔板温度为-40℃，控制器控制真空冷冻干燥机的真空度低于30pa，监测石斛的表面含水量、内部含水量和总体含水量；
3)当石斛的表面含水量<30％、内部含水量<70％，将隔板升温至-30℃，控制器控制真空冷冻干燥机的真空度在40-80pa；
4)当石斛的表面含水量<20％、内部含水量<60％，将隔板加热至-20℃，控制器控制真空冷冻干燥机的真空度在40-80pa；
5)当石斛的表面含水量<20％、内部含水量<50％，将隔板降温至-30℃，控制器控制真空冷冻干燥机的真空度在80-100pa；
6)当石斛的表面含水量<20％、内部含水量<40％，将隔板加热至-20℃，控制器控制真空冷冻干燥机的真空度在40-80pa；
7)当石斛的表面含水量<20％、内部含水量<30％，将隔板降温至-30℃，控制器控制真空冷冻干燥机的真空度在80-100pa；
8)当石斛的表面含水量<10％、内部含水量<25％，将隔板加热至-20℃，控制器控制真空冷冻干燥机的真空度在40-80pa；
9)当石斛的表面含水量<10％、内部含水量<20％，将隔板加热至-10℃，控制器控制真空冷冻干燥机的真空度在40-80pa；
10)当石斛的表面含水量<5％、内部含水量<15％、总体含水量<7％，将隔板加热至0℃，控制器控制真空冷冻干燥机的真空度在40-80pa；
11)当石斛的总体含水量<6％，将隔板加热至10℃，控制器控制真空冷冻干燥机的真空度在40-80pa；
12)当石斛的总体含水量<5％，将隔板加热至40℃，控制器控制真空冷冻干燥机的真空度在90-120pa；
13)当石斛的总体含水量<2％，维持隔板温度为40℃，干燥至真空度低于20pa，继续干燥1-2小时，得到冻干产品。
本发明的实施例的石斛冻干加工控制方法，采用近红外光谱仪对冻干加工过程中的石斛的水分含量进行无损检测，并对水分含量进行分析，利用分析结果自动调节真空冷冻干燥机的冻干控制数据，不仅对石斛进行无损检测，还能节约能源，降低加工成本。在冻干过程中不添加其他化学物质，确保生产出的产品质量合格，保证冻干石斛的品质。采用本发明实施例的石斛冻干加工控制方法加工的石斛有效成分损失少，在共晶点温度之下运行足够长时间，使石斛中的水分能在其共晶点之下充分去除，最大程度保持石斛的有效成分和营养成本，从而得到高品质的冻干石斛。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。