地黃干燥特性摸索與烘干生產(chǎn)應用

Groping Drying Characteristics of Rehmannia and Applying in Drying Production

◎董　力1，李保安2，張來林1，李　麗2，戚　浩1，郝艷紅2，夏楊陽2（1.河南工業(yè)大學糧油食品學院，河南　鄭州　450001；2.河南中農福安農業(yè)裝備有限公司，河南　周口　466100）

地黃干燥特性摸索與烘干生產(chǎn)應用

Groping Drying Characteristics of Rehmannia and Applying in Drying Production

◎董力1，李保安2，張來林1，李麗2，戚浩1，郝艷紅2，夏楊陽2
（1.河南工業(yè)大學糧油食品學院，河南鄭州450001；
2.河南中農福安農業(yè)裝備有限公司，河南周口466100）

Dong Li1, Li Baoan2, Zhang Lailin1, Li Li2, Qi Hao1, Hao Yanhong2, Xia Yangyang2
（1.School of Food Science and Technology, Henan University of Technology, Zhengzhou 450001, China
2.Henan Zhongnong Fu’an Agricultural Equipment Co.,Ltd, Zhoukou 466100, China）

摘要：生產(chǎn)表明，5YH-5型烘干機采用的地黃3干燥段+1冷卻段的干燥工藝與技術參數(shù)，符合地黃的干燥特性和降水規(guī)律；與傳統(tǒng)土炕烘干相比，烘干機的單位面積裝料量提高2倍，干燥時間縮短50%，生產(chǎn)率提高8～9倍，一次合格率提高29.7%，每千克干地黃的耗煤量降低0.71kg.在用工數(shù)相同的條件下，機械干燥的單位成本僅為土炕烘干的三分之一，而烘后地黃的品質優(yōu)、售價提高2～3元/kg.

關鍵詞：地黃；干燥特性；烘干工藝；5YH-5型烘干機

Abstract：It showed, the drying process and technical parameter of three drying stages and a cooling stage what the 5YH-5 type dryer chose to dry rehmannia accorded with the drying characteristics and precipitation regularity of rehmannia.Compared with the traditional adobe kang drying, the load of per unit area of the dryer increases by 2 times, the drying time short?ens by 50%, the productivity increases by 8 to 9 times, the percent of pass for once increases by 29.7%, the coal consumption of per kilogram of dried rehmannia reduces 0.71 kg.In the same number of labor conditions, unit cost is only one-third of adobe kang’s cost, but the quality of dried rehmannia is better and the price increases by 2~3 yuan/kg.

Key words：rehmannia；drying characteristics；drying process；the 5YH-5 type dryer

地黃是河南焦作地區(qū)的重要經(jīng)濟作物、農戶的主要收入來源.在收獲季節(jié)除少數(shù)農戶將鮮地黃直接低價出售外，產(chǎn)區(qū)農戶大多先將鮮地黃進行初步干燥后再銷售，干后生地黃不僅保持了地黃的藥性，且銷售價格比鮮地黃高4～7倍，可大大提高農戶的經(jīng)濟收入.然而，地黃是典型含水量較高的熱敏性多孔膠體物料，若干燥時的熱風溫度控制不當，就會出現(xiàn)干地黃品質下降，造成有效成分流失、分解、性味消失，甚至喪失藥用價值等[1].因此，地黃極難烘干，對干燥工藝要求極其嚴格.目前，主產(chǎn)區(qū)地黃大多采

用自然晾曬或土炕烘干等方法降水.晾曬法不僅費工、費時，而且還受天氣、晾曬場地等因素的制約，難以達到鮮地黃大規(guī)模干燥的需求；土炕烘干加工量小，熱利用率低，勞動強度大，由于作業(yè)時不易控制烘干溫度與烘干程度，只能單憑操作人員對地黃烘干的火候控制經(jīng)驗，不停地翻動挑揀地黃，且上下地黃受熱不均勻，易焦糊，直接影響到地黃的品質及藥性[2].因此，本研究通過實驗摸索地黃的干燥性能，再運用到烘干機干燥，為工業(yè)化干燥鮮地黃提供生產(chǎn)依據(jù).

1　實驗摸索

1.1實驗條件

實驗地黃：為2014年武陟產(chǎn)新收獲鮮地黃，含水量為82.6%.

試驗設備：DHG-9123A型電熱鼓風干燥箱，DT-500A型電子天平，BS-210S型分析天平，表盤式溫度計.

1.2實驗方法

先檢測經(jīng)清理過的鮮地黃水分含量[3]；再按表1所示等級分類，每個等級準確稱取200 g左右，均勻擺放于烘箱內的多孔篩上.根據(jù)鮮地黃生理特性，結合傳統(tǒng)土炕烘干特點[4-5]，摸索地黃的干燥性能，在烘干過程中每隔3 h稱重并記錄.

表1　鮮地黃分類表

1.3實驗結果

地黃具有較強的熱敏性和濕敏性，烘干過程中需要嚴格控制溫度.經(jīng)反復試驗摸索確認地黃適用3階段降水烘干：第一階段風溫60～65℃、烘干時間24 h；第二階段風溫70～75℃、烘干時間18 h；第三階段風溫55～60℃、烘干時間12 h；此工藝既能達到降水效果，又能保持烘干后地黃品質.圖1為實驗條件下不同等級地黃的干燥曲線，圖2為實驗條件下不同等級地黃在不同烘干階段的降水幅度.

圖1　不同等級地黃干燥曲線圖

圖2　不同等級、不同階段地黃的降水幅度圖

在整個烘干過程中，由圖1可知，地黃降水幅度達到60%以上，等級Ⅰ的降水速率>等級Ⅱ>等級Ⅲ，地黃塊莖越小，其降水越快；塊莖越大，在相同的時間、溫度條件下其降水速率明顯較慢；地黃烘干的第一、二階段降水速率明顯大于第三階段，這是由于鮮地黃含水量大，在干燥初期塊莖表皮水分容易蒸發(fā)，然而隨著烘干的進行，水分蒸發(fā)受制于塊莖內部水分朝外擴散的速度，地黃塊莖越大，內部水分擴散越慢，使得大塊莖地黃降水比小塊莖地黃要慢.

由圖2可以看出，在烘干的第一階段，等級Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的地黃降水幅度分別為38.22%、27.07%、20.15%，小塊莖地黃降水快，而大塊莖地黃降水慢；在第二階段3個等級地黃的降水幅度相近，分別為25.91%、27.91%、27.05%；在第三階段3個等級地黃的降水幅度分別為0.96%、5.66%、10.89%，小塊莖地黃降水慢，而大塊莖地黃降水快.從圖2還可看出，

大塊莖地黃在第一、三階段的降水幅度較低，而兩段的降水幅度之和卻大于第二階段.因此，在生產(chǎn)中可適當延長大塊莖地黃第一、三階段的降水時間，尤其是第三階段烘干時間，第一、三階段的風溫較低，不僅能保證地黃的大幅度降水，還能有效減少地黃有效成分梓醇的分解；而烘干第二階段風溫較高，受烘時間過長則不利于保持地黃有效成分梓醇的含量[4].

例1：(2001年昆明市中考題)如圖7，在矩形ABCD中，AB=6cm，BC=12cm，點P從點A出發(fā)，沿AB邊向點B以1cm/秒的速度移動。同時點Q從點B出發(fā)沿BC邊向點C以2cm/秒的速度移動。如果P、Q兩點在分別到達B、C兩點后就停止移動，回答下列問題：

2　生產(chǎn)性應用

生產(chǎn)性應用在地黃主產(chǎn)區(qū)焦作市武陟縣大許莊進行，地黃含水量為82.6%，烘干設備為河南中農福安農業(yè)裝備有限公司生產(chǎn)的5YH-5型地黃烘干機及配套熱風爐、風機等.

2.1 5YH-5型烘干機的結構特點

5YH-5型烘干機為全鋼組合結構，如圖3所示.

圖3　5YH-5型烘干機外形與結構示意圖

5YH-5型烘干機為全鋼組合結構由烘干機網(wǎng)帶、熱風室、燃燒爐、風機、機電控制裝置等組成，其結構特點如下：①整體設計采用箱式保溫結構，可有效減少了熱量損失，提高熱利用率.②采用多層網(wǎng)帶傳輸物料，可自動實現(xiàn)物料的落料與翻料，從而可保證濕物料的均勻烘干.③用沖孔金屬板作為風道的出風面，采用底部主風道送風和側壁風道補風的送風與加熱設計方式，不僅保證了熱風在整個烘道內的均勻分布，而且考慮到各網(wǎng)帶層間的熱量均勻分布，同時還采取了自動強制排濕措施，可有效降低烘干箱內濕度，保證物料順利烘干.④機電控制裝置通過調節(jié)供熱風機轉速，可有效控制熱風量，達到控制烘干箱內溫度的目的，還可通過控制驅動電機轉速，能夠實現(xiàn)大范圍調節(jié)進出料的速率，以適應多規(guī)格物料的烘干要求，最終有效地保持了烘后的物料品質.

2.2 5YH-5型烘干機的工作原理與過程

烘干機的工藝流程如圖4所示，先根據(jù)物料特性，設定網(wǎng)帶運轉速度，開啟網(wǎng)帶驅動電機，烘干機開始裝料；將濕物料裝入輸送機的進料斗內，隨輸送帶運轉，濕物料落到頂層網(wǎng)帶上，隨網(wǎng)帶運行直至將箱內五層網(wǎng)帶上裝滿濕物料；同時熱風爐裝煤點火，待燃料正常燃燒和烘干機裝料完畢后，設定供風溫度，開啟熱風機，開始朝烘干機內供熱風，并通過調節(jié)熱風量控制烘干箱內的熱風溫度.在烘干機內，網(wǎng)帶上均勻堆放的濕物料與熱風充分接觸受熱，濕物料被加熱而使水分蒸發(fā).在整個烘干期間，需根據(jù)物料干燥特性和烘干狀況，隨時調節(jié)熱風溫度與烘干時間，以保證烘后物料的品質.烘干結束時，再開啟網(wǎng)帶驅動電機，使干物料從下層料口排出，同時上層網(wǎng)帶加入鮮物料，開始下一輪的烘干作業(yè).

圖4　5YH-5型烘干機工藝流程圖

2.3生產(chǎn)性地黃烘干

數(shù)和設備運行模式.

表2　測溫點布置表

為分析烘干機干燥地黃的經(jīng)濟性和適用性，以傳統(tǒng)土炕烘干作對比，參照烘干機烘干試驗標準及地黃的干燥特性，擬定出地黃烘干的處理量、降水幅度、干物產(chǎn)率、生產(chǎn)率、一次合格率、成本費用等性能指標如下所述.①單位裝料量.指單位面積上所裝鮮地黃質量，kg/m2.②干燥處理量.指在某降水幅度內，單位時間內處理鮮地黃的質量，kg/d.③降水幅度.指地黃干燥前后濕基含水率的差值，%.④干物產(chǎn)率.指干燥后地黃重量占鮮地黃重量的百分比，%.⑤生產(chǎn)率.指單位時間內達到烘干標準的地黃質量，kg/d.⑥一次合格率.指一次烘干達到某一等級要求的鮮地黃量占鮮地黃總重的百分比，%.⑦烘后品質.參照GB/T 20350-2006中生地黃等級分類.⑧單位成本費.指烘干得到每千克干地黃所花費的各項費用.烘干作業(yè)費用包括人工費用和能源消耗費用；能源消耗主要指燃料消耗與風機電力消耗.結合武陟當?shù)匚飪r，人工費按100元/天計，煤炭按1.2元/kg，電耗按1元/kW·h計.

2.4烘干工藝探討

根據(jù)地黃干燥特性及降水規(guī)律，5YH-5型烘干機延長了第三階段烘干時間，增加一個地黃烘后的冷卻階段，并對前三階段的風溫變化進行檢測（見圖5），以確保地黃烘后的品質.

圖5　鮮地黃烘干過程中的風溫變化曲線圖

（1）第一階段.由于烘干機內鮮地黃水分大、料溫低、潮氣重，在烘干初期將排潮口、進料口完全打開，方便濕氣排放.烘干作業(yè)從點火開始計時，進風口溫度在2～4 h內升高并維持至140℃左右，烘干機內溫度升高并維持在55～60℃，直至地黃色澤呈現(xiàn)白色、表皮略有皺縮、塊莖略微變軟時結束，此階段約需20～24 h.此階段主要為地黃的排濕階段，其操作要點：機內風溫不宜過高，溫度過高則會導致地黃降水過快，導致塊莖表皮皺縮結成硬殼，致使在后續(xù)烘干過程中地黃塊莖內部水分無法散發(fā)，造成地黃內部起泡、出現(xiàn)空心等現(xiàn)象，造成地黃的藥用價值完全喪失.因此，需經(jīng)常觀察地黃的表皮縮水情況，以便于靈活掌握烘干的溫度和時間.

（2）第二階段.當?shù)攸S的排濕階段完成后，關閉進料口，排濕口關至一半，進風口風溫由140℃逐漸降為120℃，此時烘干機內溫度可維持在70℃左右：①關閉進料口、排濕口半開有利于烘干機內熱量聚集.②隨著第一階段結束，地黃塊莖體積逐漸皺縮，物料層間的空間增大，熱空氣流通加快，在通入熱風溫度降低、水分蒸發(fā)量減少的情況下，烘干機內仍能維持較高的風溫.保持烘干箱內70℃左右的風溫14～18 h，直至地黃塊莖明顯皺縮，手拿地黃塊莖兩端有頂手、通體變軟的感覺即可.此階段地黃塊莖內部水分大量蒸發(fā)，烘干溫度不能高于80℃，風溫過高會導致：①地黃營養(yǎng)成分流失，藥性變差.②地黃烘后斷面呈黑褐色，品相差，賣不上價格.但熱風溫度也不能過低，風溫過低，則地黃內部形成“溏心”，有汁液流出，嚴重影響到地黃品質與藥性.

（3）第三階段.進風口風溫由120℃降為110℃，此時烘干機內溫度維持在60℃左右，降溫主要為了保持Ⅱ類、Ⅲ類大塊莖地黃均勻降水，防止較大塊莖地黃在烘干過程中因持續(xù)高溫致使內部出現(xiàn)空心現(xiàn)象；這是由于較大塊莖地黃心部降水較慢，溫度過高時地黃表皮降水速率大于心部水分向表皮的轉移速率，高溫下地黃表皮皺縮結成硬殼，使心部水分無法散出，形成氣泡，導致空心.保持此溫度直至烘干結

束，烘干約需24～26 h，地黃品質則為斷面無白心、塊莖表面頂手、內無硬心.烘干機內底部兩層的地黃塊莖相對要小些，加之熱風從底部進入，故底部兩層地黃受熱快，降水也快，經(jīng)過60多小時的烘干，已達到烘干標準，可先行排出.上部三層地黃則繼續(xù)烘干，直至達到烘干要求，其優(yōu)勢在于：①上層物料在下移過程中會出現(xiàn)翻動現(xiàn)象，有利于地黃均勻受熱與快速降水.②在保證烘干效果的同時縮短了干燥時間，節(jié)省能源.

冷卻階段：第三階段烘干結束后，開啟風機吹冷風，將地黃冷卻至室溫；在地黃逐漸變硬并達到烘干品質后，開啟網(wǎng)帶驅動電機，將剩余三層地黃放出，同時挑出塊莖較大而未達到烘干要求的地黃，在下一次烘干作業(yè)時再復烘24 h.圖6為烘后地黃及優(yōu)級地黃的斷面圖.

圖6　烘后地黃及優(yōu)級地黃的斷面效果圖

整個地黃烘干結束，在排出最后三層干地黃的同時，烘干機內補進新鮮地黃，這不僅能保證地黃烘干過程的連貫性，還省去點火升溫的過程，節(jié)省時間與能源.在補加鮮地黃時需注意，在底層網(wǎng)帶靠近出料口處預留出2 m左右的距離，將需復烘的地黃通過烘干機側壁觀察窗投入，直至達到烘干要求時排出.

2.5烘干效果分析

5YH-5型烘干機和傳統(tǒng)土炕烘干地黃進行對比，其生產(chǎn)參數(shù)見表3、品質指標見表4、烘干成本及烘后干地黃價格分析見表5.由表3可知，5YH-5型烘干機烘干地黃單位面積裝料量比土炕烘干方式提高2倍左右，干燥時間縮短50%以上，日均干燥處理量提高4倍以上，生產(chǎn)率提高8～9倍，干物產(chǎn)率提高4.77%.由表4可知，5YH-5型烘干機烘干地黃后，地黃品質比土炕烘干大幅度提高，一次合格率提高29.7%.由表5可知，與土炕烘干相比，使用5YH-5型地黃烘干機干燥地黃，每千克干地黃耗電量增加了0.277kW·h，主要是烘干機作業(yè)除照明外，還有配套風機和調速電機都是耗電裝置，而土炕烘干只有照明耗電；每千克干地黃耗煤量機械烘干比土炕烘干降低0.71kg；在人工數(shù)相同的條件下，由于機械烘干的處理量增大、干燥時間縮短，品質提高，因此單位耗費成本僅為后者的三分之一，而烘后地黃售價提高2～3元/kg.

表3　兩種烘干方式生產(chǎn)指標對比表

表4　兩種烘干方式品質指標對比表

表5　兩種烘干方式成本及干地黃價格分析表

3　小結

由實驗摸索和生產(chǎn)應用確定的3干燥段+1冷卻段的地黃干燥工藝與技術參數(shù)，經(jīng)5YH-5型烘干機應用表明，符合地黃的干燥特性和降水規(guī)律，采用機械干燥地黃，具有一次性裝料多，烘干熱風溫度可控且分布均勻，降水速率快，多層烘干的合格率高，可有效提高地黃品質，烘干成本低，經(jīng)濟效益好等特點.與傳統(tǒng)的土炕烘干相比，5YH-5型烘干機的單位面積裝料量提高2倍，干燥時間縮短50%，生產(chǎn)率提高8～9倍，一次合格率提高29.7%，每千克干地黃耗煤量降低0.71kg.在用工數(shù)相同的條件下，機械烘干的單位成本僅為土炕烘干的三分之一，而烘后地黃的品質優(yōu)、售價提高2～3元/kg.

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李保安（1958-），男，副總經(jīng)理，工程師；專業(yè)方向為農副產(chǎn)品干燥技術.

通訊作者張來林（1955-），男，，教授；專業(yè)方向為糧食儲藏技術與倉儲工藝設計.

作者簡介：董力（1991-），男，碩士研究生；專業(yè)方向為糧油儲藏技術與倉儲管理.

收稿日期：2015-06-06

中圖分類號：F713.2；S567