微波干燥及滅菌技術(shù)在中藥領(lǐng)域應(yīng)用概況

王爽　聶其霞　張保獻　張麗艷　臧琛　王國華　尚悅

摘要：與中藥傳統(tǒng)干燥方法相比，微波技術(shù)不僅具有操作簡便、快捷、效果佳、藥物外觀性狀保持良好、耗能低等特點，在干燥的同時，還有非常優(yōu)異的滅菌效果。本文簡述了微波干燥、滅菌技術(shù)的特點及影響因素，綜述其在中藥領(lǐng)域的應(yīng)用概況，并針對安全性問題（微波輻射和微波殘留）等提出目前研究存在的問題及展望。

關(guān)鍵詞：微波干燥；微波滅菌；中藥；微波輻射；綜述

DOI：10.3969/j.issn.1005-5304.2017.11.034

中圖分類號：R283 文獻標識碼：A 文章編號：1005-5304（2017）11-0132-05

Application of Microwave Drying and Sterilization Technology in TCM Field WANG Shuang1， NIE Qi-xia2， ZHANG Bao-xian2， ZHANG Li-yan1， ZANG Chen2， WANG Guo-hua2， SHANG Yue3 （1. Guiyang University of Chinese Medicine， Guiyang 550002， China； 2. Institute of Chinese Materia Medica， China Academy of Chinese Medical Sciences， Beijing 100700， China； 3. Chinese Pharmacopoeia Commission， Beijing 100061， China）

Abstract： Compared with traditional drying methods for Chinese materia medica， microwave drying technology is not only with the features of easy and convenient to operate， rapidity， good effects， well remained appearance of medicine and low energy consumption， but also with the feature of extraordinary sterilization effects at the same time with drying. This article introduced the features and effects of microwave drying and sterilization technology， reviewed its application in the TCM field， and proposed existing problems and prospects in the recent research by targeting security problems （microwave radiation and microwave residue）.

Key words： microwave drying； microwave sterilization； Chinese materia medica； microwave radiation； review

蟲蛀和霉變是影響中藥質(zhì)量的重要因素，誘發(fā)原因為物料的高濕度和環(huán)境溫度不當，因此，干燥及滅菌是中藥加工的重要一環(huán)。常見干燥方法有曬干、風干/陰干、熱風干燥、冷凍干燥等。實際工作中應(yīng)根據(jù)具體情況及中藥的性質(zhì)選擇合適的干燥方法。

微波干燥及滅菌技術(shù)是近年興起的方法，具有產(chǎn)品均勻、質(zhì)量好、速度快、適用性廣、低溫操作、安全可靠、高效節(jié)能、易于實現(xiàn)自動化、連續(xù)化操作和滿足環(huán)保要求等優(yōu)點，且滅菌效果好。茲對微波技術(shù)在中藥領(lǐng)域的應(yīng)用情況進行綜述。

1 微波技術(shù)特點及影響因素

1.1 微波干燥技術(shù)

常用的微波干燥方法分為微波干燥和微波真空干燥。

微波干燥利用的是微波穿透、吸收、反射的性質(zhì)，在干燥過程中，物料中的極性溶劑分子吸收微波，將微波能轉(zhuǎn)化成熱能，故物料的溫度由內(nèi)而外形成溫度

基金項目：國家藥典委員會藥品標準提高任務(wù)（2015年）

通訊作者：尚悅，E-mail：shangyue@chp.org.cn

梯度。此過程中熱能不斷積聚，并進一步轉(zhuǎn)化成勢能，而物料外周水分先行蒸發(fā)，由內(nèi)而外又形成壓力差，且傳熱與傳質(zhì)方向一致，故微波干燥具有干燥速率高、耗時少、干燥效果均勻、自動容易控制等特點。同時，微波干燥效果受到微波頻率、干燥溫度、干燥時間、物料尺寸及特性、物料混合干燥等因素的影響[1]。

微波真空干燥物料過程分為加速階段、恒速階段、減速階段。加速階段與恒速階段蒸發(fā)的主要是物料的自由水，減速階段主要是結(jié)合水。干燥進入減速階段，物料溫度會迅速上升，需相應(yīng)調(diào)節(jié)微波頻率以平衡溫度。降低減速干燥階段的干燥速率，可以有效保留食品的顏色、外觀和風味，并且耗能也在可接受的范圍內(nèi)[2]。研究表明，干燥進入減速階段時，甚至可以只用熱氣對流，而不需要其他條件[3]。

1.2 微波滅菌技術(shù)

微波滅菌具有作用時間短、升溫快、殺菌效果好的優(yōu)點，根據(jù)溫度和時間一般分為低溫長時間滅菌（45 ℃，30 min）、中溫短時間滅菌（75 ℃，20 min）和高溫瞬時滅菌（200 ℃，0.13 min）[4]。

微波滅菌主要受到以下幾個因素的影響：①頻率。微波頻率越高，滅菌效果越好，但穿透力越差。②物料含水量。滅菌效果與物料含水量成正比，故可在水蒸氣環(huán)境中進行滅菌。③時間。時間越長滅菌效果越好，但容易出現(xiàn)焦化，耗能增加。④功率與溫度。功率高，以非熱效應(yīng)滅菌為主，功率低，以熱效應(yīng)滅菌為主；⑤pH值。當pH偏離細菌生長最適酸度環(huán)境越高，細菌對微波的敏感性也越強，滅菌效力增強。⑥鹽濃度。高鹽濃度，對細胞形成高滲保護，降低水活度，影響溶液介電常數(shù)，產(chǎn)生渦流，從而抑制滅菌[5]。此外，鹽濃度還會影響細胞形態(tài)、膜電位、細胞通道等，影響細胞增殖、分化、代謝[6]。

2 微波技術(shù)在中藥領(lǐng)域的應(yīng)用

2.1 中藥材

中藥材是典型的膠體毛細多孔介質(zhì)，其特點是干燥后變脆，但不會完全失去彈性，特別是孔壁吸濕后膨脹[7]。中藥材產(chǎn)地加工過程中，傳統(tǒng)方法耗時長、效率低、干燥效果不佳，且對某些藥材的成分含量影響大。適宜的微波干燥條件可有效降低成分損失。

聶詩明等[8]采用微波真空干燥的方法對玄參原藥材進行干燥處理研究，發(fā)現(xiàn)60 ℃下全藥干燥與切片后干燥二者有效成分損失均較少，但哈巴俄苷含量存在差異，全藥較高。其微波真空干燥品可直接制成飲片，且質(zhì)地疏松，便于后續(xù)提取過程中成分的浸出，顏色也并未變黑。

劉娟等[9]以切片厚度、微波頻率、真空度、裝載量為處理因素，干燥時間、還原糖得率和多糖得率為指標，設(shè)計了四因素三水平的鮮地黃微波真空干燥實驗。發(fā)現(xiàn)切片厚度對各含量指標影響最大，這與微波穿透深度有關(guān)。其他因素影響大小依次為微波功率、真空度、裝載量。當切片厚度、真空度、裝載量一定時，適度的微波功率如1600 W，既有利于增加傳質(zhì)與傳熱速率，又可避免引起地黃切片內(nèi)部膨化、發(fā)泡。

周偉偉[10]在運用微波干燥鮮葛根前，用一定比例檸檬酸、氯化鈉、氯化鈣復(fù)合護色液進行護色處理后，以加熱功率與裝載量比值（W/g）為2、加熱時間8 min，可得到色值為18、糊化性質(zhì)佳的優(yōu)質(zhì)葛根藥材。

微波干燥在貴重藥材方面也有較多應(yīng)用。如微波干燥鮮人參，其干燥品不僅藥用成分含量高，且由于短時間地升溫，氣體逸散后留下的空間來不及封閉，從而保留了原有形態(tài)，其外觀與干燥前差別不大[11]。

硫熏為中藥傳統(tǒng)材質(zhì)量控制中常用方法，因其刺激性氣味，可有效避免蟲、卵寄生，便于貯藏、保持良好藥材外觀。但硫熏不僅會影響有效成分含量，還引入了外源性毒素二氧化硫?；粑慕艿萚12]比較了微波干燥、自然晾曬、50 ℃烤房干燥和1%硫磺熏蒸4種方法干燥金銀花至全干，對綠原酸、總黃酮含量及其外觀性狀的影響。結(jié)果表明，綠原酸和總黃酮含量微波干燥最高，自然干燥最低；隨著貯藏時間增加，二者的含量會隨之降低；各干燥方法的木犀草苷含量無顯著差異。4種方法中，微波干燥方法耗時短，干燥時間為4～6 min，金銀花色澤翠綠，硫磺熏蒸品次之，自然干燥品最差。

微波技術(shù)在與其他干燥方法的比較實驗也體現(xiàn)出優(yōu)越性。朱俊霖等[13]通過比較自然曬干、自然陰干、60 ℃烘干、真空干燥、遠紅外干燥及微波干燥6種不同方法處理黃芩藥材的實驗中，發(fā)現(xiàn)不同干燥方法對黃芩苷和黃芩素含量影響不盡相同。遠紅外和微波干燥黃芩苷的含量最高，60 ℃烘干和自然曬干含量最低；黃芩素含量恰好相反，60 ℃烘干和真空干燥的含量最高，遠紅外干燥和微波干燥最低；微波干燥總黃酮含量最高，自然曬干最低，說明微波干燥有利于總黃酮的積累。這與何春年等[14]在微波干燥對黃芩葉中黃酮類成分影響的研究中得到的實驗結(jié)果相似。提示微波法能起到殺酶保苷的作用，可防止黃芩完全干燥前黃芩苷等黃酮類成分的分解。

賀瀟瀟等[15]對中藥材三棱采用5種不同干燥方法（曬干、陰干、50 ℃烘干、遠紅外干燥及微波干燥）的對比研究，結(jié)果表明，5種方法干燥品的含水量均符合藥典標準，其中微波干燥最低，其次為紅外線，陰干最高。微波干燥對于總酚類含量影響最小，可能由于短時間內(nèi)快速升溫，對酶起到了抑制作用。

?ngel Calín-Sánchez等[16]在對羅勒進行3種干燥方法（對流干燥、真空微波干燥以及對流干燥與真空微波干燥結(jié)合）的對比研究中發(fā)現(xiàn)，使用對流預(yù)干燥與真空微波干燥相結(jié)合，40 ℃的對流預(yù)干燥溫度，360 W的真空微波干燥功率，干燥時間控制在250 min左右，在同等干燥水平的情況下，新鮮羅勒樣品中的揮發(fā)性化合物成分效果最好。同時，該課題組在對馬郁蘭進行3種干燥方法（對流干燥、真空微波干燥以及對流干燥與真空微波干燥結(jié)合）的對比研究中發(fā)現(xiàn)，采用對流預(yù)干燥與真空微波干燥相結(jié)合的方法，對馬郁蘭樣品中的揮發(fā)性化合物進行水蒸氣蒸餾法提取，氣相色譜法分析，得出主要成分在240 W和360 W的真空微波干燥與50 ℃對流干燥結(jié)合的干燥方法下濃度最高，其余方法均有較多損失[17]。

研究表明，達到一定干燥程度后，微波干燥會對細胞組織產(chǎn)生影響[18]。因此，應(yīng)根據(jù)不同中藥的特性選擇適宜的干燥方式和工藝條件。

2.2 中藥提取物

中藥提取是傳統(tǒng)湯藥轉(zhuǎn)向中藥制劑的重要中間環(huán)節(jié)。中藥制劑的療效在很大程度上取決于中藥浸提、分離、精致、濃縮與干燥等方法。提取物在干燥過程成中能否最大限度保存有效成分尤為重要。傳統(tǒng)的水浴蒸干耗時長，真空干燥易沸騰溢鍋，噴霧干燥對液體密度、黏度要求高。微波干燥技術(shù)對中藥提取物進行干燥具有速度快、耗時短、成分損失小的優(yōu)勢。

劉澤峰[19]以烏梅作為中藥單味藥材及以痔炎消膠囊方中的中藥復(fù)方提取物清膏為模型（各24 kg），考察了提取物相對密度對干燥曲線的影響及干燥時間對活性成分轉(zhuǎn)移率的影響。發(fā)現(xiàn)干燥過程中清膏相對密度大小是成分轉(zhuǎn)移率、干燥過程順利程度的主要影響因素之一。在清膏相對密度1.35、微波加熱溫度60 ℃、真空度-0.08 MPa條件下加熱1 h，枸櫞酸和芍藥苷轉(zhuǎn)移率高。

萬治明等[20]比較了微波干燥、噴霧干燥與真空干燥對葛根提取物干燥后粉體壓縮情況，發(fā)現(xiàn)真空干燥樣粉流動性好，但顆粒不均勻；噴霧干燥樣粉顆粒均勻光，但滑流動性差，且容易粘結(jié)；而微波干燥樣粉不僅大小均勻、顆粒光滑互相不粘結(jié)，且可在10 min內(nèi)溶解90%左右。提示微波干燥可加快葛根提取物的釋放速度，使其保持良好的物理學(xué)性質(zhì)。

劉順航等[21]對柴胡浸膏、黃芪浸膏、白芍浸膏、養(yǎng)血清腦浸膏進行的微波干燥與烘箱干燥對比實驗中，發(fā)現(xiàn)在同等干燥效果的前提下，微波干燥耗時比烘箱法少近140倍，節(jié)能約90%。

蔣東旭等[22]對婦炎康片浸膏進行箱式真空干燥、真空微波干燥與箱式烘干干燥比較，發(fā)現(xiàn)苦參堿含量、芍藥苷含量、浸膏粉含水量均有顯著差異（P<0.05）。稠膏相對密度越大可縮短干燥時間，提高干燥效率，但物料/功率比越高成分保留率有降低的趨勢，同時物料厚度增加干燥效率反而較低。

Alibas I等[23]在對貫葉連翹的微波干燥動力學(xué)、金絲桃素含量測定研究發(fā)現(xiàn)，當微波功率在1000～650 W時，耗能處于相對穩(wěn)定的狀態(tài)，而500 W以下（最低90 W）則相對耗能顯著增加。在耗能相對穩(wěn)定的微波功率下，自然干燥所測得的最大金絲桃素含量為0.280%，微波干燥850 W時含量為0.278%、750 W時為0.277%，850 W僅消耗0.06 kWh，且耗時明顯短于自然干燥。

高黏度多糖提取物的干燥一直是現(xiàn)代中藥干燥的難題。楊俊紅等[24]比較不同方法對黃芪水提物中黃芪多糖含量影響，發(fā)現(xiàn)雖然微波會改變分子構(gòu)象、斷裂大分子間化學(xué)鍵連接，但微波干燥較熱風干燥、真空干燥和冷凍干燥3種工藝有較高的多糖獲得率，且多糖穩(wěn)定性好。孫麗娟等[25]以靈芝水提濃縮液為研究對象，單一的真空干燥或冷凍干燥方法都需要耗費較長時間干燥，而長時間干燥易造成多糖和三萜類成分的大量損失。故可考慮組合干燥方法：微波真空干燥+真空干燥。在實際研究中，靈芝水提濃縮液降低6%～7%的水分，組合干燥法耗時是單一方法的1/8.5～1/9。成分損耗真空干燥>冷凍干燥>組合干燥方法。

也有報道表明，將微波冷凍干燥應(yīng)用于蛋白質(zhì)提取有較為出色的表現(xiàn)[26]。因此可根據(jù)中藥提取物的性質(zhì)，將微波干燥與其他干燥方法相結(jié)合，以達到更理想的效果。

2.3 中成藥

微波干燥因其獨特的優(yōu)勢，在中藥丸劑、口服液等劑型中應(yīng)用較廣泛。

2.3.1 丸劑 丸劑制備過程復(fù)雜，易造成微生物超標等問題。常規(guī)方法對粉碎后的藥材粉末進行消毒滅菌（即瞬間高溫滅菌）。但經(jīng)此法滅菌的粉末一般會板結(jié)成塊，需再次粉碎后才能進入制丸環(huán)節(jié)[27]?；蛘卟捎猛钘l滅菌的方法，涂油保水殺菌。并且干燥滅菌常存在干燥開裂、外表干燥而內(nèi)芯濕軟，微生物限量不符合要求等問題。微波干燥滅菌時，熱量來自丸劑內(nèi)部，使丸劑受熱均勻，膨脹度好外觀整潔光滑；高功率微波可穿透至丸劑內(nèi)部，達到滅菌的效果。

石新華、楊柳等[28-29]通過正交試驗篩選出對適宜婦寧丸干燥的微波干燥工藝，發(fā)現(xiàn)傳輸速度和溫度是主要影響因素，厚度為次要因素，選擇了物料傳輸速度0.4 m/min、物料厚度6 mm、干燥溫度70 ℃、水分5%左右適宜的工藝條件。此條件下干燥效果好，未出現(xiàn)丸裂等現(xiàn)象。與烘房干燥的比較，微波干燥顯微、薄層、含量測定與傳統(tǒng)的烘房干燥差異不大，但滅菌徹底，細菌數(shù)量較之明顯減少，霉菌未檢出。

盧鵬偉等[30-31]對濃縮六味地黃丸進行了微波干燥的驗證實驗，發(fā)現(xiàn)經(jīng)干燥后樣品微生物限度指標良好，干燥后藥丸的水分和溶散時限均符合質(zhì)量標準。在微波干燥和烘箱干燥的對比試驗中，微波溶散時限平均縮短22 min，滅菌率平均提高1.9%，丹皮酚含量損失率平均降低2.4%，干燥時間縮短36%。為六味地黃丸的大規(guī)模自動化生產(chǎn)提供了條件。

楊張渭等[32]選擇水丸型的腦立清丸（含芳香性成分），水蜜丸型的臟連丸（含動物膠、動物臟器成分）、麻仁丸（含油脂類成分）、五子衍宗丸（含糖、脂類成分），濃縮水蜜丸型的輕身消胖丸（含浸膏），5個品種各3批均用泛制法制備的產(chǎn)品，研究微波干燥對不同藥物工藝需求異同，以及其滅菌效果。結(jié)果表明，含有芳香成分的丸劑內(nèi)部水分和揮發(fā)性成分擴散速度較快，需選取高轉(zhuǎn)速、短時間的干燥工藝；含糖、脂類成分的丸劑內(nèi)部水分擴散速度較慢，需選擇低轉(zhuǎn)速、長時間干燥工藝。但含油脂類藥物較高的丸劑，經(jīng)微波干燥后會出現(xiàn)溶散時限超標的現(xiàn)象?？赡苁且驗樗终舭l(fā)后，油脂溢出填補了水分的空隙，從而使丸劑疏水性增大，導(dǎo)致溶散時限不合格[33]。

2.3.2 口服液體制劑 口服液體制劑通常為增加口感良好度會加入糖、蜂蜜等矯味劑。矯味劑的存在使藥物在存儲過程中易滋生細菌等微生物。常規(guī)滅菌方法滅菌以高溫滅菌為主導(dǎo)，效率低，熱敏成分易被破壞，影響揮發(fā)油類成分含量，設(shè)備占地面積大且需在滅菌后加入檢漏裝置。采用微波干燥滅菌，在滅菌過程中液體藥物經(jīng)輻射后分子運動加劇，溫度升高，瓶內(nèi)外形成壓力差。若制劑密封不嚴，液體藥物則會外溢，肉眼即可檢查出來。還可保持原有藥物的營養(yǎng)物質(zhì)、口感[34]。

康志英等[35]對抗病毒口服液、清肝利膽口服液、肌苷口服溶液進行了微波滅菌的相關(guān)試驗，發(fā)現(xiàn)功率越高，傳輸速度越慢，殺菌效果越好。但傳輸速度過慢會增加能耗，以傳輸速度3 m/min、功率17.65 kW為工藝條件，可得到理想的滅菌效果。放大生產(chǎn)后，取不同干燥位點產(chǎn)品檢驗，得到同樣的結(jié)果，藥效成分如廣藿香等成分含量較常規(guī)方法提高了5.14倍。并做該條件下微波殺滅枯草芽孢桿菌黑色變種的實驗，死亡率99%以上。

余濤等[36]進行了高壓滅菌、煮沸滅菌和微波滅菌對大黃附子口服液滅菌效果的研究，發(fā)現(xiàn)經(jīng)3種滅菌方法滅菌后的口服液比重都有所降低，pH值變化不大，但微波滅菌法藥液澄明度和顏色與原藥液差別不大，另外2種則加深?？傠x蒽醌百分含量微波法最高。后續(xù)小鼠小腸運動的藥效實驗及醋酸致痛實驗顯示，微波法滅菌保留了大黃附子口服液對小腸的促進作用和抑制疼痛作用。

劉落憲等[37]對易拉瓶裝抗病毒口服液、止咳桔紅口服液、通宣理肺口服液、復(fù)方銀黃口服液4種口服液中分別加入等濃度的枯草桿菌、大腸桿菌、金黃色葡萄球菌和青霉菌，用微波滅菌90 s，所有菌種即都檢測不到。并將經(jīng)不同時間微波滅菌的清開靈口服液與煮沸30 min后的注射液進行對比，結(jié)果顯示，0～90 s內(nèi)微波法黃芩苷、膽酸、麻黃堿、原兒茶醛等成分含量均高于煮沸法。但易拉瓶在微波滅菌過程中會出現(xiàn)爆碎和封口質(zhì)量的問題，故微波滅菌用于此類口服液需通過實驗選擇合適的滅菌工藝。

3 微波的安全性

微波的安全性方面有2點需要重視：①防止微波設(shè)備泄漏造成輻射；②微波殘留。

微波是電磁波的一種，具有電磁波的基本性質(zhì)。而微波由于發(fā)射設(shè)備（磁控管）的區(qū)別又分為脈沖波和連續(xù)波，一般微波加熱設(shè)備主要在連續(xù)狀態(tài)下工作，所以多用連續(xù)波磁控管。根據(jù)微波三大特性，人體也會吸收微波，故微波輻射對人體也會存在一定的危害作用。根據(jù)中華人民共和國國家標準《微波和超短波通信設(shè)備輻射安全要求》GB 12638-90中的具體要求：①連續(xù)波每日8 h連續(xù)暴露時，容許平均功率密度為50 μW/cm2；②短時間間斷暴露或每日超過8 h暴露時，每日劑量不得超過400 μW·h/cm2；③容許暴露的平均功率密度上限為4 mW/cm2。

使用微波設(shè)備時，須保持安全操作距離，做好防護措施，尤其是眼部，還應(yīng)定期檢查設(shè)備密封狀況。

對于微波殘留，目前還無法很好的驗證，微波具有反射特性，腔體內(nèi)是否會存在設(shè)備停止后仍存在微波殘留的隱患，如存在，殘留的微波是否對藥物或者后續(xù)產(chǎn)品造成影響，尚需進一步研究。

4 結(jié)論

微波技術(shù)在藥物干燥、滅菌方面有著獨特的優(yōu)勢，它具有效率高、效果好、可控性強、噪音低、設(shè)備體積相對較小的特點，而且各方面的技術(shù)也日漸成熟，是一個非常值得開發(fā)以及規(guī)范的方法，但其仍然存在一些問題有待解決：①微波干燥滅菌技術(shù)在中藥領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，國內(nèi)外雖有微波干燥對單一中藥材干燥效果的報道，但缺少對不同種類中藥材影響的系統(tǒng)性研究；②尚未見有關(guān)于中藥片劑、中藥材、中藥飲片等微波滅菌方面的報道；③對不同藥效性質(zhì)、不同產(chǎn)地、不同質(zhì)地的中藥材是否適用于微波干燥、滅菌，其工藝條件還有待摸索；④微波具有反射特性，腔體內(nèi)是否會存在設(shè)備停止后仍存在微波殘留的隱患，如存在，殘留的微波是否對藥物或者后續(xù)產(chǎn)品造成影響，尚需進一步研究。

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