麥冬干燥工藝及設(shè)備的研究

袁 影，孫付春，楊 濤

（成都大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，四川成都 610106）

0 引言

麥冬是一種水分、糖分含量極高的一種名貴中藥材，還含有多種功能性成分，備受廣大消費(fèi)者的喜愛。但是麥冬收獲具有明顯的季節(jié)性和地域性，剛出地的麥冬很難儲(chǔ)存，鮮麥冬表皮容易破損黏連，易腐爛霉變，因此干燥成為麥冬加工貯藏的重要方法之一[1]。目前我國麥冬的干燥主要以傳統(tǒng)的自然晾曬為主，這種干燥方法時(shí)間長，容易被蚊蠅污染，麥冬易發(fā)生霉變，且無法保證產(chǎn)品品質(zhì)，很難適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)發(fā)展的要求[2]。而燃煤烘干房干燥過程能耗高，對(duì)環(huán)境污染大，燃煤產(chǎn)生的煙灰嚴(yán)重影響干制麥冬的品質(zhì)，且溫度不易控制，高溫時(shí)易產(chǎn)生炭化，造成損失[3]。但現(xiàn)階段對(duì)麥冬進(jìn)行干燥的專用設(shè)備尚有缺陷。因此，綜述了麥冬干燥工藝的過程，并以此為基礎(chǔ)，得出適用于麥冬干燥的方式及設(shè)備。

1 麥冬干燥工藝過程

麥冬干燥的實(shí)質(zhì)是保證麥冬的性味和有效成分，抑制生物化學(xué)反應(yīng)及霉菌等微生物的繁殖，保持較高的產(chǎn)品品質(zhì)，便于包裝、貯藏、運(yùn)輸?shù)冗^程[4]。干燥是對(duì)麥冬進(jìn)行產(chǎn)地初加工的首要環(huán)節(jié)，在干燥過程中傳熱傳質(zhì)過程復(fù)雜，如果麥冬得不到很好的保護(hù)，將造成濕熱應(yīng)力，組織結(jié)構(gòu)破裂，有效成分流失、分解，性味消失，甚至喪失藥用價(jià)值[5]。在麥冬產(chǎn)地初加工過程中，干燥工藝是影響其品質(zhì)的主要因素之一，并且正確的干燥方法與合理的干燥溫度是決定麥冬干燥工藝的關(guān)鍵[6-8]。

在傳統(tǒng)的麥冬干燥工藝中，由于技術(shù)水平的限制并沒有前人對(duì)麥冬的干燥過程進(jìn)行試驗(yàn)分析。因此，大多的農(nóng)戶在天氣晴朗時(shí)，用曬干的方式將麥冬薄薄地?cái)傞_在葦席或干凈的水泥地面上，使麥冬充分吸收光照而使其干燥。這種干燥工藝優(yōu)點(diǎn)在于簡便易行、成本較低且干燥后的麥冬的質(zhì)量比較好[9]。但是麥冬每年的收獲季節(jié)為春分時(shí)節(jié)，這時(shí)我國主要產(chǎn)麥冬的地方雨水較多，因此大多農(nóng)戶選擇陰干方式，將麥冬置于陰涼通風(fēng)處緩緩干燥，這種干燥工藝使麥冬得不到很好的陽光照射，產(chǎn)生霉變的幾率將會(huì)大大增加[10]。對(duì)于大型的農(nóng)戶或合作社而言，陰干和曬干2種工藝并不能滿足他們的需求。他們采用的是烘干工藝，將麥冬置于炕、烘箱、干燥室或干燥機(jī)中，利用熱氣流進(jìn)行干燥。該干燥工藝具有效率高、成本相對(duì)較低、不受天氣影響、溫度可控制等優(yōu)點(diǎn)。

隨著時(shí)間的推移，人們發(fā)現(xiàn)麥冬對(duì)降低血糖、平喘、抗心肌缺血、抗缺氧和抗過敏等癥狀有明顯的改善，進(jìn)一步研究表明麥冬中含有的黃酮和皂苷是其具有藥理作用的主要成分[11]。因此，麥冬品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)為麥冬中總黃酮和總皂苷的含量。蔣暢等人[12]利用紫外可見分光光度法對(duì)不同生長期麥冬總黃酮和總皂苷的含量進(jìn)行測定，結(jié)果表明，麥冬在每年的4月份其有效有成分含量最高。林冰等人[13]采用陰干、恒溫干燥（40，50，70，80℃） 和程序變溫（40℃-50℃-60℃-70℃-80℃-60℃-40℃） 3種方式分別對(duì)麥冬進(jìn)行干燥處理，并測出麥冬的總皂苷及水溶性浸出物含量。結(jié)果表明，利用程序變溫時(shí)得到的麥冬有效成分最多，也能保證麥冬的外觀形狀。李敬安等人[14]利用長時(shí)間的對(duì)比試驗(yàn)，得出了麥冬長期貯藏的條件。結(jié)果表明，麥冬在室內(nèi)陰涼、干燥、通風(fēng)處貯藏的安全保質(zhì)期不得超過3年。

結(jié)合前人的研究結(jié)果表明，為實(shí)現(xiàn)麥冬的有效成分含量最大化，麥冬的采摘時(shí)期為每年的4月份左右，待麥冬清洗晾干后，利用程序變溫的方式對(duì)麥冬進(jìn)行烘干處理，最后將麥冬貯藏在室內(nèi)陰涼、干燥處最為適宜。

2 麥冬烘干設(shè)備

中藥材烘干機(jī)是采用加熱、降溫、減壓或其他能量傳遞等方式結(jié)合機(jī)械結(jié)構(gòu)，使中藥材水分降到安全儲(chǔ)存和包裝范圍之內(nèi)，以便中藥材因干燥不足而導(dǎo)致藥性喪失的設(shè)備。它能極大地提高生產(chǎn)率，增強(qiáng)中藥材的品質(zhì)，對(duì)減少中藥材產(chǎn)后損失、確保藥材藥理特性具有重要意義[15-16]。由于我國中藥材生產(chǎn)規(guī)模較大，20世紀(jì)60年代才開始對(duì)中藥材烘干設(shè)備進(jìn)行研究，工業(yè)技術(shù)相對(duì)于國外較為落后，因此研究先進(jìn)的中藥材烘干設(shè)備十分必要[17]。由于每種中藥材的物理和化學(xué)性質(zhì)的不同，很難實(shí)現(xiàn)一種烘干設(shè)備用于多種藥材的處理，也鮮見有關(guān)直接用于麥冬的烘干設(shè)備。但現(xiàn)有中藥材烘干設(shè)備中有許多烘干工藝和麥冬的烘干具有相似性。目前，國內(nèi)用于干燥的技術(shù)主要有自然日曬干燥、沖擊干燥、鹵素干燥、流化床干燥、滲透脫水、熱風(fēng)干燥、真空干燥、冷凍干燥，以及近年來興起的微波真空干燥、遠(yuǎn)紅外干燥、組合干燥等新型干燥[18-22]。適用于麥冬烘干的設(shè)備主要有以下3種。

2.1 熱風(fēng)烘干機(jī)

熱風(fēng)烘干是一種較為常見的烘干方式，主要以空氣為傳熱介質(zhì)的方式進(jìn)行烘干。該烘干技術(shù)操作簡單、易控制。在烘干過程中，熱風(fēng)是傳熱傳質(zhì)的主要來源。根據(jù)需求量的大小，將具有適宜溫度、濕度和流速的熱風(fēng)均勻地接觸被干燥物，以滿足烘干工藝和全過程中熱交換、濕交換的均勻協(xié)調(diào)。熱風(fēng)的溫度和風(fēng)量是烘干過程中決定烘干效果的兩大重要因素。熱風(fēng)烘干機(jī)的種類較多，其中較為典型的是箱式熱風(fēng)烘干機(jī)，它主要用于中藥材的烘干[23]。箱式熱風(fēng)烘干機(jī)的箱體內(nèi)被隔板分為2個(gè)部分，其目的是為了調(diào)節(jié)箱體內(nèi)的溫度，熱風(fēng)從箱體隔板左側(cè)進(jìn)入對(duì)中藥材進(jìn)行烘干，并且通過溫度計(jì)測量出箱體內(nèi)的溫度，如果箱體內(nèi)的溫度過高，則調(diào)節(jié)隔板位置使熱風(fēng)從其右側(cè)排出，從而降低箱體內(nèi)的溫度。熱風(fēng)也可從隔板的右側(cè)進(jìn)，原理類似。

箱式熱風(fēng)烘干機(jī)見圖1。

圖1 箱式熱風(fēng)烘干機(jī)

2.2 微波烘干機(jī)

近年來微波烘干技術(shù)發(fā)展迅速。微波是波長為1 mm～1 m范圍內(nèi)的電磁波，加熱時(shí)的頻率范圍為915～2 450 MHz。被加熱物料處于微波場時(shí)，其內(nèi)部分子加劇運(yùn)動(dòng)，分子與分子發(fā)生碰撞產(chǎn)生相互作用使物料溫度迅速上升，加熱時(shí)間短且均勻。將不同烘干方式對(duì)中藥材品質(zhì)的影響進(jìn)行比對(duì)，發(fā)現(xiàn)微波間歇烘干的方式，其對(duì)中藥材的烘干速度快、所需能耗小，且對(duì)中藥材的霉菌、細(xì)菌有一定抑制作用。

微波烘干機(jī)結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 微波烘干機(jī)結(jié)構(gòu)

圖2上方為微波發(fā)生器，中間為傳送帶和中藥材產(chǎn)品，基本原理是將微波能轉(zhuǎn)化為熱能對(duì)中藥材進(jìn)行加熱烘干[24-25]。微波烘干是從中藥材產(chǎn)品的內(nèi)部向四周加熱，不適合用于易爆炸中藥材的烘干。當(dāng)前我國微波烘干技術(shù)仍處于探索階段，在實(shí)際運(yùn)用中仍存在諸多困難，如加熱功率、工作頻率控制不當(dāng)會(huì)引起物料烘干速度過快或加熱不均勻等。另外，微波烘干的成本較高，增加了成本預(yù)算。

2.3 太陽能烘干機(jī)

太陽能干燥是利用太陽集熱器吸收太陽能并加熱空氣進(jìn)行對(duì)流換熱而使物料干燥。

太陽能烘干機(jī)結(jié)構(gòu)見圖3。

圖3 太陽能烘干機(jī)結(jié)構(gòu)

由圖3可知，太陽能烘干機(jī)[26-27]中，波長為0.2～3.0 μm的陽光被太陽能集熱器內(nèi)的黑色金屬板吸收后發(fā)出3～30 μm的紅外線，這種紅外線具有熱能，冷空氣經(jīng)過太陽能集熱器后被其加熱，經(jīng)過倒風(fēng)筒后，由離心式風(fēng)機(jī)送入干燥室，使得空氣與被烘干物間產(chǎn)生溫差與相對(duì)濕度差，從而加速被烘干物水分?jǐn)U散蒸發(fā)，達(dá)到干燥目的。

太陽能烘干機(jī)主要?jiǎng)恿υ从谔栞椛洚a(chǎn)生的能力，短時(shí)高效地促進(jìn)了農(nóng)作物的干燥過程并降低了其污染可能性，大大保障了農(nóng)產(chǎn)品烘干后的品質(zhì)。在對(duì)中藥材的烘干過程中，所需溫度為40～70℃的低溫環(huán)境，而太陽能熱利用領(lǐng)域中的低溫環(huán)境正好滿足了其需求，大幅降低了傳統(tǒng)能源的消耗，其設(shè)備簡易、成本投入低，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)成本的降低和經(jīng)濟(jì)效益的增加，深受農(nóng)民歡迎。

3 麥冬干燥存在的問題

3.1 缺乏完善的干燥理論

國內(nèi)外鮮有學(xué)者對(duì)麥冬干燥過程中的內(nèi)部傳熱機(jī)理展開深入的研究，無法構(gòu)架傳熱傳質(zhì)模型，難以描述其內(nèi)部熱傳導(dǎo)過程。大部分學(xué)者僅僅局限于對(duì)干燥曲線的研究，對(duì)比不同的干燥方法，以及干燥時(shí)間和能耗之間的比較。幾乎沒有全面、系統(tǒng)性的麥冬干燥過程中內(nèi)部熱傳遞機(jī)理、藥效成分的變化機(jī)理的研究資料，不能夠反映出麥冬內(nèi)部的熱傳遞規(guī)律[24]。此外，對(duì)于麥冬干燥工藝的參數(shù)優(yōu)化、干燥設(shè)備的深入、系統(tǒng)性研究也比較匱乏。

3.2 缺乏相應(yīng)的品質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

麥冬的品質(zhì)主要從內(nèi)在品質(zhì)和外在性狀2個(gè)部分來評(píng)價(jià)。內(nèi)在品質(zhì)主要指麥冬藥效成分含量的高低等，外在性狀是指麥冬的色澤（整體外觀和斷面）、質(zhì)地、大小和形態(tài)等[4]。高品質(zhì)的麥冬不僅要求藥效成分穩(wěn)定，對(duì)外在形狀也有一定的要求。目前，麥冬產(chǎn)地干燥初加工過程較粗放，缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)體系，使得麥冬在不同產(chǎn)地干燥方法不同，造成麥冬品質(zhì)差異較大。甚至?xí)霈F(xiàn)因方法不當(dāng)導(dǎo)致麥冬失去藥性，造成極大的經(jīng)濟(jì)損失。麥冬的產(chǎn)地初加工過程中，根據(jù)不同干燥方法下品質(zhì)的差異確定最佳干燥方式，建立干燥標(biāo)準(zhǔn)體系。

3.3 組合集成技術(shù)研發(fā)力度不足

采用某一種干燥方法干燥麥冬，容易受到自身因素的限制，進(jìn)而導(dǎo)致不良影響。多種干燥方法集成技術(shù)彌補(bǔ)各自的缺陷，使各項(xiàng)技術(shù)能夠揚(yáng)長避短，充分利用各自的優(yōu)勢，達(dá)到提高效率和品質(zhì)的目的[26]。比如，熱泵干燥技術(shù)與太陽能干燥技術(shù)組合、熱風(fēng)烘干技術(shù)與高壓電場干燥技術(shù)組合成聯(lián)合干燥等。

4 麥冬干燥設(shè)備發(fā)展的趨勢

為保證麥冬品質(zhì)，其加工工藝應(yīng)更加注重其外觀顏色、形狀、大小和藥用成分的保護(hù)。隨著人們對(duì)麥冬需求的不斷增加，為滿足社會(huì)需要就要求企業(yè)增加麥冬的產(chǎn)量、降低加工，加快企業(yè)自動(dòng)化、智能化、現(xiàn)代化建設(shè)。

4.1 發(fā)展智能化麥冬干燥設(shè)備

麥冬的專用干燥設(shè)備雖鮮有人研究，但許多農(nóng)戶利用其他通用干燥設(shè)備對(duì)麥冬進(jìn)行干燥。在沒有經(jīng)過理論研究和大量試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用通用干燥工藝及設(shè)備難以獲得品質(zhì)較好的麥冬成品。唯有通過理論與實(shí)踐結(jié)合，建立干燥模型，優(yōu)化干燥工藝。與此同時(shí)，加快推薦麥冬干燥設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)、參數(shù)化設(shè)計(jì)和智能化規(guī)范，干燥工藝與干燥設(shè)備相結(jié)合才能夠從根本上保證麥冬產(chǎn)品的品質(zhì)[27]。隨著工業(yè)化進(jìn)程的加快，發(fā)展自動(dòng)化干燥設(shè)備、實(shí)現(xiàn)智能控制、遠(yuǎn)程監(jiān)測控制、干燥過程中參數(shù)在線監(jiān)測、干燥數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)分析、異常情況預(yù)警等功能是未來發(fā)展的主要方向。

4.2 研究新能源干燥設(shè)備

將太陽能、風(fēng)能、地?zé)?、生物質(zhì)能等新能源應(yīng)用到麥冬的干燥上。不僅能夠就地利用廢棄資源、減少運(yùn)輸成本，還能夠美化環(huán)境，真正變廢為寶，對(duì)我國生態(tài)環(huán)境建設(shè)具有積極作用。目前，已有大量國內(nèi)外學(xué)者探索干燥新能源并取得了一定的成果。新能源在實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、綠色干燥、保護(hù)生態(tài)環(huán)境方面意義重大。未來，新能源在干燥領(lǐng)域的應(yīng)用將越來越廣泛[28]。

5 結(jié)語

為提高麥冬中有效成分的含量，以麥冬的加工工藝進(jìn)行分析，得出了適用于麥冬干燥的設(shè)備。除此之外，對(duì)當(dāng)前麥冬干燥所存在的問題進(jìn)行了討論，并描述了麥冬干燥設(shè)備的發(fā)展趨勢，對(duì)麥冬設(shè)備的研究具有顯著的指導(dǎo)意義。