互聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測預警技術在中藥材養(yǎng)護貯藏中的應用△

石建業(yè)，任生蘭，石磊，馬彥霞，張小泉

1.甘肅金瑞園農(nóng)業(yè)科技有限公司，甘肅 蘭州 730300；2.定西市農(nóng)業(yè)科學研究院，甘肅 定西 743000；3.北京天?？臻g科技股份有限公司，北京 100102

中藥材主產(chǎn)區(qū)都要建設大量藥材貯藏庫。因收獲期集中或者市場行情不好，不能及時出售時，需要將中藥材進行貯藏并確保質量穩(wěn)定。對于中藥加工企業(yè)來說，需要囤積大量的中藥材以備不時之需，企業(yè)也需要配備中藥材貯藏庫。傳統(tǒng)的中藥材貯藏庫通常是通風冷涼庫，藥材需經(jīng)過熏蒸殺蟲后送入貯藏庫中，熏蒸過程中使用的化學物質大量殘留于藥材中，對人體健康造成潛在危害。近年來，本課題組研發(fā)了組裝式中藥材養(yǎng)護貯藏裝置，有效解決了中藥材貯藏過程中腐爛、蟲蛀、變色、變質等問題，為中醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了新的保障。

1 技術原理

通過真空泵、制氮機等設備，置換出密封貯藏環(huán)境中的氧氣，使儲存物處于高氮、低氧環(huán)境，使病菌、害蟲缺氧窒息而亡，同時能減輕中藥材變色、變質?；ヂ?lián)網(wǎng)監(jiān)測預警技術在中藥材貯藏過程中的應用屬于無線網(wǎng)傳感器技術在農(nóng)業(yè)領域的應用，是將多個不同功能傳感器組合成無線網(wǎng)絡來使用，進而對中藥材儲藏環(huán)境進行動態(tài)監(jiān)測。監(jiān)測得到的數(shù)據(jù)由傳輸模塊經(jīng)過網(wǎng)絡上傳到數(shù)據(jù)庫中。監(jiān)控終端訪問數(shù)據(jù)庫、判斷儲藏環(huán)境條件是否符合設定要求并發(fā)出相應的監(jiān)控信息。

2 系統(tǒng)設計

互聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測預警中藥材養(yǎng)護貯藏系統(tǒng)主要包括4個部分。1)GPRS控制主機：通過無線網(wǎng)絡與每個智能氮氣濃度監(jiān)測儀連接，GPRS控制主機通過無線網(wǎng)絡與移動互聯(lián)網(wǎng)終端相連，利用移動互聯(lián)網(wǎng)終端對數(shù)據(jù)進行分析來確定是否啟動設置在移動互聯(lián)網(wǎng)終端上的報警系統(tǒng)；2)抽空氣系統(tǒng)：抽真空系統(tǒng)用于貯藏庫抽出部分空氣，抽真空易造成貯藏庫損壞，導致貯藏失敗，所以應該是抽出部分空氣，輸入高濃度氮氣，即可提高貯藏庫內氮氣濃度至要求值。3)氮氣輸入和回收系統(tǒng)：氮氣輸入系統(tǒng)向貯藏庫內輸入純度為99.99%的氮氣，氮氣回收系統(tǒng)與密封帳的出氣口密封連接，通過管道輸送到制氮車間，與空氣入口相連，實現(xiàn)氮氣循環(huán)回收利用；4)中藥材養(yǎng)護貯藏密封庫若干個：每個貯藏庫內放有1個或多個智能氮氣濃度測量儀。系統(tǒng)設計見圖1。

圖1 中藥材養(yǎng)護貯藏互聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測預警系統(tǒng)設計圖

3 制氮系統(tǒng)

3.1 制氮方式和優(yōu)點

空氣中含有豐富的氮氣，純度達到78.09%。制氮機以空氣為原材料，通過物理方法對其進行分離，得到高純度氮氣。中藥材貯藏應用的制氮機選用PSA變壓吸附制氮機。根據(jù)空氣動力學效應，空氣中氧氣和氮氣擴散速率差異化明顯，尤其在通過碳分子篩時擴散速率的差異化更大，氮氣擴散速率遠低于氧氣。在吸附未平衡時，碳分子篩可以大量吸附氧氣，從而使氮氣富集。PSA 變壓吸附法就是根據(jù)這一特性對空氣中的氮氣和氧氣進行分離，獲得高純度氮氣。這種變壓吸附制氮方式又被稱為碳分子篩制氮，制單效率高，投資相對較低，具有較高的推廣價值。

3.2 主要設備及功能

制氮車間主要由空壓機、干冷機、制氮機、貯氣罐組成?？諌簷C提高進氣壓力形成壓力差，利于氮氣和氧氣的分離。干冷機進氣口與空壓機相連，出氣口與制氮機相連，主要采用冷卻方式，除去空氣中的水汽變成液體水，分離空氣中的水分，利于中藥材貯藏。制氮機的規(guī)格應根據(jù)中藥材貯藏量和密封貯藏庫的大小選擇。貯氣罐是氮氣供應的保障設備，在停電或需補充少量氮氣時，可以在不啟動制氮機的情況下保障密封貯藏庫的氮氣濃度。

3.3 氮氣輸送和回收

氮氣輸入系統(tǒng)向貯藏庫內輸入純度為99.99%的氮氣，通過密封的PPR管道輸送，以并聯(lián)方式與密封貯藏庫的進氣口相連，將氮氣輸送到各個密封貯藏庫；氮氣回收系統(tǒng)與密封貯藏庫的出氣口相連，通過回收管道輸送到制氮車間，與空壓機的進氣口連接，將回收的高濃度氮氣重新循環(huán)利用，提高制氮車間的工作效率。

3.4 抽真空與換氣

抽真空系統(tǒng)用于密封貯藏庫內空氣的置換。抽真空過量易造成貯藏庫損壞，應先抽出部分空氣，再輸入高濃度氮氣，然后同時開通氮氣進氣口和回收出氣口，經(jīng)過一段時間，即可使貯藏庫內氮氣濃度升至要求值。

4 互聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測預警智能檢測設備

4.1 GPRS控制主機

GPRS控制主機通過無線網(wǎng)絡與每個智能氮氣濃度測量儀相連實現(xiàn)氮氣濃度智能測量。主機通過無線網(wǎng)絡與移動互聯(lián)網(wǎng)終端相連。移動互聯(lián)網(wǎng)終端對數(shù)據(jù)進行分析以確定是否啟動設置在移動互聯(lián)網(wǎng)終端上的報警系統(tǒng)。每個主機可以管理120～600個貯藏庫。當某1個密封貯藏庫氮氣濃度達到設定閾值時，主機就會主動報警提示，并將報警信息發(fā)送到互聯(lián)網(wǎng)終端，實現(xiàn)遠程監(jiān)控。

4.2 氮氣濃度探測儀安裝布局

在多個密封貯藏庫中，根據(jù)密封貯藏庫的大小，每個貯藏庫內可以安放1個或在不同位置安放多個氮氣濃度探測儀。探測儀通過連接線與控制主機相連。每個密封貯藏庫內的氮氣濃度信息都傳送到控制主機?？刂浦鳈C對所有貯藏庫的貯藏環(huán)境監(jiān)控，并與互聯(lián)網(wǎng)結合，實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測預警智能化監(jiān)控。

4.3 智能檢測平臺

互聯(lián)網(wǎng)智能倉儲監(jiān)測系統(tǒng)采用GPRS物聯(lián)網(wǎng)技術，具有數(shù)據(jù)上傳及警戒報警功能。貯藏環(huán)境數(shù)據(jù)利用傳感器采集后通過數(shù)據(jù)節(jié)點上傳至數(shù)據(jù)庫，進行歷史數(shù)據(jù)保存。通過手機及電腦終端可對歷史保存數(shù)據(jù)進行分項查看、進行數(shù)據(jù)表下載及將歷史數(shù)據(jù)生成曲線圖。當監(jiān)測的環(huán)境因子出現(xiàn)嚴重波動或超出正常值范圍時平臺可以報警。

4.4 多用戶交叉管理

同一貯藏環(huán)境有不同管理者時，系統(tǒng)可以劃分不同級別管理權限，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的多用戶交叉管理和數(shù)據(jù)共享。使用GPRS物聯(lián)網(wǎng)模塊能夠降低設備功耗；采用鋰電池供電，設備體積小、機動性強。多種聯(lián)網(wǎng)方式，地域通用性強。

4.5 智能監(jiān)測平臺與質量溯源系統(tǒng)相結合

中藥材溯源是建立現(xiàn)代中藥材物流體系的重要措施?；ヂ?lián)網(wǎng)監(jiān)測預警技術在中藥材貯藏的應用，將實現(xiàn)中藥材貯藏環(huán)境全過程監(jiān)測并通過GPRS控制主機與互聯(lián)網(wǎng)終端相連，所有監(jiān)測數(shù)據(jù)均通過互聯(lián)網(wǎng)傳送到監(jiān)測終端，可長期連續(xù)不間斷保存監(jiān)測數(shù)據(jù)，實現(xiàn)遠程智能化監(jiān)控。整個貯藏環(huán)境的所有數(shù)據(jù)都可在網(wǎng)絡終端下載，實現(xiàn)了真正的隨時監(jiān)測和互聯(lián)網(wǎng)終端的大眾監(jiān)督。從入庫、貯藏、出庫等環(huán)節(jié)全面監(jiān)控藥材貯藏環(huán)境，可以與中藥材質量追溯體系有機結合，實現(xiàn)全程質量追溯。

5 技術應用效果

5.1 技術已得到示范應用

采用互聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測預警技術對中藥材養(yǎng)護貯藏進行監(jiān)測預警已經(jīng)在隴西、渭源等道地中藥材主產(chǎn)區(qū)進行示范應用，取得了良好的效果，有效解決了中藥材在貯藏過程中普遍發(fā)生的蟲蛀、霉變、變色、走油等影響藥材品質的問題，能夠保持中藥材品質和有效成分基本穩(wěn)定。同時，智能監(jiān)控裝置為中藥材遠程監(jiān)測、追蹤溯源、金融倉儲、電子交易、期貨貿(mào)易提供了技術支撐和保障。

5.2 技術應用效果顯著

據(jù)測算，目前我國中藥材貯藏損失為每年3%～5%。按貯藏中藥材價值1億元計算，采用本技術每年可減少損失300～500萬元。傳統(tǒng)貯藏每年管理人工費0.05元/kg，失水損耗2%，共計約1.2元/kg?；ヂ?lián)網(wǎng)監(jiān)測預警技術貯藏中藥材，水分和有效成分基本穩(wěn)定，減少了自然損耗，1 kg可節(jié)省0.9元。同時，互聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測預警技術在中藥材養(yǎng)護貯藏中應用，實現(xiàn)了中藥材無風險貯藏。密封貯藏庫環(huán)境要求低，保質時間長，適宜范圍廣，所有中藥材貯藏企業(yè)和個人都可應用。采用該技術有利于提升藥材品質、增強競爭力。自2017年，隴西縣首陽鎮(zhèn)朝陽中藥材農(nóng)民專業(yè)合作社應用該技術貯藏黃芪和黨參2種藥材，至2019年2月，貯藏的藥材基本沒有變色、霉變。而常規(guī)貯藏的藥材出現(xiàn)明顯的變色和較多的霉變斑點。經(jīng)檢測，應用養(yǎng)護貯藏互聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測預警系統(tǒng)貯藏的黃芪中黃芪甲苷質量分數(shù)為0.128%，較常規(guī)貯藏的當歸高0.018%；黨參浸出物為64.2%，較常規(guī)貯藏的黨參高0.8%。

5.3 可與質量追溯體系有機結合

中藥材密封貯藏帳互聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測預警技術的應用，可以實現(xiàn)中藥材貯藏環(huán)境全過程監(jiān)測，并通過GPRS控制主機與互聯(lián)網(wǎng)終端相連。所有監(jiān)測數(shù)據(jù)均傳送到互聯(lián)網(wǎng)終端，可連續(xù)不間斷長期保存監(jiān)測數(shù)據(jù)。因此，只要將控制主機與中藥材質量溯源系統(tǒng)連接，即可實現(xiàn)中藥材生產(chǎn)環(huán)節(jié)的監(jiān)控數(shù)據(jù)與貯藏期間的監(jiān)控數(shù)據(jù)相結合、中藥材生產(chǎn)栽培溯源與貯藏環(huán)節(jié)溯源有效對接和中藥材生產(chǎn)貯藏全部環(huán)節(jié)的質量溯源。貯藏環(huán)境智能監(jiān)測和現(xiàn)有中藥材質量溯源系統(tǒng)的有機結合、密封貯藏帳內的環(huán)境數(shù)據(jù)和追溯系統(tǒng)共享可以保證中藥材貯藏期間質量溯源數(shù)據(jù)的完整準確。