天麻干燥試驗(yàn)研究

李永遠(yuǎn)

（云南師范大學(xué)物理與電子信息學(xué)院，云南 昆明 650500）

天麻是多年生異養(yǎng)寄生植物，須與密環(huán)菌和紫萁小菇共生，富含多糖，酚類(lèi)，甾醇，有機(jī)酸等活性成分，具有降血壓，鎮(zhèn)痛，明目，增智，健腦，延緩衰老等功能[1-3]。鮮天麻采收期集中，易腐爛，發(fā)霉，因此天麻干燥對(duì)于天麻保存尤為重要[4-6]。目前市面上采用最多的干燥方式為熱風(fēng)干燥，熱風(fēng)干燥是利用熱量的傳導(dǎo)，將天麻內(nèi)部的水分以氣態(tài)或液態(tài)形式擴(kuò)散至物料表面，熱風(fēng)干燥在干燥的過(guò)程中，天麻會(huì)升溫，會(huì)破壞天麻的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。高壓電場(chǎng)干燥具有物料不升溫、干燥條件靈活可調(diào)、干燥過(guò)程伴有殺菌作用、節(jié)約能耗等優(yōu)點(diǎn)。白亞鄉(xiāng)通過(guò)對(duì)豆腐的高壓電場(chǎng)干燥研究得出：干燥速率與電極結(jié)構(gòu)及電壓極性有關(guān)，在相同電壓下負(fù)高壓高于正高壓[7]。cao和Nishiyama等通過(guò)針-盤(pán)電極系統(tǒng)干燥小麥試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，干燥速率隨著電壓增大和上下電極距離減小而加快[8]。AshutoshSingh等采用傅里葉變換紅外光譜研究了小麥的高壓電場(chǎng)干燥特性及其對(duì)蛋白質(zhì)構(gòu)象的影響，結(jié)果表明：施加高壓電場(chǎng)和熱風(fēng)對(duì)小麥樣品的干燥速率有顯著影響。干燥速率隨風(fēng)速和外加電壓的增加而增大，高壓電場(chǎng)干燥對(duì)小麥蛋白質(zhì)構(gòu)象有顯著影響[9]。丁昌江等采用高壓電場(chǎng)和熱風(fēng)干燥干燥胡蘿卜，結(jié)果表明：高壓電場(chǎng)能夠加速胡蘿卜的干燥，干燥時(shí)間縮短43.3%，且能夠很好的保留胡蘿卜素。高壓電場(chǎng)干燥樣品的胡蘿卜素含量比熱風(fēng)干燥樣品高10.86%，高壓電場(chǎng)干燥的胡蘿卜在復(fù)水性上熱風(fēng)干燥的平均高11.7%[10]。邢茹等通過(guò)高壓電場(chǎng)干燥蔬菜試驗(yàn)，結(jié)果表明：高壓電場(chǎng)干燥技術(shù)對(duì)蔬菜進(jìn)行干燥，干燥所用時(shí)間與傳統(tǒng)方法干燥的蔬菜所用時(shí)間相比要少，干燥出的蔬菜營(yíng)養(yǎng)成分含量損失較少，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，高壓電場(chǎng)干燥蔬菜在干制蔬菜加工業(yè)中具有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)[11]。在強(qiáng)電場(chǎng)的作用下，電荷主要分布在針電極的尖端，等電位線(xiàn)密集，在強(qiáng)電場(chǎng)的作用下，電場(chǎng)強(qiáng)度急速增加，導(dǎo)致空氣電離。大量的電子在非均勻電場(chǎng)力的作用下，朝板電極運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，電子和空氣中的其他離子和電子發(fā)生碰撞，產(chǎn)生大量能量。天麻內(nèi)部的水分在電場(chǎng)力的作用下，水分子間的氫鍵斷裂，被電場(chǎng)力拉離天麻內(nèi)部，最后在能量的作用下，水分子蒸發(fā)或汽化，擴(kuò)散至空氣中。

高壓電場(chǎng)干燥可用于滅菌、除濕、干燥等領(lǐng)域。本文主要采用高壓電場(chǎng)干燥和熱風(fēng)干燥，以天麻為對(duì)象，研究高壓電場(chǎng)干燥和熱風(fēng)干燥對(duì)天麻干燥特性的影響，為天麻的干燥方式和保存提高理論和實(shí)踐指導(dǎo)。

1 試驗(yàn)過(guò)程與結(jié)論

1.1 材料制備與處理

天麻：選自湖北烏紅天麻，試驗(yàn)將天麻切片，半徑約為2cm，厚度約為1cm。高壓電發(fā)生器：ZGS-60KV/2mA一體式直流高壓發(fā)生器，電壓范圍為直流0V～60KV，合肥遠(yuǎn)中計(jì)量檢測(cè)儀器有限公司。天平：紀(jì)銘電子天平，精度為0.001g，諸暨市超澤衡器設(shè)備有限公司。

圖1 試驗(yàn)裝置

把天麻洗凈削皮后，將天麻切半徑約為2cm，厚度約為1cm的片狀，共十片記為A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8、A9、A10。將天麻片分別稱(chēng)重并記錄，連接實(shí)驗(yàn)裝置，將高壓電發(fā)生器連接220V交流電，高壓電發(fā)生器中頻輸出接口連接負(fù)載電阻輸入接口，將高壓微安表連接到負(fù)載電阻的輸出接口，再將高壓微安表連接到針電極。將高壓電發(fā)生器的接地接口和負(fù)載電阻的接地接口和板電極連接放電棒，將放電棒置于地面上。將A1、A2、A3、A4、A5置于正電壓極性的針尖下，干燥12h，每隔1h記錄其質(zhì)量。將A6、A7、A8、A9、A10置于23℃，風(fēng)速為0.2 m/s的風(fēng)箱中，干燥12 h，每隔1h記錄其質(zhì)量。試驗(yàn)采用針-板高壓電干燥裝置，針尖距網(wǎng)距離為10 mm。

1.2 干燥特性

將干燥12 h的天麻片置于120℃干燥箱中，直至質(zhì)量不再變化，即干重質(zhì)量，記為M，則任意a時(shí)刻天麻片的含水率[12]可表示為：其中S為經(jīng)過(guò)a時(shí)間天麻片的含水率，ma為經(jīng)過(guò)a時(shí)間天麻片的質(zhì)量，M為天麻片的干重質(zhì)量。

定義干燥速率[12]Va為：干燥中每千克物料每小時(shí)脫水質(zhì)量（g/（kg×h）），即：

其中Va為在a時(shí)間段內(nèi)的干燥速率，g/（kg×h）；m0為天麻片的初始質(zhì)量，ta為開(kāi)始干燥至a時(shí)間的時(shí)間段。

1.3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

圖2是高壓電場(chǎng)干燥和熱風(fēng)干燥對(duì)天麻片干燥特性。反映了在相同的干燥時(shí)間內(nèi)，高壓電場(chǎng)干燥和熱風(fēng)干燥對(duì)天麻片含水率和干燥速率的影響。

圖2 高壓電場(chǎng)和熱風(fēng)對(duì)天麻片干燥特性變化圖

圖中，天麻片初始含水率大約在70%左右，在整個(gè)干燥過(guò)程中，高壓電場(chǎng)下的天麻含水率比熱風(fēng)干燥下天麻片含水率整體要低10%左右，說(shuō)明高壓電場(chǎng)干燥在相同的時(shí)間內(nèi)能有效降低天麻片的含水率，最終結(jié)果顯示，在干燥12 h后，高壓電場(chǎng)下的天麻片含水率約為19.8%，熱風(fēng)干燥下的天麻片含水率約為34.5%。在高壓電場(chǎng)干燥的過(guò)程中，在強(qiáng)電場(chǎng)的作用下，針電極尖端附近存在極大的電場(chǎng)強(qiáng)度和能量，導(dǎo)致空氣電離產(chǎn)生的電子和離子數(shù)量比較多，更快的破壞天麻內(nèi)水分子團(tuán)之間的氫鍵，水分子逸出在能量較大的環(huán)境下，水分子內(nèi)的分子間作用力更容易被破壞，從而水分子蒸發(fā)或汽化，擴(kuò)散至空中。

為了更好的觀察天麻片在每個(gè)干燥時(shí)段的干燥速率，由此對(duì)干燥速率數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理。在相同時(shí)間內(nèi)高壓電場(chǎng)下天麻片的干燥速率比熱風(fēng)干燥下要快。而且在每一個(gè)干燥時(shí)間段內(nèi)都快，在每個(gè)干燥時(shí)間段內(nèi)，高壓電場(chǎng)比熱風(fēng)多干燥水分約0.15 g。高壓電場(chǎng)干燥比熱風(fēng)干燥高壓電場(chǎng)下天麻片的干燥速率整體比熱風(fēng)下天麻片干燥速率要快，最終在干燥12 h后，高壓電場(chǎng)下天麻片的干燥速率約為0.670 g/（kg×h），熱風(fēng)下天麻片干燥速率約為0.287g/（kg×h）。

2 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)高壓電場(chǎng)干燥和熱風(fēng)干燥天麻試驗(yàn)可得出以下結(jié)論：在干燥12h后，高壓電場(chǎng)下天麻片最終含水率約為19.8%，熱風(fēng)干燥下天麻片最終含水率約為34.5%。高壓電場(chǎng)下天麻片的干燥速率約為0.670 g/（kg×h），熱風(fēng)下天麻片干燥速率約為0.287 g/（kg×h）。在相同干燥時(shí)間內(nèi)，高壓電場(chǎng)比熱風(fēng)多干燥水分約0.15 g。這是由于高壓電場(chǎng)下，針尖附近的電場(chǎng)強(qiáng)度和能量較大，空氣中離子和電子增多，更容易使水分子團(tuán)之間的氫鍵斷裂，水分子逸出物料表面，由于能量較大，水分子內(nèi)的分子間作用力更容易被破壞，從而水分子蒸發(fā)或汽化，擴(kuò)散至空中。