三七主根微波真空-熱風(fēng)分段式干燥特性及品質(zhì)分析

張付杰　辛立東　李麗霞　周杰　李子建　林宇浩

摘要： 為研究三七主根微波真空-熱風(fēng)分段式干燥特性及品質(zhì)，探討不同功率密度（0.50 W/g、0.75 W/g、1.00 W/g、1.50 W/g）、腔室壓力（1 kPa、3 kPa、5 kPa、10 kPa）和溫度上限（45 ℃、50 ℃、55 ℃）對(duì)三七主根干燥特性及有效水分?jǐn)U散系數(shù)的影響，建立分段式干燥擬合模型，并對(duì)比分析三七品質(zhì)的變化。結(jié)果表明，三七主根微波真空-熱風(fēng)分段式干燥主要分為減速階段和恒速階段，恒速階段發(fā)生在干基含水率從1.0 g/g降至0.5 g/g階段。三七主根干燥過程中微波真空階段的有效水分?jǐn)U散系數(shù)（Deff）為7.84×10-10～1.80×10-9m2/s，并且隨著溫度上限、功率密度的增大及腔室壓力的降低而增大，熱風(fēng)干燥階段的Deff為1.45×10-10～6.82×10-10m2/s。對(duì)干燥過程進(jìn)行分段擬合，發(fā)現(xiàn)Weibull模型能更好地預(yù)測(cè)三七主根微波真空-熱風(fēng)分段式干燥規(guī)律。與熱風(fēng)對(duì)照組相比，微波真空-熱風(fēng)分段式干燥可縮短干燥時(shí)間44.6%～60.0%，其三七干制品總皂苷含量最高為10.2%，其應(yīng)用具有較好的可行性及優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵詞： 三七;干燥特性;模型;分段式干燥;微波真空-熱風(fēng);品質(zhì)

中圖分類號(hào)： S567.23+6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1000-4440（2022）01-0214-09

Abstract： To investigate the characteristics and quality of microwave vacuum-hot air segmented drying of Panax notoginseng main roots， effects of different power densities （0.50 W/g， 0.75 W/g， 1.00 W/g and 1.50 W/g）， chamber pressures （1 kPa， 3 kPa， 5 kPa and 10 kPa） and upper temperature limits （45 ℃， 50 ℃ and 55 ℃） on the drying characteristics and effective moisture diffusion coefficient of P. notoginseng roots were discussed. Segmented drying fitting models were established， and the changes of P. notoginseng qualities were compared and analyzed. The results suggested that the microwave vacuum-hot air segmented drying of P. notoginseng main roots was mainly in the stages of falling rate and constant rate. The constant rate stage occurred when the moisture content of the dry basis dropped from 1.0 g/g to 0.5 g/g. During the microwave vacuum stage of drying process， the effective moisture diffusivity coefficient （Deff） was between 7.84×10-10m2/s and 1.80×10-9m2/s， which added with the increase of temperature upper limit， power density and the decrease of chamber pressure. The Deff of the hot air drying stage was between 1.45×10-10m2/s and 6.82×10-10m2/s. Through segmental fitting of the drying process， it was found that the Weibull model could better predict the law of microwave vacuum-hot air sectional drying of P. notoginseng main roots. Compared with the hot air control group， it could be seen that microwave vacuum-hot air drying had shortened the drying time by 44.6% to 60.0%， and the saponins content of P. notoginseng dry products reached 10.2%， which had better feasibility and advantages.

Key words： Panax notoginseng;drying characteristics;model;segmented drying;microwave vacuum-hot air;quality

三七[Panax notoginseng （Burk.） F. H. Chen]是中國特有的傳統(tǒng)名貴中藥材之一，也是中國中藥第一大品種。2019年云南三七的種植面積已達(dá)3.3×104 hm2，產(chǎn)量超過3.5×104 t，產(chǎn)業(yè)規(guī)模較大，用途甚廣[1]。三七具有鎮(zhèn)痛、抗貧血、增強(qiáng)機(jī)體免疫力、延緩衰老等功效，其總皂苷特別是人參皂苷（Rg1）含量遠(yuǎn)超人參、西洋參，具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值[2-3]。干燥是中藥材加工及保留有效成分的重要環(huán)節(jié)。經(jīng)過干燥的中藥材不僅可以較好地保留其有效成分，還更利于貯藏、運(yùn)輸、深加工[4-5]。目前，三七的干燥以傳統(tǒng)自然晾曬為主，已不能滿足人們對(duì)其品質(zhì)、經(jīng)濟(jì)性、衛(wèi)生條件的要求。相關(guān)學(xué)者對(duì)新型干燥工藝進(jìn)行了探討，Popovich等[6]研究了冷凍、熱風(fēng)、微波真空3種干燥方式對(duì)西洋參的干燥情況，發(fā)現(xiàn)與熱風(fēng)干燥相比，微波真空干燥可以更好地保留總皂苷含量，并提高干燥速率。

微波真空干燥具有效率高、質(zhì)量高并且可以隔絕氧氣等特點(diǎn)，被越來越多地應(yīng)用于農(nóng)產(chǎn)品和中藥材的加工生產(chǎn)中[7-9]。但微波加熱的干燥速率過快，易產(chǎn)生“熱點(diǎn)”，導(dǎo)致局部過熱甚至焦糊[10-11]。在持續(xù)微波干燥條件下，三七干制品中熱敏性物質(zhì)皂苷損失較多，較自然晾曬所得干制品損失達(dá)12%～24%[12-13]，這可能是因?yàn)槌掷m(xù)的微波加熱，產(chǎn)生了局部過熱現(xiàn)象，并在干燥后期更加明顯，皂苷受熱揮發(fā)，物料品質(zhì)整體降低。間歇微波是帶有“緩蘇”效果的非連續(xù)性干燥，可平衡物料內(nèi)部水分和溫度，緩解溫度的持續(xù)上升，并將物料溫度控制在一定范圍內(nèi)，適用于熱敏性物料[14]。針對(duì)微波干燥后期易出現(xiàn)的受熱不均勻性及過度干燥現(xiàn)象，本研究采用熱風(fēng)代替微波作為干燥后期的熱源，該替代方法已應(yīng)用于紅棗[15]、黃精[16]、大蒜[17]的研究中，結(jié)果表明這種方法可以提高物料的品質(zhì)及有效成分含量。

綜上，本研究擬采用間歇微波與分段干燥相結(jié)合的方式對(duì)三七主根進(jìn)行微波真空-熱風(fēng)分段式干燥，探討不同功率密度、腔室壓力、溫度上限條件下的干燥特性，建立分段式干燥擬合模型并分析驗(yàn)證該新型工藝的可行性，以期為三七的工業(yè)化干燥加工提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

選用云南省文山州特有的3年生新鮮三七，挑選大小、質(zhì)量相當(dāng)，無蟲害，表面完整且無機(jī)械損傷的原料作為試驗(yàn)材料。根據(jù)試驗(yàn)要求，所用新鮮三七為同一批次，并置于4 ℃環(huán)境中冷藏備用。清洗后，去除剪口、側(cè)根、須根，所選主根大小為1個(gè)13.64～19.28 g，初始濕基含水率為61.24%±0.50%。

1.2 試驗(yàn)儀器

本研究用于三七微波真空干燥的設(shè)備為HMVD-2020型微波真空干燥裝置（成都紐曼和瑞微波技術(shù)有限公司產(chǎn)品），圖1顯示，該設(shè)備可實(shí)現(xiàn)由溫度精準(zhǔn)控制的間歇式微波真空干燥，即設(shè)置溫度上限、下限，物料內(nèi)部溫度超過溫度上限時(shí)，微波組件停止工作，待溫度降低至溫度下限時(shí)，微波組件啟動(dòng)工作，該方式可有效控制溫度（精度0.1 ℃），保留干制品有效成分。將熒光式光纖傳感器插入物料內(nèi)部測(cè)得真實(shí)溫度，并由工控觸摸一體機(jī)根據(jù)溫度變化控制磁控管組件開始或停止向干燥室發(fā)射微波，實(shí)現(xiàn)間歇式微波真空干燥，且微波功率可實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)調(diào)控，調(diào)節(jié)范圍為50～2 000 W。同時(shí)具有在線稱質(zhì)量裝置，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)物料干燥過程中水分的變化。

本研究所用其他試驗(yàn)儀器有101-2AB型電熱鼓風(fēng)干燥箱（北京中興偉業(yè)儀器有限公司產(chǎn)品）、JA5103N型電子分析天平（四川中浪科技有限公司產(chǎn)品，精度0.001 g）、Ultimate 3000型高效液相色譜儀（賽默飛世爾科技公司產(chǎn)品）、BJ-200粉碎機(jī)（德清拜杰電器有限公司產(chǎn)品）。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 單因素試驗(yàn) 根據(jù)預(yù)試驗(yàn)結(jié)果，在連續(xù)微波真空環(huán)境下，較高功率密度或當(dāng)含水率低于20%時(shí)，三七主根內(nèi)部易形成不規(guī)則孔洞及焦褐色柱狀結(jié)塊，皂苷含量降低。相關(guān)研究結(jié)果[18-19]表明，干燥溫度為40～60 ℃時(shí)，三七干制品皂苷含量較高。綜合考慮干燥設(shè)備技術(shù)參數(shù)的限制，本研究采用單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)，進(jìn)行微波真空-熱風(fēng)分段式干燥試驗(yàn)。首先通過干燥時(shí)間和物料品質(zhì)選定轉(zhuǎn)換含水率（20%、30%、40%），然后在第一階段微波真空干燥過程中選取不同溫度上限（45 ℃、50 ℃、55 ℃）、腔室壓力（1 kPa、3 kPa、5 kPa、10 kPa）、功率密度（0.50 W/g、0.75 W/g、1.00 W/g、1.50 W/g），第二階段熱風(fēng)干燥的參數(shù)參照文獻(xiàn)[18]中的較優(yōu)溫度55 ℃進(jìn)行具體研究，探索不同干燥條件對(duì)三七主根干燥特性及品質(zhì)的影響，具體試驗(yàn)參數(shù)設(shè)置見表1。

干燥方法：每次試驗(yàn)取新鮮三七主根6個(gè)，稱取質(zhì)量為（100.0±0.5） g，在室溫（15±2） ℃下放置30 min，使其溫度與室溫相近。將所有三七放入培養(yǎng)皿中，對(duì)其中1個(gè)三七進(jìn)行打孔，深度（8.0±1.0） mm，直徑（1.9±0.1） mm，然后放入HMVD-2020型微波真空干燥裝置中干燥，直至樣品含水率降至設(shè)定的轉(zhuǎn)換含水率。最后轉(zhuǎn)入101-2AB型電熱鼓風(fēng)干燥箱中干燥，每6～8 h稱1次樣品質(zhì)量，直至其含水率降至安全含水率。每組試驗(yàn)重復(fù)3次，取平均值。

1.3.2 熱風(fēng)對(duì)照試驗(yàn) 為了確定微波真空干燥環(huán)境對(duì)三七干燥時(shí)間、皂苷含量等的影響，在上述單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上根據(jù)文獻(xiàn)[18]選擇55 ℃進(jìn)行熱風(fēng)干燥對(duì)比試驗(yàn)。取新鮮三七主根18個(gè)，在室溫（15±2） ℃下放置30 min，使其溫度與室溫相近，然后單層平鋪放入3個(gè)培養(yǎng)皿中，每個(gè)培養(yǎng)皿中三七主根質(zhì)量為（100±0.5） g，在55 ℃條件下進(jìn)行干燥，每6～8 h稱取1次樣品質(zhì)量，直至樣品濕基含水率降至安全值。

1.3.3 含水率測(cè)定 本研究所用水分含量都以濕基含水率作為計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，按國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5009.3-2016[20]執(zhí)行，并采用標(biāo)準(zhǔn)烘箱法（80 ℃干燥24 h）測(cè)得三七的濕基含水率為（61.24±0.5）%，根據(jù)《中國藥典》[21]規(guī)定，干燥后安全貯藏含水率為13%。

1.3.4 皂苷含量測(cè)定 按《中國藥典》[21]規(guī)定，測(cè)定干燥后三七中人參皂苷（Rg1、Rb1）和三七皂苷（R1）的含量。按照國家標(biāo)準(zhǔn)制得對(duì)照樣品溶液及供試樣品溶液，分別放入高效液相色譜儀進(jìn)行走幀，獲得2種溶液的色譜圖，根據(jù)色譜圖相應(yīng)位置波峰面積對(duì)比，分別求得標(biāo)樣曲線和供試樣品溶液的質(zhì)量濃度，通過計(jì)算獲得各樣品的皂苷質(zhì)量分?jǐn)?shù)[19]。

1.4 干燥數(shù)學(xué)模型

干燥是一個(gè)復(fù)雜的傳質(zhì)、傳熱過程，內(nèi)部水分遷移過程涉及液相流動(dòng)、毛細(xì)流動(dòng)、蒸汽擴(kuò)散等傳質(zhì)、傳熱現(xiàn)象[22]，難以使用特定理論進(jìn)行分析。構(gòu)建干燥過程的干燥模型，可根據(jù)失水規(guī)律從數(shù)值上預(yù)測(cè)干燥時(shí)間、干燥速率等參數(shù)。干燥模型的建立能更好地描述、預(yù)測(cè)、控制整個(gè)干燥過程，為優(yōu)化干燥工藝提供理論依據(jù)[8]。本研究從經(jīng)典干燥動(dòng)力學(xué)模型中選取5個(gè)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛿M合三七的干燥曲線[23]，具體見表2。數(shù)學(xué)模型的擬合優(yōu)度由決定系數(shù)（R2）、殘差平方和（RSS）、卡方驗(yàn)證值（χ2）表示，R2越接近1，RSS、χ2越接近0，則擬合度越高[24-25]。

1.6 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2019軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，用Origin 2019軟件對(duì)多種數(shù)學(xué)模型方程和試驗(yàn)過程進(jìn)行擬合并繪制圖形，利用SPSS 24.0軟件對(duì)函數(shù)模型參數(shù)和干燥條件的關(guān)系進(jìn)行二次多項(xiàng)式回歸分析，剔除不顯著因素，最終確定數(shù)學(xué)模型的值。

2 結(jié)果與分析

2.1 轉(zhuǎn)換含水率的確定與分析

為確定合適的轉(zhuǎn)換含水率，分別設(shè)置轉(zhuǎn)換含水率為20%、30%、40%，并得到水分比隨干燥時(shí)間變化的干燥曲線（圖2）。圖2顯示，隨著轉(zhuǎn)換含水率從40%降低至20%，微波真空段干燥時(shí)間不斷增加，分別為8.0 h、11.6 h、19.3 h，而達(dá)到安全含水率的總干燥時(shí)間不斷縮短，分別為71.0 h、53.0 h和37.6 h。這是因?yàn)樵诟稍镏泻笃?，去除的主要是物料?nèi)部的結(jié)合水，干燥阻力不斷增加，而微波真空干燥是由內(nèi)向外加熱物料，物料熱質(zhì)傳遞方向相同，同時(shí)真空環(huán)境提高了物料蒸發(fā)量以及水蒸氣壓差，更有利于水分的傳遞，相對(duì)于熱風(fēng)干燥具有更大的干燥驅(qū)動(dòng)力，干燥速率大，轉(zhuǎn)換含水率降低，總干燥時(shí)間縮短。但同時(shí)發(fā)現(xiàn)，在20%轉(zhuǎn)換含水率條件下，三七干制品易受微波不均勻性的影響，造成局部高溫，降低品質(zhì)。綜合考慮三七干制品的品質(zhì)和干燥時(shí)間，將轉(zhuǎn)換含水率設(shè)置為30%。

2.2 不同干燥條件下的干燥動(dòng)力學(xué)分析

2.2.1 水分比變化 在不同的溫度上限、腔室壓力和功率密度條件下，得到三七水分比隨干燥時(shí)間變化的曲線。結(jié)果（圖3）顯示，在不同干燥條件下，干燥時(shí)間為23.5～77.5 h，存在較大差異。微波真空干燥過程中，在試驗(yàn)范圍內(nèi)適當(dāng)增加功率密度、溫度上限，降低腔室壓力可以有效縮短干燥時(shí)間，使?jié)窕士焖俳档椭?0%左右。從干燥時(shí)間方面考慮，微波功率密度1.00 W/g、溫度上限50 ℃、腔室壓力1 kPa條件下三七主根干燥時(shí)間最短，工藝最佳。圖3A顯示，當(dāng)溫度上限為45 ℃、50 ℃時(shí)，三七主根的干燥時(shí)間分別為58.7 h、56.0 h，溫度對(duì)干燥時(shí)間的影響不大。當(dāng)溫度上限為55 ℃ 時(shí)，熱風(fēng)干燥階段最緩慢，達(dá)到安全含水率所需的干燥時(shí)間最長。圖3B顯示，當(dāng)腔室壓力為1 kPa、3 kPa、5 kPa、10 kPa時(shí)，干燥時(shí)間分別為23.5 h、26.7 h、56.0 h、42.0 h，腔室壓力從1 kPa增加至5 kPa，干燥時(shí)間增加了1.38倍，這可能是因?yàn)樵谳^低的大氣壓下，水的沸點(diǎn)大大降低，有利于水分的蒸發(fā)與擴(kuò)散[9]。圖3C顯示，功率密度為0.50 W/g、0.75 W/g、1.00 W/g、1.50 W/g時(shí)，干燥時(shí)間分別為32.8 h、32.0 h、26.7 h和55.0 h，1.00 W/g功率密度下的干燥時(shí)間最短。在較高的功率密度（1.50 W/g）與溫度（55 ℃）條件下，整體干燥時(shí)間反而增加，這可能是因?yàn)槭茌^高功率密度和溫度的影響，微波真空條件對(duì)物料干燥產(chǎn)生的膨化效應(yīng)在干燥后期遭到了破壞，同時(shí)孔隙變得越來越復(fù)雜，物料體積由于力的作用而變小，孔隙變小阻塞物料內(nèi)部水分的向外擴(kuò)散，最終導(dǎo)致干燥時(shí)間變長[29]。

2.2.2 干燥速率變化 干燥過程中不同溫度、功率密度、腔室壓力條件下三七干燥速率曲線（圖4）顯示，整個(gè)干燥過程主要為減速階段和恒速階段，前期短暫的增速是因?yàn)榇藭r(shí)物料處于預(yù)熱階段，物料升溫，水分蒸發(fā)。隨著樣品中水分?jǐn)U散，水分含量（干基含水率）降低，三七的干燥速率逐漸變小并趨于穩(wěn)定。圖4A顯示，對(duì)于較高的干基含水率，干燥溫度的升高導(dǎo)致干燥速率的增加進(jìn)而縮短干燥時(shí)間，這可能是因?yàn)闃悠泛颓惑w內(nèi)空氣之間的溫差增加，加速水分遷移。圖4B顯示，在較低腔室壓力條件下，干燥速率較高，隨著腔室壓力的增大（從1 kPa到10 kPa），干燥速率先減小后增大，5 kPa條件下干燥速率最小。干燥速率增大的原因可能是在10 kPa條件下，腔體內(nèi)外部氣體交換更加頻繁，加快了腔體內(nèi)濕熱空氣向外流動(dòng)，促進(jìn)物料的降溫，增大了物料與空氣的溫濕度差，同時(shí)提高了微波啟停的頻率，有利于水分向外擴(kuò)散，提高干燥速率。圖4C顯示，隨著功率密度增加，干燥速率最大值逐漸增加，且預(yù)熱階段更短。當(dāng)物料干基含水率為0.5～1.0 g/g時(shí)，不同干燥條件下的干燥速率均存在恒速階段，這可能與物料內(nèi)部結(jié)構(gòu)及獨(dú)特的間歇干燥方式有關(guān)。

2.3 干燥模型分析

2.3.1 模型比較與分析 使用Origin軟件按照表2中的模型表達(dá)式對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合分析。表3顯示，在微波真空干燥階段，Two-term模型和Weibull模型的R2平均值最高，為0.989，其R2值分別為0.958～0.999和0.972～0.999，RSS值分別為4.96×10-5～3.08×10-2和8.67×10-4～2.36×10-2，χ2值分別為4.96×10-5～2.37×10-3和7.22×10-5～1.57×10-3，均較優(yōu)。說明Two-term模型和Weibull模型的擬合效果均較好，適用于三七微波真空干燥過程?？紤]穩(wěn)定性及擬合效果，由于Weibull模型的函數(shù)極差較小，干燥參數(shù)較少，并且擬合效果與Two-term模型相近，所以選擇Weibull模型作為三七微波真空干燥階段模型。為了簡(jiǎn)化整個(gè)干燥過程的擬合模型，將Weibull模型應(yīng)用于熱風(fēng)干燥階段，發(fā)現(xiàn)其R2平均值達(dá)到0.989，RSS和χ2值均接近于零，同樣具有較優(yōu)的擬合性，可作為三七熱風(fēng)干燥階段模型。所以選擇Weibull模型作為三七微波真空-熱風(fēng)分段式干燥的最優(yōu)擬合函數(shù)模型。

2.3.2 模型驗(yàn)證 分別選擇功率密度0.50 W/g、腔室壓力3 kPa、干燥溫度50 ℃，功率密度1.00 W/g、腔室壓力5 kPa、干燥溫度45 ℃，功率密度1.00 W/g、腔室壓力5 kPa、干燥溫度50 ℃作為試驗(yàn)條件，分別代入公式（7）～（10）中，求得相應(yīng)的α與β，用于Weibull模型的預(yù)測(cè)，得到干燥試驗(yàn)值與Weibull模型預(yù)測(cè)值的水分比變化曲線。圖5顯示，水分比預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值擬合度較好，說明Weibull模型的函數(shù)擬合度較好，可用來預(yù)測(cè)三七微波真空-熱風(fēng)分段式干燥中不同干燥條件下的水分比變化情況。

2.4 不同干燥條件下有效水分?jǐn)U散系數(shù)的變化

三七干燥過程中水分比（MR）的變化符合Weibull模型，說明三七主根的干燥過程主要受水分?jǐn)U散影響。有效水分?jǐn)U散系數(shù)（Deff）是干燥過程中量化水分遷移速度的一個(gè)重要指標(biāo)，能夠用來表明不同干燥條件對(duì)物料干燥過程中水分遷移的影響程度[26]。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算得到MR、lnMR和干燥時(shí)間（t），由公式（2）、（4）計(jì)算得到不同干燥時(shí)間段的Deff值（表5）。表5顯示，Deff在微波真空干燥階段的值為7.84×10-10～1.80×10-9m2/s，在熱風(fēng)干燥階段的值為1.45×10-10～6.82×10-10m2/s，符合大部分物料的有效水分?jǐn)U散系數(shù)范圍（1.00×10-12～1.00×10-8 m2/s）[11，26，28]。在轉(zhuǎn)換含水率30%、腔室壓力5 kPa和功率密度1.00 W/g條件下，隨著溫度的增加（45～55 ℃），微波真空干燥段的Deff逐漸增加，為7.84×10-10～1.03×10-9m2/s;在轉(zhuǎn)換含水率30%、溫度50 ℃、功率密度1.00 W/g條件下，隨著腔室壓力的增加，Deff先減小后增大，在5 kPa條件下，Deff最小;在轉(zhuǎn)換含水率30%、溫度50 ℃、腔室壓力3 kPa條件下，隨著功率密度的增加（0.50～1.50 W/g），Deff先增大后減少，控制功率密度在1.00 W/g左右，可以提高水分?jǐn)U散，縮短干燥時(shí)間。另外，與熱風(fēng)干燥相比，微波真空-熱風(fēng)分段式干燥方式得到的水分?jǐn)U散系數(shù)更高，能夠明顯增加物料內(nèi)部的水分?jǐn)U散能力，縮短干燥時(shí)間。這是因?yàn)槲⒉芍苯幼饔糜谖锪蟽?nèi)部，使物料內(nèi)部迅速升溫，形成溫度梯度，加快水分向外擴(kuò)散的速率;同時(shí)，在較高真空環(huán)境下，水分沸點(diǎn)降低，提高了水分蒸發(fā)量以及水蒸氣分壓力與真空腔的壓差，更有利于水分向外擴(kuò)散與揮發(fā)，最終干燥時(shí)間更短。

2.5 品質(zhì)及可行性分析

三七干制品的品質(zhì)優(yōu)劣主要表現(xiàn)為有效成分皂苷含量的高低，圖6顯示，以不同溫度上限條件下三七干制品皂苷含量為例，在總皂苷含量方面，不同溫度條件下的微波真空-熱風(fēng)分段式干燥結(jié)果均符合Rg1+Rb1+R1≥5.0%的要求，其中45 ℃、50 ℃條件下的三七總皂苷含量與熱風(fēng)干燥對(duì)照組接近（均≥10.0%），55 ℃條件下總皂苷含量最低（8.0%）。微波真空-熱風(fēng)分段式干燥中，隨著干燥溫度從45 ℃升高至55 ℃，R1、Rb1、Rg1含量均總體呈下降趨勢(shì)，三七主根中有效成分嚴(yán)重流失，3種主要皂苷R1、Rb1、Rg1含量分別下降了41.7%、34.3%、9.1%，總皂苷含量下降了21.6%。分析其原因?yàn)椋狠^高溫度易造成皂苷揮發(fā)，干制品中總皂苷含量減少;同時(shí)，真空環(huán)境還會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，降低其對(duì)皂苷有效成分揮發(fā)的抑制作用，所以同為55 ℃條件下，相比于熱風(fēng)干燥，微波真空干燥更易引起皂苷成分揮發(fā)。適當(dāng)降低干燥溫度，提高腔室壓力，可提高干制品中皂苷含量。在干燥時(shí)間方面，相比于熱風(fēng)干燥對(duì)照組的干燥時(shí)間（140 h），微波真空-熱風(fēng)分段式干燥工藝條件下的干燥時(shí)間明顯縮短，45 ℃、50 ℃和55 ℃條件下的干燥時(shí)間分別為58.7 h、56.0 h、77.5 h，干燥時(shí)間分別縮減了58.1%、60.0%、44.6%。

3 結(jié)論

本研究以三七主根為研究對(duì)象，采用間歇微波與分段干燥相結(jié)合的方式對(duì)其進(jìn)行微波真空-熱風(fēng)分段式干燥，探索其干燥特性和品質(zhì)，結(jié)論如下：三七微波真空-熱風(fēng)分段式干燥的主要干燥過程為恒速階段和減速階段，恒速階段的干基含水率為0.5～1.0 g/g;在微波真空干燥階段，適當(dāng)提高溫度上限、功率密度，降低腔室壓力，可縮短該階段的干燥時(shí)間，提高干燥速率和水分?jǐn)U散能力。僅從干燥時(shí)間方面考慮，微波功率1.00 W/g、溫度上限50 ℃、腔室壓力1 kPa條件下三七主根干燥時(shí)間最短，工藝最佳。使用5種常用函數(shù)模型對(duì)干燥過程進(jìn)行分段擬合，統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，Weibull模型的R2較大，RSS和χ2值較小，可較好地描述三七微波真空-熱風(fēng)分段式干燥過程中的水分變化規(guī)律;微波真空-熱風(fēng)分段式干燥方法處理下，三七總皂苷含量（Rg1、Rb1、R1）遠(yuǎn)高于《中國藥典》要求的5%，且與熱風(fēng)干燥相比可縮短44.6%～60.0%的干燥時(shí)間，證明該干燥方式應(yīng)用于三七干燥的可行性，為三七干燥產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了參考。

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（責(zé)任編輯：王 妮）

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