Present Situation and Developing Trend on Drying of Chinese Herbs
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摘要: 干燥过程是影响中草药质量和药效的重要环节, 干燥结果直接影响着产品的使用和经济价值。该文综述了中药材的干燥技术、干燥模型和干燥过程中有效成分降解规律的研究现状及发展趋势。针对中草药的干燥技术, 分别分析了阴干、晒干和烘干的传统干燥技术及气体射流冲击、真空脉动、中短波红外、射频等新型干燥技术的优缺点及对中草药物料的适用范围; 对于干燥模型, 论述了理论模型、半理论模型和经验模型在中草药干燥加工中的应用; 以生物碱类、黄酮类、多糖类和色素类为代表性中草药药用成分指标, 论述了干燥过程中降解的影响因素及变化规律。明确中草药各类干燥技术的特性和有效成分的降解规律、建立合适的干燥模型, 以期为不同类型的中草药选用合适的干燥技术及工艺提供理论依据。Abstract: Drying is a key process which affects the quality and efficacy of Chinese herbal medicine. The product usage and economic value are directly influenced by the drying results. In this paper, the drying technology, drying models and the effective constituent degradation regulation of Chinese herbals were reviewed. As to drying technology, the advantages and disadvantages as well as adaptive of traditional drying methods including shading drying, sun drying and hot air drying and modernly drying methods containing air implement drying, vacuum pulsed drying, medium short-wave infrared drying, and radio-frequency drying were analyzed in detail. In drying model section, the application of theoretical model, semi-theoretical model and empirical model were illustrated. Taking alkaloids, flavonoids, polysaccharides and pigments as the representative indexes of Chinese herbal medicine, the degradation influencing factors and changing regulation were discussed. It is necessary to understand the drying characteristic of the different Chinese herbs drying technology and the degradation regulation of the medicinal component and to establish a suitable drying model, which can provide a theoretical foundation different types of Chinese herbal medicine to choose appropriate drying technology and process.
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Key words:
- Chinese herbs /
- drying technology /
- drying model /
- alkaloids /
- flavonoids /
- polysaccharides /
- pigments
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表 1 5种中草药热风干燥条件及主要结论
中草药类别 干燥条件 主要结论 参考文献 二至丸 干燥温度50、60、70、80、90 ℃ 干燥速率随着干燥温度的升高而加快; 内部水分扩散是控制丸剂水分运动的主要物理机制 齐娅汝等[13] 三七块根 干燥温度40、50、60 ℃ 干燥温度越高、干燥时间越短; 三七块根干燥可分为表面水分蒸发和内部水分扩散两个阶段 刘勇等[14] 枸杞 干燥温度40、50、60 ℃ 干燥温度越高, 干燥速率越快; 干燥温度为60 ℃时, 干燥时间约为38 h Zhao等[15] 山药片 干燥温度50、60、70 ℃; 风速0.5、1.0、1.5 m·s-1; 厚度3、6、9 mm 干燥过程只有降速干燥阶段; 干燥时间随温度、风速的升高而缩短, 随切片厚度的增大而延长; 水分有效扩散系数随温度、风速和切片厚度的增大而增大, 变化范围为6.382×10-9~1.641×10-7 m2·s-1 Ojediran等[16] 光皮木瓜 干燥温度35、55、75 ℃ 低温干燥对光皮木瓜组织破坏较小, 有利于不易流动水转换为自由水 陈衍男等[17] 
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表 2 气体射流冲击干燥技术在中草药干燥加工中的应用
中草药类别 干燥条件 主要结论 参考文献 山药片 5 mm厚山药片, 干燥温度70 ℃, 风速15 m·s-1 干燥时间为120 min, 水分有效扩散系数1.30×10-9 m2·s-1, 色差值ΔE为15.21, 尿囊素含量为0.62 mg·g-1 [25] 党参根 干燥温度40、50、60、70、80 ℃; 喷嘴到物料托盘距离5、10、15 cm; 风速8、11、14 m·s-1 对党参根干燥速率和水分有效扩散系数的影响顺序依次为风温、喷嘴到物料托盘的间距和风速; 水分有效扩散系数在1.590 4×10-10~3.068 4×10-10 m2·s-1; 干燥活化能为15.86 kJ·mol-1 [14] 茯苓丁 茯苓15 mm×15 mm×15 mm立方体: 干燥温度45、50、55、60、65 ℃; 风速4、6、8、10、12 m·s-1 干燥时间相对于热风干燥时间缩短了48.96%;相对于真空脉动干燥破碎率较高, 为62.68%, 干燥温度、风速对破碎率无显著性影响; 干燥活化能为29.45 kJ·mol-1 [27] 光皮木瓜 干燥温度50、60、70 ℃; 切片厚度9、12、15 mm 干燥温度越高、切片厚度越薄, 干燥速率越快 [28] 山楂 3 mm薄片: 干燥温度40、60、80、100 ℃; 风速10、11、12、13 m·s-1; 物料盒宽度90、130、170、210 mm; 喷嘴高度110、140、170、200 mm 干燥温度越高, 干燥速率越快; 100 ℃干燥时间最短为120 min, 但营养成分损失严重; 干燥温度对干燥时间影响较大, 风速、物料盒宽度和喷嘴高度的影响较小 [29] 苦瓜片 干燥温度40、50、60、70、80 ℃; 风速9、10、11、12 m·s-1; 切片厚度2、3、4、5、6 mm 干燥过程为降速干燥; 风温越大、切片厚度越小, 物料的干燥速率越快, 但风速的影响远不如风温和切片厚度明显 [30]
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表 3 真空脉动干燥技术在中草药干燥加工中的应用
中草药类别 干燥条件 主要结论 参考文献 枸杞 干燥温度50、55、60、65 ℃; 真空时间5、10、20、30 min; 常压时间2、4、8 min 干燥温度、常压时间和真空时间均对枸杞的干燥有显著影响, 当干燥温度60 ℃, 常压时间4 min, 真空时间10 min的干燥条件下, 干燥时间为284 min; 真空脉动干燥后的枸杞色泽鲜红 巨浩羽等[35] 六味地黄丸 干燥温度50、60、70、80、90 ℃; 真空保持时间3、6、9、12、15 min; 常压保持时间2、4、8、12、16 min 干燥过程可分为短暂升速阶段和降速阶段; 真空脉动干燥比热风干燥更能减少有效成分损失, 同时降低丸剂的溶散时限; 最优工艺参数为: 真空保持时间5 min，常压保持时间7 min，干燥温度62 ℃ 曾丽华[36] 大蒜 干燥温度55、60、65、70 ℃; 真空保持时间6、9、12、15 min; 蒜片厚度2、3、4、5 mm 当真空保持时间为15 min时, 蒜素含量最高; 蒜片真空脉动干燥最佳工艺参数为红外板温度65 ℃、真空保持时间为15 min、蒜片厚度为2 mm 乔宏柱等[37] 生姜 干燥温度60、65、70、75 ℃; 真空时间5、10、15、20 min; 切片厚度3、5、7、9 mm 真空时间、干燥温度和切片厚度均对干燥过程有显著性影响; 复水比随着真空时间的升高而升高, 随干燥温度的升高而降低; 干燥温度70 ℃, 真空时间10 min, 常压时间5 min, 切片厚度3 mm, 干燥时间最短为300 min Wang等[38] 山药片 切片厚度3、5、7 mm; 真空时间5、10 min; 常压时间1、2、4、6 min 升高干燥温度和减小切片厚度提高干燥效率, 真空阶段内物料温度下降, 常压时间内物料温度上升。 Xie等[39]
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表 4 中短波红外干燥技术在中草药干燥加工中的应用
中草药类别 干燥条件 主要结论 参考文献 白果 不同辐射温度60、70、80、90 ℃, 辐射距离100 mm, 风速8.0 m·s-1 白果整个干燥过程只有一个降速干燥阶段; 干燥温度从60 ℃升高到80 ℃, 干燥时间显著减少; 干燥温度从80 ℃升高到90 ℃, 白果干燥时间没有显著性差异 [41] 番木瓜 干燥温度(60、70、80、90 ℃)和不同红外功率(675、1 125、1 575、2 025 W) 干燥温度对番木瓜干燥速率的影响较大, 红外功率对番木瓜干燥速率影响较小; 干燥温度和红外功率越高耗时越短, 番木瓜中短波红外干燥主要为降速过程 [42] 红枣 干燥温度60、70、80、90 ℃ 相同干燥温度下中短波红外干燥比热风干燥的干燥时间缩短了33%~83%。中短波红外干燥可提高红枣片的干燥效率和品质 [43] 光皮木瓜 切片厚度12 mm, 干燥温度50、60、70 ℃ 干燥温度越大, 干燥速率越快; 干燥过程为降速干燥过程, 相同干燥温度下干燥速率低于气体射流冲击干燥。 [28]
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表 5 半理论模型
求解方法 模型名称 模型方程 牛顿冷却定律 Lewis model MR=exp(-kt) Page model MR=exp(-ktn) Modified Page model MR=exp[(-kt)n] MR=exp[-(kt)n] MR=exp[-(-kt)n] MR=a exp[-(ktn)] MR=exp[-(ktn)] MR=exp(ktn) Otsura et al. model. MR=1-exp[-(ktn)] 费克第二定律 Simplified Fick's model MR=k exp[-c/(t/L2)] Henderson and Pabis model MR=a exp(-kt) Logaritmic model MR=a exp(-kt)+c Two-term model MR=a exp(-k0t)+b exp(-k1t) MR=a exp(-kt)+(1-a)exp(-kat) Two term exponential MR=a exp(-ktn)+bt Midilli et al. model MR=exp(-ktn)+bt Modified Midilli et al. model MR=exp(-kt)+bt 注: MR为水分比; t为干燥时间, s; L为切片厚度, mm; 其余为模型中的待定参数。
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表 6 经验模型
干燥模型 模型方程 Wang and Singh model MR=1+at+bt2 Weibull distribution models MR=exp[-(t/α)β] Aghbashlo model MR=exp[-k1t/(1+k2t)] Three-parameter model MR=a exp[-(kt)n] Parabolic model MR=a+bt+ct2 Power law model MR=atb
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