不同空氣能熱泵干燥條件下金銀花水分含量變化規(guī)律初探

康 健，張澄瑤，段旭昌，劉光哲*,張曉瑞，康越程

( 西北農(nóng)林科技大學(xué)1. 林學(xué)院；2.食品科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 楊凌 712100)

金銀花(Lonicerajaponica)又名忍冬，藥材金銀花為忍冬科忍冬屬植物忍冬及同屬植物干燥的花蕾或初開的花，是常用的傳統(tǒng)中藥材,始載于《名醫(yī)別錄》，列為上品。“金銀花”一名始見于李時(shí)珍《本草綱目》，在“忍冬”項(xiàng)下提及，因近代文獻(xiàn)沿用已久，現(xiàn)已公認(rèn)為該藥材的正名，并收入《中國(guó)藥典》，已有一千多年歷史。金銀花具有清熱解毒、疏散風(fēng)熱的功效,含有揮發(fā)油、有機(jī)酸、黃酮、環(huán)烯醚萜、皂苷等多種化學(xué)成分,并表現(xiàn)出抗炎、抗菌、抗病毒、抗氧化等多種藥理學(xué)活性,被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、飲食、保健品、化妝品等生產(chǎn)領(lǐng)域。目前我國(guó)與金銀花相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)有19項(xiàng)，主要圍繞栽培與初加工技術(shù)、地理標(biāo)志產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、傳統(tǒng)干燥標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程等方面。金銀花烘干或干燥專利多集中在烘箱烘干、微波干燥、真空干燥以及冷凍干燥等技術(shù)方面，但有關(guān)利用空氣能熱泵進(jìn)行干燥金銀花的技術(shù)未見研究報(bào)道[1]。

金銀花干燥是作為食品和藥材原料的加工關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，傳統(tǒng)的曬干技術(shù)，易引起產(chǎn)品霉變和嚴(yán)重變色，直接影響到品質(zhì)以及深度開發(fā)?？諝饽軣岜眉夹g(shù)是新型能源技術(shù)，用于農(nóng)產(chǎn)品干燥或烘干能更有效地保護(hù)其色、香、味、個(gè)體形態(tài)和有效成分，是一項(xiàng)清潔、環(huán)保、節(jié)能、運(yùn)行費(fèi)用低的現(xiàn)代化干燥技術(shù)，在煙草、果蔬、海鮮、臘制品等農(nóng)副產(chǎn)品干燥方面已有應(yīng)用報(bào)道。干燥過程含水量的變化是確定干燥技術(shù)參數(shù)的重要依據(jù)[2]，因此，我們進(jìn)行了金銀花空氣能熱泵干燥過程中的水分變化規(guī)律測(cè)定研究，并依此提出了金銀花空氣能熱泵干燥技術(shù)參數(shù)(溫度、濕度和時(shí)間等)和工藝。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所用金銀花鮮花采自陜西省商洛市丹鳳縣某公司栽植基地野生正常生長(zhǎng)的植株，5-7月采摘，花蕾多為大白期、二白期，采集后稍加晾曬便裝入透氣袋運(yùn)至實(shí)驗(yàn)測(cè)定地點(diǎn)(陜西省渭南市富平縣某公司實(shí)驗(yàn)室)。丹鳳縣位于陜西東南部、秦嶺東段南麓，北緯33°21′32″～33°57′4″、東經(jīng)110°7′49″～110°49′33″，暖溫帶半濕潤(rùn)季風(fēng)山地氣候，年均降水量687.4 mm，無霜期217 d，平均日照時(shí)數(shù)2 056 h，年總輻射量514.1 kJ·cm-2。冬無嚴(yán)寒，夏無酷暑，適宜各類作物生長(zhǎng)。

1.2 試驗(yàn)儀器和設(shè)備

空氣能熱泵干燥機(jī)為日本專利產(chǎn)品，由日本某株式會(huì)社制造，技術(shù)參數(shù)為：定格電壓?jiǎn)蜗?20 V，定格周波數(shù) 50 Hz，定格消耗電力4.3 KW。

1.3 試驗(yàn)內(nèi)容

1.3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 設(shè)四階段式和三階段式兩類干燥方法、四種干燥方案(表1)。

表1 實(shí)驗(yàn)干燥方案設(shè)計(jì)

1.3.2 試驗(yàn)實(shí)施

(1)金銀花初始含水量及其測(cè)定

烘干前，金銀花鮮花含水量按照一般農(nóng)產(chǎn)品含水量測(cè)定方法(烘箱烘干)測(cè)定 。送檢樣品到達(dá)后，及時(shí)開始實(shí)驗(yàn)。采用四分法從中分取測(cè)定樣品，量取三份(3次重復(fù))，每份約80～100 g。將樣品放入提前預(yù)熱的烘箱中，升溫至105 ℃，持續(xù)至烘干結(jié)束；前期每30 min測(cè)量一次，后期適當(dāng)縮短時(shí)限。干燥結(jié)束的標(biāo)志是前后兩次測(cè)量差距在0.1 g范圍內(nèi)；干燥結(jié)束后取出樣品，放入干燥箱冷卻30 min，冷卻后迅速稱取樣品質(zhì)量；根據(jù)金銀花初始含水量計(jì)算金銀花樣品的干物質(zhì)質(zhì)量，以便于計(jì)算金銀花不同時(shí)刻的含水率。

(2)金銀花干燥過程中水分含量變化測(cè)定

每個(gè)方案各取36份樣品，每份質(zhì)量80～100 g(鮮)；實(shí)驗(yàn)開始實(shí)施后每隔2 h取一次(3份)樣品分別稱量并記錄，直至樣品含水率達(dá)到藥典規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)(12%以下)[2]。

1.3.3 數(shù)據(jù)整理與分析 數(shù)據(jù)為算術(shù)平均數(shù)，用Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 干燥過程中金銀花含水量變化

從圖1可以看出，四種干燥方案金銀花干燥過程中的含水率變化曲線模式相同，水分含量下降呈“慢——快——慢”“倒S形”，即第一、二方案，金銀花干燥時(shí)前14～16 h為水分含量下降緩慢期，之后再經(jīng)過約24 h的快速干燥初期，到干燥總時(shí)長(zhǎng)約40 h之后，水分含量下降又變慢，直至達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求水分含量；第三、四案，金銀花干燥時(shí)前12～14 h為水分含量下降緩慢期，之后也再經(jīng)過約24 h的快速干燥初期，到干燥總時(shí)長(zhǎng)約36 h之后，水分含量下降又變慢，直至達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求水分含量。

2.2 不同干燥方案金銀花干燥所需時(shí)間

金銀花干燥所需時(shí)長(zhǎng)第一、二方案基本相同，都為52 h；第三、四方案基本一樣，同為44 h, 一個(gè)干燥周期，第三、四方案比第一、二方案節(jié)約時(shí)間約8 h。

圖1 方案一、二金銀花干燥過程中的含水率變化

圖2 方案三、四金銀花干燥過程中含水率變化

2.3 金銀花空氣能熱泵干燥技術(shù)參數(shù)設(shè)定

不同干燥方案、方法在干燥金銀花鮮花時(shí)所需時(shí)長(zhǎng)及其對(duì)應(yīng)的成本和對(duì)干燥品品質(zhì)影響方面，與三段式第三、四種方案相比，四段式第一、二種方案費(fèi)時(shí)，干燥成本對(duì)應(yīng)高；三段式的第三方案與第四方案相比，干燥時(shí)間相近，但第三種方案溫度低，對(duì)金銀花成品藥用成分的影響應(yīng)較小，干燥成本也相對(duì)更低，因此，金銀花空氣能熱泵干燥技術(shù)應(yīng)采取第三種方案，即采取三段式方法，參數(shù)設(shè)定為溫度40 ℃，時(shí)長(zhǎng)44 h，濕度第一段(第0～4 h)50%、第二段(第4～8 h)40%、第三段(第8～44 h)30%。

3 結(jié)論與討論

(1)本實(shí)驗(yàn)無論是三階段烘干還是四階段烘干，金銀花干燥過程中的水分變化隨著時(shí)間變化都呈“倒S”曲線，即前期水分喪失相對(duì)平緩，中期相對(duì)迅速，后期相對(duì)歸于平緩。三段式第三種方案為最優(yōu)方案，空氣能熱泵干燥技術(shù)參數(shù)設(shè)定為溫度40 ℃，時(shí)長(zhǎng)44 h，濕度第一段(第0～4 h)50%、第二段(第4～8 h)40%、第三段(第8～44 h)30%。

(2)溫度和濕度是影響金銀花干燥時(shí)長(zhǎng)和效果的主要因素，當(dāng)烘干溫度相同時(shí)，濕度設(shè)定越高，金銀花干燥需時(shí)更長(zhǎng)；初始濕度設(shè)定越小，則干燥時(shí)間更短。當(dāng)烘干初始濕度以及濕度梯度變化相同時(shí)，溫度在一定范圍的升高變化(40 ℃升高到45 ℃)對(duì)金銀花干燥時(shí)間影響不大。有研究結(jié)果顯示，金銀花烘干溫度應(yīng)控制在40～60 ℃之間，否則會(huì)影響金銀花品質(zhì)[3]，溫度過低，烘干時(shí)間會(huì)過長(zhǎng)，增加成本；溫度過高，會(huì)影響金銀花的色澤、品相，也會(huì)破壞金銀花中的一些有效成分。這為后續(xù)50 ℃、55 ℃、60 ℃的烘干試驗(yàn)，提供了依據(jù)。另有文獻(xiàn)研究顯示，金銀花的干燥應(yīng)采取烘干溫度先遞增后遞減的方法[4]，這為后續(xù)三段式烘干方案進(jìn)一步優(yōu)化溫度和濕度設(shè)置，縮短空氣能熱泵烘干時(shí)間提供了參考。

(3)金銀花干燥過程中水分變化曲線表明，金銀花失水表現(xiàn)為前20 h較慢，第20～34 h較快，之后趨勢(shì)變緩，趨于穩(wěn)定。這種規(guī)律可能為金銀花實(shí)際烘干過程中表現(xiàn)出來的特性，即前期為細(xì)胞間失水，后期為細(xì)胞內(nèi)失水；也可能是如前所述前期烘干金銀花的質(zhì)量較多，通風(fēng)較差，后期因?yàn)樵谇捌诘暮娓蛇^程中，金銀花的體積已然減小，在這種情況下，烘箱內(nèi)的通風(fēng)情況明顯改善，烘干效率相應(yīng)提升。對(duì)于此種情況，待轉(zhuǎn)入大烘箱后，需要進(jìn)一步探討。