麥冬干燥工藝及設備的研究

袁 影，孫付春，楊 濤

（成都大學機械工程學院，四川成都 610106）

0 引言

麥冬是一種水分、糖分含量極高的一種名貴中藥材，還含有多種功能性成分，備受廣大消費者的喜愛。但是麥冬收獲具有明顯的季節性和地域性，剛出地的麥冬很難儲存，鮮麥冬表皮容易破損黏連，易腐爛霉變，因此干燥成為麥冬加工貯藏的重要方法之一[1]。目前我國麥冬的干燥主要以傳統的自然晾曬為主，這種干燥方法時間長，容易被蚊蠅污染，麥冬易發生霉變，且無法保證產品品質，很難適應現代化生產發展的要求[2]。而燃煤烘干房干燥過程能耗高，對環境污染大，燃煤產生的煙灰嚴重影響干制麥冬的品質，且溫度不易控制，高溫時易產生炭化，造成損失[3]。但現階段對麥冬進行干燥的專用設備尚有缺陷。因此，綜述了麥冬干燥工藝的過程，并以此為基礎，得出適用于麥冬干燥的方式及設備。

1 麥冬干燥工藝過程

麥冬干燥的實質是保證麥冬的性味和有效成分，抑制生物化學反應及霉菌等微生物的繁殖，保持較高的產品品質，便于包裝、貯藏、運輸等過程[4]。干燥是對麥冬進行產地初加工的首要環節，在干燥過程中傳熱傳質過程復雜，如果麥冬得不到很好的保護，將造成濕熱應力，組織結構破裂，有效成分流失、分解，性味消失，甚至喪失藥用價值[5]。在麥冬產地初加工過程中，干燥工藝是影響其品質的主要因素之一，并且正確的干燥方法與合理的干燥溫度是決定麥冬干燥工藝的關鍵[6-8]。

在傳統的麥冬干燥工藝中，由于技術水平的限制并沒有前人對麥冬的干燥過程進行試驗分析。因此，大多的農戶在天氣晴朗時，用曬干的方式將麥冬薄薄地攤開在葦席或干凈的水泥地面上，使麥冬充分吸收光照而使其干燥。這種干燥工藝優點在于簡便易行、成本較低且干燥后的麥冬的質量比較好[9]。但是麥冬每年的收獲季節為春分時節，這時我國主要產麥冬的地方雨水較多，因此大多農戶選擇陰干方式，將麥冬置于陰涼通風處緩緩干燥，這種干燥工藝使麥冬得不到很好的陽光照射，產生霉變的幾率將會大大增加[10]。對于大型的農戶或合作社而言，陰干和曬干2種工藝并不能滿足他們的需求。他們采用的是烘干工藝，將麥冬置于炕、烘箱、干燥室或干燥機中，利用熱氣流進行干燥。該干燥工藝具有效率高、成本相對較低、不受天氣影響、溫度可控制等優點。

隨著時間的推移，人們發現麥冬對降低血糖、平喘、抗心肌缺血、抗缺氧和抗過敏等癥狀有明顯的改善，進一步研究表明麥冬中含有的黃酮和皂苷是其具有藥理作用的主要成分[11]。因此，麥冬品質評價指標為麥冬中總黃酮和總皂苷的含量。蔣暢等人[12]利用紫外可見分光光度法對不同生長期麥冬總黃酮和總皂苷的含量進行測定，結果表明，麥冬在每年的4月份其有效有成分含量最高。林冰等人[13]采用陰干、恒溫干燥（40，50，70，80℃） 和程序變溫（40℃-50℃-60℃-70℃-80℃-60℃-40℃） 3種方式分別對麥冬進行干燥處理，并測出麥冬的總皂苷及水溶性浸出物含量。結果表明，利用程序變溫時得到的麥冬有效成分最多，也能保證麥冬的外觀形狀。李敬安等人[14]利用長時間的對比試驗，得出了麥冬長期貯藏的條件。結果表明，麥冬在室內陰涼、干燥、通風處貯藏的安全保質期不得超過3年。

結合前人的研究結果表明，為實現麥冬的有效成分含量最大化，麥冬的采摘時期為每年的4月份左右，待麥冬清洗晾干后，利用程序變溫的方式對麥冬進行烘干處理，最后將麥冬貯藏在室內陰涼、干燥處最為適宜。

2 麥冬烘干設備

中藥材烘干機是采用加熱、降溫、減壓或其他能量傳遞等方式結合機械結構，使中藥材水分降到安全儲存和包裝范圍之內，以便中藥材因干燥不足而導致藥性喪失的設備。它能極大地提高生產率，增強中藥材的品質，對減少中藥材產后損失、確保藥材藥理特性具有重要意義[15-16]。由于我國中藥材生產規模較大，20世紀60年代才開始對中藥材烘干設備進行研究，工業技術相對于國外較為落后，因此研究先進的中藥材烘干設備十分必要[17]。由于每種中藥材的物理和化學性質的不同，很難實現一種烘干設備用于多種藥材的處理，也鮮見有關直接用于麥冬的烘干設備。但現有中藥材烘干設備中有許多烘干工藝和麥冬的烘干具有相似性。目前，國內用于干燥的技術主要有自然日曬干燥、沖擊干燥、鹵素干燥、流化床干燥、滲透脫水、熱風干燥、真空干燥、冷凍干燥，以及近年來興起的微波真空干燥、遠紅外干燥、組合干燥等新型干燥[18-22]。適用于麥冬烘干的設備主要有以下3種。

2.1 熱風烘干機

熱風烘干是一種較為常見的烘干方式，主要以空氣為傳熱介質的方式進行烘干。該烘干技術操作簡單、易控制。在烘干過程中，熱風是傳熱傳質的主要來源。根據需求量的大小，將具有適宜溫度、濕度和流速的熱風均勻地接觸被干燥物，以滿足烘干工藝和全過程中熱交換、濕交換的均勻協調。熱風的溫度和風量是烘干過程中決定烘干效果的兩大重要因素。熱風烘干機的種類較多，其中較為典型的是箱式熱風烘干機，它主要用于中藥材的烘干[23]。箱式熱風烘干機的箱體內被隔板分為2個部分，其目的是為了調節箱體內的溫度，熱風從箱體隔板左側進入對中藥材進行烘干，并且通過溫度計測量出箱體內的溫度，如果箱體內的溫度過高，則調節隔板位置使熱風從其右側排出，從而降低箱體內的溫度。熱風也可從隔板的右側進，原理類似。

箱式熱風烘干機見圖1。

圖1 箱式熱風烘干機

2.2 微波烘干機

近年來微波烘干技術發展迅速。微波是波長為1 mm～1 m范圍內的電磁波，加熱時的頻率范圍為915～2 450 MHz。被加熱物料處于微波場時，其內部分子加劇運動，分子與分子發生碰撞產生相互作用使物料溫度迅速上升，加熱時間短且均勻。將不同烘干方式對中藥材品質的影響進行比對，發現微波間歇烘干的方式，其對中藥材的烘干速度快、所需能耗小，且對中藥材的霉菌、細菌有一定抑制作用。

微波烘干機結構見圖2。

圖2 微波烘干機結構

圖2上方為微波發生器，中間為傳送帶和中藥材產品，基本原理是將微波能轉化為熱能對中藥材進行加熱烘干[24-25]。微波烘干是從中藥材產品的內部向四周加熱，不適合用于易爆炸中藥材的烘干。當前我國微波烘干技術仍處于探索階段，在實際運用中仍存在諸多困難，如加熱功率、工作頻率控制不當會引起物料烘干速度過快或加熱不均勻等。另外，微波烘干的成本較高，增加了成本預算。

2.3 太陽能烘干機

太陽能干燥是利用太陽集熱器吸收太陽能并加熱空氣進行對流換熱而使物料干燥。

太陽能烘干機結構見圖3。

圖3 太陽能烘干機結構

由圖3可知，太陽能烘干機[26-27]中，波長為0.2～3.0 μm的陽光被太陽能集熱器內的黑色金屬板吸收后發出3～30 μm的紅外線，這種紅外線具有熱能，冷空氣經過太陽能集熱器后被其加熱，經過倒風筒后，由離心式風機送入干燥室，使得空氣與被烘干物間產生溫差與相對濕度差，從而加速被烘干物水分擴散蒸發，達到干燥目的。

太陽能烘干機主要動力源于太陽輻射產生的能力，短時高效地促進了農作物的干燥過程并降低了其污染可能性，大大保障了農產品烘干后的品質。在對中藥材的烘干過程中，所需溫度為40～70℃的低溫環境，而太陽能熱利用領域中的低溫環境正好滿足了其需求，大幅降低了傳統能源的消耗，其設備簡易、成本投入低，實現了經濟成本的降低和經濟效益的增加，深受農民歡迎。

3 麥冬干燥存在的問題

3.1 缺乏完善的干燥理論

國內外鮮有學者對麥冬干燥過程中的內部傳熱機理展開深入的研究，無法構架傳熱傳質模型，難以描述其內部熱傳導過程。大部分學者僅僅局限于對干燥曲線的研究，對比不同的干燥方法，以及干燥時間和能耗之間的比較。幾乎沒有全面、系統性的麥冬干燥過程中內部熱傳遞機理、藥效成分的變化機理的研究資料，不能夠反映出麥冬內部的熱傳遞規律[24]。此外，對于麥冬干燥工藝的參數優化、干燥設備的深入、系統性研究也比較匱乏。

3.2 缺乏相應的品質評價標準

麥冬的品質主要從內在品質和外在性狀2個部分來評價。內在品質主要指麥冬藥效成分含量的高低等，外在性狀是指麥冬的色澤（整體外觀和斷面）、質地、大小和形態等[4]。高品質的麥冬不僅要求藥效成分穩定，對外在形狀也有一定的要求。目前，麥冬產地干燥初加工過程較粗放，缺乏統一的標準體系，使得麥冬在不同產地干燥方法不同，造成麥冬品質差異較大。甚至會出現因方法不當導致麥冬失去藥性，造成極大的經濟損失。麥冬的產地初加工過程中，根據不同干燥方法下品質的差異確定最佳干燥方式，建立干燥標準體系。

3.3 組合集成技術研發力度不足

采用某一種干燥方法干燥麥冬，容易受到自身因素的限制，進而導致不良影響。多種干燥方法集成技術彌補各自的缺陷，使各項技術能夠揚長避短，充分利用各自的優勢，達到提高效率和品質的目的[26]。比如，熱泵干燥技術與太陽能干燥技術組合、熱風烘干技術與高壓電場干燥技術組合成聯合干燥等。

4 麥冬干燥設備發展的趨勢

為保證麥冬品質，其加工工藝應更加注重其外觀顏色、形狀、大小和藥用成分的保護。隨著人們對麥冬需求的不斷增加，為滿足社會需要就要求企業增加麥冬的產量、降低加工，加快企業自動化、智能化、現代化建設。

4.1 發展智能化麥冬干燥設備

麥冬的專用干燥設備雖鮮有人研究，但許多農戶利用其他通用干燥設備對麥冬進行干燥。在沒有經過理論研究和大量試驗的基礎上，采用通用干燥工藝及設備難以獲得品質較好的麥冬成品。唯有通過理論與實踐結合，建立干燥模型，優化干燥工藝。與此同時，加快推薦麥冬干燥設備標準化建設、參數化設計和智能化規范，干燥工藝與干燥設備相結合才能夠從根本上保證麥冬產品的品質[27]。隨著工業化進程的加快，發展自動化干燥設備、實現智能控制、遠程監測控制、干燥過程中參數在線監測、干燥數據實時分析、異常情況預警等功能是未來發展的主要方向。

4.2 研究新能源干燥設備

將太陽能、風能、地熱、生物質能等新能源應用到麥冬的干燥上。不僅能夠就地利用廢棄資源、減少運輸成本，還能夠美化環境，真正變廢為寶，對我國生態環境建設具有積極作用。目前，已有大量國內外學者探索干燥新能源并取得了一定的成果。新能源在實現節能減排、綠色干燥、保護生態環境方面意義重大。未來，新能源在干燥領域的應用將越來越廣泛[28]。

5 結語

為提高麥冬中有效成分的含量，以麥冬的加工工藝進行分析，得出了適用于麥冬干燥的設備。除此之外，對當前麥冬干燥所存在的問題進行了討論，并描述了麥冬干燥設備的發展趨勢，對麥冬設備的研究具有顯著的指導意義。