中藥材養護貯藏氮氣濃度監測和報警技術研究

石建業　康彩琴　董建文　馬菁菁　石剛

摘要? ? 中藥材種植是我國多地的重要產業之一，近年來由于國家大力支持中醫藥產業發展，中藥材種植面積不斷擴大。藥材收獲后貯藏是中藥材保值增值的重要環節。本文選用密封塑料薄膜帳進行貯藏，給塑料帳內充入氮氣，置換帳內空氣，殺死帳內微生物和害蟲，降低藥材氧化變質，實現中藥材綠色安全長期貯藏。在低氧高氮密封貯藏帳中氣體濃度的監測報警是極其重要的技術環節之一。本文設計了基于互聯網的中藥材養護貯藏智能監測系統，方便實用，準確可靠，應大力推廣。

關鍵詞? ? 中藥材;養護貯藏;氣體濃度;監測報警

中圖分類號? ? S567? ? ? ? 文獻標識碼? ? A

文章編號? ?1007-5739（2020）02-0064-03? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?開放科學（資源服務）標識碼（OSID）

Abstract? ? The cultivation of Chinese medicinal materials is one of the most important industries in many parts of China.In recent years，due to the vigorous support of the state for the development of Chinese medicinal industry，the planting area has been expanding continuously.The storage of Chinese medicinal materials after harvest is an important link in maintaining and increasing the value of Chinese medicinal materials. In this experiment，sealed plastic film tent was used for storage，nitrogen was filled into the plastic tent to replace the air，kill the microorganisms and pests in the tent，reduce the oxidative deterioration of medicinal materials，so as to realize the green and safe long-term storage of Chinese medicinal materials.In the sealed storage tent with low oxygen and high nitrogen，the detection and alarm of gas concentration is one of the most important technical links. This experiment designed an internet-based intelligent monitoring system for the maintenance and storage of Chinese medicinal materials，which was convenient，practical，accurate and reliable，and should be vigorously promoted.

Key words? ? Chinese medicinal materials;maintenance and storage;gas concentration;monitoring and alarming

甘肅省是全國中藥材優勢主產區之一，近年來中藥材產業呈現集約化、規?；l展態勢，全省中藥材種植面積達30萬hm2，總產量達到120萬t，均居全國第一。黨參、黃芪、當歸是甘肅省大宗道地中藥材，在中藥材產業中占有重要地位。由于長期受市場價格和產銷地需求錯位影響，收獲后需儲藏較長時間。在自然條件下儲藏，極易出現蟲蛀、發霉、氧化變色等問題，嚴重影響品質和利用價值[1-2]。中藥材貯藏是中醫藥產業發展的主要環節，也是調節市場和保值增值的重要途徑，為充分發揮甘肅省中藥材資源和倉儲商貿優勢，確保中藥材貯藏安全，延長中藥材貯藏時間，利用氮氣化學性質極不活潑、常溫下比較穩定、熱膨脹系數低、熱傳導性低、升溫慢的特性，研發高氮低氧養護技術，采用密封塑料薄膜帳貯藏，給塑料帳內充入氮氣，置換帳內空氣，殺死帳內微生物和害蟲，降低藥材氧化變質，實現中藥材綠色安全長期貯藏[3-5]。在高氮低氧塑料帳貯藏中氣體濃度的監測報警是極其重要的技術環節之一，建立依托互聯網的氣體監測和預警措施，解決甘肅省道地中藥材貯藏環境監控難題，以為廣大中藥材種植戶和經銷商提供綠色倉儲技術支持。中藥材氮氣養護綠色安全密封帳貯藏技術，通過調控密封帳內氮氣濃度，確保了中藥材長期安全貯藏;同時，配套基于研發互聯網的中藥材養護貯藏智能管理系統，對貯藏環境中的氣體濃度等關鍵因子通過互聯網終端實現貯藏庫的智能監測和預警預報，保障中藥材貯藏環境達到穩定和安全，減少中藥材貯藏人工檢查和庫房管理難度，確保中藥材貯藏的安全性和經濟效益[6-8]。

1? ? 材料與方法

1.1? ? 試驗地概況

試驗地點1位于甘肅省定西市隴西縣首陽鎮隴西朝陽中藥材農民專業合作社通風陰涼庫內。首陽鎮是甘肅省中部著名的中藥材生產銷售區，位于隴西縣西部，距縣城21 km，屬渭河河谷平原區，海拔1 760 m，年均降雨量450 mm，年均氣溫7.7 ℃，全年無霜期160 d。合作社建立了中藥材種植基地、陰涼庫、烘干房及中藥材質量溯源裝置，具備開展試驗的各項條件。

試驗地點2位于甘肅省定西市渭源縣會川鎮渭源縣天民藥業有限公司基地。會川鎮位于渭源縣西部，海拔2 300 m，屬于高寒陰濕區，中藥材生產以當歸、黨參、紅芪、黃芪為主，種植規模大，產品質量好，深受客商青睞。渭源縣天民藥業有限公司是會川鎮西關中藥材園區的骨干企業，具有良好的貯藏設施和多年中藥材貯藏經驗，具備開展試驗的良好條件。

1.2? ? 材料與儀器

1.2.1? ? 供試中藥材。試驗所用黨參采自栽培條件良好的隴西縣朝陽中藥材農民專業合作社種植基地。挑選長短大小基本一致（長度20～40 cm）、健壯、無病蟲害、無損傷的藥材，采收后在隴西縣朝陽中藥材農民專業合作社烘干房烘干，烘干后及時入賬貯存。

1.2.2? ? 密封貯藏塑料帳。塑料薄膜選用0.12 mm PE塑料薄膜。塑料帳骨架材料Ф40 mm的PVC管組裝，由隴西縣朝陽中藥材農民專業合作社負責提供。①制作方法：以0.12 mm PE膜為密封貯藏帳的密封材料，制作長×寬×高=2.8 m×2.3 m×2.0 m的密閉塑料大帳，帳內設組裝式PVC管材的帳架，形成貯藏帳，帳內擺放試驗中藥材，每個密封貯藏帳可貯藏10 t中藥材，中藥材放好后，在帳內不同部位分別安裝固定式氮氣測試報警器，最后將塑料帳密封。②密封貯藏帳氣體置換：采用循環制氮充氣法，先用抽氣法抽出帳內大部分空氣，然后將大帳進氣口一端連接到貯氣罐，貯氣罐通過輸氣管與貯藏帳進氣口相連，向密封貯藏帳內輸送氮氣，將密封貯藏帳出氣口排出的氣體通過回收管道接入制氮系統空壓機的氣體入口，使排出的氣體循環進入制氮機進一步降低氧氣含量，分別用泵吸式測氮儀和氣體報警監管平臺測定氮氣濃度，使帳內氮氣濃度達到95%左右，并記錄所需時間。

1.2.3? ? 試驗儀器。①氣體報警監管平臺：山東多瑞電子科技有限公司生產，帶備電功能，停電也能正常運行，可支持1～99個探測器，具有聲光報警方式、時鐘顯示、報警時間查閱、自主設定等新功能，操作簡單，整個產品設計采用集中控制，便于查詢、維護。②制氮機：型號BDL-3000L，由石家莊邦力機電設備有限公司生產，制氮量4 Nm3/h，氮氣純度99.99%。制氮機配有調壓型過濾器、離心式油水分離器、活性炭過濾器，可以保護分子篩壽命，氮氣出口配有精密活性炭過濾器，使氮氣更加潔凈;此外，制氮機還配有自動啟停功能，開機后可實現無人看守。③常溫風冷型冷干機：型號TYAD，主要用氣源凈化，根據使用工藝的要求合理選配冷干機過濾器、冷干機冷卻器、壓縮氣體氣液分離器、精密過濾器等輔助單元，由杭州天源氣超濾設備工程有限公司生產。④無油靜音空壓機：產品型號LD-1600*4，可根據要求調節所需要的穩定氣壓，含帶自動氣水分離裝置，可有效過濾壓縮空氣水、雜質，由上海拓穩機械有限公司生產。⑤固定式氮氣測試報警器：產品型號JZ-氮氣，由北京九州晟欣科技有限公司供應，測量范圍0～100% VOL，分辨率0.01%，精度±3%F.S，傳輸距離1 100 m（RVV 0.75 mm2屏蔽電纜），工作溫度-20～50 ℃。⑥泵吸式氮氣濃度檢測儀：32位處理器，液晶顯示，中英文界面，檢測精度≤2%F.S，可存儲100萬條信息，由深圳市科爾諾電子科技有限公司提供。

1.3? ? 試驗設計

1.3.1? ? 帳內貯藏氣體濃度變化情況。在同一個通風陰涼庫內設立高氮低氧密封塑料帳，共設2個處理，即處理1，固定式氮氣檢測報警，利用氣體報警監管平臺，通過互聯網終端的電腦或手機記錄并報警;處理2，泵吸式氮氣濃度檢測儀檢測，人工定期測量帳內氮氣濃度。2個處理的塑料帳貯藏環境、塑料薄膜、中藥材來源和烘干處理、貯藏數量均相同。經過3次換氣處理，塑料帳內氮氣濃度均達到高氮低氧貯藏條件，每隔15 d檢測記錄塑料帳內氮氣濃度。

1.3.2? ? 密封貯藏帳貯藏對干燥黨參品質的影響。試驗設2個處理，即密封貯藏賬貯藏：利用真空泵從出氣口抽出密封貯藏帳內空氣至最大程度后，然后將進氣口通過輸氣管道連接到貯氣罐和制氮機，打開進氣開關持續向密封帳內充入高濃度氮氣，連續循環制氮充12 h，氮氣濃度即可達到93%以上。CK：常規儲藏。將甘肅道地中藥材黨參貯藏360 d，并對貯藏后藥材的蟲蛀、霉變情況及主效成分保持效果進行評價。

2? ? 結果與分析

2.1? ? 密封貯藏賬內氮氣濃度變化

由表1可知，45 d后密封賬內氮氣濃度接近最低要求，60 d后密封賬內氮氣濃度低于93%的閾值，自動監測裝置開始報警。由此表明，每隔60 d需要補充氮氣1次，每次補充60 min即可達到95%左右。同時說明，應用0.12 mm厚度的PE膜為密封貯藏帳的密封材料，密封性能穩定可靠，對中藥材及環境沒有污染，適用于中藥材高氮低氧密封帳養護貯藏。

2.2? ? 密封貯藏賬貯藏對干燥黨參品質的影響

由表2可知，應用密封貯藏帳低氧高氮氣體環境養護貯藏的黨參無霉變、蟲蛀現象發生，保質期較CK延長210 d，質量損耗均顯著降低，黨參浸出物、黨參炔苷含量比CK分別高1.24%、14.00%，且藥材的主效成分均達到《中華人民共和國藥典（2015版）》對藥材主效成分的要求。

2.3? ? 氮氣濃度互聯網監測及報警裝置應用效果

基于互聯網的中藥材養護貯藏智能監測系統，標準配置為帶點陣LCD液晶顯示、三線制420 mA模擬和Rs485數字信號輸出，可選配置為可編程開關量輸出等模塊，支持輸出信號微調等功能，方便系統組網及維護。該系統硬件主要包括信息采集模塊、氣體濃度傳感器、GPR等。氣體報警控制器安裝在監控室或者通風陰涼庫內，是整個監測系統的信息中轉站，可以實現與彩屏信息交互。信息采集模塊使用485總線方式通信，通過GPRS與網絡終端相連。GPRS將從信息模塊收到的中藥材貯藏帳內環境信息傳輸到基于STM32單片機的控制器，控制器將數據分析處理，發送到網絡服務中，Web和手機APP客戶端可訪問服務器，了解和監控中藥材貯藏庫內環境信息。手機微信公眾號報警界面見圖1。

固定式裝置能全程監測氮氣濃度變化和及時報警，及時發現和補救突發塑料帳損壞情況，減輕塑料帳破損造成的影響，投資相對較高，但節省人工費用。密封貯藏帳貯藏配套氮氣濃度監測和報警裝置后，減少了監測報警人工費用和時間，總體成本與常規貯藏基本持平。采用中藥材養護貯藏氮氣濃度監測和報警技術后，可以實現不間斷監測，遇到貯藏環境變化或者不適宜時能及時報警提醒，有效減少了中藥材長期貯藏的風險，是安全放心的監測報警裝置。

3? ? 結論與討論

3.1? ? 討論

在試驗過程中，應用制氮機、冷干機、密封塑料帳等設備組成制氮系統，制備濃度達到99.99%VOL的氮氣;將制作的氮氣通過輸氣管道輸入到密封貯藏帳內，置換出密封貯藏環境中的空氣，使貯藏的中藥材處于高氮低氧氣體環境中，從而使病菌、害蟲因缺氧窒息而亡，顯著減輕中藥材變色變質、變色現象，保障中藥材貯藏質量。

密封貯藏帳內的氮氣濃度易影響中藥材的貯藏后品質，需要實時掌握密封帳內氣體濃度變化。本試驗設計了基于互聯網的中藥材養護貯藏監測裝置，系統組成包括氣體報警控制器、氣體報警探測器、RTU遠傳模塊、氣體報警監控終端4個部分。由于目前手機使用基本普及，系統報警以微信公眾號、氣體監測APP監測報警為主，也可以通過電腦端進行監控，適應了各種貯藏環境和管理人群的需求。該系統主要用于研究中藥材氮氣養護貯藏帳內氮氣濃度變化情況，設備的受控端在中藥材貯藏庫內，將多個傳感器安裝在不同的密封塑料帳內，通過有線或無線連接組合成一個系統，對中藥材儲藏環境進行動態監測，監測得到的數據由傳輸模塊上傳到氮氣濃度監測主機、網絡數據庫中，監控終端訪問數據庫，并判斷儲藏環境條件是否符合設定要求，并發出相應的監控信息，保證了貯藏環境的穩定可靠，是數字化農業時代中藥材長期貯藏的智能化管理新方法。試驗統一要求各個試驗點選取貯藏條件相同、貯藏的中藥材產地和采后處理一致、貯藏數量相等、貯藏帳容積相等的高氮低氧塑料薄膜貯藏帳，監測貯藏帳內氮氣濃度變化情況需用同一廠家生產、同一型號的檢測設備。

3.2? ? 結論

（1）試驗結果表明，經過循環充氮，密封貯藏帳內氮氣濃度達到95%時停止充氮，密封塑料帳，經過60 d后塑料帳內氮氣濃度低于93%的閾值，監測系統發出報警和提示，表明每隔50～60 d需要補充氮氣1次。為保證貯藏安全，應該在60 d時補充1次充氮，每次補充氮氣60 min即可達到95%左右。

（2）中藥材密封貯藏帳養護貯藏解決了中藥材貯藏過程中蟲蛀、霉變、氧化變色等影響品質的突出問題，能夠保持中藥材內在品質和有效成分基本穩定;同時，倉儲成本比較低，保質期較長，適用范圍廣，農戶、倉儲大戶、合作社、企業均可以應用。貯藏過程中的氣體監測和報警技術，是中藥材高氮低氧養護貯藏的關鍵環節，利用現代先進的檢測檢驗和預警預報技術，為這項技術示范推廣起到了重要的保障作用。

（3）基于互聯網的中藥材養護貯藏智能監測系統，既能在貯藏庫或監測室安裝的氣體報警控制器監控報警，還能通過Android手機上的微信公眾號實現遠程無線監測報警;通過互聯網氣體報警監管平臺，對貯藏環境進行監測報警，并且一個用戶名可以監測多個中藥材庫，實現遠程批量化監控報警，整個系統硬件集成性強、成本較低，具有較高的性價比，在隴西首陽和渭源會川等中藥材貯藏庫內試驗期間系統運行良好。該系統觀測和操作界面非常簡單，控制管理方便，時效性極好，遠程控制可靠性和穩定性高，顯著降低了中藥材貯藏期間的人工管理費用和風險，減少了貯藏環境不良而造成的各種經濟損失。

（4）泵吸式氮氣濃度檢測儀能監測環境中或密閉空間中氣體的濃度并報警，具有數據存儲功能，并且存儲間隔時間可調，可顯示氣體種類、氣體單位、氣體濃度值，具有溫度和壓力補償，可實現不同溫度和壓強環境下對氣體濃度的補償。同時，帶自校驗功能、零點標定功能，使氣體監測更準確、更可靠，適應小型企業和農戶進行高氮低氧貯藏的氮氣濃度監測。

（5）應用密封帳養護貯藏技術，黨參貯藏 12個月后無蟲蛀和霉變現象，水分和有效成分基本穩定，減少了自然損耗，有利于提升品質、增強競爭力，倉儲費用只有0.2元/kg，較常規貯藏省工省時，基本不增加倉儲成本，配套的自動檢測報警系統及時準確、安全可靠[9]。

4? ? 參考文獻

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