互聯網監測預警技術在中藥材養護貯藏中的應用△

石建業，任生蘭，石磊，馬彥霞，張小泉

1.甘肅金瑞園農業科技有限公司，甘肅 蘭州 730300；2.定西市農業科學研究院，甘肅 定西 743000；3.北京天睿空間科技股份有限公司，北京 100102

中藥材主產區都要建設大量藥材貯藏庫。因收獲期集中或者市場行情不好，不能及時出售時，需要將中藥材進行貯藏并確保質量穩定。對于中藥加工企業來說，需要囤積大量的中藥材以備不時之需，企業也需要配備中藥材貯藏庫。傳統的中藥材貯藏庫通常是通風冷涼庫，藥材需經過熏蒸殺蟲后送入貯藏庫中，熏蒸過程中使用的化學物質大量殘留于藥材中，對人體健康造成潛在危害。近年來，本課題組研發了組裝式中藥材養護貯藏裝置，有效解決了中藥材貯藏過程中腐爛、蟲蛀、變色、變質等問題，為中醫藥產業發展提供了新的保障。

1 技術原理

通過真空泵、制氮機等設備，置換出密封貯藏環境中的氧氣，使儲存物處于高氮、低氧環境，使病菌、害蟲缺氧窒息而亡，同時能減輕中藥材變色、變質。互聯網監測預警技術在中藥材貯藏過程中的應用屬于無線網傳感器技術在農業領域的應用，是將多個不同功能傳感器組合成無線網絡來使用，進而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經過網絡上傳到數據庫中。監控終端訪問數據庫、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。

2 系統設計

互聯網監測預警中藥材養護貯藏系統主要包括4個部分。1)GPRS控制主機：通過無線網絡與每個智能氮氣濃度監測儀連接，GPRS控制主機通過無線網絡與移動互聯網終端相連，利用移動互聯網終端對數據進行分析來確定是否啟動設置在移動互聯網終端上的報警系統；2)抽空氣系統：抽真空系統用于貯藏庫抽出部分空氣，抽真空易造成貯藏庫損壞，導致貯藏失敗，所以應該是抽出部分空氣，輸入高濃度氮氣，即可提高貯藏庫內氮氣濃度至要求值。3)氮氣輸入和回收系統：氮氣輸入系統向貯藏庫內輸入純度為99.99%的氮氣，氮氣回收系統與密封帳的出氣口密封連接，通過管道輸送到制氮車間，與空氣入口相連，實現氮氣循環回收利用；4)中藥材養護貯藏密封庫若干個：每個貯藏庫內放有1個或多個智能氮氣濃度測量儀。系統設計見圖1。

圖1 中藥材養護貯藏互聯網監測預警系統設計圖

3 制氮系統

3.1 制氮方式和優點

空氣中含有豐富的氮氣，純度達到78.09%。制氮機以空氣為原材料，通過物理方法對其進行分離，得到高純度氮氣。中藥材貯藏應用的制氮機選用PSA變壓吸附制氮機。根據空氣動力學效應，空氣中氧氣和氮氣擴散速率差異化明顯，尤其在通過碳分子篩時擴散速率的差異化更大，氮氣擴散速率遠低于氧氣。在吸附未平衡時，碳分子篩可以大量吸附氧氣，從而使氮氣富集。PSA 變壓吸附法就是根據這一特性對空氣中的氮氣和氧氣進行分離，獲得高純度氮氣。這種變壓吸附制氮方式又被稱為碳分子篩制氮，制單效率高，投資相對較低，具有較高的推廣價值。

3.2 主要設備及功能

制氮車間主要由空壓機、干冷機、制氮機、貯氣罐組成。空壓機提高進氣壓力形成壓力差，利于氮氣和氧氣的分離。干冷機進氣口與空壓機相連，出氣口與制氮機相連，主要采用冷卻方式，除去空氣中的水汽變成液體水，分離空氣中的水分，利于中藥材貯藏。制氮機的規格應根據中藥材貯藏量和密封貯藏庫的大小選擇。貯氣罐是氮氣供應的保障設備，在停電或需補充少量氮氣時，可以在不啟動制氮機的情況下保障密封貯藏庫的氮氣濃度。

3.3 氮氣輸送和回收

氮氣輸入系統向貯藏庫內輸入純度為99.99%的氮氣，通過密封的PPR管道輸送，以并聯方式與密封貯藏庫的進氣口相連，將氮氣輸送到各個密封貯藏庫；氮氣回收系統與密封貯藏庫的出氣口相連，通過回收管道輸送到制氮車間，與空壓機的進氣口連接，將回收的高濃度氮氣重新循環利用，提高制氮車間的工作效率。

3.4 抽真空與換氣

抽真空系統用于密封貯藏庫內空氣的置換。抽真空過量易造成貯藏庫損壞，應先抽出部分空氣，再輸入高濃度氮氣，然后同時開通氮氣進氣口和回收出氣口，經過一段時間，即可使貯藏庫內氮氣濃度升至要求值。

4 互聯網監測預警智能檢測設備

4.1 GPRS控制主機

GPRS控制主機通過無線網絡與每個智能氮氣濃度測量儀相連實現氮氣濃度智能測量。主機通過無線網絡與移動互聯網終端相連。移動互聯網終端對數據進行分析以確定是否啟動設置在移動互聯網終端上的報警系統。每個主機可以管理120～600個貯藏庫。當某1個密封貯藏庫氮氣濃度達到設定閾值時，主機就會主動報警提示，并將報警信息發送到互聯網終端，實現遠程監控。

4.2 氮氣濃度探測儀安裝布局

在多個密封貯藏庫中，根據密封貯藏庫的大小，每個貯藏庫內可以安放1個或在不同位置安放多個氮氣濃度探測儀。探測儀通過連接線與控制主機相連。每個密封貯藏庫內的氮氣濃度信息都傳送到控制主機。控制主機對所有貯藏庫的貯藏環境監控，并與互聯網結合，實現互聯網監測預警智能化監控。

4.3 智能檢測平臺

互聯網智能倉儲監測系統采用GPRS物聯網技術，具有數據上傳及警戒報警功能。貯藏環境數據利用傳感器采集后通過數據節點上傳至數據庫，進行歷史數據保存。通過手機及電腦終端可對歷史保存數據進行分項查看、進行數據表下載及將歷史數據生成曲線圖。當監測的環境因子出現嚴重波動或超出正常值范圍時平臺可以報警。

4.4 多用戶交叉管理

同一貯藏環境有不同管理者時，系統可以劃分不同級別管理權限，實現數據的多用戶交叉管理和數據共享。使用GPRS物聯網模塊能夠降低設備功耗；采用鋰電池供電，設備體積小、機動性強。多種聯網方式，地域通用性強。

4.5 智能監測平臺與質量溯源系統相結合

中藥材溯源是建立現代中藥材物流體系的重要措施。互聯網監測預警技術在中藥材貯藏的應用，將實現中藥材貯藏環境全過程監測并通過GPRS控制主機與互聯網終端相連，所有監測數據均通過互聯網傳送到監測終端，可長期連續不間斷保存監測數據，實現遠程智能化監控。整個貯藏環境的所有數據都可在網絡終端下載，實現了真正的隨時監測和互聯網終端的大眾監督。從入庫、貯藏、出庫等環節全面監控藥材貯藏環境，可以與中藥材質量追溯體系有機結合，實現全程質量追溯。

5 技術應用效果

5.1 技術已得到示范應用

采用互聯網監測預警技術對中藥材養護貯藏進行監測預警已經在隴西、渭源等道地中藥材主產區進行示范應用，取得了良好的效果，有效解決了中藥材在貯藏過程中普遍發生的蟲蛀、霉變、變色、走油等影響藥材品質的問題，能夠保持中藥材品質和有效成分基本穩定。同時，智能監控裝置為中藥材遠程監測、追蹤溯源、金融倉儲、電子交易、期貨貿易提供了技術支撐和保障。

5.2 技術應用效果顯著

據測算，目前我國中藥材貯藏損失為每年3%～5%。按貯藏中藥材價值1億元計算，采用本技術每年可減少損失300～500萬元。傳統貯藏每年管理人工費0.05元/kg，失水損耗2%，共計約1.2元/kg。互聯網監測預警技術貯藏中藥材，水分和有效成分基本穩定，減少了自然損耗，1 kg可節省0.9元。同時，互聯網監測預警技術在中藥材養護貯藏中應用，實現了中藥材無風險貯藏。密封貯藏庫環境要求低，保質時間長，適宜范圍廣，所有中藥材貯藏企業和個人都可應用。采用該技術有利于提升藥材品質、增強競爭力。自2017年，隴西縣首陽鎮朝陽中藥材農民專業合作社應用該技術貯藏黃芪和黨參2種藥材，至2019年2月，貯藏的藥材基本沒有變色、霉變。而常規貯藏的藥材出現明顯的變色和較多的霉變斑點。經檢測，應用養護貯藏互聯網監測預警系統貯藏的黃芪中黃芪甲苷質量分數為0.128%，較常規貯藏的當歸高0.018%；黨參浸出物為64.2%，較常規貯藏的黨參高0.8%。

5.3 可與質量追溯體系有機結合

中藥材密封貯藏帳互聯網監測預警技術的應用，可以實現中藥材貯藏環境全過程監測，并通過GPRS控制主機與互聯網終端相連。所有監測數據均傳送到互聯網終端，可連續不間斷長期保存監測數據。因此，只要將控制主機與中藥材質量溯源系統連接，即可實現中藥材生產環節的監控數據與貯藏期間的監控數據相結合、中藥材生產栽培溯源與貯藏環節溯源有效對接和中藥材生產貯藏全部環節的質量溯源。貯藏環境智能監測和現有中藥材質量溯源系統的有機結合、密封貯藏帳內的環境數據和追溯系統共享可以保證中藥材貯藏期間質量溯源數據的完整準確。