地黄干燥特性摸索与烘干生产应用

Groping Drying Characteristics of Rehmannia and Applying in Drying Production

◎董　力1，李保安2，张来林1，李　丽2，戚　浩1，郝艳红2，夏杨阳2（1.河南工业大学粮油食品学院，河南　郑州　450001；2.河南中农福安农业装备有限公司，河南　周口　466100）

地黄干燥特性摸索与烘干生产应用

Groping Drying Characteristics of Rehmannia and Applying in Drying Production

◎董力1，李保安2，张来林1，李丽2，戚浩1，郝艳红2，夏杨阳2
（1.河南工业大学粮油食品学院，河南郑州450001；
2.河南中农福安农业装备有限公司，河南周口466100）

Dong Li1, Li Baoan2, Zhang Lailin1, Li Li2, Qi Hao1, Hao Yanhong2, Xia Yangyang2
（1.School of Food Science and Technology, Henan University of Technology, Zhengzhou 450001, China
2.Henan Zhongnong Fu’an Agricultural Equipment Co.,Ltd, Zhoukou 466100, China）

摘要：生产表明，5YH-5型烘干机采用的地黄3干燥段+1冷却段的干燥工艺与技术参数，符合地黄的干燥特性和降水规律；与传统土炕烘干相比，烘干机的单位面积装料量提高2倍，干燥时间缩短50%，生产率提高8～9倍，一次合格率提高29.7%，每千克干地黄的耗煤量降低0.71kg.在用工数相同的条件下，机械干燥的单位成本仅为土炕烘干的三分之一，而烘后地黄的品质优、售价提高2～3元/kg.

关键词：地黄；干燥特性；烘干工艺；5YH-5型烘干机

Abstract：It showed, the drying process and technical parameter of three drying stages and a cooling stage what the 5YH-5 type dryer chose to dry rehmannia accorded with the drying characteristics and precipitation regularity of rehmannia.Compared with the traditional adobe kang drying, the load of per unit area of the dryer increases by 2 times, the drying time short⁃ens by 50%, the productivity increases by 8 to 9 times, the percent of pass for once increases by 29.7%, the coal consumption of per kilogram of dried rehmannia reduces 0.71 kg.In the same number of labor conditions, unit cost is only one-third of adobe kang’s cost, but the quality of dried rehmannia is better and the price increases by 2~3 yuan/kg.

Key words：rehmannia；drying characteristics；drying process；the 5YH-5 type dryer

地黄是河南焦作地区的重要经济作物、农户的主要收入来源.在收获季节除少数农户将鲜地黄直接低价出售外，产区农户大多先将鲜地黄进行初步干燥后再销售，干后生地黄不仅保持了地黄的药性，且销售价格比鲜地黄高4～7倍，可大大提高农户的经济收入.然而，地黄是典型含水量较高的热敏性多孔胶体物料，若干燥时的热风温度控制不当，就会出现干地黄品质下降，造成有效成分流失、分解、性味消失，甚至丧失药用价值等[1].因此，地黄极难烘干，对干燥工艺要求极其严格.目前，主产区地黄大多采

用自然晾晒或土炕烘干等方法降水.晾晒法不仅费工、费时，而且还受天气、晾晒场地等因素的制约，难以达到鲜地黄大规模干燥的需求；土炕烘干加工量小，热利用率低，劳动强度大，由于作业时不易控制烘干温度与烘干程度，只能单凭操作人员对地黄烘干的火候控制经验，不停地翻动挑拣地黄，且上下地黄受热不均匀，易焦糊，直接影响到地黄的品质及药性[2].因此，本研究通过实验摸索地黄的干燥性能，再运用到烘干机干燥，为工业化干燥鲜地黄提供生产依据.

1　实验摸索

1.1实验条件

实验地黄：为2014年武陟产新收获鲜地黄，含水量为82.6%.

试验设备：DHG-9123A型电热鼓风干燥箱，DT-500A型电子天平，BS-210S型分析天平，表盘式温度计.

1.2实验方法

先检测经清理过的鲜地黄水分含量[3]；再按表1所示等级分类，每个等级准确称取200 g左右，均匀摆放于烘箱内的多孔筛上.根据鲜地黄生理特性，结合传统土炕烘干特点[4-5]，摸索地黄的干燥性能，在烘干过程中每隔3 h称重并记录.

表1　鲜地黄分类表

1.3实验结果

地黄具有较强的热敏性和湿敏性，烘干过程中需要严格控制温度.经反复试验摸索确认地黄适用3阶段降水烘干：第一阶段风温60～65℃、烘干时间24 h；第二阶段风温70～75℃、烘干时间18 h；第三阶段风温55～60℃、烘干时间12 h；此工艺既能达到降水效果，又能保持烘干后地黄品质.图1为实验条件下不同等级地黄的干燥曲线，图2为实验条件下不同等级地黄在不同烘干阶段的降水幅度.

图1　不同等级地黄干燥曲线图

图2　不同等级、不同阶段地黄的降水幅度图

在整个烘干过程中，由图1可知，地黄降水幅度达到60%以上，等级Ⅰ的降水速率>等级Ⅱ>等级Ⅲ，地黄块茎越小，其降水越快；块茎越大，在相同的时间、温度条件下其降水速率明显较慢；地黄烘干的第一、二阶段降水速率明显大于第三阶段，这是由于鲜地黄含水量大，在干燥初期块茎表皮水分容易蒸发，然而随着烘干的进行，水分蒸发受制于块茎内部水分朝外扩散的速度，地黄块茎越大，内部水分扩散越慢，使得大块茎地黄降水比小块茎地黄要慢.

由图2可以看出，在烘干的第一阶段，等级Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的地黄降水幅度分别为38.22%、27.07%、20.15%，小块茎地黄降水快，而大块茎地黄降水慢；在第二阶段3个等级地黄的降水幅度相近，分别为25.91%、27.91%、27.05%；在第三阶段3个等级地黄的降水幅度分别为0.96%、5.66%、10.89%，小块茎地黄降水慢，而大块茎地黄降水快.从图2还可看出，

大块茎地黄在第一、三阶段的降水幅度较低，而两段的降水幅度之和却大于第二阶段.因此，在生产中可适当延长大块茎地黄第一、三阶段的降水时间，尤其是第三阶段烘干时间，第一、三阶段的风温较低，不仅能保证地黄的大幅度降水，还能有效减少地黄有效成分梓醇的分解；而烘干第二阶段风温较高，受烘时间过长则不利于保持地黄有效成分梓醇的含量[4].

例1：(2001年昆明市中考题)如图7，在矩形ABCD中，AB=6cm，BC=12cm，点P从点A出发，沿AB边向点B以1cm/秒的速度移动。同时点Q从点B出发沿BC边向点C以2cm/秒的速度移动。如果P、Q两点在分别到达B、C两点后就停止移动，回答下列问题：

2　生产性应用

生产性应用在地黄主产区焦作市武陟县大许庄进行，地黄含水量为82.6%，烘干设备为河南中农福安农业装备有限公司生产的5YH-5型地黄烘干机及配套热风炉、风机等.

2.1 5YH-5型烘干机的结构特点

5YH-5型烘干机为全钢组合结构，如图3所示.

图3　5YH-5型烘干机外形与结构示意图

5YH-5型烘干机为全钢组合结构由烘干机网带、热风室、燃烧炉、风机、机电控制装置等组成，其结构特点如下：①整体设计采用箱式保温结构，可有效减少了热量损失，提高热利用率.②采用多层网带传输物料，可自动实现物料的落料与翻料，从而可保证湿物料的均匀烘干.③用冲孔金属板作为风道的出风面，采用底部主风道送风和侧壁风道补风的送风与加热设计方式，不仅保证了热风在整个烘道内的均匀分布，而且考虑到各网带层间的热量均匀分布，同时还采取了自动强制排湿措施，可有效降低烘干箱内湿度，保证物料顺利烘干.④机电控制装置通过调节供热风机转速，可有效控制热风量，达到控制烘干箱内温度的目的，还可通过控制驱动电机转速，能够实现大范围调节进出料的速率，以适应多规格物料的烘干要求，最终有效地保持了烘后的物料品质.

2.2 5YH-5型烘干机的工作原理与过程

烘干机的工艺流程如图4所示，先根据物料特性，设定网带运转速度，开启网带驱动电机，烘干机开始装料；将湿物料装入输送机的进料斗内，随输送带运转，湿物料落到顶层网带上，随网带运行直至将箱内五层网带上装满湿物料；同时热风炉装煤点火，待燃料正常燃烧和烘干机装料完毕后，设定供风温度，开启热风机，开始朝烘干机内供热风，并通过调节热风量控制烘干箱内的热风温度.在烘干机内，网带上均匀堆放的湿物料与热风充分接触受热，湿物料被加热而使水分蒸发.在整个烘干期间，需根据物料干燥特性和烘干状况，随时调节热风温度与烘干时间，以保证烘后物料的品质.烘干结束时，再开启网带驱动电机，使干物料从下层料口排出，同时上层网带加入鲜物料，开始下一轮的烘干作业.

图4　5YH-5型烘干机工艺流程图

2.3生产性地黄烘干

数和设备运行模式.

表2　测温点布置表

为分析烘干机干燥地黄的经济性和适用性，以传统土炕烘干作对比，参照烘干机烘干试验标准及地黄的干燥特性，拟定出地黄烘干的处理量、降水幅度、干物产率、生产率、一次合格率、成本费用等性能指标如下所述.①单位装料量.指单位面积上所装鲜地黄质量，kg/m2.②干燥处理量.指在某降水幅度内，单位时间内处理鲜地黄的质量，kg/d.③降水幅度.指地黄干燥前后湿基含水率的差值，%.④干物产率.指干燥后地黄重量占鲜地黄重量的百分比，%.⑤生产率.指单位时间内达到烘干标准的地黄质量，kg/d.⑥一次合格率.指一次烘干达到某一等级要求的鲜地黄量占鲜地黄总重的百分比，%.⑦烘后品质.参照GB/T 20350-2006中生地黄等级分类.⑧单位成本费.指烘干得到每千克干地黄所花费的各项费用.烘干作业费用包括人工费用和能源消耗费用；能源消耗主要指燃料消耗与风机电力消耗.结合武陟当地物价，人工费按100元/天计，煤炭按1.2元/kg，电耗按1元/kW·h计.

2.4烘干工艺探讨

根据地黄干燥特性及降水规律，5YH-5型烘干机延长了第三阶段烘干时间，增加一个地黄烘后的冷却阶段，并对前三阶段的风温变化进行检测（见图5），以确保地黄烘后的品质.

图5　鲜地黄烘干过程中的风温变化曲线图

（1）第一阶段.由于烘干机内鲜地黄水分大、料温低、潮气重，在烘干初期将排潮口、进料口完全打开，方便湿气排放.烘干作业从点火开始计时，进风口温度在2～4 h内升高并维持至140℃左右，烘干机内温度升高并维持在55～60℃，直至地黄色泽呈现白色、表皮略有皱缩、块茎略微变软时结束，此阶段约需20～24 h.此阶段主要为地黄的排湿阶段，其操作要点：机内风温不宜过高，温度过高则会导致地黄降水过快，导致块茎表皮皱缩结成硬壳，致使在后续烘干过程中地黄块茎内部水分无法散发，造成地黄内部起泡、出现空心等现象，造成地黄的药用价值完全丧失.因此，需经常观察地黄的表皮缩水情况，以便于灵活掌握烘干的温度和时间.

（2）第二阶段.当地黄的排湿阶段完成后，关闭进料口，排湿口关至一半，进风口风温由140℃逐渐降为120℃，此时烘干机内温度可维持在70℃左右：①关闭进料口、排湿口半开有利于烘干机内热量聚集.②随着第一阶段结束，地黄块茎体积逐渐皱缩，物料层间的空间增大，热空气流通加快，在通入热风温度降低、水分蒸发量减少的情况下，烘干机内仍能维持较高的风温.保持烘干箱内70℃左右的风温14～18 h，直至地黄块茎明显皱缩，手拿地黄块茎两端有顶手、通体变软的感觉即可.此阶段地黄块茎内部水分大量蒸发，烘干温度不能高于80℃，风温过高会导致：①地黄营养成分流失，药性变差.②地黄烘后断面呈黑褐色，品相差，卖不上价格.但热风温度也不能过低，风温过低，则地黄内部形成“溏心”，有汁液流出，严重影响到地黄品质与药性.

（3）第三阶段.进风口风温由120℃降为110℃，此时烘干机内温度维持在60℃左右，降温主要为了保持Ⅱ类、Ⅲ类大块茎地黄均匀降水，防止较大块茎地黄在烘干过程中因持续高温致使内部出现空心现象；这是由于较大块茎地黄心部降水较慢，温度过高时地黄表皮降水速率大于心部水分向表皮的转移速率，高温下地黄表皮皱缩结成硬壳，使心部水分无法散出，形成气泡，导致空心.保持此温度直至烘干结

束，烘干约需24～26 h，地黄品质则为断面无白心、块茎表面顶手、内无硬心.烘干机内底部两层的地黄块茎相对要小些，加之热风从底部进入，故底部两层地黄受热快，降水也快，经过60多小时的烘干，已达到烘干标准，可先行排出.上部三层地黄则继续烘干，直至达到烘干要求，其优势在于：①上层物料在下移过程中会出现翻动现象，有利于地黄均匀受热与快速降水.②在保证烘干效果的同时缩短了干燥时间，节省能源.

冷却阶段：第三阶段烘干结束后，开启风机吹冷风，将地黄冷却至室温；在地黄逐渐变硬并达到烘干品质后，开启网带驱动电机，将剩余三层地黄放出，同时挑出块茎较大而未达到烘干要求的地黄，在下一次烘干作业时再复烘24 h.图6为烘后地黄及优级地黄的断面图.

图6　烘后地黄及优级地黄的断面效果图

整个地黄烘干结束，在排出最后三层干地黄的同时，烘干机内补进新鲜地黄，这不仅能保证地黄烘干过程的连贯性，还省去点火升温的过程，节省时间与能源.在补加鲜地黄时需注意，在底层网带靠近出料口处预留出2 m左右的距离，将需复烘的地黄通过烘干机侧壁观察窗投入，直至达到烘干要求时排出.

2.5烘干效果分析

5YH-5型烘干机和传统土炕烘干地黄进行对比，其生产参数见表3、品质指标见表4、烘干成本及烘后干地黄价格分析见表5.由表3可知，5YH-5型烘干机烘干地黄单位面积装料量比土炕烘干方式提高2倍左右，干燥时间缩短50%以上，日均干燥处理量提高4倍以上，生产率提高8～9倍，干物产率提高4.77%.由表4可知，5YH-5型烘干机烘干地黄后，地黄品质比土炕烘干大幅度提高，一次合格率提高29.7%.由表5可知，与土炕烘干相比，使用5YH-5型地黄烘干机干燥地黄，每千克干地黄耗电量增加了0.277kW·h，主要是烘干机作业除照明外，还有配套风机和调速电机都是耗电装置，而土炕烘干只有照明耗电；每千克干地黄耗煤量机械烘干比土炕烘干降低0.71kg；在人工数相同的条件下，由于机械烘干的处理量增大、干燥时间缩短，品质提高，因此单位耗费成本仅为后者的三分之一，而烘后地黄售价提高2～3元/kg.

表3　两种烘干方式生产指标对比表

表4　两种烘干方式品质指标对比表

表5　两种烘干方式成本及干地黄价格分析表

3　小结

由实验摸索和生产应用确定的3干燥段+1冷却段的地黄干燥工艺与技术参数，经5YH-5型烘干机应用表明，符合地黄的干燥特性和降水规律，采用机械干燥地黄，具有一次性装料多，烘干热风温度可控且分布均匀，降水速率快，多层烘干的合格率高，可有效提高地黄品质，烘干成本低，经济效益好等特点.与传统的土炕烘干相比，5YH-5型烘干机的单位面积装料量提高2倍，干燥时间缩短50%，生产率提高8～9倍，一次合格率提高29.7%，每千克干地黄耗煤量降低0.71kg.在用工数相同的条件下，机械烘干的单位成本仅为土炕烘干的三分之一，而烘后地黄的品质优、售价提高2～3元/kg.

参考文献：

[1]朱文学.中药材干燥原理与技术[M].北京:化学工业出版社，2007:57-65.

[2]李统育.地黄加工技术[J].农村新技术，2008 （18）:59-61.

[3]中华人民共和国药典委员会.中华人民共和国药典[M].北京:中国医药科技出版社，2010:115．

[4]邢立志，暴春艳.地黄加工过程中梓醇含量稳定性分析[J].中国民族民间医药，2009（04）:4.

[5]刘正杰.怀地黄的鲜加工方法[J].河南中医药学刊，2000，15（1）:14-15.

李保安（1958-），男，副总经理，工程师；专业方向为农副产品干燥技术.

通讯作者张来林（1955-），男，，教授；专业方向为粮食储藏技术与仓储工艺设计.

作者简介：董力（1991-），男，硕士研究生；专业方向为粮油储藏技术与仓储管理.

收稿日期：2015-06-06

中图分类号：F713.2；S567