麦冬干燥工艺及设备的研究

袁 影，孙付春，杨 涛

（成都大学机械工程学院，四川成都 610106）

0 引言

麦冬是一种水分、糖分含量极高的一种名贵中药材，还含有多种功能性成分，备受广大消费者的喜爱。但是麦冬收获具有明显的季节性和地域性，刚出地的麦冬很难储存，鲜麦冬表皮容易破损黏连，易腐烂霉变，因此干燥成为麦冬加工贮藏的重要方法之一[1]。目前我国麦冬的干燥主要以传统的自然晾晒为主，这种干燥方法时间长，容易被蚊蝇污染，麦冬易发生霉变，且无法保证产品品质，很难适应现代化生产发展的要求[2]。而燃煤烘干房干燥过程能耗高，对环境污染大，燃煤产生的烟灰严重影响干制麦冬的品质，且温度不易控制，高温时易产生炭化，造成损失[3]。但现阶段对麦冬进行干燥的专用设备尚有缺陷。因此，综述了麦冬干燥工艺的过程，并以此为基础，得出适用于麦冬干燥的方式及设备。

1 麦冬干燥工艺过程

麦冬干燥的实质是保证麦冬的性味和有效成分，抑制生物化学反应及霉菌等微生物的繁殖，保持较高的产品品质，便于包装、贮藏、运输等过程[4]。干燥是对麦冬进行产地初加工的首要环节，在干燥过程中传热传质过程复杂，如果麦冬得不到很好的保护，将造成湿热应力，组织结构破裂，有效成分流失、分解，性味消失，甚至丧失药用价值[5]。在麦冬产地初加工过程中，干燥工艺是影响其品质的主要因素之一，并且正确的干燥方法与合理的干燥温度是决定麦冬干燥工艺的关键[6-8]。

在传统的麦冬干燥工艺中，由于技术水平的限制并没有前人对麦冬的干燥过程进行试验分析。因此，大多的农户在天气晴朗时，用晒干的方式将麦冬薄薄地摊开在苇席或干净的水泥地面上，使麦冬充分吸收光照而使其干燥。这种干燥工艺优点在于简便易行、成本较低且干燥后的麦冬的质量比较好[9]。但是麦冬每年的收获季节为春分时节，这时我国主要产麦冬的地方雨水较多，因此大多农户选择阴干方式，将麦冬置于阴凉通风处缓缓干燥，这种干燥工艺使麦冬得不到很好的阳光照射，产生霉变的几率将会大大增加[10]。对于大型的农户或合作社而言，阴干和晒干2种工艺并不能满足他们的需求。他们采用的是烘干工艺，将麦冬置于炕、烘箱、干燥室或干燥机中，利用热气流进行干燥。该干燥工艺具有效率高、成本相对较低、不受天气影响、温度可控制等优点。

随着时间的推移，人们发现麦冬对降低血糖、平喘、抗心肌缺血、抗缺氧和抗过敏等症状有明显的改善，进一步研究表明麦冬中含有的黄酮和皂苷是其具有药理作用的主要成分[11]。因此，麦冬品质评价指标为麦冬中总黄酮和总皂苷的含量。蒋畅等人[12]利用紫外可见分光光度法对不同生长期麦冬总黄酮和总皂苷的含量进行测定，结果表明，麦冬在每年的4月份其有效有成分含量最高。林冰等人[13]采用阴干、恒温干燥（40，50，70，80℃） 和程序变温（40℃-50℃-60℃-70℃-80℃-60℃-40℃） 3种方式分别对麦冬进行干燥处理，并测出麦冬的总皂苷及水溶性浸出物含量。结果表明，利用程序变温时得到的麦冬有效成分最多，也能保证麦冬的外观形状。李敬安等人[14]利用长时间的对比试验，得出了麦冬长期贮藏的条件。结果表明，麦冬在室内阴凉、干燥、通风处贮藏的安全保质期不得超过3年。

结合前人的研究结果表明，为实现麦冬的有效成分含量最大化，麦冬的采摘时期为每年的4月份左右，待麦冬清洗晾干后，利用程序变温的方式对麦冬进行烘干处理，最后将麦冬贮藏在室内阴凉、干燥处最为适宜。

2 麦冬烘干设备

中药材烘干机是采用加热、降温、减压或其他能量传递等方式结合机械结构，使中药材水分降到安全储存和包装范围之内，以便中药材因干燥不足而导致药性丧失的设备。它能极大地提高生产率，增强中药材的品质，对减少中药材产后损失、确保药材药理特性具有重要意义[15-16]。由于我国中药材生产规模较大，20世纪60年代才开始对中药材烘干设备进行研究，工业技术相对于国外较为落后，因此研究先进的中药材烘干设备十分必要[17]。由于每种中药材的物理和化学性质的不同，很难实现一种烘干设备用于多种药材的处理，也鲜见有关直接用于麦冬的烘干设备。但现有中药材烘干设备中有许多烘干工艺和麦冬的烘干具有相似性。目前，国内用于干燥的技术主要有自然日晒干燥、冲击干燥、卤素干燥、流化床干燥、渗透脱水、热风干燥、真空干燥、冷冻干燥，以及近年来兴起的微波真空干燥、远红外干燥、组合干燥等新型干燥[18-22]。适用于麦冬烘干的设备主要有以下3种。

2.1 热风烘干机

热风烘干是一种较为常见的烘干方式，主要以空气为传热介质的方式进行烘干。该烘干技术操作简单、易控制。在烘干过程中，热风是传热传质的主要来源。根据需求量的大小，将具有适宜温度、湿度和流速的热风均匀地接触被干燥物，以满足烘干工艺和全过程中热交换、湿交换的均匀协调。热风的温度和风量是烘干过程中决定烘干效果的两大重要因素。热风烘干机的种类较多，其中较为典型的是箱式热风烘干机，它主要用于中药材的烘干[23]。箱式热风烘干机的箱体内被隔板分为2个部分，其目的是为了调节箱体内的温度，热风从箱体隔板左侧进入对中药材进行烘干，并且通过温度计测量出箱体内的温度，如果箱体内的温度过高，则调节隔板位置使热风从其右侧排出，从而降低箱体内的温度。热风也可从隔板的右侧进，原理类似。

箱式热风烘干机见图1。

图1 箱式热风烘干机

2.2 微波烘干机

近年来微波烘干技术发展迅速。微波是波长为1 mm～1 m范围内的电磁波，加热时的频率范围为915～2 450 MHz。被加热物料处于微波场时，其内部分子加剧运动，分子与分子发生碰撞产生相互作用使物料温度迅速上升，加热时间短且均匀。将不同烘干方式对中药材品质的影响进行比对，发现微波间歇烘干的方式，其对中药材的烘干速度快、所需能耗小，且对中药材的霉菌、细菌有一定抑制作用。

微波烘干机结构见图2。

图2 微波烘干机结构

图2上方为微波发生器，中间为传送带和中药材产品，基本原理是将微波能转化为热能对中药材进行加热烘干[24-25]。微波烘干是从中药材产品的内部向四周加热，不适合用于易爆炸中药材的烘干。当前我国微波烘干技术仍处于探索阶段，在实际运用中仍存在诸多困难，如加热功率、工作频率控制不当会引起物料烘干速度过快或加热不均匀等。另外，微波烘干的成本较高，增加了成本预算。

2.3 太阳能烘干机

太阳能干燥是利用太阳集热器吸收太阳能并加热空气进行对流换热而使物料干燥。

太阳能烘干机结构见图3。

图3 太阳能烘干机结构

由图3可知，太阳能烘干机[26-27]中，波长为0.2～3.0 μm的阳光被太阳能集热器内的黑色金属板吸收后发出3～30 μm的红外线，这种红外线具有热能，冷空气经过太阳能集热器后被其加热，经过倒风筒后，由离心式风机送入干燥室，使得空气与被烘干物间产生温差与相对湿度差，从而加速被烘干物水分扩散蒸发，达到干燥目的。

太阳能烘干机主要动力源于太阳辐射产生的能力，短时高效地促进了农作物的干燥过程并降低了其污染可能性，大大保障了农产品烘干后的品质。在对中药材的烘干过程中，所需温度为40～70℃的低温环境，而太阳能热利用领域中的低温环境正好满足了其需求，大幅降低了传统能源的消耗，其设备简易、成本投入低，实现了经济成本的降低和经济效益的增加，深受农民欢迎。

3 麦冬干燥存在的问题

3.1 缺乏完善的干燥理论

国内外鲜有学者对麦冬干燥过程中的内部传热机理展开深入的研究，无法构架传热传质模型，难以描述其内部热传导过程。大部分学者仅仅局限于对干燥曲线的研究，对比不同的干燥方法，以及干燥时间和能耗之间的比较。几乎没有全面、系统性的麦冬干燥过程中内部热传递机理、药效成分的变化机理的研究资料，不能够反映出麦冬内部的热传递规律[24]。此外，对于麦冬干燥工艺的参数优化、干燥设备的深入、系统性研究也比较匮乏。

3.2 缺乏相应的品质评价标准

麦冬的品质主要从内在品质和外在性状2个部分来评价。内在品质主要指麦冬药效成分含量的高低等，外在性状是指麦冬的色泽（整体外观和断面）、质地、大小和形态等[4]。高品质的麦冬不仅要求药效成分稳定，对外在形状也有一定的要求。目前，麦冬产地干燥初加工过程较粗放，缺乏统一的标准体系，使得麦冬在不同产地干燥方法不同，造成麦冬品质差异较大。甚至会出现因方法不当导致麦冬失去药性，造成极大的经济损失。麦冬的产地初加工过程中，根据不同干燥方法下品质的差异确定最佳干燥方式，建立干燥标准体系。

3.3 组合集成技术研发力度不足

采用某一种干燥方法干燥麦冬，容易受到自身因素的限制，进而导致不良影响。多种干燥方法集成技术弥补各自的缺陷，使各项技术能够扬长避短，充分利用各自的优势，达到提高效率和品质的目的[26]。比如，热泵干燥技术与太阳能干燥技术组合、热风烘干技术与高压电场干燥技术组合成联合干燥等。

4 麦冬干燥设备发展的趋势

为保证麦冬品质，其加工工艺应更加注重其外观颜色、形状、大小和药用成分的保护。随着人们对麦冬需求的不断增加，为满足社会需要就要求企业增加麦冬的产量、降低加工，加快企业自动化、智能化、现代化建设。

4.1 发展智能化麦冬干燥设备

麦冬的专用干燥设备虽鲜有人研究，但许多农户利用其他通用干燥设备对麦冬进行干燥。在没有经过理论研究和大量试验的基础上，采用通用干燥工艺及设备难以获得品质较好的麦冬成品。唯有通过理论与实践结合，建立干燥模型，优化干燥工艺。与此同时，加快推荐麦冬干燥设备标准化建设、参数化设计和智能化规范，干燥工艺与干燥设备相结合才能够从根本上保证麦冬产品的品质[27]。随着工业化进程的加快，发展自动化干燥设备、实现智能控制、远程监测控制、干燥过程中参数在线监测、干燥数据实时分析、异常情况预警等功能是未来发展的主要方向。

4.2 研究新能源干燥设备

将太阳能、风能、地热、生物质能等新能源应用到麦冬的干燥上。不仅能够就地利用废弃资源、减少运输成本，还能够美化环境，真正变废为宝，对我国生态环境建设具有积极作用。目前，已有大量国内外学者探索干燥新能源并取得了一定的成果。新能源在实现节能减排、绿色干燥、保护生态环境方面意义重大。未来，新能源在干燥领域的应用将越来越广泛[28]。

5 结语

为提高麦冬中有效成分的含量，以麦冬的加工工艺进行分析，得出了适用于麦冬干燥的设备。除此之外，对当前麦冬干燥所存在的问题进行了讨论，并描述了麦冬干燥设备的发展趋势，对麦冬设备的研究具有显著的指导意义。