不同空气能热泵干燥条件下金银花水分含量变化规律初探

康 健，张澄瑶，段旭昌，刘光哲*,张晓瑞，康越程

( 西北农林科技大学1. 林学院；2.食品科学与工程学院，陕西 杨凌 712100)

金银花(Lonicerajaponica)又名忍冬，药材金银花为忍冬科忍冬属植物忍冬及同属植物干燥的花蕾或初开的花，是常用的传统中药材,始载于《名医别录》，列为上品。“金银花”一名始见于李时珍《本草纲目》，在“忍冬”项下提及，因近代文献沿用已久，现已公认为该药材的正名，并收入《中国药典》，已有一千多年历史。金银花具有清热解毒、疏散风热的功效,含有挥发油、有机酸、黄酮、环烯醚萜、皂苷等多种化学成分,并表现出抗炎、抗菌、抗病毒、抗氧化等多种药理学活性,被广泛应用于医药、饮食、保健品、化妆品等生产领域。目前我国与金银花相关的标准有19项，主要围绕栽培与初加工技术、地理标志产品标准、传统干燥标准和规程等方面。金银花烘干或干燥专利多集中在烘箱烘干、微波干燥、真空干燥以及冷冻干燥等技术方面，但有关利用空气能热泵进行干燥金银花的技术未见研究报道[1]。

金银花干燥是作为食品和药材原料的加工关键环节之一，传统的晒干技术，易引起产品霉变和严重变色，直接影响到品质以及深度开发。空气能热泵技术是新型能源技术，用于农产品干燥或烘干能更有效地保护其色、香、味、个体形态和有效成分，是一项清洁、环保、节能、运行费用低的现代化干燥技术，在烟草、果蔬、海鲜、腊制品等农副产品干燥方面已有应用报道。干燥过程含水量的变化是确定干燥技术参数的重要依据[2]，因此，我们进行了金银花空气能热泵干燥过程中的水分变化规律测定研究，并依此提出了金银花空气能热泵干燥技术参数(温度、湿度和时间等)和工艺。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

试验所用金银花鲜花采自陕西省商洛市丹凤县某公司栽植基地野生正常生长的植株，5-7月采摘，花蕾多为大白期、二白期，采集后稍加晾晒便装入透气袋运至实验测定地点(陕西省渭南市富平县某公司实验室)。丹凤县位于陕西东南部、秦岭东段南麓，北纬33°21′32″～33°57′4″、东经110°7′49″～110°49′33″，暖温带半湿润季风山地气候，年均降水量687.4 mm，无霜期217 d，平均日照时数2 056 h，年总辐射量514.1 kJ·cm-2。冬无严寒，夏无酷暑，适宜各类作物生长。

1.2 试验仪器和设备

空气能热泵干燥机为日本专利产品，由日本某株式会社制造，技术参数为：定格电压单相220 V，定格周波数 50 Hz，定格消耗电力4.3 KW。

1.3 试验内容

1.3.1 试验设计 设四阶段式和三阶段式两类干燥方法、四种干燥方案(表1)。

表1 实验干燥方案设计

1.3.2 试验实施

(1)金银花初始含水量及其测定

烘干前，金银花鲜花含水量按照一般农产品含水量测定方法(烘箱烘干)测定 。送检样品到达后，及时开始实验。采用四分法从中分取测定样品，量取三份(3次重复)，每份约80～100 g。将样品放入提前预热的烘箱中，升温至105 ℃，持续至烘干结束；前期每30 min测量一次，后期适当缩短时限。干燥结束的标志是前后两次测量差距在0.1 g范围内；干燥结束后取出样品，放入干燥箱冷却30 min，冷却后迅速称取样品质量；根据金银花初始含水量计算金银花样品的干物质质量，以便于计算金银花不同时刻的含水率。

(2)金银花干燥过程中水分含量变化测定

每个方案各取36份样品，每份质量80～100 g(鲜)；实验开始实施后每隔2 h取一次(3份)样品分别称量并记录，直至样品含水率达到药典规定标准(12%以下)[2]。

1.3.3 数据整理与分析 数据为算术平均数，用Excel软件进行数据整理与分析。

2 结果与分析

2.1 干燥过程中金银花含水量变化

从图1可以看出，四种干燥方案金银花干燥过程中的含水率变化曲线模式相同，水分含量下降呈“慢——快——慢”“倒S形”，即第一、二方案，金银花干燥时前14～16 h为水分含量下降缓慢期，之后再经过约24 h的快速干燥初期，到干燥总时长约40 h之后，水分含量下降又变慢，直至达到标准要求水分含量；第三、四案，金银花干燥时前12～14 h为水分含量下降缓慢期，之后也再经过约24 h的快速干燥初期，到干燥总时长约36 h之后，水分含量下降又变慢，直至达到标准要求水分含量。

2.2 不同干燥方案金银花干燥所需时间

金银花干燥所需时长第一、二方案基本相同，都为52 h；第三、四方案基本一样，同为44 h, 一个干燥周期，第三、四方案比第一、二方案节约时间约8 h。

图1 方案一、二金银花干燥过程中的含水率变化

图2 方案三、四金银花干燥过程中含水率变化

2.3 金银花空气能热泵干燥技术参数设定

不同干燥方案、方法在干燥金银花鲜花时所需时长及其对应的成本和对干燥品品质影响方面，与三段式第三、四种方案相比，四段式第一、二种方案费时，干燥成本对应高；三段式的第三方案与第四方案相比，干燥时间相近，但第三种方案温度低，对金银花成品药用成分的影响应较小，干燥成本也相对更低，因此，金银花空气能热泵干燥技术应采取第三种方案，即采取三段式方法，参数设定为温度40 ℃，时长44 h，湿度第一段(第0～4 h)50%、第二段(第4～8 h)40%、第三段(第8～44 h)30%。

3 结论与讨论

(1)本实验无论是三阶段烘干还是四阶段烘干，金银花干燥过程中的水分变化随着时间变化都呈“倒S”曲线，即前期水分丧失相对平缓，中期相对迅速，后期相对归于平缓。三段式第三种方案为最优方案，空气能热泵干燥技术参数设定为温度40 ℃，时长44 h，湿度第一段(第0～4 h)50%、第二段(第4～8 h)40%、第三段(第8～44 h)30%。

(2)温度和湿度是影响金银花干燥时长和效果的主要因素，当烘干温度相同时，湿度设定越高，金银花干燥需时更长；初始湿度设定越小，则干燥时间更短。当烘干初始湿度以及湿度梯度变化相同时，温度在一定范围的升高变化(40 ℃升高到45 ℃)对金银花干燥时间影响不大。有研究结果显示，金银花烘干温度应控制在40～60 ℃之间，否则会影响金银花品质[3]，温度过低，烘干时间会过长，增加成本；温度过高，会影响金银花的色泽、品相，也会破坏金银花中的一些有效成分。这为后续50 ℃、55 ℃、60 ℃的烘干试验，提供了依据。另有文献研究显示，金银花的干燥应采取烘干温度先递增后递减的方法[4]，这为后续三段式烘干方案进一步优化温度和湿度设置，缩短空气能热泵烘干时间提供了参考。

(3)金银花干燥过程中水分变化曲线表明，金银花失水表现为前20 h较慢，第20～34 h较快，之后趋势变缓，趋于稳定。这种规律可能为金银花实际烘干过程中表现出来的特性，即前期为细胞间失水，后期为细胞内失水；也可能是如前所述前期烘干金银花的质量较多，通风较差，后期因为在前期的烘干过程中，金银花的体积已然减小，在这种情况下，烘箱内的通风情况明显改善，烘干效率相应提升。对于此种情况，待转入大烘箱后，需要进一步探讨。