不同干燥方式对化州橘红干燥过程的影响

乐 龙 曾 岩 曹崇江*

(1. 中国药科大学 制药工程教研室，江苏 南京 210009; 2. 中国药科大学 食品质量与安全教研室，江苏 南京 210009)

化州橘红又称化橘红、化皮、化州陈皮、袖皮橘红、毛化、毛橘红等，是广东的地道药材，也是著名的“四大南药” 之一[1-3]。化州橘红产地干燥，加工多采用放置堆闷、日晒等传统方法干燥，具有干燥时间长，干燥过程受天气因素影响较大等弊端，影响产品的质量和药效成分——黄酮类化合物含量。因此，探讨化州橘红的不同干燥技术、选取合适的干燥工艺，解决干燥过程存在的干燥时间长的问题势在必行。

目前有关化州橘红果的干燥处理条件的报道很少。本文研究鼓风干燥和红外控温干燥方式对化州橘红的干燥动力学及黄酮类化合物含量的影响，为化州橘红药材产地适宜干燥加工方法的建立提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

化州橘红新鲜药材购自广东省化州市，随机挑选若干表面无机械损伤、无腐烂的化州橘红作为试验材料，去除泥沙和外皮后，再经切片机切制成厚度2 mm的薄片，(5±1)℃条件下密封冷藏保存；柚皮苷对照品购自中国药品生物制品检定所；石油醚、36%乙酸、硝酸铝等均为分析纯。

1.2 仪器

中短波红外烘干机(型号SAK-W04805)，控温鼓风干燥机(型号GZX-9023MBE)，紫外可见分光光度计(型号752)

1.3 干燥参数的计算方法

化州橘红干燥过程中的干燥曲线采用水分比(MR，moisture ratio)随干燥时间变化的曲线表示。MR用于表示一定干燥条件下不同干燥时刻的物料含水量，可以用来反映物料干燥速率的快慢。干燥过程中的水分有效扩散系数Deff可以用Fick第二定律计算[4]：

(1)

式中，x表示任一时刻的含水率(水的质量/干燥固体的质量)，x0为原始含水量(水的质量/干燥固体的质量)，xe为平衡含水率(水的质量/干燥固体的质量)，Deff为有效水分扩散系数(m2·s-1)，L为化州橘红切片厚度(m)，t为干燥时间(min)。

干燥温度对有效扩散系数的影响关系可用阿仑尼乌斯公式表达[5]，干燥活化能(Ea)按式(2)计算：

(2)

式中，D0为有效扩散系数的频率因子，为定值(m2·s-1)；Ea为物料的干燥活化能(kJ·mol-1)；R为摩尔气体常数，其值为8.314(J·mol-1·K-1)；T为物料的干燥温度(℃)。

1.4 提取过程[6,7]

取化橘红粉末(过四号筛)0.2 g，精密称定，置具塞锥形瓶中，加石油醚50 mL，超声提取30 min，弃去石油醚液，待样品中残存的石油醚全部挥发后，加入甲醇10 mL，超声提取30 min，提取1次。

1.5 总黄酮含量的测定[7]

采用紫外分光光度法测定。分别精密量取柚皮苷对照品溶液0.5、1.5、2.5、3.0、4.0、5.0 mL至25 mL 量瓶中，分别加入10%硝酸铝溶液1 mL，加甲醇至刻度，摇匀，放置 15 min。另取 10%硝酸铝溶液1 mL置25 mL量瓶中，加甲醇至刻度，作为空白对照溶液，于306 nm处测定吸光度，以吸光度(y)对柚皮苷的浓度(x)作线性回归方程。取化州橘红提取液1 mL 至25 mL容量瓶中，按本项下方法自“分别加入10%硝酸铝溶液1 mL”起，依法测定吸光度，代入回归方程，计算总黄酮含量。

2 结果与讨论

2.1 不同干燥方式对干燥特性影响

2.1.1 不同干燥方式下干燥特性曲线的比较

干燥方法和干燥温度影响化州橘红的干燥效果。在热风、真空和密闭的干燥条件下，温度分别45 ℃、55 ℃、65 ℃和样品厚度为2 mm时，样品水分比例(MR)达到 0.02 kg H2O/干基，终止干燥。图1～2分别表示鼓风干燥和红外控温干燥情况下的干燥曲线。

图1 鼓风干燥方式下的干燥曲线

图2 红外控温干燥方式下的干燥曲线

由图可知，干燥时间随干燥温度升高而缩短。对比可得，红外控温干燥的速率比鼓风干燥速率更高。

2.1.2 有效水分扩散系数和干燥进程中的活化能

水分有效扩散系数是表征干燥过程中水分迁移速度快慢的参数。由公式(1)可知，化州橘红在干燥过程中水分比的自然对数lnMR与干燥时间t呈线性关系。通过线性回归计算出化州橘红的水分有效扩散系数Deff。在鼓风干燥和红外控温干燥的干燥条件下，鼓风干燥和红外控温干燥温度分别45 ℃、55 ℃、65 ℃和样品厚度为 2 mm时，样品水分比例(MR)达到 0.02 kg H2O/干基时终止干燥。从表1可以看出，在不同条件下温度下，红外控温干燥所需干燥时间分别为50 min、65 min 和105 min。在热风干燥过程中，干燥样品所需时间分别为75 min、95 min、115 min。鼓风干燥条件下样品的有效水分扩散系数从2.177×10-10m2/s到3.339×10-10m2/s，在红外控温干燥条件下样品的有效水分扩散系数从2.384×10-10m2/s到5.007×10-10m2/s，说明不同的干燥方法和温度影响有效水分的扩散系数。

表1 不同干燥方式对干燥时间的影响

干燥活化能Ea表示物料在蒸发1 mol水时需要的启动能量。可用于评价物料干燥的难易程度、估算干燥过程中水分蒸发所需要的能耗。根据活化能计算公式(2)绘制 lnDeff相对于温度(T+273)的倒数关系图，如图3、图4。在样品鼓风干燥条件下，样品活化能为18.99 kJ/mol。在红外控温干燥中活化能为33.09 kJ/mol。干燥活化能是物料的本质属性，与物料的品种、成分和组织等有关；造成化州橘红在不同干燥方式下其干燥活化能差异的可能原因是不同干燥方式对化州橘红结构的影响。

图3 鼓风干燥水分有效扩散系数与干燥温度的关系曲线

图4 红外控温干燥水分有效扩散系数与干燥温度的关系曲线

2.1.3 不同干燥方式对总黄酮含量的影响

长期高温处理对中药材的质量产生负面影响，导致生物活性成分的降解。不同干燥方式对化州橘红中黄酮化合物含量的影响如表2所示。

表2 不同干燥方式对化州橘红中黄酮化合物含量的影响

由表2可得，干燥温度是黄酮化合物的降解的最重要的影响参数。随着干燥温度的升高，总黄酮含量逐渐较少；在相同的干燥温度下，红外控温干燥因较短的干燥时间保留了更多的总黄酮含量。

3 结论

本文研究了鼓风干燥和红外控温干燥对化州橘红干燥动力学和总黄酮含量的影响。水分的干燥曲线表明干燥动力学和有效水分扩散率的关系，阿伦尼乌斯方程则表示扩散系数与温度的关系。实验结果表明，红外控温干燥条件具有更高的干燥效率，水分扩散率和总黄酮化合物含量均较高。当样品厚度为2 mm，在红外控温干燥条件下样品的有效水分扩散率为2.384～5.007×10-10m2/s，活化能为33.09 kJ/mol。