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1 第 30 卷 第 7 期 农 业 工 程 学 报 Vol.30 No.7 04 年 9 月 Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Sep 云 南 三 七 主 根 干 燥 特 性 及 其 功 效 指 标 评 价 郭 徽, 杨 薇, 刘 英 (. 昆 明 理 工 大 学 现 代 农 业 工 程 学 院, 昆 明 ;. 昆 明 理 工 大 学 生 命 科 学 与 技 术 学 院, 昆 明 ) 摘 要 : 为 了 研 究 云 南 三 七 干 燥 过 程 对 其 功 效 指 标 ( 皂 苷 含 量 ) 的 影 响, 该 文 通 过 自 然 晾 晒 烘 箱 干 燥 以 及 热 风 对 流 干 燥 3 种 方 法 对 新 鲜 云 南 三 七 主 根 以 及 主 根 切 片 进 行 干 燥 试 验 通 过 不 同 干 燥 方 法, 得 出 相 应 的 干 燥 曲 线 干 燥 速 率 曲 线, 并 建 立 三 七 主 根 不 同 温 度 下 的 干 燥 动 力 学 模 型 ; 采 用 高 效 液 相 色 谱 法 (high-performance liquid chromatography,hplc) 测 定 了 不 同 干 燥 条 件 下 干 燥 成 品 的 三 七 总 皂 苷 (panax notoginsenosides, PNS) 含 量, 分 析 了 干 燥 条 件 对 皂 苷 含 量 的 影 响, 建 立 了 皂 苷 含 量 与 干 燥 温 度 和 干 燥 时 间 之 间 的 回 归 方 程, 并 对 其 进 行 了 优 化 结 果 表 明 : 烘 箱 干 燥 较 好 地 保 留 了 三 七 的 皂 苷 含 量 ;Page s 模 型 较 好 地 拟 合 了 烘 箱 干 燥 主 根 的 干 燥 规 律, 其 有 效 水 分 扩 散 系 数 在 ~ m /s 之 间 ; 根 据 PNS 含 量 回 归 方 程, 在 达 到 安 全 含 水 率 条 件 下, 烘 箱 干 燥 法 较 优 干 燥 温 度 与 干 燥 时 间 分 别 为 50~60 06~44 h; 将 主 根 与 主 根 切 片 干 燥 成 品 的 PNS 含 量 进 行 比 较, 发 现 主 根 的 PNS 含 量 明 显 高 于 主 根 切 片 的 PNS 含 量 综 上 所 述, 为 更 好 地 保 留 其 功 效 成 分 (PNS), 云 南 三 七 宜 采 用 整 个 主 根 进 行 干 燥 加 工, 该 研 究 结 果 对 云 南 三 七 实 际 生 产 具 有 一 定 的 指 导 意 义 关 键 词 : 干 燥 ; 温 度 ; 模 型 ; 云 南 三 七 ; 干 燥 特 性 ; 三 七 总 皂 苷 ; 评 价 doi:0.3969/j.issn 中 图 分 类 号 :S375;R8.4 文 献 标 志 码 :A 文 章 编 号 :00-689(04) 郭 徽, 杨 薇, 刘 英. 云 南 三 七 主 根 干 燥 特 性 及 其 功 效 指 标 评 价 [J]. 农 业 工 程 学 报,04,30(7): Guo Hui, Yang Wei, Liu Ying. Drying characteristics and efficacy index evaluation for main root of Yunnan panax notoginseng[j]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 04, 30(7): (in 0 引 言 三 七 是 中 国 传 统 名 贵 中 药 材, 与 人 参 同 为 五 加 科 人 参 属 植 物, 以 活 血 化 瘀 消 肿 定 痛 的 药 用 功 效 闻 名 于 世, 是 云 南 白 药 漳 州 片 仔 癀 等 名 贵 中 药 的 主 要 成 分 [] 干 燥 是 中 药 材 加 工 中 的 重 要 环 节 经 过 干 燥 的 中 药 材, 不 仅 药 性 可 以 得 到 保 持, 且 不 易 腐 败 变 质 [] 目 前, 针 对 中 药 材 的 干 燥, 国 内 主 要 还 是 采 用 传 统 的 自 然 晾 晒 与 烘 房 干 燥 [3-7] 针 对 与 三 七 同 属 的 人 参 和 西 洋 参, 王 修 兰 等 [9] [9-0] Davidson 等 通 过 变 温 干 燥, 分 别 研 究 人 参 与 西 洋 参 的 干 燥 特 性 ; [] Sokhansanj 等 通 过 研 究 北 美 人 参 根 的 干 燥 特 性, 表 明 主 根 根 皮 对 主 根 的 收 缩 特 性 有 较 大 影 响 ; [] Popovich 等 通 过 干 燥 西 洋 参, 并 对 比 不 同 干 燥 条 件 下 成 品 皂 苷 的 含 量, 得 到 冷 冻 干 燥 与 微 波 真 空 干 收 稿 日 期 : 修 订 日 期 : 基 金 项 目 : 国 家 自 然 科 学 基 金 项 目 (530587) 作 者 简 介 : 郭 徽 (990-), 男 ( 汉 族 ), 四 川 泸 州 人, 主 要 从 事 农 产 品 加 工 与 机 械 的 研 究 昆 明 昆 明 理 工 大 学 现 代 农 业 工 程 学 院, @qq.com 通 信 作 者 : 杨 薇 (963-), 女 ( 汉 族 ), 云 南 泸 西 人, 副 教 授, 主 要 从 事 农 产 品 加 工 与 机 械 的 研 究 昆 明 昆 明 理 工 大 学 现 代 农 业 工 程 学 院, @qq.com 燥 成 品 的 人 参 总 皂 苷 含 量 均 高 于 空 气 干 燥 成 品 针 对 三 七 的 干 燥 方 法,Ren [3] 等 通 过 对 比 试 验, 得 出 热 风 - 微 波 耦 合 干 燥 相 对 于 热 风 干 燥 平 均 缩 短 了 55.% 的 干 燥 时 间 ; 云 南 农 业 大 学 的 王 清 元 等 [4] [5] 毛 文 菊 等 曾 对 三 七 的 干 燥 机 理 与 方 法 进 行 了 初 [6] 步 探 讨 ; 云 南 师 范 大 学 的 王 云 峰 等 通 过 自 行 设 计 的 太 阳 能 干 燥 设 备 对 三 七 进 行 干 燥, 验 证 了 其 装 置 的 有 效 性 可 见, 目 前 对 于 三 七 的 干 燥 研 究, 国 外 没 有 人 开 展 过 相 关 工 作, 国 内 尚 处 于 起 步 阶 段 三 七 产 品 的 主 要 功 效 指 标 是 皂 苷 含 量 目 前, 国 内 主 要 研 究 自 然 晾 晒 下 三 七 的 生 理 特 性 及 皂 苷 对 人 体 的 作 用 功 效 [7-8] 干 燥 方 法 及 干 燥 条 件 对 三 七 干 燥 成 品 皂 苷 含 量 影 响 的 研 究 基 本 没 有 随 着 云 南 三 七 产 量 不 断 增 加, 为 实 现 工 业 化 生 产, 需 对 生 产 模 式 进 行 改 变, 这 就 需 要 对 其 生 产 工 艺 进 行 探 索, 所 以 将 干 燥 成 品 的 皂 苷 含 量 作 为 三 七 质 量 的 评 价 指 标 开 展 其 干 燥 特 性 及 工 艺 的 优 化 研 究 具 有 较 好 的 实 际 意 义 鉴 于 此, 为 了 研 究 云 南 三 七 干 燥 过 程 对 其 功 效 指 标 ( 皂 苷 含 量 ) 的 影 响, 本 文 首 先 采 用 自 然 晾 晒 烘 箱 干 燥 以 及 热 风 对 流 干 燥 3 种 方 法 对 新 鲜 云 南 三 七 主 根 进 行 干 燥 试 验, 以 获 取 其 干 燥 曲 线 及 干 燥 速 率 曲 线 ; 采 用 高 效 液 相 色 谱 法 (high-performance

2 306 农 业 工 程 学 报 04 年 liquid chromatography,hplc) 测 定 不 同 干 燥 条 件 下 主 根 及 切 片 干 燥 成 品 的 三 七 总 皂 苷 (panax notoginsenosides, PNS) 含 量, 并 以 此 作 为 评 价 指 标, 分 析 干 燥 方 法 及 条 件 对 皂 苷 含 量 的 影 响 ; 其 次, 开 展 烘 箱 干 燥 法 对 三 七 主 根 的 干 燥 动 力 学 研 究, 以 三 七 皂 苷 含 量 作 为 目 标 函 数 干 燥 温 度 及 干 燥 时 间 作 为 影 响 因 素, 建 立 其 数 学 模 型, 优 化 工 艺 参 数, 以 期 获 得 对 实 际 生 产 有 指 导 意 义 的 成 果 材 料 与 方 法. 材 料 选 用 云 南 文 山 特 有 三 年 生 新 鲜 三 七 为 研 究 对 象 根 据 试 验 要 求, 到 云 南 三 七 原 产 地 分 别 进 行 3 次 田 间 采 样, 以 保 证 三 七 的 新 鲜 程 度 采 样 后 将 其 洗 净, 分 拣 为 主 根 剪 口 筋 条 须 根 4 个 部 位, 如 图 所 示 本 试 验 主 要 以 主 根 作 为 研 究 对 象, 每 批 材 料 分 别 选 取 30 个 大 小 均 匀 无 病 虫 害 的 主 根, 对 其 单 个 质 量 m 长 度 L 直 径 D( 如 图 ) 进 行 测 量, 统 计 结 果 如 表, 并 置 于 4 冰 箱 冷 藏 备 用 3 次 采 样 主 根 初 始 干 基 含 水 率 分 别 为 g/00g 本 文 中 所 有 水 分 含 量 都 以 干 基 含 水 率 作 为 计 算 标 准, 测 试 方 法 及 单 位 均 按 国 家 标 准 GB/T [9] 执 行 为 减 小 材 料 自 身 带 来 的 试 验 误 差, 每 种 干 燥 方 法 尽 量 采 用 同 一 批 次 采 样 的 主 根 作 为 试 验 样 品 a. 外 形 图 a. Physical view b. 外 形 简 化 图 b. Simplified appearance. 主 根. 剪 口 3. 筋 条 4. 须 根.Main root.rhizome 3.Branch root 4.Fibre 注 :L 为 主 根 长 度,mm;D 为 主 根 直 径,mm Note: L means the length of main root; D means the diameter of main root 批 次 Batches 3 图 三 七 各 部 位 示 意 图 Fig. Different parts of panax notoginseng Table 表 主 根 基 本 物 理 参 数 统 计 Basic physical parameters of main roots 单 个 质 量 Single mass ranges m/g 8.4± ± ±8.7 长 度 Length ranges L/mm 64.30± ± ±4.06 直 径 Diameter ranges D/mm 6.98± ± ±9.5. 主 要 仪 器 与 试 剂 0-AB 型 电 热 鼓 风 干 燥 箱 ( 北 京 中 兴 伟 业 仪 器 有 限 公 司 ) 对 流 热 风 干 燥 箱 ( 本 实 验 室 自 制, 温 度 在 常 温 至 00 可 自 动 控 制, 精 度 为 ±, 风 速 从 0~.5 m/s 可 调 ) FW-35 型 摇 摆 式 中 药 粉 碎 机 ( 上 海 隆 拓 仪 器 设 备 有 限 公 司 ) 电 热 恒 温 水 浴 锅 ( 北 京 永 光 明 医 疗 器 械 有 限 公 司 ) TDZ5-WS 型 台 式 低 速 离 心 机 ( 广 州 湘 仪 机 电 设 备 有 限 公 司 ) LC-0A 型 高 效 液 相 色 谱 仪 ( 北 京 华 尔 达 科 贸 责 任 有 限 公 司 ) JA503N 型 电 子 分 析 天 平 ( 精 度 0.00g, 上 海 民 桥 精 密 科 学 仪 器 有 限 公 司 ) 游 标 卡 尺 ( 精 度 0.0 mm, 成 都 成 量 工 具 有 限 公 司 ) 干 燥 器 个, 培 养 皿 若 干 试 剂 : 甲 醇 ( 分 析 纯 ) 乙 腈 ( 色 谱 纯 ).3 试 验 方 法.3. 自 然 晾 晒 目 前 云 南 三 七 的 干 燥 大 多 仍 为 自 然 晾 晒 本 文 自 然 晾 晒 的 试 验 时 间 为 至 , 温 度 变 化 范 围 (7±), 平 均 温 度 7.5 ; 相 对 湿 度 变 化 范 围 为 3%~58%, 平 均 湿 度 47.8%; 风 速 变 化 范 围 (0.8±0.)m/s, 平 均 风 速 0.8 m/s 每 天 7:00, 将 主 根 称 质 量, 单 层 平 铺 置 于 室 外 太 阳 光 下 晾 晒 ; 傍 晚 9:00 将 其 收 回 再 称 质 量, 次 质 量 之 差 即 为 当 天 干 燥 产 品 所 脱 出 的 水 分 量 如 此 重 复, 直 至 主 根 含 水 率 降 [0] 到 国 标 规 定 的 安 全 含 水 率 ( 湿 基 3 g/00g, 对 应 的 干 基 含 水 率 为 4.94 g/00g) 之 下.3. 烘 箱 干 燥 ) 主 根 干 燥 试 验 烘 箱 干 燥 采 用 电 热 鼓 风 干 燥 箱, 干 燥 过 程 中 不 开 鼓 风 机, 属 于 自 然 对 流 干 燥 每 次 试 验 取 出 三 七 主 根 6 个, 在 室 温 (5± ) 下 放 置 30 min 左 右, 使 其 温 度 接 近 室 温, 然 后 分 装 在 3 个 培 养 皿 中 在 不 同 的 温 度 ( ) 下 进 行 烘 箱 干 燥 试 验, 每 6 h 称 一 次 样 品 质 量, 直 至 样 品 含 水 率 降 到 安 全 含 水 率 之 下 每 组 试 验 重 复 3 次, 取 平 均 值 作 为 结 果 ) 主 根 切 片 干 燥 试 验 主 根 切 片 的 厚 度 为 (5±0.5)mm, 单 层 平 铺 在 3 个 培 养 皿 中, 分 别 在 和 60 的 温 度 下 进 行 干 燥, 每 隔 0.5 h 将 3 组 平 行 样 品 取 出 称 质 量, 直 至 样 品 含 水 率 降 到 安 全 含 水 率 之 下 所 有 样 品 从 干 燥 箱 中 取 出 后, 均 要 放 在 干 燥 器 中 冷 却 至 室 温, 然 后 再 称 质 量 每 组 试 验 重 复 3 次, 取 平 均 值 作 为 结 果.3.3 热 风 对 流 干 燥 将 三 七 主 根 晾 干 表 面 水 分, 并 单 层 平 铺, 在 m/s 的 条 件 下 进 行 干 燥, 每 6 h 称 一 次 样 品 质 量, 方 法 同 前 所 述, 直 至 样 品 含 水 率 降 到 安 全

3 第 7 期 郭 徽 等 : 云 南 三 七 主 根 干 燥 特 性 及 其 功 效 指 标 评 价 307 含 水 率 之 下.3.4 总 皂 苷 含 量 测 定 按 照 国 标 GB/T [0] 制 得 对 照 品 溶 液 及 供 试 品 溶 液, 分 别 放 入 高 效 液 相 色 谱 仪 进 行 走 帧, 获 得 种 溶 液 的 色 谱 图, 根 据 色 谱 图 分 别 求 得 标 样 曲 线 和 供 试 品 溶 液 的 浓 度, 通 过 计 算 获 得 各 样 品 的 PNS 质 量 分 数.4 评 价 指 标.4. 干 燥 速 率 干 燥 速 率 即 单 位 时 间 内 蒸 发 的 水 分 量 按 照 [] Falade 等 的 方 法, 计 算 公 式 如 下 : ( Mt Mt ) Vt = () Δt 式 中 :V t 为 t 时 刻 样 品 干 燥 速 率,(g/00g)/h;M t, M t 为 t,t 时 刻 样 品 干 基 含 水 率,g/00g;Δt 为 时 间 间 隔,h.4. 三 七 总 皂 苷 含 量 三 七 总 皂 苷 (PNS) 主 要 包 括 三 七 皂 苷 R 人 参 皂 苷 R g 人 参 皂 苷 R e 人 参 皂 苷 R b 和 人 参 皂 苷 R d 根 据 国 标 GB/T , 以 PNS 含 量 作 为 其 药 用 功 效 的 评 价 指 标 [-3].5 数 据 处 理 方 法 分 别 对 三 七 主 根 动 力 学 模 型 中 的 参 数 值 不 同 温 度 下 主 根 有 效 水 分 扩 散 系 数 主 根 与 主 根 切 片 在 不 同 温 度 下 的 PNS 质 量 分 数 进 行 方 差 分 析, 利 用 多 元 非 线 性 回 归 分 析 方 法 建 立 了 不 同 干 燥 温 度 与 干 燥 时 间 对 PNS 含 量 影 响 的 模 型, 并 通 过 响 应 面 分 析 与 模 型 优 化, 进 一 步 证 实 模 型 的 准 确 性 结 果 与 分 析. 干 燥 方 法 对 三 七 主 根 干 燥 特 性 及 PNS 含 量 的 影 响.. 不 同 干 燥 方 法 下 三 七 主 根 的 干 燥 曲 线 及 干 燥 速 率 曲 线 不 同 干 燥 方 法 下 三 七 主 根 的 干 燥 曲 线 如 图 a 所 示, 干 燥 速 率 曲 线 如 图 b 所 示 从 图 a 可 知, 自 然 晾 晒 下, 当 干 燥 时 间 为 80 h 时, 其 主 根 干 基 含 水 率 仍 然 保 持 在 50 g/00 g 左 右, 达 到 安 全 含 水 率 的 时 间 为 430 h( 图 中 省 略 ) 采 用 50 烘 箱 干 燥 以 及 0.8 m/s,50 的 热 风 对 流 干 燥, 完 成 干 燥 所 需 时 间 分 别 降 至 h 可 见, 热 风 温 度 和 速 度 都 加 快 了 三 七 的 水 分 蒸 发 速 率, 这 符 合 多 数 物 料 的 常 规 干 燥 规 律 从 图 b 的 干 燥 速 率 曲 线 可 知, 三 七 主 根 的 干 燥 阶 段 主 要 表 现 为 降 速 期, 预 热 期 ( 表 面 水 分 蒸 发 期 ) 较 短, 几 乎 没 有 恒 速 期 这 说 明 三 七 主 根 的 干 燥 主 要 由 内 部 水 分 扩 散 控 制 所 以 要 提 高 三 七 主 根 的 干 燥 速 率 主 要 是 提 高 物 料 的 内 部 水 分 扩 散 速 率, 而 不 仅 仅 是 改 善 其 外 部 干 燥 条 件 图 不 同 干 燥 方 法 下 三 七 主 根 的 干 燥 曲 线 以 及 干 燥 速 率 曲 线 Fig. Drying curves and drying rate curves of main roots with different drying methods.. 不 同 干 燥 方 法 下 三 七 主 根 的 PNS 含 量 不 同 干 燥 方 法 下 的 PNS 质 量 分 数 如 表 所 示 由 表 可 直 观 地 看 出, 自 然 晾 晒 情 况 下, 干 燥 成 品 的 PNS 质 量 分 数 低 于 烘 箱 干 燥 (50 ) 和 热 风 对 流 干 燥 条 件 ( m/s) 下 成 品 的 PNS 质 量 分 数 综 合 考 虑 目 前 国 内 三 七 干 燥 主 要 还 是 采 用 自 然 晾 晒 与 烘 房 干 燥, 结 合 以 上 3 种 干 燥 方 法 的 试 验 结 果, 下 面 就 烘 箱 干 燥 法 进 行 深 入 研 究 表 不 同 干 燥 方 法 下 的 三 七 总 皂 苷 质 量 分 数 Table Mass fraction of PNS in different drying methods 干 燥 方 法 Drying methods 自 然 晾 晒 Natural drying 烘 箱 干 燥 (50 ) Oven drying(50 ) 热 风 对 流 干 燥 ( m s - ) Hot-air drying( m s - ) 三 七 总 皂 苷 质 量 分 数 Mass fraction of PNS/%

4 308 农 业 工 程 学 报 04 年. 三 七 主 根 烘 箱 干 燥 法 的 干 燥 动 力 学 及 PNS 含 量 评 价.. 不 同 温 度 下 三 七 主 根 的 干 燥 曲 线 及 干 燥 速 率 曲 线 不 同 温 度 下 三 七 主 根 的 干 燥 曲 线 如 图 3a 所 示, 干 燥 速 率 曲 线 如 图 3b 所 示 由 个 曲 线 图 可 以 看 出, 随 着 干 燥 温 度 的 升 高, 主 根 达 到 安 全 含 水 率 所 需 干 燥 时 间 逐 渐 减 少 同 时, 干 燥 前 期 的 干 燥 速 率 也 是 随 干 燥 温 度 的 升 高 而 提 高 因 为 在 干 燥 初 始 阶 段, 主 要 排 除 的 是 物 料 的 自 由 水 分, 所 以 在 外 控 干 燥 阶 段, 提 高 干 燥 温 度, 三 七 主 根 表 面 的 蒸 发 速 率 便 逐 渐 增 大, 内 部 水 分 扩 散 的 速 率 也 随 之 变 快 图 3 不 同 温 度 下 三 七 主 根 的 干 燥 曲 线 以 及 干 燥 速 率 曲 线 Fig.3 Drying curves and drying rate curves of main roots at different temperatures 如 图 3b 所 示, 三 七 主 根 的 烘 箱 干 燥 过 程 没 有 恒 速 干 燥 阶 段, 整 个 干 燥 过 程 主 要 是 降 速 干 燥 阶 段 在 第 一 降 速 阶 段, 主 根 内 部 的 水 分 扩 散 速 率 低 于 表 面 水 分 所 汽 化 的 速 率, 所 以 干 燥 速 率 下 降 由 于 主 根 表 面 没 有 了 自 由 水 分, 热 量 传 至 三 七 表 面 后, 其 主 根 表 面 便 开 始 升 温, 且 开 始 在 主 根 内 部 形 成 一 定 的 温 度 梯 度, 使 得 热 量 从 主 根 表 面 传 入 内 部, 而 湿 分 则 从 主 根 内 部 向 表 面 扩 散 在 第 二 降 速 阶 段, 水 分 的 汽 化 面 从 主 根 表 面 逐 渐 转 移 到 主 根 内 部 深 处, 使 水 分 的 迁 移 路 径 加 长 此 阶 段 会 产 生 低 蒸 汽 压, 即 其 蒸 汽 压 低 于 同 温 度 下 纯 水 的 饱 和 蒸 汽 压 [4], 使 得 干 燥 过 程 中 传 质 推 动 力 降 低, 扩 散 阻 力 增 大, 干 燥 速 率 减 小, 故 第 二 降 速 阶 段 其 干 燥 速 率 逐 渐 减 小, 直 至 干 燥 完 成.. 不 同 温 度 下 三 七 主 根 的 干 燥 动 力 学 ) 干 燥 动 力 学 模 型 传 统 干 燥 动 力 学 模 型 主 要 有 Lewis 模 型 Page 模 型 以 及 Henderson-Pabis 模 型 [4], 其 表 达 式 分 别 为 : MR=exp( kt) () MR=exp( kt N ) (3) MR=aexp(-kt) (4) 式 中 :a k N 分 别 为 各 模 型 参 数,MR(Moisture Ratio) 表 示 水 分 比 : M t M e MR = (5) M M 0 式 中 :M t 为 样 品 即 时 干 基 含 水 率,g/00g;M 0 为 三 七 主 根 初 始 干 基 含 水 率,g/00g;M e 为 三 七 主 根 平 衡 干 基 含 水 率,g/00g e 由 于 平 衡 含 水 率 在 现 有 的 试 验 条 件 下 难 于 获 得, 加 之 其 对 计 算 结 果 影 响 较 小, 故 可 将 式 (5) 简 化 为 : M t MR = (6) M 将 3 种 模 型 表 达 式 分 别 进 行 线 性 化 处 理, 结 果 如 下 : ln(mr)= kt (7) ln[ ln(mr)]=lnk+nlnt (8) ln(mr)=lna kt (9) 根 据 所 获 得 的 试 验 数 据, 分 别 作 出 ln(mr)-t 曲 线 和 ln[-ln(mr)]-lnt 曲 线, 并 进 行 拟 合, 得 到 各 模 型 参 数 值, 利 用 决 定 系 数 R 来 评 价 模 型 拟 合 程 度, 结 果 见 表 3: 表 3 模 型 参 数 及 决 定 系 数 R Table 3 Parameters of models and determination coefficient R 温 度 模 型 Model Temper Lewis Page Henderson-Pabis ature/ k R k N R a k R 注 :a,k,n 分 别 为 各 模 型 参 数 Note: a, k, N means parameters of different models respectively. 从 表 3 可 以 看 出, 对 于 3 种 模 型 参 数,Page 模 型 的 决 定 系 数 均 在 0.97 以 上, 相 对 于 其 他 种 模 型, 其 拟 合 程 度 较 好, 故 选 用 Page 模 型 对 三 七 主 根 干 燥 过 程 进 行 模 拟 通 过 曲 线 拟 合, 得 到 Page 模 型 中 各 参 数 关 于 温 度 (T, ) 的 表 达 式 : 0

5 第 7 期 郭 徽 等 : 云 南 三 七 主 根 干 燥 特 性 及 其 功 效 指 标 评 价 309 k=0.0037exp(0.063t), R = N=.5336exp( 0.056T), R = 分 别 对 所 求 模 型 中 的 各 参 数 进 行 方 差 分 析, 在 α=0.0 的 显 著 性 水 平 下, 参 数 k 和 N 的 F 值 分 别 为 , 均 大 于 F (0.0) =.6, 说 明 温 度 对 Page 模 型 中 的 参 数 k 和 N 影 响 非 常 显 著, 从 而 验 证 了 其 参 数 的 可 信 度 将 k,n 代 入 Page 方 程 得 三 七 主 根 干 燥 动 力 学 模 型 : MR=exp[ exp(0.063T)t.5336exp( 0.056T) ](0) 式 (0) 给 出 了 三 七 主 根 干 燥 过 程 中 水 分 比 随 温 度 (T, ) 时 间 (t, h) 的 变 化 关 系 在 指 定 温 度 下, 通 过 干 燥 时 间, 可 预 测 其 水 分 比, 在 理 论 上 反 映 了 干 燥 的 过 程, 实 际 生 产 中, 可 提 供 一 种 对 干 燥 过 程 的 控 制 依 据 ) 有 效 水 分 扩 散 系 数 D eff 由 于 三 七 主 根 内 部 结 构 不 均 匀, 使 得 干 燥 时 其 内 部 水 分 扩 散 情 况 相 对 复 杂 在 降 速 阶 段, 湿 分 主 要 依 靠 主 根 内 部 水 分 的 迁 移, 故 可 通 过 有 效 水 分 扩 散 系 数 D eff 来 反 映 内 部 水 分 迁 移 过 程 由 菲 克 第 二 扩 散 定 律, 有 效 水 分 扩 散 系 数 D eff 与 水 分 比 MR 的 关 系 可 表 示 如 下 [5] : M M t e MR = M 0 M e ( i + ) π exp i= 0 B 8 = Deff t π ( i + ) 4 () 式 中 :D eff 为 有 效 水 分 扩 散 系 数,m /s;b 为 物 料 厚 度 的 /,m 当 干 燥 时 间 比 较 长 时, 取 i=0 可 较 好 的 满 足 精 度 要 求 [6-7], 于 是 得 : 8 π MR = exp π 4B Deff t () 将 试 验 数 据 带 入 式 (), 通 过 曲 线 拟 合, 可 求 出 三 七 主 根 不 同 温 度 下 的 有 效 水 分 扩 散 系 数 D eff, 见 表 4 表 4 不 同 温 度 下 主 根 有 效 水 分 扩 散 系 数 Table 4 Values of effective moisture diffusivity D eff of main roots at different temperatures 温 度 Temperatures/ D eff /( 0-0 m s - ) 由 此 可 以 看 出, 随 着 温 度 的 增 加, 其 D eff 值 不 断 增 加, 这 也 证 明 了 当 外 部 温 度 提 高 后, 物 料 内 部 温 度 也 随 之 提 高, 从 而 造 成 蒸 汽 压 梯 度 使 湿 分 扩 散 到 表 面 并 同 时 使 液 体 湿 分 迁 移 [4] 此 结 果 也 与 [8] Madamba 等 测 得 的 食 品 物 料 干 燥 过 程 中 有 效 扩 散 系 数 为 0-9 ~0 - m /s 吻 合 为 了 讨 论 温 度 对 主 根 有 效 水 分 扩 散 系 数 影 响 的 显 著 性, 现 对 其 进 行 单 因 素 方 差 分 析, 结 果 见 表 5 表 5 不 同 温 度 下 主 根 有 效 水 分 扩 散 系 数 方 差 分 析 表 Table 5 Analysis of Variance of D eff of main roots at different temperatures 项 目 Items 离 差 平 方 和 SS 自 由 度 df 均 方 差 MS F P 值 显 著 性 P-value Significance 组 间 Between E-05 * * groups 组 内 Within groups 总 计 Total 注 :* * 表 示 α=0.0 水 平 下 因 素 对 结 果 影 响 非 常 显 著 Note: * * means the results have a very significant impact on the factor with the level of α=0.0. 由 方 差 分 析 可 知, 在 α=0.0 的 显 著 性 水 平 下, F=54.69>F (0.0) =.6, 说 明 温 度 对 主 根 有 效 水 分 扩 散 系 数 影 响 非 常 显 著 由 于 D eff 数 值 较 小, 在 进 行 曲 线 拟 合 时, 将 其 放 大 0 0 倍, 得 到 关 于 温 度 T 与 D eff 的 回 归 方 程 : 0 3 Deff 0 = 0.000T 0.030T T.345, R = (3)..3 干 燥 温 度 与 时 间 对 三 七 主 根 PNS 含 量 的 影 响 三 七 主 根 不 同 温 度 与 时 间 的 干 燥 试 验 结 果 见 表 6 表 6 三 七 主 根 三 七 总 皂 苷 试 验 及 理 论 结 果 Table 6 PNS results of tests and theories of main roots 试 验 号 Number 温 度 Temperatures x / 时 间 Time x /h PNS 质 量 分 数 PNS content y/% 试 验 值 Trial value 理 论 值 Theoretical value 由 表 6 可 以 看 到, 对 于 PNS 含 量, 并 不 是 温 度 越 高 时 间 越 短, 或 者 是 温 度 越 低 时 间 越 长,PNS 含 量 就 越 高, 而 是 在 某 一 适 当 的 温 度 时 间 下,PNS 含 量 较 高 所 以, 为 找 到 温 度 与 时 间 个 因 子 对 PNS 含 量 的 影 响, 现 建 立 温 度 与 时 间 对 PNS 含 量 的 回 归 方 程 本 试 验 次 数 n 为 5, 取 PNS 含 量 y 为 因 变 量, 温 度 x 时 间 x 为 自 变 量, 设 其 二 元 回 归 方 程 为 : y=b 0 +b x +b x +b x +b x x +b x (4) 令 x =x 3 x x =x 4 x =x 5 b =b 3 b =b 4 b =b 5, 则 上 式 转 变 为 : y=b 0 +b x +b x +b 3 x 3 +b 4 x 4 +b 5 x 5 (5) 其 正 规 方 程 组 如 下 [9] :

6 30 农 业 工 程 学 报 04 年 = b0 + xi b + xi b + xi3 b3 + xi4 b4 + xi5 b5 = yi i= i= i= i= i= i= xi b0 + xi b + xixi b + xi3xi b3 + xi4xi b4 + xi5xi b5 = xiyi i= i= i= i= i= i= i= xi b0 + xixi b + xi b + xi3xi b3 + xi4xi b4 + xi5xi b5 = xiyi i= i= i= i= i= i= i= xi3 b0 + xixi3 b + xixi3 b + xi3 b3 + xi4xi3 b4 + xi5xi3 b5 = xi3yi i= i= i= i= i= i= i= xi4 b0 + xixi4 b + xixi4 b + xi3xi4 b3 + xi4 b4 + xi5xi4 b5 = xi4yi i= i= i= i= i= i= i= xi5 b0 xixi5 b xixi5 b xi3xi5 b3 xi4xi5 b4 xi5 b5 xi5yi i= i= i= i= i= i= i= 根 据 试 验 数 据 与 结 果, 计 算 相 关 统 计 量, 将 数 据 带 入 正 规 方 程 组 中, 解 该 六 元 一 次 方 程 组, 得 : b 0 = 606, b = 6.875, b =36.65, b 3 =0.7559, b 4 = 0.64, b 5 = 代 入 式 (5) 得 温 度 (T, ) 与 时 间 (t, h) 对 PNS 含 量 的 二 元 回 归 方 程 : y= T+36.65t T 0.64T t 0.096t (6) 将 不 同 组 合 下 的 温 度 时 间 分 别 带 入 回 归 方 程 (6) 中, 得 到 相 应 的 理 论 值 ( 见 表 6) 与 表 6 中 的 试 验 值 对 比, 可 看 到, 第 3 5 组 的 试 验 值 与 理 论 值 很 接 近, 而 第 4 组 试 验 数 据 有 一 定 误 差, 其 理 论 值 为 8.430, 试 验 值 为 5.93, 究 其 原 因, 可 能 是 因 为 在 测 量 PNS 含 量 过 程 中, 需 对 过 夜 的 甲 醇 溶 液 进 行 回 流, 由 于 甲 醇 具 有 强 挥 发 性, 在 回 流 过 程 中, 三 七 总 皂 苷 会 随 着 甲 醇 的 挥 发 而 流 失 掉 一 部 分, 从 而 可 能 造 成 第 4 组 试 验 样 品 的 PNS 含 量 试 验 值 低 于 理 论 值 为 了 更 直 观 地 反 映 温 度 与 时 间 对 PNS 含 量 的 影 响, 进 一 步 利 用 Matlab 软 件 作 出 温 度 与 时 间 对 PNS 含 量 的 响 应 面 图, 见 图 4 图 4 温 度 与 时 间 对 三 七 总 皂 苷 质 量 分 数 影 响 的 响 应 面 图 Fig.4 Response surface for effects of temperatures and times on PNS mass fraction 由 图 4 可 知, 干 燥 温 度 和 时 间 对 PNS 含 量 的 影 响 并 非 简 单 的 线 性 关 系 随 着 温 度 的 增 加,PNS 含 量 先 增 加, 再 减 少 当 温 度 在 55 时 间 为 30h 左 右 时,PNS 质 量 分 数 最 高 为 了 从 理 论 上 进 一 步 证 实 模 型 准 确 性, 对 所 得 回 归 方 程 进 行 优 化 [30] 目 标 函 数 : y= x x x 0.64x x 0.096x 约 束 条 件 : 40 x x 78 优 化 结 果 为 :x * =[54.6, 6.] T, 即 干 燥 温 度 为 54.6 时 间 为 6. h, 介 于 号 与 3 号 试 验 组 的 试 验 条 件 之 间, 此 时 PNS 质 量 分 数 的 理 论 最 大 值 为 4.89%, 与 号 试 验 结 果 较 接 近, 说 明 此 回 归 方 程 能 较 好 地 表 达 温 度 和 时 间 对 PNS 含 量 的 影 响 故 在 实 际 生 产 中, 可 选 择 三 七 干 燥 温 度 在 50~60 之 间, 干 燥 时 间 在 06~44 h 之 间 ( 以 产 品 达 到 安 全 含 水 率 为 准 ) 由 于 供 试 样 品 受 季 节 性 影 响, 该 理 论 值 在 本 文 撰 写 时 无 法 再 次 用 试 验 值 加 以 验 证, 这 有 待 下 一 步 完 善.3 三 七 主 根 切 片 的 PNS 含 量 根 据 试 验 数 据 可 知, 主 根 切 片 相 比 于 主 根 来 说, 由 于 内 部 水 分 迁 移 路 径 比 主 根 要 短 很 多, 所 以 其 干 燥 所 需 时 间 也 相 应 大 幅 度 缩 短 从 实 际 生 产 来 说, 干 燥 时 间 越 短, 干 燥 能 耗 就 越 低, 这 符 合 实 际 生 产 的 要 求, 但 是 三 七 作 为 一 种 中 药 材, 干 燥 效 果 的 好 坏 不 能 仅 仅 根 据 能 耗 来 评 价, 而 主 要 看 其 药 性 的 保 持 程 度 现 将 不 同 温 度 下 三 七 主 根 以 及 主 根 切 片 的 PNS 质 量 分 数 统 计 如 表 7 所 示 通 过 对 表 7 的 数 据 进 行 显 著 性 分 析, 发 现 温 度 对 主 根 以 及 主 根 切 片 的 PNS 质 量 分 数 均 具 有 一 定 的 影 响 由 表 7 可 知, 不 同 温 度 下, 主 根 成 品 PNS 含 量 均 比 其 切 片 成 品 的 PNS 含 量 要 高 根 据 三 七 的 分 子 生 物 学 理 论, 皂 苷 的 细 胞 膜 由 磷 脂 双 分 子 层 和

7 第 7 期 郭 徽 等 : 云 南 三 七 主 根 干 燥 特 性 及 其 功 效 指 标 评 价 3 蛋 白 质 及 外 表 面 的 糖 被 组 成 由 于 细 胞 膜 具 有 较 强 的 选 择 透 过 性, 使 得 细 胞 外 物 质 不 能 自 由 进 入 细 胞, 这 就 在 一 定 程 度 上 保 证 了 细 胞 内 环 境 的 相 对 稳 定, 使 各 种 生 化 反 应 能 够 有 效 运 行 [3] 另 外, 皂 苷 由 皂 苷 元 和 糖 组 成, 皂 苷 元 具 有 不 同 程 度 的 亲 脂 性, 糖 链 具 有 较 强 的 亲 水 性 在 对 三 七 主 根 进 行 干 燥 试 验 时, 其 皂 苷 的 细 胞 膜 是 完 整 的, 细 胞 内 的 亲 脂 性 物 质 附 着 在 细 胞 膜 上, 从 而 阻 止 了 亲 水 性 物 质 渗 透 至 细 胞 外, 所 以 直 至 干 燥 完 成 时, 其 皂 苷 含 量 保 持 得 较 好 ; 对 于 三 七 主 根 切 片, 由 于 在 切 片 过 程 中, 皂 苷 的 细 胞 膜 部 分 已 被 破 坏, 失 去 了 天 然 屏 障, 亲 水 性 物 质 便 更 易 与 细 胞 外 的 水 分 结 合, 且 随 着 干 燥 过 程 水 分 的 迁 移 而 带 出, 从 而 使 皂 苷 含 量 的 损 失 较 为 严 重 所 以, 对 于 三 七 主 根 切 片, 其 成 品 的 PNS 含 量 明 显 低 于 主 根 干 燥 成 品 的 PNS 含 量 表 7 不 同 温 度 下 主 根 及 切 片 成 品 的 PNS 质 量 分 数 Table 7 Mass fraction of PNS of main roots and slices at different temperatures 温 度 Temperatures/ 主 根 PNS 质 量 分 数 Mass fraction of PNS of main roots /% 主 根 切 片 PNS 质 量 分 数 Mass fraction of PNS of slices/% 由 此 可 见, 尽 管 主 根 切 片 的 干 燥 时 间 较 主 根 缩 短 了 很 多, 但 是 在 干 燥 过 程 中, 切 片 的 PNS 含 量 损 失 较 为 严 重, 所 以 在 实 际 的 工 业 化 生 产 中, 为 了 保 持 其 药 性, 建 议 尽 量 不 选 用 主 根 切 片 进 行 干 燥 3 结 论 ) 云 南 三 七 的 人 工 干 燥 方 法 相 对 于 自 然 晾 晒, 干 燥 速 率 得 到 提 高, 且 较 好 地 保 留 了 三 七 的 皂 苷 含 量 )Page s 模 型 能 较 好 地 反 映 三 七 主 根 在 40 到 80 之 间 的 干 燥 过 程 ; 采 用 烘 箱 干 燥 方 法, 三 七 主 根 的 有 效 水 分 扩 散 系 数 D eff 为 ~ m /s 3) 在 三 七 主 根 干 燥 过 程 中, 干 燥 温 度 与 干 燥 时 间 对 三 七 总 皂 苷 含 量 均 有 较 大 的 影 响 在 保 证 产 品 达 到 安 全 含 水 率 的 前 提 下, 通 过 PNS 含 量 回 归 方 程 及 试 验 结 果 得 出, 主 根 干 燥 温 度 宜 选 择 在 50~ 60 之 间, 干 燥 时 间 在 06~44 h 之 间, 此 时 干 燥 成 品 的 PNS 含 量 较 高 4) 在 试 验 条 件 下, 主 根 干 燥 成 品 的 三 七 总 皂 苷 含 量 均 比 主 根 切 片 干 燥 成 品 的 三 七 总 皂 苷 含 量 要 高, 即 主 根 药 性 保 持 比 切 片 要 好, 所 以 在 实 际 的 工 业 化 生 产 中, 建 议 尽 量 不 选 用 主 根 切 片 进 行 干 燥 [ 参 考 文 献 ] [] 崔 秀 明, 詹 华 强, 董 婷 霞. 印 象 三 七 [M]. 昆 明 : 云 南 科 技 出 版 社,009. [] 桑 迎 迎, 周 国 燕, 王 爱 民, 等. 中 药 材 干 燥 技 术 研 究 进 展 [J]. 中 成 药,00,3(): Sang Yingying, Zhou Guoyan, Wang Aimin, et al. Research Advances on drying technology of Chinese herbal medicines[j]. Chinese Traditional Patent Medicine, 00, 3(): (in [3] 宫 元 娟, 孟 繁 壮, 秦 军 伟, 等. 北 虫 草 干 燥 特 性 与 粉 碎 工 艺 试 验 [J]. 农 业 机 械 学 报,0,43(5):4-46. Gong Yuanjuan, Meng Fanzhuang, Qin Junwei, et al. Drying characteristics and grinding technology for north cordyceps[j]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Machinery, 0, 43(5): (in [4] 林 冰, 王 莹, 周 礼 青, 等. 何 首 乌 薄 层 干 燥 模 型 及 动 力 学 研 究 [J]. 中 成 药,0,34 (): Lin Bing, Wang Ying, Zhou Liqing, et al. Study on thin layer drying and drying kinetics of polygonum multiflorum thunb[j]. Chinese Traditional Patent Medicine, 0, 34(): (in Chinese with English abstract) [5] 马 梅 芳, 陈 腾 蛟. 微 波 干 燥 灭 菌 技 术 在 中 药 领 域 的 应 用 进 展 [J]. 中 医 药 导 报,008,4():80-8. Ma Meifang, Chen Tengjiao. Progress of sterilizing technique by microwave drying to be used in the field of Chinese crude drugs[j].guiding Journal of TCM, 008, 4(): (in [6] Kabganian R, Julie Carrier D, Sokhansanj S. Physical characteristics and drying rate of Echinacea root[j]. Drying Technology, 00, 0(3): [7] 任 迪 峰, 毛 志 怀. 我 国 中 草 药 干 燥 的 现 状 及 发 展 趋 势 [J]. 农 业 工 程 学 报,00,7():5-8. Ren Difeng, Mao Zhihuai. Present situation and developing trend on drying of Chinese herbs[j]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 00, 7(): 5-8. (in [8] 王 修 兰, 徐 师 华. 人 参 西 洋 参 干 燥 特 性 的 研 究 [J]. 农 业 工 程 学 报,99,7():6-69. Wang Xiulan, Xu Shihua. A study on the drying characteristics of panax ginseng and panax quinguefolium[j]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 99, 7(): (in

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