微波干燥及灭菌技术在中药领域应用概况

王爽　聂其霞　张保献　张丽艳　臧琛　王国华　尚悦

摘要：与中药传统干燥方法相比，微波技术不仅具有操作简便、快捷、效果佳、药物外观性状保持良好、耗能低等特点，在干燥的同时，还有非常优异的灭菌效果。本文简述了微波干燥、灭菌技术的特点及影响因素，综述其在中药领域的应用概况，并针对安全性问题（微波辐射和微波残留）等提出目前研究存在的问题及展望。

关键词：微波干燥；微波灭菌；中药；微波辐射；综述

DOI：10.3969/j.issn.1005-5304.2017.11.034

中图分类号：R283 文献标识码：A 文章编号：1005-5304（2017）11-0132-05

Application of Microwave Drying and Sterilization Technology in TCM Field WANG Shuang1， NIE Qi-xia2， ZHANG Bao-xian2， ZHANG Li-yan1， ZANG Chen2， WANG Guo-hua2， SHANG Yue3 （1. Guiyang University of Chinese Medicine， Guiyang 550002， China； 2. Institute of Chinese Materia Medica， China Academy of Chinese Medical Sciences， Beijing 100700， China； 3. Chinese Pharmacopoeia Commission， Beijing 100061， China）

Abstract： Compared with traditional drying methods for Chinese materia medica， microwave drying technology is not only with the features of easy and convenient to operate， rapidity， good effects， well remained appearance of medicine and low energy consumption， but also with the feature of extraordinary sterilization effects at the same time with drying. This article introduced the features and effects of microwave drying and sterilization technology， reviewed its application in the TCM field， and proposed existing problems and prospects in the recent research by targeting security problems （microwave radiation and microwave residue）.

Key words： microwave drying； microwave sterilization； Chinese materia medica； microwave radiation； review

虫蛀和霉变是影响中药质量的重要因素，诱发原因为物料的高湿度和环境温度不当，因此，干燥及灭菌是中药加工的重要一环。常见干燥方法有晒干、风干/阴干、热风干燥、冷冻干燥等。实际工作中应根据具体情况及中药的性质选择合适的干燥方法。

微波干燥及灭菌技术是近年兴起的方法，具有产品均匀、质量好、速度快、适用性广、低温操作、安全可靠、高效节能、易于实现自动化、连续化操作和满足环保要求等优点，且灭菌效果好。兹对微波技术在中药领域的应用情况进行综述。

1 微波技术特点及影响因素

1.1 微波干燥技术

常用的微波干燥方法分为微波干燥和微波真空干燥。

微波干燥利用的是微波穿透、吸收、反射的性质，在干燥过程中，物料中的极性溶剂分子吸收微波，将微波能转化成热能，故物料的温度由内而外形成温度

基金项目：国家药典委员会药品标准提高任务（2015年）

通訊作者：尚悦，E-mail：shangyue@chp.org.cn

梯度。此过程中热能不断积聚，并进一步转化成势能，而物料外周水分先行蒸发，由内而外又形成压力差，且传热与传质方向一致，故微波干燥具有干燥速率高、耗时少、干燥效果均匀、自动容易控制等特点。同时，微波干燥效果受到微波频率、干燥温度、干燥时间、物料尺寸及特性、物料混合干燥等因素的影响[1]。

微波真空干燥物料过程分为加速阶段、恒速阶段、减速阶段。加速阶段与恒速阶段蒸发的主要是物料的自由水，减速阶段主要是结合水。干燥进入减速阶段，物料温度会迅速上升，需相应调节微波频率以平衡温度。降低减速干燥阶段的干燥速率，可以有效保留食品的颜色、外观和风味，并且耗能也在可接受的范围内[2]。研究表明，干燥进入减速阶段时，甚至可以只用热气对流，而不需要其他条件[3]。

1.2 微波灭菌技术

微波灭菌具有作用时间短、升温快、杀菌效果好的优点，根据温度和时间一般分为低温长时间灭菌（45 ℃，30 min）、中温短时间灭菌（75 ℃，20 min）和高温瞬时灭菌（200 ℃，0.13 min）[4]。

微波灭菌主要受到以下几个因素的影响：①频率。微波频率越高，灭菌效果越好，但穿透力越差。②物料含水量。灭菌效果与物料含水量成正比，故可在水蒸气环境中进行灭菌。③时间。时间越长灭菌效果越好，但容易出现焦化，耗能增加。④功率与温度。功率高，以非热效应灭菌为主，功率低，以热效应灭菌为主；⑤pH值。当pH偏离细菌生长最适酸度环境越高，细菌对微波的敏感性也越强，灭菌效力增强。⑥盐浓度。高盐浓度，对细胞形成高渗保护，降低水活度，影响溶液介电常数，产生涡流，从而抑制灭菌[5]。此外，盐浓度还会影响细胞形态、膜电位、细胞通道等，影响细胞增殖、分化、代谢[6]。

2 微波技术在中药领域的应用

2.1 中药材

中药材是典型的胶体毛细多孔介质，其特点是干燥后变脆，但不会完全失去弹性，特别是孔壁吸湿后膨胀[7]。中药材产地加工过程中，传统方法耗时长、效率低、干燥效果不佳，且对某些药材的成分含量影响大。适宜的微波干燥条件可有效降低成分损失。

聂诗明等[8]采用微波真空干燥的方法对玄参原药材进行干燥处理研究，发现60 ℃下全药干燥与切片后干燥二者有效成分损失均较少，但哈巴俄苷含量存在差异，全药较高。其微波真空干燥品可直接制成饮片，且质地疏松，便于后续提取过程中成分的浸出，颜色也并未变黑。

刘娟等[9]以切片厚度、微波频率、真空度、装载量为处理因素，干燥时间、还原糖得率和多糖得率为指标，设计了四因素三水平的鲜地黄微波真空干燥实验。发现切片厚度对各含量指标影响最大，这与微波穿透深度有关。其他因素影响大小依次为微波功率、真空度、装载量。当切片厚度、真空度、装载量一定时，适度的微波功率如1600 W，既有利于增加传质与传热速率，又可避免引起地黄切片内部膨化、发泡。

周伟伟[10]在运用微波干燥鲜葛根前，用一定比例柠檬酸、氯化钠、氯化钙复合护色液进行护色处理后，以加热功率与装载量比值（W/g）为2、加热时间8 min，可得到色值为18、糊化性质佳的优质葛根药材。

微波干燥在贵重药材方面也有较多应用。如微波干燥鲜人参，其干燥品不仅药用成分含量高，且由于短时间地升温，气体逸散后留下的空间来不及封闭，从而保留了原有形态，其外观与干燥前差别不大[11]。

硫熏为中药传统材质量控制中常用方法，因其刺激性气味，可有效避免虫、卵寄生，便于贮藏、保持良好药材外观。但硫熏不仅会影响有效成分含量，还引入了外源性毒素二氧化硫。霍文杰等[12]比较了微波干燥、自然晾晒、50 ℃烤房干燥和1%硫磺熏蒸4种方法干燥金银花至全干，对绿原酸、总黄酮含量及其外观性状的影响。结果表明，绿原酸和总黄酮含量微波干燥最高，自然干燥最低；随着贮藏时间增加，二者的含量会随之降低；各干燥方法的木犀草苷含量无显著差异。4种方法中，微波干燥方法耗时短，干燥时间为4～6 min，金银花色泽翠绿，硫磺熏蒸品次之，自然干燥品最差。

微波技术在与其他干燥方法的比较实验也体现出优越性。朱俊霖等[13]通过比较自然晒干、自然阴干、60 ℃烘干、真空干燥、远红外干燥及微波干燥6种不同方法处理黄芩药材的实验中，发现不同干燥方法对黄芩苷和黄芩素含量影响不尽相同。远红外和微波干燥黄芩苷的含量最高，60 ℃烘干和自然晒干含量最低；黄芩素含量恰好相反，60 ℃烘干和真空干燥的含量最高，远红外干燥和微波干燥最低；微波干燥总黄酮含量最高，自然晒干最低，说明微波干燥有利于总黄酮的积累。这与何春年等[14]在微波干燥对黄芩叶中黄酮类成分影响的研究中得到的实验结果相似。提示微波法能起到杀酶保苷的作用，可防止黄芩完全干燥前黄芩苷等黄酮类成分的分解。

贺潇潇等[15]对中药材三棱采用5种不同干燥方法（晒干、阴干、50 ℃烘干、远红外干燥及微波干燥）的对比研究，结果表明，5种方法干燥品的含水量均符合药典标准，其中微波干燥最低，其次为红外线，阴干最高。微波干燥对于总酚类含量影响最小，可能由于短时间内快速升温，对酶起到了抑制作用。

?ngel Calín-Sánchez等[16]在對罗勒进行3种干燥方法（对流干燥、真空微波干燥以及对流干燥与真空微波干燥结合）的对比研究中发现，使用对流预干燥与真空微波干燥相结合，40 ℃的对流预干燥温度，360 W的真空微波干燥功率，干燥时间控制在250 min左右，在同等干燥水平的情况下，新鲜罗勒样品中的挥发性化合物成分效果最好。同时，该课题组在对马郁兰进行3种干燥方法（对流干燥、真空微波干燥以及对流干燥与真空微波干燥结合）的对比研究中发现，采用对流预干燥与真空微波干燥相结合的方法，对马郁兰样品中的挥发性化合物进行水蒸气蒸馏法提取，气相色谱法分析，得出主要成分在240 W和360 W的真空微波干燥与50 ℃对流干燥结合的干燥方法下浓度最高，其余方法均有较多损失[17]。

研究表明，达到一定干燥程度后，微波干燥会对细胞组织产生影响[18]。因此，应根据不同中药的特性选择适宜的干燥方式和工艺条件。

2.2 中药提取物

中药提取是传统汤药转向中药制剂的重要中间环节。中药制剂的疗效在很大程度上取决于中药浸提、分离、精致、浓缩与干燥等方法。提取物在干燥过程成中能否最大限度保存有效成分尤为重要。传统的水浴蒸干耗时长，真空干燥易沸腾溢锅，喷雾干燥对液体密度、黏度要求高。微波干燥技术对中药提取物进行干燥具有速度快、耗时短、成分损失小的优势。

刘泽峰[19]以乌梅作为中药单味药材及以痔炎消胶囊方中的中药复方提取物清膏为模型（各24 kg），考察了提取物相对密度对干燥曲线的影响及干燥时间对活性成分转移率的影响。发现干燥过程中清膏相对密度大小是成分转移率、干燥过程顺利程度的主要影响因素之一。在清膏相对密度1.35、微波加热温度60 ℃、真空度-0.08 MPa条件下加热1 h，枸橼酸和芍药苷转移率高。

万治明等[20]比较了微波干燥、喷雾干燥与真空干燥对葛根提取物干燥后粉体压缩情况，发现真空干燥样粉流动性好，但颗粒不均匀；喷雾干燥样粉颗粒均匀光，但滑流动性差，且容易粘结；而微波干燥样粉不仅大小均匀、颗粒光滑互相不粘结，且可在10 min内溶解90%左右。提示微波干燥可加快葛根提取物的释放速度，使其保持良好的物理学性质。

刘顺航等[21]对柴胡浸膏、黄芪浸膏、白芍浸膏、养血清脑浸膏进行的微波干燥与烘箱干燥对比实验中，发现在同等干燥效果的前提下，微波干燥耗时比烘箱法少近140倍，节能约90%。

蒋东旭等[22]对妇炎康片浸膏进行箱式真空干燥、真空微波干燥与箱式烘干干燥比较，发现苦参碱含量、芍药苷含量、浸膏粉含水量均有显著差异（P<0.05）。稠膏相对密度越大可缩短干燥时间，提高干燥效率，但物料/功率比越高成分保留率有降低的趋势，同时物料厚度增加干燥效率反而较低。

Alibas I等[23]在对贯叶连翘的微波干燥动力学、金丝桃素含量测定研究发现，当微波功率在1000～650 W时，耗能处于相对稳定的状态，而500 W以下（最低90 W）则相对耗能显著增加。在耗能相对稳定的微波功率下，自然干燥所测得的最大金丝桃素含量为0.280%，微波干燥850 W时含量为0.278%、750 W时为0.277%，850 W仅消耗0.06 kWh，且耗时明显短于自然干燥。

高黏度多糖提取物的干燥一直是现代中药干燥的难题。杨俊红等[24]比较不同方法对黄芪水提物中黄芪多糖含量影响，发现虽然微波会改变分子构象、断裂大分子间化学键连接，但微波干燥较热风干燥、真空干燥和冷冻干燥3种工艺有较高的多糖获得率，且多糖稳定性好。孙丽娟等[25]以灵芝水提浓缩液为研究对象，单一的真空干燥或冷冻干燥方法都需要耗费较长时间干燥，而长时间干燥易造成多糖和三萜类成分的大量损失。故可考虑组合干燥方法：微波真空干燥+真空干燥。在实际研究中，灵芝水提浓缩液降低6%～7%的水分，组合干燥法耗时是单一方法的1/8.5～1/9。成分损耗真空干燥>冷冻干燥>组合干燥方法。

也有报道表明，将微波冷冻干燥应用于蛋白质提取有较为出色的表现[26]。因此可根据中药提取物的性质，将微波干燥与其他干燥方法相结合，以达到更理想的效果。

2.3 中成药

微波干燥因其独特的优势，在中药丸剂、口服液等剂型中应用较广泛。

2.3.1 丸剂 丸剂制备过程复杂，易造成微生物超标等问题。常规方法对粉碎后的药材粉末进行消毒灭菌（即瞬间高温灭菌）。但经此法灭菌的粉末一般会板结成块，需再次粉碎后才能进入制丸环节[27]。或者采用丸条灭菌的方法，涂油保水杀菌。并且干燥灭菌常存在干燥开裂、外表干燥而内芯湿软，微生物限量不符合要求等问题。微波干燥灭菌时，热量来自丸剂内部，使丸剂受热均匀，膨胀度好外观整洁光滑；高功率微波可穿透至丸剂内部，达到灭菌的效果。

石新华、杨柳等[28-29]通过正交试验筛选出对适宜妇宁丸干燥的微波干燥工艺，发现传输速度和温度是主要影响因素，厚度为次要因素，选择了物料传输速度0.4 m/min、物料厚度6 mm、干燥温度70 ℃、水分5%左右适宜的工艺条件。此条件下干燥效果好，未出现丸裂等现象。与烘房干燥的比较，微波干燥显微、薄层、含量测定与传统的烘房干燥差异不大，但灭菌彻底，细菌数量较之明显减少，霉菌未检出。

卢鹏伟等[30-31]对浓缩六味地黄丸进行了微波干燥的验证实验，发现经干燥后样品微生物限度指标良好，干燥后药丸的水分和溶散时限均符合质量标准。在微波干燥和烘箱干燥的对比试验中，微波溶散时限平均缩短22 min，灭菌率平均提高1.9%，丹皮酚含量损失率平均降低2.4%，干燥时间缩短36%。为六味地黄丸的大规模自动化生产提供了条件。

杨张渭等[32]选择水丸型的脑立清丸（含芳香性成分），水蜜丸型的脏连丸（含动物胶、动物脏器成分）、麻仁丸（含油脂类成分）、五子衍宗丸（含糖、脂类成分），浓缩水蜜丸型的轻身消胖丸（含浸膏），5个品种各3批均用泛制法制备的产品，研究微波干燥对不同药物工艺需求异同，以及其灭菌效果。结果表明，含有芳香成分的丸剂内部水分和挥发性成分扩散速度较快，需选取高转速、短时间的干燥工艺；含糖、脂類成分的丸剂内部水分扩散速度较慢，需选择低转速、长时间干燥工艺。但含油脂类药物较高的丸剂，经微波干燥后会出现溶散时限超标的现象。可能是因为水分蒸发后，油脂溢出填补了水分的空隙，从而使丸剂疏水性增大，导致溶散时限不合格[33]。

2.3.2 口服液体制剂 口服液体制剂通常为增加口感良好度会加入糖、蜂蜜等矫味剂。矫味剂的存在使药物在存储过程中易滋生细菌等微生物。常规灭菌方法灭菌以高温灭菌为主导，效率低，热敏成分易被破坏，影响挥发油类成分含量，设备占地面积大且需在灭菌后加入检漏装置。采用微波干燥灭菌，在灭菌过程中液体药物经辐射后分子运动加剧，温度升高，瓶内外形成压力差。若制剂密封不严，液体药物则会外溢，肉眼即可检查出来。还可保持原有药物的营养物质、口感[34]。

康志英等[35]对抗病毒口服液、清肝利胆口服液、肌苷口服溶液进行了微波灭菌的相关试验，发现功率越高，传输速度越慢，杀菌效果越好。但传输速度过慢会增加能耗，以传输速度3 m/min、功率17.65 kW为工艺条件，可得到理想的灭菌效果。放大生产后，取不同干燥位点产品检验，得到同样的结果，药效成分如广藿香等成分含量较常规方法提高了5.14倍。并做该条件下微波杀灭枯草芽孢杆菌黑色变种的实验，死亡率99%以上。

余涛等[36]进行了高压灭菌、煮沸灭菌和微波灭菌对大黄附子口服液灭菌效果的研究，发现经3种灭菌方法灭菌后的口服液比重都有所降低，pH值变化不大，但微波灭菌法药液澄明度和颜色与原药液差别不大，另外2种则加深。总离蒽醌百分含量微波法最高。后续小鼠小肠运动的药效实验及醋酸致痛实验显示，微波法灭菌保留了大黄附子口服液对小肠的促进作用和抑制疼痛作用。

刘落宪等[37]对易拉瓶装抗病毒口服液、止咳桔红口服液、通宣理肺口服液、复方银黄口服液4种口服液中分别加入等浓度的枯草杆菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和青霉菌，用微波灭菌90 s，所有菌种即都检测不到。并将经不同时间微波灭菌的清开灵口服液与煮沸30 min后的注射液进行对比，结果显示，0～90 s内微波法黄芩苷、胆酸、麻黄碱、原儿茶醛等成分含量均高于煮沸法。但易拉瓶在微波灭菌过程中会出现爆碎和封口质量的问题，故微波灭菌用于此类口服液需通过实验选择合适的灭菌工艺。

3 微波的安全性

微波的安全性方面有2点需要重视：①防止微波设备泄漏造成辐射；②微波残留。

微波是电磁波的一种，具有电磁波的基本性质。而微波由于发射设备（磁控管）的区别又分为脉冲波和连续波，一般微波加热设备主要在连续状态下工作，所以多用连续波磁控管。根据微波三大特性，人体也会吸收微波，故微波辐射对人体也会存在一定的危害作用。根据中华人民共和国国家标准《微波和超短波通信设备辐射安全要求》GB 12638-90中的具体要求：①连续波每日8 h连续暴露时，容许平均功率密度为50 μW/cm2；②短时间间断暴露或每日超过8 h暴露时，每日剂量不得超过400 μW·h/cm2；③容许暴露的平均功率密度上限为4 mW/cm2。

使用微波设备时，须保持安全操作距离，做好防护措施，尤其是眼部，还应定期检查设备密封状况。

对于微波残留，目前还无法很好的验证，微波具有反射特性，腔体内是否会存在设备停止后仍存在微波残留的隐患，如存在，残留的微波是否对药物或者后续产品造成影响，尚需进一步研究。

4 结论

微波技术在药物干燥、灭菌方面有着独特的优势，它具有效率高、效果好、可控性强、噪音低、设备体积相对较小的特点，而且各方面的技术也日渐成熟，是一个非常值得开发以及规范的方法，但其仍然存在一些问题有待解决：①微波干燥灭菌技术在中药领域得到广泛应用，国内外虽有微波干燥对单一中药材干燥效果的报道，但缺少对不同种类中药材影响的系统性研究；②尚未见有关于中药片剂、中药材、中药饮片等微波灭菌方面的报道；③对不同药效性质、不同产地、不同质地的中药材是否适用于微波干燥、灭菌，其工艺条件还有待摸索；④微波具有反射特性，腔体内是否会存在设备停止后仍存在微波残留的隐患，如存在，残留的微波是否对药物或者后续产品造成影响，尚需进一步研究。

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