巴戟天热泵干燥工艺研究

2021-06-29陈永春龙成树侯宝琳吴耀森

现代农业装备 2021年3期

陈永春，刘军，龚丽，龙成树，侯宝琳，吴耀森

（1.广东省现代农业装备研究所，广东广州 510630；2.华南农业大学食品学院，广东广州 510642）

0 引言

巴戟天为一种常用的中药材，富含多糖，具有补肾壮阳、强筋健骨的功效，是我国四大南药之一[1]。其水分含量较高，因而在后期的加工、贮藏中，若稍有不慎极易发生霉菌感染，导致药材质量和安全性下降[2]。因此对巴戟天的保藏来说，干燥至关重要。现常用的干燥方法是自然晒干和热风烘干，晒干法所需干燥时间长，且容易被环境污染；热风主要以燃、柴油等为燃料，干燥能耗高，存在污染排放，环保压力大。热泵干燥是一种节能干燥技术，在干燥领域得到了广泛应用，例如稻谷干燥、果蔬干燥、种子干燥和水产品干燥等[3-5]，其在农副产品中的应用优势主要体现在节能和品质保证方面[6,7]。因此，本研究采用热泵干燥对新鲜巴戟天进行干燥，探究耗时更短，品质更高的巴戟天干燥工艺。本文以巴戟天为研究对象，以热泵干燥温度、风速和物料长度为单因素变量，研究其对干燥时间和干燥成品品质的影响，得出巴戟天热泵干燥工艺参数，为巴戟天热泵干燥加工提供数据支撑，指导巴戟天生产加工。

1 材料与方法

1.1 试验材料与试剂

新鲜巴戟天，6%苯酚溶液，无水葡萄糖，浓硫酸，1,8-二羟基蒽醌对照品，无水甲醇，80%乙醇溶液，醋酸镁。

1.2 试验仪器与设备

广东省现代农业装备研究所自制热泵干燥机，紫外可见分光光度计（UV-1750，苏州岛津仪器有限公司），电子天平（PL-203，上海梅特勒-托利多仪器有限公司），电热恒温水浴锅（HH.S，苏州金坛区中大仪器厂），旋转蒸发仪（RE-52A，上海亚荣生化仪器厂），刀，砧板，圆底烧瓶，回流管，容量瓶（50、250 mL），移液枪。

1.3 研究方法

1.3.1 热泵干燥工艺流程

新鲜巴戟天→清洗切段→热泵干燥→包装→成分测定分析。

1.3.2 单因素试验设计

1）热泵干燥温度对巴戟天干燥特性的影响。将3 cm 新鲜巴戟天在干燥风速1.5 m/s 条件下，进行不同干燥温度（45、50、55、60、65 ℃）的热泵干燥，每小时记录一次物料质量,并对干燥后的巴戟天进行蒽醌和多糖含量的检测。

2）物料长度对巴戟天干燥特性的影响。在干燥温度65℃、干燥风速1.5 m/s 的条件下，将不同长度的新鲜巴戟天（1、2、3、4、5 cm）进行热泵干燥，每小时记录一次物料质量，并对干燥后的巴戟天进行蒽醌和多糖含量的检测。

3）干燥风速对巴戟天干燥特性的影响。在干燥温度55 ℃、长度3 cm 的条件下，将新鲜巴戟天在不同风速下（0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 m/s）进行热泵干燥，每小时记录一次物料质量，并对干燥后的巴戟天进行蒽醌和多糖含量的检测。

1.3.3 正交试验综合加权评分法

以多糖含量、蒽醌含量和巴戟天干燥所需时间作为评价指标，以热泵干燥温度（A）、巴戟天切段长度（B）、热泵干燥风速（C）为试验因素，设计正交试验的因素和水平表，如表1 所示。

表1 正交试验因素和水平设计

为清除量纲需要对试验的各项指标做归一化处理，采用综合加权评分法对巴戟天热泵干燥工艺进行评价[8]。

式中 Yij'为各质量指标观测值的评分值；Yij为各质量指标的观测值；Yjmin为该指标取值的最小值；Yjmax为该质量指标所取的最大值；Yi*为各质量指标经过加权处理后的综合评分值；wj为各质量指标相关的加权值。

将各项观测指标代入式（1）得到评分值。由式（2）可得各质量指标的加权综合评分值（多糖含量，蒽醌含量和干燥用时的加权值分别为0.4、0.3、0.3）。

1.4 检验方法

1.4.1 多糖含量的测定

1）标准曲线的绘制。参考周灿等[9]的方法，精密吸取葡萄糖对照品溶液 0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mL，分别加于25 mL的具塞试管中，加水至1 mL，再加6%苯酚溶液1.0 mL，摇匀，垂直快速加入浓硫酸5.0 mL，摇匀，放置5 min，沸水浴15 min，流水速冷至室温；另以1 mL蒸馏水同上平行操作，作为空白对照，于490 nm处测其吸光值。对试验数据进行处理，得到葡萄糖浓度和吸光度的回归曲线

结果表明，当葡萄糖标准液在浓度2～10 μg/mL之间时，和吸光值呈现良好线性关系。

2）样品溶液的制备。参考沈英超[10]的方法，取样品粉末（过60 目筛）1.0 g，精密称定,置于具塞圆底烧瓶中，加80%乙醇100 mL，于90℃水浴回流2 h，过滤,残渣用80%热乙醇洗涤3 次，每次15 mL，滤渣连同滤纸置于烧瓶中，挥干乙醇，再加100 mL 水，90℃浸提2 h，过滤，残渣用热水洗涤3次，每次15 mL，合并滤液，转入250 mL 容量瓶中，加水稀释定容至刻度，摇匀，即得。取10 mL 稀释2倍或3 倍即为供试液，取1 mL 按标准曲线制备的方法操作，测定样品吸光值，通过标准曲线求得供试液中的糖的浓度，再求出样品中多糖的含量。

1.4.2 蒽醌含量的测定

1）标准曲线的绘制。称取10.81 mg 的1,8-二羟基蒽醌对照品，滴加无水甲醇溶解，并定容为25 mL标准液。从制备好的标准液中精密吸取20、40、60、80、100、120、140 μL滴加入10 mL容量瓶中，再加入0.5%醋酸镁-甲醇溶液（显色剂）定容至10 mL。将显色剂作为空白对照，在510 nm处测其吸光值。对试验数据进行处理，得到浓度-吸光度关系的回归曲线

结果表明，1,8-二羟基蒽醌有关对照品的浓度值处于2～14 μg/mL 之间时，和吸光值具有线性关系。

2）样品溶液的制备。参考叶殷殷等[11]的方法，80%乙醇在80℃下回流提取2 h，过滤并收集滤液，将滤液旋蒸浓缩并加入50 mL 容量瓶中，加入0.5%醋酸镁-甲醇显色剂定容至50 mL，取1 mL 按标准曲线制备的方法操作，测定样品吸光值，通过标准曲线求得供试液中蒽醌的浓度，得到样品中蒽醌的含量。

2 结果与分析

2.1 干燥温度对巴戟天热泵干燥的影响

2.1.1 干燥温度对巴戟天热泵干燥速度的影响

巴戟天不同温度热泵干燥曲线如图1 所示，不同温度下巴戟天的水分含量随干燥时间的延长而下降，且干燥温度越高干燥所需要时间越短，45 ℃时干燥需要24 h，而65℃时干燥只需9 h。。

图1 不同温度干燥的巴戟天热泵干燥曲线

2.1.2 干燥温度对巴戟天多糖和蒽醌含量的影响

多糖和蒽醌的含量与干燥温度呈负相关，随着干燥温度从45 ℃增加到65 ℃，多糖含量减少了52.40%、蒽醌含量减少了55.37%，且温度高于55 ℃时多糖和蒽醌的含量下降速度加快，如图2 所示。

图2 不同热泵干燥温度干燥的巴戟天多糖和蒽醌含量

2.2 干燥风速对巴戟天热泵干燥的影响

2.2.1 干燥风速对干燥速度的影响

巴戟天水分含量随干燥时间延长呈缓慢下降趁势，在0.5～2.5 m/s 风速范围内，干燥所需时间为16～18 h，且当风速达到1.5 m/s 以上时，风速的增加对干燥速度影响不明显，如图3 所示。

图3 不同风速干燥的巴戟天热泵干燥曲线

2.2.2 干燥风速对巴戟天多糖和蒽醌含量的影响

在55 ℃热泵干燥温度下，随风速增加巴戟天多糖的含量总体呈平缓下降趋势，巴戟天蒽醌的含量呈先下降后上升的趁势，但总体变化不明显，说明风速对巴戟天品质影响较小，可能与风速对干燥时间影响较小有关，如图4 所示。

图4 不同风速干燥的巴戟天多糖和蒽醌含量

2.3 巴戟天长度对热泵干燥的影响

2.3.1 物料长度对巴戟天干燥速度的影响

不同长度的巴戟天水分含量随干燥时间延长呈缓慢下降趁势，且干燥所需时间随物料长度的增加而延长，1～5 cm 长度范围内，65 ℃、1.5 m/s 风速干燥所需时间为6.0～10.5 h。物料长度越长，中心水分迁移到两端速度越慢，而水分从巴戟天表皮蒸发的速率主要受干燥温度的影响，从而导致物料处理长度越长，干燥时间越长，如图5 所示。

图5 不同长度巴戟天的热泵干燥曲线

2.3.2 物料长度对巴戟天多糖和蒽醌含量的影响

巴戟天多糖含量随长度的增加而增加，其中2 cm 长度的巴戟天多糖含量比1 cm 长度的增加了0.62%，而2～5 cm 长度的巴戟天平均每增长1 cm多糖含量增加0.15%。5 cm 长度巴戟天多糖含量为3.13%，蒽酮含量为0.031%，而1 cm 长度巴戟天多糖含量为2.06%，蒽酮含量为0.016%，5 cm 与1 cm长度相比多糖含量增加了51.9%，蒽醌含量增加了93.8%。

蒽醌含量也随巴戟天长度的增加而增加，可能原因是切段越长切断面面积比越小，降低了巴戟天多糖和蒽醌挥发的速率，如图6 所示。