一款智能化精准控温杯的设计研究

摘 要：长久以来，我国在以家庭为单位的中药煎煮与冲泡中呈现出在水量、温度、时间等各个方面无法定量的特点。同时，目前市面上的煎药壶无法计算与控制不同药材的浸泡时间、最佳煎煮温度等，造成中药资源的严重浪费。该研究通过对国内家用中药煎煮装置的研究及市场调研，结合人们对高端药材冲泡煎煮的需求及实际应用的可行性，设计一款智能化精准控温杯，通过黄金内胆和云端大数据库，精准控制药材煎煮温度，实现中药有效成分最大化析出，最大限度发挥中药汤剂作用。同时，搭配智能交互APP，让使用更便捷，实现传统中药煎煮、冲泡的再创新。

关键词：煎药装置；精准控温；中药量化；大数据；控温杯

中图分类号：R283 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2024）24-0027-05

Abstract： For a long time， the boiling and brewing of traditional Chinese medicine based on family has shown the characteristics that can not be quantified in water， temperature， time and other aspects. At the same time， at present， the decocting pot on the market can not calculate and control the soaking time of different medicinal materials， the best boiling temperature and other factors， resulting in a serious waste of traditional Chinese medicine resources. In this study， through the research and market research of domestic traditional Chinese medicine decocting devices， according to people's demand for high-end medicinal materials and the feasibility of practical application， an intelligent accurate temperature-controlled cup is designed， through the gold inner tank and cloud large database， accurately control the boiling temperature of medicinal materials， achieve the maximum precipitation of effective components of traditional Chinese medicine， and maximize the role of traditional Chinese medicine decoction. At the same time， it is equipped with intelligent interactive APP to make it more convenient to use and realize the re-innovation of boiling and brewing of traditional Chinese medicine.

Keywords： decoction device; precise temperature-controlled; quantification of traditional Chinese medicine; big data; temperature-controlled cup

中药材是中医药传承创新发展的重要物质基础，是与国计民生密切相关的战略性资源。优化中药材资源的利用方式，对于发展战略性新兴产业、提高人民健康水平、促进生态文明建设等多项举措都具有十分重要的意义[1]。同时，随着社会经济发展与人民对自身身体健康的关注日益增加，越来越多药材走入人民日常生活。对于藏红花、石斛等名贵中药材，若是其药用价值未能充分发挥，不仅是其经济价值的损失，更是中药资源的严重浪费。目前，针对中药饮片在煎煮阶段溶出成分不完全、不充分的问题，现有措施主要通过对饮片原料进行活性成分提取、改进医院煎药机，或是从医院代煎药渣中二次提取有效成分等方式提高中药饮片利用率[2-3]，但在家庭药材冲泡煎煮方面仍存在较大空白。

因此，本研究顺应时代需求，创新性提出智能化精准控温杯这一设计。“善品无忧”智能化精准控温杯是一款新型医疗健康器具，由黄金控温内胆、云端大数据库、“善品无忧”APP交互软件组成。通过自主研发的控温系统，基于每一种药物有效成分发挥最佳活性的温度对杯中内容物进行精准控温，达到最大程度发挥药食功效的目的。该产品具有智能交互、精准控温、跨空间场景操作便捷的优点，方便实用，适应性广，具有市场推广意义。

1 市场现有产品综合分析

1.1 市场需求度调研

为了解智能化精准控温杯的市场需求具体情况。本研究通过社区实地走访、网络问卷星等渠道，随机对接触到的市民进行调查，收集智能化精准控温杯在需求程度、购买意愿、关心层面等不同维度的情况，并设计陷阱类题目以排除无效答卷。

本次调研共发放问卷2 000份，回收1 980份，其中有效份数1 761份。传播途径主要为线下填写与微信问卷星小程序传播。调研结果显示，在人群对“善品无忧”VUI智能化精准控温杯的购买意愿中，表示愿意购买和较愿意购买的人群共1 072人，占总调查人群的六成以上（图1）。这证明本产品在群众中接受度较高，市场前景较好。在人群对“善品无忧”VUI智能化精准控温杯的关心层面方面（图2），调研结果表明，人群对控温杯的效果（是否让药物有效成分高效析出）最为关心，其次为使用安全性（控温杯材质及使用是否安全）。这证明本产品的优势能较好地契合市场需求层面，为人们解决生活中需要的问题。

本问卷内容经团队成员长期讨论、慎重制定，问卷调查结果能充分反映市面上多数人对本团队设计的智能化精准控温杯的需求度与购买意向。对收集到的数据，团队反复验证数据的准确性与有效性，排除异常数据和无效数据，因此可信度较高。本调查结果可为此医疗仪器的实际市场前景提供较为可靠的理论支持。

1.2 现有产品优势分析

当前市场具有控温作用的产品多是以养生壶、智能电热水壶、智能中药壶一类产品为代表，兼具加热功能和智能化功能的产品主要为语音烧水杯，不同产品的功能、产品定位、优缺点各不同。由于本研究产品受众为家庭人群，因此除了对比不同类似产品的功能外，选择了携带便捷度、价格亲民度、控温准确度和操作便捷度4个维度对类似产品进行分析，见表1。

1.3 市面现有产品不足之处

养生壶：①该产品虽然可以做到使内容物达到并保持指定温度，但由于市面上大多数养生壶壶身材质为玻璃，易导致受热不均匀，控温不准确，显示温度与实际温度相比出入较大；②玻璃材质受热后遇冷时易发生爆裂，使用时有一定危险性。

智能电热水壶：①该产品仅仅用作液体加热，由于内胆材质缘故，内容物若有固体则易糊底；②该产品携带不便。

智能中药壶：①该产品保温机制为检测温度低于设定温度后开始加热，反复加热、冷却过程不利于中药成分的保护及析出；②该产品携带不便。

语音烧水杯：①只能维持设定的几个温度，无法满足任意温度的调节需求；②稳压器易发热，使用安全性有待考量。

综上所述，现有产品的主要不足在于对温度的控制不够精细，表现为2方面：一是温度传感滞后，因杯体材质导热性差以致不能及时加热或持续控温；二是加热机制不足，在内容物加热到设定温度后，现有产品会停止加热，待温度下降明显后重新开始加热，在2次加热的时间间隔中，杯内无法达到有效控温。这类产品在煎煮或冲泡价格低廉的药材时也许可以满足需要，但是对于一些昂贵药材，若是不能精准控温，则无法让药效达到最大程度的释放，造成资源及经济上的浪费。另外，具有加热功能的产品大多携带不便，无法满足随时随地供人使用的需求，而且市面上配合APP语音交互系统等辅助操作技术的同类产品较少，对于一些空余时间少的用户来说，使用不够人性化。

2 控温杯的设计

2.1 产品设计特色

2.1.1 “999超纯度”黄金内胆

在所有固体中，金属是最好的导热体。纯金属的导热系数一般随温度升高而降低。已有研究表明，黄金化学性质稳定，具有优良的导热性与很强的抗腐蚀性[4]。由于黄金具有上述特质，作为极佳的导热控温材料，适宜作为控温杯的内胆。由于黄金的导热系数强，将其作为控温杯的保温内胆，可以达到时刻精准控制杯内汤药温度的目的。同时，由于黄金化学性质稳定，不易与汤剂中药材发生化学反应，不影响汤剂本身疗效。另外，本品选择符合食品安全等级的黄金材质，保障使用的安全性。

“善品无忧”VUI智能化精准控温杯将黄金优良的保温作用与精准控温理念结合，可以避免传统“煮沸-冷却”的单一煎煮方式对中药饮片药用成分的浪费，牢牢锁住营养。

2.1.2 自主研发“药食”云端大数据库

本产品拥有自主研发“药食”云端大数据库作为后台技术支撑。作为最佳活性温度的科学依据，可在用户输入药材名称后，自动计算出该药物有效提取物的最佳活性温度，并通过上述黄金保温内胆，使杯中温度控制在该温度下。

团队成员通过文献查阅，对常用中药中有效成分及其最佳析出温度进行逐一查阅。对未能查阅到的中药，团队成员通过网络药理学等技术，对其进行测定，从而构建云端大数据库。本研究筛选民众常用方剂及保健茶饮所用药物，针对所用药物有效提取物的最佳活性温度，研究中药代茶饮在临床上的应用，frLf3/rhKdGP9P4Qo3RrQg==以下进行举例具体说明。

1）人参的主要活性成分——人参皂苷。人参的主要活性成分是人参皂苷，人参地上部分（包括茎、叶、花和果）均有较好的药理作用，尤其是人参茎叶，具有与人参根相似的药理作用。采用水煎煮提取人参茎、叶中的人参皂苷是目前的常用方法，实验水煎煮提取过程中加热时间、温度对人参茎叶水提液中人参皂苷的影响及受热后人参皂苷含量的变化情况，证明2种人参皂苷在不同温度下加热12 h，均会发生不同程度的降解反应。以上研究数据显示，人参皂苷Rg1、Re在100 ℃条件下降解速率最快，80 ℃次之，60 ℃相对较慢，分别降至约初始含量的20%、60%、80%（图3）。因此，控制人参煎煮温度在60 ℃、8 h内，对人参皂苷的损失较少，此为本数据库中人参的推荐煎煮方案。

2）防风的主要化学成分——色原酮类化合物。防风是常见的解表药之一，色原酮类化合物是防风主要化学成分之一，是防风发挥解热、镇痛、抗炎作用的主要活性成分[5]。《中华人民共和国药典（2020年版）》将防风中色原酮类化合物升麻素苷（Prim-O-glucosyl-cimifugin）和5-O-甲基维斯阿米醇苷（4'-O-β-glucosyl-5-O-methylvisamminol）的含量规定为防风药材质量的衡量标准[6]。本项目通过研究不同温度下防风中色原酮类化合物的析出差异，得出色原酮类化合物的最佳活性温度为85.7 ℃。通过查阅相关文献，得出防风中色原酮类化合物在煎煮30 min时候含量最高， 之后随煎煮时间延长有效成分含量降低[7]。

3）野菊花有效成分——槲皮素。应用Cytoscape 3．7．2软件，获取野菊花的活性成分（部分活性成分见表2），并将19个野菊花－抗菌共同靶点构建“药物－成分－靶点－疾病”网络模型。结果显示，野菊花的4种有效成分协同作用于19个抗菌靶点，其中槲皮素拥有最多的对应靶点，达17个；木樨草素、刺槐素、β－谷甾醇分别含有6、3、2个靶点。这说明槲皮素可能在抗菌作用过程中起到关键作用。这反映了野菊花抗菌活性的多靶点、多成分的特点，本项目通过研究表明，槲皮素的最佳活性温度为89.4 ℃。

以上研究结果说明，与传统中药煮沸方式相比，饮片控制在最佳活性温度下，可以使饮片中主要成分得到最大析出，提高药食利用率。而“药食”云端大数据库收录了大部分常用中药及茶饮的煎煮方案，方便人们的使用。

2.1.3 “善品无忧”控温APP交互软件

“善品无忧”控温APP交互软件充分考虑人机交互，用户可以通过APP随意切换控温杯模式，达到最合适的温度，也可预约茶饮的冲泡时间。同时，“善品无忧”控温APP可以根据用户的使用习惯进行更加个性化的设置，实现更具多样的交互体验，其对网络的要求不高，大部分功能在手机端就能完成交互访问，只有在需要访问数据库服务器的时候才通过网络对外交互，访问操作速度快，并提供多种多样的功能满足用户需求。

此外，“善品无忧”控温APP还搭载自动体质识别装置。只需要用户把手指放在金属交互按钮上，便可以自动识别体质，并根据个人情况进行茶饮推荐和制定个性化养生方案。“善品无忧”控温APP内页截图如图4所示。

2.2 产品结构设计

“善品无忧”VUI智能化精准控温杯由杯盖、杯身外壳、黄金内胆、控制面板、体质识别金属按键、温度感应棒、制冷芯片组及制冷加热一体式底座组成。其中，控制面板可用于链接“善品无忧”控温APP交互软件及调节温度设定。同时，控制面板处增加了手机无线充电功能，使控温杯的使用更贴近人们生活。

3 结束语

中药煎煮过程中会发生2种变化：一是药物有效成分的溶出；二是药物中各种生理活性成分进行化合反应[8]。各种药物成分间的化学反应由加入的药材种类决定，目前尚无法通过煎煮器皿控制。而药物有效成分的溶出比率，可以通nn8D8OL62831SAgiO4xRKLSo7by2hKIfRyA+GhampsM=过控制煎煮温度及时间调整。因此，通过精准控制温度，使中药有效成分完全析出，能够最大限度发挥中药汤剂作用，提升整体治疗效果。

黄金的化学性质稳定，具有很强的抗腐蚀性，不易与中药饮片发生化学反应，且导热系数强，是极佳的导热控温材料，故本产品选用黄金为控温内胆材料，搭配收录了当前常用药物、茶饮最佳煎煮温度的“药食”云端大数据库，从而实现智能化精准控温。在当今市场上，智能化交互APP目前已广泛应用到智能家居、车载语音、智能客服等行业和场景，但在养生保健用具（如控温杯）中的应用仍存在着空白。基于此，“善品无忧”VUI智能化精准控温杯创新地将黄金内胆、云端数据库、交互APP三者结合，实现药食研究与现代物理化学工艺设计的跨学科融合，具有智能交互、精准控温、跨空间场景操作便捷的优点。这体现了中医因人而异及“未病先防”的理念。该款智能化精准控温杯方便实用，适应性广，利于家庭使用，填补了目前市场相关产品的空白，具有市场推广意义。

参考文献：

[1] 葛瑶，方子寒，张一平，等.“十三五”期间“中医药现代化研究”重点专项支持中药资源可持续利用发展研究取得的成效及展望[J].中国现代中药，2023，25（10）：2061-2064.

[2] 杨俊莉，时政，李青蔚，等.中药废弃物资源分类及开发路径探讨[J].中药材，2023（9）：2111-2116.

[3] 赵苏楠.煎药机煎法对中药复方汤剂总浸出物及有效成分的影响[J].中国中医药现代远程教育，2023，21（10）：137-139.

[4] 赵怀志，宁远涛.金[M].长沙：中南大学出版社，２００３．

[5] 戴炜辰，陈璟.防风色原酮类化合物及药理作用研究[J].广东化工，2023，50（3）：78-80.

[6] 薛雪，王浩，贾天颖，等.不同生长方式及年限防风饮片质量的比较研究及对《中国药典》防风饮片标准的思考[J].中国中药杂志，2019，44（18）：4034-4042.

[7] 李鑫.不同煎煮时间对防风及防风散有效成分和药效作用的影响[D].长春：长春中医药大学，2020.

[8] 张美娜.中药煎煮的化学成分变化研究[J].河南科技，2014（21）：77-78.