中藥材干燥技術研究進展

桑迎迎， 周國燕， 王愛民， 曹斌宏

(上海理工大學低溫生物與食品冷凍研究所，上海200093)

1 前言

我國是中藥材王國，有豐富的天然藥物資源。據20世紀80年代全國最大的一次中藥資源調查顯示，我國有中草藥12 807種，其中植物藥11 146種，動物藥1 581種，礦物藥80種;全國藥材種植面積超過580萬畝，藥材生產基地600多個［1］，這為我國中成藥的研究和生產提供了豐富的藥源。中藥以其毒副作用小，標本兼治而著稱，在調整人體內環境方面較西醫藥有獨特的優勢。近幾年來，國際市場對中草藥的需求急劇增加，名貴中草藥材在國際上供不應求，價格攀升。

我們有雄厚的中醫用藥理論和豐富的臨床用藥經驗，但由于我國中藥生產企業規模小，技術水平不高，產品質量不過硬和出口結構還存在缺陷，自身也缺乏國際市場競爭力，我國的中藥在國際天然藥物市場中僅占3%～5%的份額。相反，已有幾十個品種的國外天然藥物在我國注冊;我國每年要耗資近億美元進口洋中藥;傳至國外的漢方經高新技術研制成現代制劑;21世紀日本對漢方的研究目標已聚焦在了對漢方理論基礎的研究上，以尋找漢方藥效的科學依據。由此可見，提高中藥的質量是實現中藥現代化的迫切需要。中藥的質量涉及一系列環節(土壤、種質、炮制、儲存、制劑過程等)，每個環節都不可能孤立存在，而干燥與中藥的生產關系密切，作為中藥材加工工藝的重要環節，干燥的好壞將直接影響產品的使用、質量和外觀等［2］。

2 我國傳統中草藥干燥的現狀

中藥干燥在我國有很長的應用歷史，經干燥的中草藥可保持一定的藥用成分以及不易腐敗變質。干燥作為保證中草藥品質的重要措施，是中草藥加工中一個必不可少的工藝過程。干燥與中藥生產的關系密切，干燥的好壞將直接影響產品的質量。中藥材中含有生物堿、皂苷類、蒽醌類、萜類、黃酮類及揮發油等成分，具有熱敏性、易氧化及怕光等特點，食品的干燥要考慮到食品狀態、類型、風味、營養物質及成本等，因此中藥的方法是區別于食品物料的干燥方法的。悠久的中藥干燥歷史為我們提供了寶貴的經驗，但傳統的干燥方法缺乏系統的、科學的干燥理論和嚴格的生產控制，中藥材的組織結構易被破壞，藥味藥性發生改變，有效成分損失嚴重。傳統的中草藥干燥主要是自然干燥及烘干［3］。

2.1 自然干燥

自然干燥包括曬干、陰干及風干，是在自然條件下進行的干燥方法。

自然干燥法歷史悠久，很多種中藥材的干燥仍用此法。該法操作簡單，成本低，但是干燥時間長，遇到陰雨天藥材易腐敗變質，且暴露在環境中易受到污染，干燥后的制品品質較低，有效成分損失大。此方法較適合于低附加值的藥材。

2.2 烘干

2.2.1 烘房 烘房干燥簡便經濟，一次烘干量大，可干燥不同形態的中草藥。缺點是溫度不易控制，烘干不均勻，干燥品質差，耗能較高，因此在設計上應注意溫度、氣流路線及流速等因素間的相互作用，以保證干燥效率。

2.2.2 熱風干燥機烘干法 該法適合于規模化的藥材種植基地使用，常用的干燥機有廂式烘干機、網帶式干燥機、隧道式干燥機、翻板式干燥機和振動流化床干燥等。

流化干燥又稱沸騰干燥，圖1是一個典型的振動流化床設備，在一個柱形容器內均勻放入一定量的固體顆粒，氣體或液體穿過顆粒，振動使中草藥拋起并翻動，懸浮于干燥介質中，顆粒在熱氣流中上下翻滾，彼此碰撞和混合，固氣進行傳熱傳質以達到干燥的目的。此法優點是接觸面積大，物料受熱均勻，處理能力大，熱效率較高，對保持藥性有所改善，但難于適應各種規格中草藥干燥，適宜處理粉粒狀物料，不適用于易粘結或結塊的物料。

圖1 流化床裝置圖

3 中草藥現代干燥新技術

傳統的中藥干燥周期長、生產效率低，已不能滿足現代中藥生產的需要。在保證中藥材有效成分基本不損失的前提下，人們對干燥品質的提高、能耗的降低、操作的可靠性及對環境的影響都提出了更高的要求，因此結合中草藥的特性，選擇先進的干燥設備及干燥工藝是現代干燥新技術的發展方向。當前，正在開發應用的中草藥干燥技術主要有:噴霧干燥、輻射干燥、真空冷凍干燥及熱泵干燥等。

3.1 噴霧干燥

噴霧干燥器結構如圖2所示，壓縮空氣經過濾器濾過除菌，再經加熱器加熱至所需溫度，熱空氣經復濾后進入噴霧塔頂。料液(可以是溶液、乳濁液、懸濁液或漿料)由儲槽進入噴霧塔，經噴嘴利用壓縮空氣噴灑成細小的霧粒與熱空氣接觸進行干燥，在液滴到達器壁前料液已干燥成粉末沿壁落入塔底干料貯器中。噴霧干燥的優點是:干燥速度快、時間短;生產過程簡便易操作;干燥產品品質好、純度高，特別適用于熱敏性物料的干燥。同時由于噴霧干燥是在密閉的容器中進行的，雜質不會混入，有利于保證制劑的衛生。缺點是更換品種時，設備清洗較麻煩，操作彈性小，只適用于液體物料的干燥。

圖2 噴霧干燥流程圖［4］

我國于七十年代引入該技術并逐漸開始研究和推廣應用于中藥生產中。目前該技術被廣泛用于中藥提取液的干燥及新產品的開發，噴霧干燥與制劑技術相結合研制和開發中藥新制劑和新劑型［4］。劉明［5］等人應用現代噴霧干燥技術制取大果木姜子粉末，其干燥藥粉的直徑小，粒度細，流動性、溶解性、均勻性好，藥粉含水量小于5.0%。噴霧干燥技術具有干燥與制粒的雙重作用［6］。利用噴霧干燥技術還可將中藥提取液制成微囊制劑。將中藥制成微囊制劑，可防止其氧化、水解和揮發，掩蓋不良氣味，提高其穩定性和生物利用度以及降低刺激性、毒性及不良反應［7］。俞益芹［8］等人用噴霧干燥法對蜂膠提取物進行微膠囊化，制品在色澤、氣味和組織狀態等方面都較為理想，微膠囊化蜂膠提取物的效率可達到93.51%，包埋效果好。

3.2 輻射干燥

利用濕物料對一定波長電磁波的吸收從而產生熱量將水分氣化的干燥過程是輻射干燥。按頻率由高到低，紅外線、遠紅外線、微波、高頻加熱等方法在中藥干燥上均有應用。

3.2.1 紅外干燥 紅外線的波長為0.72～1 000 μm。干燥器是利用紅外線輻射源發射的電磁波直接投射在被干燥的物料上物料表面吸收此輻射波產生熱能使水分或其他濕份氣化，從而達到干燥的目的。由于它對單位干燥面積上投入的熱量多，所以用來干燥以表面蒸發為主的薄膜狀材料。但是紅外燈的能量轉化率不高，峰值波長過短，其輻射波長特性與大部分被加熱物料的吸收特性不符［9］。

3.2.2 遠紅外干燥 遠紅外干燥干燥藥材的原理是將電能轉變為遠紅外輻射，從而被藥材的分子吸收并產生共振，引起分子和原子的振動和轉動，導致物體變熱，經過熱擴散、蒸發和化學變化，最終達到干燥的目的［10］。該法優點是:干燥效率高、操作方便易于控制溫度、對環境污染小、藥材霉變少、產品外觀和內在質量穩定。但是遠紅外波長短透入深度小，適合干燥薄層藥材，是否適用于所有類型藥材的干燥還有待于更多深入研究。

目前，遠紅外技術主要用于中藥材、飲片、丸劑、散劑、顆粒劑等的干燥滅菌工藝。黃朝暉等人［11］利用變溫遠紅外干燥西洋參與恒溫熱風干燥相比較得出了遠紅外干燥優于熱風干燥。韓玲［12］利用遠紅外技術干燥牦牛油茶。劉云宏等［13］利用真空遠紅外輻射干燥金銀花，縮短干燥時間，較好地保持銀花中的葉綠素和綠原酸。另外法國雀巢公司也利用該技術干燥果汁粉，果汁粉的色澤、香味和Vc保持不變。

3.2.3 微波干燥 微波為波長1 mm～1 000 mm，頻率300～300 000 MHz、具有穿透性的電磁輻射波［9］。傳統的加熱方法是利用熱傳導、對流、輻射的原理將熱量從外部傳到物料內部，加熱速度慢且受熱不均勻。微波加熱使被加熱物體本身成為發熱源，由內到外進行干燥，克服了在常規干燥中因物料外層首先干燥而形成硬殼板結的問題，加熱速度快且均勻，大大提高了傳熱效率和干燥速率，并能較好保留物料原有的性能。

近幾年來，微波干燥廣泛應用于糧食、果蔬等，用于中藥的干燥滅菌尚處于嘗試階段。張代佳等［14］采用自然晾曬、烘箱干燥和微波干燥3種不同的方法對鮮人參進行了干燥，結果表明:微波干燥鮮人參省時節能，外觀猶如鮮參，而且有利于有效成分的釋放;采用微波加熱方式提取人參皂苷，可以在較短的時間內得到與水煮相同的皂苷回收率。微波干燥也可達到滅菌的效果，能有效地殺滅微生物以及酶，從而可提高藥物的穩定性［15］。該法對化學成分的影響及藥效的影響有待于進一步研究。采用微波干燥技術對人參、鹿茸、天麻等貴重中草藥進行干燥，熱效率高，品質很好，但該技術不適于熱敏類成分(如蛋白質、氨基酸、多肽等)的中藥［16］。

3.2.4 高壓電場干燥 高壓電場干燥技術是一種新型的干燥技術，即把高壓電場引入到干燥過程當中。Asakawa［17］發現在高壓電場下，水的蒸發變的十分活躍，此后，部分學者用實驗證明電場可以加快水分的蒸發［18-21］。內蒙古大學的梁運章［22］教授研究將高壓電場干燥技術應用于中藥飲片和藥物的干燥中，原理見圖3。高壓電場干燥設備有箱式和筒式，箱式高壓電場干燥機是將熱風干燥與電場技術相結合，熱風的溫度可據物料性質調控，適用于營養價值高的熱敏性物料的干燥。筒式高壓電場干燥機是將高壓電場干燥技術與振動干燥技術結合，適用于營養價值高、要求原成分損失小的粒狀物料干燥。

圖3 高壓電場干燥的基本原理［22］

高壓電場干燥具有使物料不升溫、干燥速度快、能耗少和殺菌等優點，能很好保存中藥材的有效成分。梁運章［23］等人應用高壓電場干燥技術對厚樸、知母、赤芍、陳皮和薄荷等中藥飲片進行了干燥實驗，結果表明:應用高壓電場干燥比烘箱干燥有效成分保留率高，干燥速度快。對西洋參、金霉素等進行高壓電場干燥實驗，結果發現施加電場后，干燥時間縮短一半，制品色澤變化較小，干燥后的西洋參品質狀況與真空冷凍干燥西洋參的總皂苷和含水率相比非常接近。

3.3 真空冷凍干燥

真空冷凍干燥簡稱凍干，是指物料經完全凍結，并在一定的真空條件下使冰晶升華，從而達到低溫脫水的目的。中草藥真空冷凍干燥大致包括預處理、冷凍干燥(預凍、升華干燥、解析干燥)、包裝、貯藏等幾個工藝流程。真空冷凍干燥裝置如圖4所示。要完成凍結并直接由固相轉變為氣相，溫度和壓力至少要控制在水的三相點(0℃，610.5 Pa)以下［24］，干燥過程在低溫下進行，可有效地防止熱敏性物質的氧化變性，獲得色澤保真、有效成分損失少、性味濃厚的理想干燥產品。

圖4 真空冷凍干燥裝置［24］

中藥在晾曬、風干以及飲片炮制加工過程中，植物蛋白、微生物、揮發油等有效成分會受到破壞。據統計，鮮品中藥藥效是干品中藥的數倍至數十倍。同時，中藥飲片還易受運輸、倉儲、保存等因素的影響，不僅降低了中醫的臨床療效，也使以飲片為原材料的中成藥的質量受到影響。而凍干技術用于中藥材的新型加工及活性保鮮，可最大限度地保存藥用有效成分的活性，較好地保持藥材的外觀品質、顏色、氣味，脫水徹底，保存性好，擁有其他干燥技術無可比擬的優越性［25］。王啟發［26］等人對蜂花粉進行凍干加工，并對凍干前后蜂花粉的活性進行檢測，結果發現與常規干燥方法相比，凍干蜂花粉的活性喪失率大大降低。錢驊等［27］以凍干方式處理人參片并與烘干人參片相比，發現凍干參片中皂苷類成分與鮮人參相比差異很小，而烘干人參片中不僅人參總皂苷和熱敏性成分Rb1損失較多，連單體皂苷的組成也發生了變化。馬齊等［28］研究了鹿茸的低溫冷凍干燥可最大限度地保持鹿茸的活性營養成分，使形、色、味基本保持不變，優于微波、遠紅外加工方法，既縮短加工周期保證鹿茸質量又能規范化操作便于控制技術指標。凍干技術除用于中藥材的加工與保鮮外，還用于現代中藥、西藥制劑及生物藥品的生產，產品劑量準確，復溶性及制劑穩定性好。

真空冷凍干燥的主要缺點是設備的投資和運轉費用高，凍干時間長，運行成本高，缺少在線快速檢測水分的手段，干燥終點的判斷還比較困難。但由于凍干后的中藥材保證了品質，提高了自身的價值，所以干燥成本高還是可以被接受的。真空冷凍干燥可用于三七、山藥、靈芝、冬蟲夏草、鹿茸、黃芪、川芎、黃芩、生苦參、女貞子、五倍子、牡丹皮、大黃、天麻和金銀花等中藥材的干燥，特別適合中藥提取物的干燥［29］。

3.4 熱泵干燥

熱泵干燥技術是用蒸發器給空氣降溫干燥，并回收冷凝器釋放的冷凝熱的一種干燥技術，在同等條件下干燥，熱泵干燥可節能20%～50%。目前已應用于木材、糧食的干燥、食品加工及紡織行業。宗文雷［30］等用熱泵干燥加工脫水蒜片、脫水姜片，產品復水率高。應用于中藥材的干燥，能夠很好地保障干燥產品的品質，中草藥的顏色、外觀形態和有效成分等在熱泵干燥中都能得到妥善的保護。利用熱泵干燥鹿茸、淮山和北芪等，都能較好地保持原有的色、味、有效成分及活性物質。同時，熱泵干燥技術具有高效節能、成本低、不污染環境、能對干燥介質的溫度、濕度、氣流速度進行準確獨立控制等優點。

3.5 其他技術

通常在加工生產中，為了節約能源、降低成本，充分發揮各種干燥技術的特點和優點，常將兩種或多種干燥方法結合起來使用，如微波真空干燥、微波真空冷凍干燥等。

3.5.1 微波真空干燥 微波真空干燥法將微波加熱和真空技術結合起來，在真空和較低的溫度條件下可以保證物料不變質、不氧化，又由于物料中水分的介電系數最大，微波能傳入物料里面，水分受熱蒸發，同時借助對物料溫度的控制，可以保證中藥材的藥效。尤其適用于干燥熱敏性、厭氧的物料，以及形狀不一、含濕不均而要求均勻干燥和要求快速深度干燥的物料［31］。崔政偉等［32］利用微波真空干燥大蒜片，根據樣品蒜氨酸酶的保留率、顏色、硬度及復水率等指標的檢測值，表明利用微波真空干燥所得大蒜片的質量與冷凍干燥產品的質量非常接近，比傳統的熱風干燥產品質量好得多，而微波真空干燥的生產成本要比冷凍干燥低得多。聶詩明［33］等研究微波真空干燥鮮玄參的最佳工藝，-0.095 MPa、60℃全藥干燥為佳，整個干燥過程僅用1 h，藥材質地疏松，不須用水浸泡、潤濕即可切制為飲片，較常規玄參藥材更加利于飲片的加工，最重要的是有效成分被很好地保留，該法尤其適合于穩定性差的中藥干燥。

3.5.2 微波真空冷凍干燥 真空冷凍干燥能夠有效保留物料中的熱敏性成分，維持生物活性的有效成分因而被廣泛應用于藥品、生物制品、高附加值食品等的干燥，但是冷凍干燥能耗高、成本高，用微波作為冷凍干燥的熱源可快速干燥，干燥速度和熱效率是常規加熱方法的4～20倍，節能高效，同時微波有滅菌的作用［34-35］。

1994年，Dolan和Scott進行了甘露醇水溶液的微波冷凍干燥實驗研究［36］。趙珺等［37］進行了真空微波凍干法制備懷山藥片的工藝研究。段續等［38］以甘藍為原料，將微波用做冷凍干燥的熱源提供升華熱，縮短干燥時間，同時探索了微波在凍干過程中對物料的殺菌作用。研究表明，用微波作為熱源進行冷凍干燥能夠有效提高脫水速率和產品總體品質［39］。在二次干燥采用微波加熱，可大大縮短干燥時間［40］。此法的缺點主要是微波加熱均勻性差、在線檢測困難以及干燥成本高等，因此，目前微波真空冷凍干燥還處于實驗室研究階段。

此外，還有微波熱風干燥、微波遠紅外干燥等，針對不同的中草藥選擇合適的干燥工藝和干燥設備，將不同的技術相結合達到了取長補短、節約能源、提高熱效率的目的。

4 結論與展望

綜前所述，中藥干燥歷史悠久，方法很多，各有特點。干燥是中藥生產中不可缺少的環節，悠久的傳統干燥技術積累了很多寶貴的經驗，操作簡便、設備簡單、費用小，但干燥周期長、干燥不均勻，熱效率低、中藥藥性和藥味往往得不到很好的保護。紅外、遠紅外干燥波長短，適合干燥薄層藥材。微波的穿透性較強，干燥的產品質量好、速度快，不僅可消除皺皮萎縮現象還能有效殺菌，但是否會對中藥的化學成分、藥理作用和臨床療效產生影響還有待進一步研究。高壓電場干燥適合于干燥顆粒小、營養價值高的熱敏性物料。真空冷凍干燥能避免物料的氧化變性，有效成分損失少。熱泵干燥具有有效利用熱源、環保等優點。結合技術克服了單一方法的不足充分發揮各技術的優勢，但是現代干燥技術成本高，能耗大，有的不適合工業生產。在具體應用中要針對所干燥中藥的要求，采用最適宜的方法和工藝。

我國中藥材資源豐富，因其具有廣泛而獨特的療效受到了全世界的關注，但由于干燥技術跟不上，直接影響著制品品質和企業的競爭力。目前，我國中藥生產廠家的干燥工藝普遍存在干燥過程溫度偏高而引起有效成分損失嚴重的現象。另外，還存在干燥工藝流程與設備設計不合理，能耗過大。要解決這些問題，可從以下幾個方面入手:(1)對中藥材的干燥特性進行系統研究，以確定最佳干燥工藝參數獲得最佳干燥效果，提高成品質量。(2)在中藥生產中從實際出發，依據物料的性質和生產條件等因素綜合考慮，針對不同的中藥材選擇合適的干燥技術和設備。(3)深入研究干燥設備，使其向著多功能、低耗能、自動化以及更適合中藥工業化生產的方向發展。

現代中藥產業化已成為我國經濟發展的戰略性發展計劃，而要實現中藥生產的現代化，必須科學合理地繼承傳統的中藥生產工藝，同時針對不同中藥的特點，開發最合理的干燥方法及工藝。我國中草藥干燥必將逐步走向規范化、法制化、標準化，建立與國際接軌并符合中國國情的中草藥采后干燥體系。

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