天麻干燥試驗研究

李永遠

（云南師范大學物理與電子信息學院，云南 昆明 650500）

天麻是多年生異養寄生植物，須與密環菌和紫萁小菇共生，富含多糖，酚類，甾醇，有機酸等活性成分，具有降血壓，鎮痛，明目，增智，健腦，延緩衰老等功能[1-3]。鮮天麻采收期集中，易腐爛，發霉，因此天麻干燥對于天麻保存尤為重要[4-6]。目前市面上采用最多的干燥方式為熱風干燥，熱風干燥是利用熱量的傳導，將天麻內部的水分以氣態或液態形式擴散至物料表面，熱風干燥在干燥的過程中，天麻會升溫，會破壞天麻的營養物質。高壓電場干燥具有物料不升溫、干燥條件靈活可調、干燥過程伴有殺菌作用、節約能耗等優點。白亞鄉通過對豆腐的高壓電場干燥研究得出：干燥速率與電極結構及電壓極性有關，在相同電壓下負高壓高于正高壓[7]。cao和Nishiyama等通過針-盤電極系統干燥小麥試驗發現，干燥速率隨著電壓增大和上下電極距離減小而加快[8]。AshutoshSingh等采用傅里葉變換紅外光譜研究了小麥的高壓電場干燥特性及其對蛋白質構象的影響，結果表明：施加高壓電場和熱風對小麥樣品的干燥速率有顯著影響。干燥速率隨風速和外加電壓的增加而增大，高壓電場干燥對小麥蛋白質構象有顯著影響[9]。丁昌江等采用高壓電場和熱風干燥干燥胡蘿卜，結果表明：高壓電場能夠加速胡蘿卜的干燥，干燥時間縮短43.3%，且能夠很好的保留胡蘿卜素。高壓電場干燥樣品的胡蘿卜素含量比熱風干燥樣品高10.86%，高壓電場干燥的胡蘿卜在復水性上熱風干燥的平均高11.7%[10]。邢茹等通過高壓電場干燥蔬菜試驗，結果表明：高壓電場干燥技術對蔬菜進行干燥，干燥所用時間與傳統方法干燥的蔬菜所用時間相比要少，干燥出的蔬菜營養成分含量損失較少，實驗結果表明，高壓電場干燥蔬菜在干制蔬菜加工業中具有其獨特的優勢[11]。在強電場的作用下，電荷主要分布在針電極的尖端，等電位線密集，在強電場的作用下，電場強度急速增加，導致空氣電離。大量的電子在非均勻電場力的作用下，朝板電極運動，在運動的過程中，電子和空氣中的其他離子和電子發生碰撞，產生大量能量。天麻內部的水分在電場力的作用下，水分子間的氫鍵斷裂，被電場力拉離天麻內部，最后在能量的作用下，水分子蒸發或汽化，擴散至空氣中。

高壓電場干燥可用于滅菌、除濕、干燥等領域。本文主要采用高壓電場干燥和熱風干燥，以天麻為對象，研究高壓電場干燥和熱風干燥對天麻干燥特性的影響，為天麻的干燥方式和保存提高理論和實踐指導。

1 試驗過程與結論

1.1 材料制備與處理

天麻：選自湖北烏紅天麻，試驗將天麻切片，半徑約為2cm，厚度約為1cm。高壓電發生器：ZGS-60KV/2mA一體式直流高壓發生器，電壓范圍為直流0V～60KV，合肥遠中計量檢測儀器有限公司。天平：紀銘電子天平，精度為0.001g，諸暨市超澤衡器設備有限公司。

圖1 試驗裝置

把天麻洗凈削皮后，將天麻切半徑約為2cm，厚度約為1cm的片狀，共十片記為A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8、A9、A10。將天麻片分別稱重并記錄，連接實驗裝置，將高壓電發生器連接220V交流電，高壓電發生器中頻輸出接口連接負載電阻輸入接口，將高壓微安表連接到負載電阻的輸出接口，再將高壓微安表連接到針電極。將高壓電發生器的接地接口和負載電阻的接地接口和板電極連接放電棒，將放電棒置于地面上。將A1、A2、A3、A4、A5置于正電壓極性的針尖下，干燥12h，每隔1h記錄其質量。將A6、A7、A8、A9、A10置于23℃，風速為0.2 m/s的風箱中，干燥12 h，每隔1h記錄其質量。試驗采用針-板高壓電干燥裝置，針尖距網距離為10 mm。

1.2 干燥特性

將干燥12 h的天麻片置于120℃干燥箱中，直至質量不再變化，即干重質量，記為M，則任意a時刻天麻片的含水率[12]可表示為：其中S為經過a時間天麻片的含水率，ma為經過a時間天麻片的質量，M為天麻片的干重質量。

定義干燥速率[12]Va為：干燥中每千克物料每小時脫水質量（g/（kg×h）），即：

其中Va為在a時間段內的干燥速率，g/（kg×h）；m0為天麻片的初始質量，ta為開始干燥至a時間的時間段。

1.3 試驗結果與分析

圖2是高壓電場干燥和熱風干燥對天麻片干燥特性。反映了在相同的干燥時間內，高壓電場干燥和熱風干燥對天麻片含水率和干燥速率的影響。

圖2 高壓電場和熱風對天麻片干燥特性變化圖

圖中，天麻片初始含水率大約在70%左右，在整個干燥過程中，高壓電場下的天麻含水率比熱風干燥下天麻片含水率整體要低10%左右，說明高壓電場干燥在相同的時間內能有效降低天麻片的含水率，最終結果顯示，在干燥12 h后，高壓電場下的天麻片含水率約為19.8%，熱風干燥下的天麻片含水率約為34.5%。在高壓電場干燥的過程中，在強電場的作用下，針電極尖端附近存在極大的電場強度和能量，導致空氣電離產生的電子和離子數量比較多，更快的破壞天麻內水分子團之間的氫鍵，水分子逸出在能量較大的環境下，水分子內的分子間作用力更容易被破壞，從而水分子蒸發或汽化，擴散至空中。

為了更好的觀察天麻片在每個干燥時段的干燥速率，由此對干燥速率數據進行歸一化處理。在相同時間內高壓電場下天麻片的干燥速率比熱風干燥下要快。而且在每一個干燥時間段內都快，在每個干燥時間段內，高壓電場比熱風多干燥水分約0.15 g。高壓電場干燥比熱風干燥高壓電場下天麻片的干燥速率整體比熱風下天麻片干燥速率要快，最終在干燥12 h后，高壓電場下天麻片的干燥速率約為0.670 g/（kg×h），熱風下天麻片干燥速率約為0.287g/（kg×h）。

2 結語

通過高壓電場干燥和熱風干燥天麻試驗可得出以下結論：在干燥12h后，高壓電場下天麻片最終含水率約為19.8%，熱風干燥下天麻片最終含水率約為34.5%。高壓電場下天麻片的干燥速率約為0.670 g/（kg×h），熱風下天麻片干燥速率約為0.287 g/（kg×h）。在相同干燥時間內，高壓電場比熱風多干燥水分約0.15 g。這是由于高壓電場下，針尖附近的電場強度和能量較大，空氣中離子和電子增多，更容易使水分子團之間的氫鍵斷裂，水分子逸出物料表面，由于能量較大，水分子內的分子間作用力更容易被破壞，從而水分子蒸發或汽化，擴散至空中。