不同干燥方式對化州橘紅干燥過程的影響

樂 龍 曾 巖 曹崇江*

(1. 中國藥科大學 制藥工程教研室，江蘇 南京 210009; 2. 中國藥科大學 食品質量與安全教研室，江蘇 南京 210009)

化州橘紅又稱化橘紅、化皮、化州陳皮、袖皮橘紅、毛化、毛橘紅等，是廣東的地道藥材，也是著名的“四大南藥” 之一[1-3]。化州橘紅產地干燥，加工多采用放置堆悶、日曬等傳統方法干燥，具有干燥時間長，干燥過程受天氣因素影響較大等弊端，影響產品的質量和藥效成分——黃酮類化合物含量。因此，探討化州橘紅的不同干燥技術、選取合適的干燥工藝，解決干燥過程存在的干燥時間長的問題勢在必行。

目前有關化州橘紅果的干燥處理條件的報道很少。本文研究鼓風干燥和紅外控溫干燥方式對化州橘紅的干燥動力學及黃酮類化合物含量的影響，為化州橘紅藥材產地適宜干燥加工方法的建立提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

化州橘紅新鮮藥材購自廣東省化州市，隨機挑選若干表面無機械損傷、無腐爛的化州橘紅作為試驗材料，去除泥沙和外皮后，再經切片機切制成厚度2 mm的薄片，(5±1)℃條件下密封冷藏保存；柚皮苷對照品購自中國藥品生物制品檢定所；石油醚、36%乙酸、硝酸鋁等均為分析純。

1.2 儀器

中短波紅外烘干機(型號SAK-W04805)，控溫鼓風干燥機(型號GZX-9023MBE)，紫外可見分光光度計(型號752)

1.3 干燥參數的計算方法

化州橘紅干燥過程中的干燥曲線采用水分比(MR，moisture ratio)隨干燥時間變化的曲線表示。MR用于表示一定干燥條件下不同干燥時刻的物料含水量，可以用來反映物料干燥速率的快慢。干燥過程中的水分有效擴散系數Deff可以用Fick第二定律計算[4]：

(1)

式中，x表示任一時刻的含水率(水的質量/干燥固體的質量)，x0為原始含水量(水的質量/干燥固體的質量)，xe為平衡含水率(水的質量/干燥固體的質量)，Deff為有效水分擴散系數(m2·s-1)，L為化州橘紅切片厚度(m)，t為干燥時間(min)。

干燥溫度對有效擴散系數的影響關系可用阿侖尼烏斯公式表達[5]，干燥活化能(Ea)按式(2)計算：

(2)

式中，D0為有效擴散系數的頻率因子，為定值(m2·s-1)；Ea為物料的干燥活化能(kJ·mol-1)；R為摩爾氣體常數，其值為8.314(J·mol-1·K-1)；T為物料的干燥溫度(℃)。

1.4 提取過程[6,7]

取化橘紅粉末(過四號篩)0.2 g，精密稱定，置具塞錐形瓶中，加石油醚50 mL，超聲提取30 min，棄去石油醚液，待樣品中殘存的石油醚全部揮發后，加入甲醇10 mL，超聲提取30 min，提取1次。

1.5 總黃酮含量的測定[7]

采用紫外分光光度法測定。分別精密量取柚皮苷對照品溶液0.5、1.5、2.5、3.0、4.0、5.0 mL至25 mL 量瓶中，分別加入10%硝酸鋁溶液1 mL，加甲醇至刻度，搖勻，放置 15 min。另取 10%硝酸鋁溶液1 mL置25 mL量瓶中，加甲醇至刻度，作為空白對照溶液，于306 nm處測定吸光度，以吸光度(y)對柚皮苷的濃度(x)作線性回歸方程。取化州橘紅提取液1 mL 至25 mL容量瓶中，按本項下方法自“分別加入10%硝酸鋁溶液1 mL”起，依法測定吸光度，代入回歸方程，計算總黃酮含量。

2 結果與討論

2.1 不同干燥方式對干燥特性影響

2.1.1 不同干燥方式下干燥特性曲線的比較

干燥方法和干燥溫度影響化州橘紅的干燥效果。在熱風、真空和密閉的干燥條件下，溫度分別45 ℃、55 ℃、65 ℃和樣品厚度為2 mm時，樣品水分比例(MR)達到 0.02 kg H2O/干基，終止干燥。圖1～2分別表示鼓風干燥和紅外控溫干燥情況下的干燥曲線。

圖1 鼓風干燥方式下的干燥曲線

圖2 紅外控溫干燥方式下的干燥曲線

由圖可知，干燥時間隨干燥溫度升高而縮短。對比可得，紅外控溫干燥的速率比鼓風干燥速率更高。

2.1.2 有效水分擴散系數和干燥進程中的活化能

水分有效擴散系數是表征干燥過程中水分遷移速度快慢的參數。由公式(1)可知，化州橘紅在干燥過程中水分比的自然對數lnMR與干燥時間t呈線性關系。通過線性回歸計算出化州橘紅的水分有效擴散系數Deff。在鼓風干燥和紅外控溫干燥的干燥條件下，鼓風干燥和紅外控溫干燥溫度分別45 ℃、55 ℃、65 ℃和樣品厚度為 2 mm時，樣品水分比例(MR)達到 0.02 kg H2O/干基時終止干燥。從表1可以看出，在不同條件下溫度下，紅外控溫干燥所需干燥時間分別為50 min、65 min 和105 min。在熱風干燥過程中，干燥樣品所需時間分別為75 min、95 min、115 min。鼓風干燥條件下樣品的有效水分擴散系數從2.177×10-10m2/s到3.339×10-10m2/s，在紅外控溫干燥條件下樣品的有效水分擴散系數從2.384×10-10m2/s到5.007×10-10m2/s，說明不同的干燥方法和溫度影響有效水分的擴散系數。

表1 不同干燥方式對干燥時間的影響

干燥活化能Ea表示物料在蒸發1 mol水時需要的啟動能量。可用于評價物料干燥的難易程度、估算干燥過程中水分蒸發所需要的能耗。根據活化能計算公式(2)繪制 lnDeff相對于溫度(T+273)的倒數關系圖，如圖3、圖4。在樣品鼓風干燥條件下，樣品活化能為18.99 kJ/mol。在紅外控溫干燥中活化能為33.09 kJ/mol。干燥活化能是物料的本質屬性，與物料的品種、成分和組織等有關；造成化州橘紅在不同干燥方式下其干燥活化能差異的可能原因是不同干燥方式對化州橘紅結構的影響。

圖3 鼓風干燥水分有效擴散系數與干燥溫度的關系曲線

圖4 紅外控溫干燥水分有效擴散系數與干燥溫度的關系曲線

2.1.3 不同干燥方式對總黃酮含量的影響

長期高溫處理對中藥材的質量產生負面影響，導致生物活性成分的降解。不同干燥方式對化州橘紅中黃酮化合物含量的影響如表2所示。

表2 不同干燥方式對化州橘紅中黃酮化合物含量的影響

由表2可得，干燥溫度是黃酮化合物的降解的最重要的影響參數。隨著干燥溫度的升高，總黃酮含量逐漸較少；在相同的干燥溫度下，紅外控溫干燥因較短的干燥時間保留了更多的總黃酮含量。

3 結論

本文研究了鼓風干燥和紅外控溫干燥對化州橘紅干燥動力學和總黃酮含量的影響。水分的干燥曲線表明干燥動力學和有效水分擴散率的關系，阿倫尼烏斯方程則表示擴散系數與溫度的關系。實驗結果表明，紅外控溫干燥條件具有更高的干燥效率，水分擴散率和總黃酮化合物含量均較高。當樣品厚度為2 mm，在紅外控溫干燥條件下樣品的有效水分擴散率為2.384～5.007×10-10m2/s，活化能為33.09 kJ/mol。