不同切片方式對丹參干燥特性的影響

摘要：為探討不同切片方式對丹參干燥特性的影響，分別采用現(xiàn)代常用的40 ℃熱風(fēng)干燥與傳統(tǒng)常溫晾曬干燥，比較不同切片方式（圓切和45°斜切）、切片厚度（2、4、6 mm）丹參的干燥失水過程。結(jié)果顯示不同切片方式的丹參在干燥過程中主要為降速階段，干燥速率隨著干基含水率的降低而降低，切片厚度越大，干燥速率越低，干燥時間越長。Page模型為丹參干燥擬合最好的模型，模型預(yù)測值與實(shí)驗(yàn)值吻合性較好，能較好地描述不同切片方式下丹參的干燥過程。該研究對丹參趁鮮切制干燥等加工生產(chǎn)具有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：丹參；切片方式；干燥特性；動力學(xué)模型

中圖分類號：R283.6 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1002-4026（2023）04-0010-08

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)志碼（OSID）：

Effect of different slicing methods on the drying characteristics of Salviae Miltiorrhizae Radix Et Rhizoma

WANG Yuchen^1，2， CUI Li¹， ZHAO Hengqiang¹， LU Heng¹， LIU Wei¹， WANG Xiao^{1 *}

（1. Shandong Analysis and Test Center， Qilu University of Technology （Shandong Academy of Sciences）， Jinan 250014， China; 2. Shandong University of Traditional Chinese Medicine， Jinan 250355， China）

Abstract∶To explore the effect of different slicing methods on the drying characteristics of Salviae Miltiorrhizae Radix Et Rhizoma， the hot air drying at 40 ℃ and traditional air drying at room temperature were performed and the results were compared. Furthermore， the effect of different slicing methods （circular cutting and 45° oblique cutting） and slice thickness （2， 4， and 6 mm） on the drying characteristics of Salviae Miltiorrhizae Radix Et Rhizoma were investigated. Several water-loss kinetic models were adopted to quantitatively describe the drying characteristics. Results showed that the drying was mainly a falling rate period. The drying rate decreased with the decrease of the moisture content of the dry basis. Furthermore， the larger the slice thickness， the lower the drying rate and the longer the drying time. According to statistical parameters， the Page model predicted and described the drying process more accurately than others. The predicted value of the model was in good agreement with the experimental value， and it could well describe the drying process for different slicing methods. The research provides a guidance for further investigating Salviae Miltiorrhizae Radix Et Rhizoma.

Key words∶Salviae Miltiorrhizae Radix Et Rhizoma; slicing methods; drying characteristics; mathematical model

丹參為唇形科植物丹參的干燥根和根莖^［1］，為我國傳統(tǒng)中藥，也是臨床常用中藥品種之一，具有活血祛瘀、通經(jīng)止痛、涼血消癰等功效^［2-4］。隨著心腦血管疾病的高發(fā)及國際社會對丹參療效的認(rèn)可^［5］，丹參的需求量越來越大，但由于采收加工與炮制方法參差不齊^［6］，導(dǎo)致丹參藥材、飲片等質(zhì)量差異很大^［7-10］。干燥是丹參采后加工的必要環(huán)節(jié)，不同的干燥加工方法對丹參中主要成分會產(chǎn)生不同的影響^［11-12］。有研究認(rèn)為丹參主要有效成分丹參酚酸是新鮮丹參采收后干燥脅迫誘導(dǎo)的產(chǎn)物^［13-14］，因此更好地開展丹參采后加工，對于提升丹參的質(zhì)量穩(wěn)定性至關(guān)重要^［15］。

丹參傳統(tǒng)的干燥方式主要是采后直接干燥，再經(jīng)水潤復(fù)軟后切制成飲片。近年來，越來越多的研究探討丹參趁鮮切制加工的可行性^［16-17］，2021年山東省將丹參列為可以在產(chǎn)地趁鮮切制加工的中藥材之一。研究顯示在產(chǎn)地鮮切具有更好的品質(zhì)，吳瑛等^［18］研究顯示丹參飲片采用鮮切法80 ℃烘干，丹參ⅡA和丹酚酸B含量比藥典法加工的含量高，且省時省力。趙志剛等^［19］研究顯示丹參趁鮮切制后性狀與傳統(tǒng)方法一致，有效成分含量也高于傳統(tǒng)方法。

目前對丹參趁鮮切制加工的相關(guān)研究主要集中在加工后產(chǎn)品形狀及化學(xué)成分變化方面，對水分變化的影響研究較少。本課題組前期對不同直徑、不同干燥溫度條件下的丹參干燥特性及動力學(xué)進(jìn)行了研究^［20］，但不同切制加工丹參干燥過程中的水分散失動力學(xué)相關(guān)研究尚未見報道，丹參趁鮮切制干燥過程的水分變化尚不明確。因此，本研究探討了不同切片方式對丹參干燥特性的影響，建立干燥動力學(xué)數(shù)學(xué)模型，以期為丹參干燥工藝的優(yōu)化和控制提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮丹參于2021年11月采自濟(jì)南市萊蕪區(qū)，經(jīng)山東中醫(yī)藥大學(xué)李佳教授鑒定為唇形科植物丹參Salvia miltiorrhiza Bunge.。丹參除去地上部分及泥土，選擇完整無機(jī)械傷、無病蟲害的樣品備用。

BAS124S萬分之一天平（賽多利斯科學(xué)儀器（北京）有限公司），GZX-9140 MBE數(shù)顯鼓風(fēng)干燥箱（上海博訊實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠）。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 丹參濕基含水率測定

采用分析天平測定質(zhì)量，將新鮮丹參稱重后置于105 ℃的烘箱中進(jìn)行干燥，直至重量不再變化為止，計算得到丹參初始的濕基含水率。

1.2.2 丹參的干燥

取粗細(xì)均勻（直徑5～7 mm）的丹參根，分別采用兩種切片方式：刀片垂直丹參根切圓片，刀片傾斜45°切斜片，切制為不同厚度的片（2、4、6 mm），電子天平準(zhǔn)確稱量，單層平鋪放入托盤，采用不同的干燥方式（晾干、曬干和熱風(fēng)干燥）對丹參進(jìn)行干燥試驗(yàn)，其中晾干即置于室內(nèi)陰涼處，在室溫（25 ℃）下自然晾干；曬干即置于室內(nèi)向陽的窗戶處，在室溫（28 ℃）下自然曬干；熱風(fēng)干燥于鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)進(jìn)行，設(shè)置溫度為40 ℃。在干燥過程中的不同時間點(diǎn)取樣稱重，分別研究不同切片方式、切片厚度及干燥方式對丹參水分散失的影響，當(dāng)前、后兩次取樣測得的質(zhì)量差小于0.1 g時，認(rèn)為干燥完成。每組試驗(yàn)重復(fù)3次，每個平行取丹參片樣品20片，取平均值作為結(jié)果。

1.3 實(shí)驗(yàn)指標(biāo)計算方法

1.3.1 干基含水率

丹參干燥曲線采用干基含水量隨干燥時間變化的曲線表示，不同干燥時間丹參的干基含水率按式（1）計算^［20］：

式中：M_t為t時刻樣品的干基含水率；m_t為試樣干燥至t時刻的總質(zhì)量，g；m_d為試樣用105 ℃烘箱恒重法干燥測定的干物料質(zhì)量，g。

1.3.2 水分比

在一定干燥條件下水分比（R_M）可用來表示物料還有多少水分未被干燥去除，可以反映物料干燥速率的快慢，計算公式見式（2）：

式中： M_e為平衡干基含水率；M₀為初始干基含水率。

平衡干基含水率M_e遠(yuǎn)小于M_t和M₀，可將（2）簡化成式（3）進(jìn)行計算：

1.3.3 干燥速率

干燥速率（U）按照Falade的方法^［21］計算，即：

式中：U_i為i時刻樣品的干燥速率，h^-1；M_i為i時刻的干基含水率。

2 結(jié)果與分析

2.1 丹參熱風(fēng)干燥特性

2.1.1 不同切片厚度對丹參干燥特性的影響

采用40 ℃熱風(fēng)干燥，考察不同切片方式和切片厚度對丹參干燥過程的干基含水率和干燥速率的影響，結(jié)果見圖1。丹參切片為圓片和45°斜片時，2、4、6 mm切片厚度的丹參干基含水率均隨干燥時間的增加而降低，2 mm切片厚度的丹參干基含水率下降最快，6 mm切片厚度的丹參干基含水率下降最慢，4 mm與6 mm丹參的干基含水率隨時間變化的曲線較為相近，即干基含水率下降速率相近，與2 mm切片的丹參有著顯著的差異。斜切丹參的干燥速率比圓切丹參的干燥速率快，且無論是圓切還是45°斜切，4 mm與6 mm切片厚度的丹參干燥速率隨干基含水率變化的曲線較為相近，與2 mm切片的丹參差異較明顯。不同切片方式的丹參在干燥過程前期均有短暫的升速階段，其后均為降速階段，沒有明顯的恒速階段，因此內(nèi)部水分?jǐn)U散是丹參切片干燥主要的影響因素。

2.1.2 不同干燥方式對丹參干燥特性的影響

丹參切片為4 mm圓片時，比較研究不同干燥方式對丹參切片的干基含水率和干燥速率的影響，結(jié)果如圖2所示。晾干過程中干基含水率隨時間延長下降最慢，曬干與40 ℃熱風(fēng)干燥中干基含水率隨時間變化的曲線較為重合，即干基含水率變化趨勢一致。比較干基含水率與干燥速率的關(guān)系時，三種干燥方式中，干燥速率均隨著干基含水率的降低而降低。在干基含水率由1下降為0的階段，40 ℃熱風(fēng)干燥與曬干的丹參曲線較為重合，即變化速率相似，在干燥前期，40 ℃熱風(fēng)干燥速率最快，晾干干燥速率最慢。

2.2 丹參干燥動力學(xué)數(shù)學(xué)模型

2.2.1 干燥模型的選擇

物料薄層干燥常見的數(shù)學(xué)模型如表1所示。

在40 ℃熱風(fēng)干燥方式下，不同切片方式干燥模型的常數(shù)及其擬合檢驗(yàn)指標(biāo)R²、χ² 和均方根誤差（root mean squard error，δ_RMSE）如表2所示（詳見OSID科學(xué)數(shù)據(jù)與內(nèi)容附表1），采用 4 mm圓片的切片方式，不同干燥方式下的干燥模型結(jié)果如表3所示。

2.2.2 Page干燥模型的確定

通過表3可知，Two-term Model模型的R²最大，χ²與δ_RMSE最小，是描述丹參干燥過程最符合的模型，但是其參數(shù)較多，表達(dá)式復(fù)雜，因此選擇參數(shù)較少，R²平均數(shù)值僅次于Two-term Model模型的Page模型描述丹參的干燥過程。由表3可知，Page模型參數(shù)k，n值隨著丹參切片厚度（h）與環(huán)境溫度（晾干25 ℃、曬干28 ℃、熱風(fēng)干燥40 ℃）變化，為了解熱風(fēng)干燥溫度和厚度對Page模型參數(shù)k、n的影響，分別對模型中待定的k、n與干燥溫度（T）和厚度（h）進(jìn)行一元非線性回歸擬合，方程如下。

熱風(fēng)干燥溫度為40 ℃，切片方式為圓片時：

k=-0.142h+1.149 （R²=0.912），

n=0.004h+0.79 （R²=0.984）。

熱風(fēng)干燥溫度為40 ℃，切片方式為斜片時：

k=-0.172h+1.531 （R²=0.959），

n=-0.135h+ 1.255 （R²=0.836）。

不同干燥方式下：

k=0.024T－0.466 （R²=0.785），

n=-0.014T+1.359 （R²=0.857）。

2.2.3 Page干燥動力學(xué)模型的驗(yàn)證

分別計算不同干燥條件下丹參干燥水分比R_M值的Page模型預(yù)測值，將其和R_M值的實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行比較，采用40 ℃熱風(fēng)干燥，不同切片方式的結(jié)果如圖3（a）、3（b）所示，切片厚度為4 mm時，不同干燥方式結(jié)果如圖3（c）所示。無論是圓片還是斜片，不同厚度下丹參干燥水分比的Page模型實(shí)驗(yàn)值和預(yù)測值均較吻合，不同干燥方式下丹參干燥水分比的Page模型實(shí)驗(yàn)值與預(yù)測值也較吻合，預(yù)測值與實(shí)驗(yàn)值的曲線重疊，可見Page模型可以較好地描述丹參干燥失水過程。

3 討論

當(dāng)前中藥材的加工逐步從分散、粗放的傳統(tǒng)模式轉(zhuǎn)變?yōu)榧小⒁?guī)范的現(xiàn)代化規(guī)模生產(chǎn)模式，丹參等根類藥材采收后水分含量較高，質(zhì)地堅硬，不易干燥軟化，如不能較好地干燥加工將嚴(yán)重影響藥材質(zhì)量，因此適宜的采后現(xiàn)代加工技術(shù)就顯得尤為重要。目前關(guān)于丹參趁鮮切制的相關(guān)研究報道主要是以化學(xué)成分結(jié)合性狀差異為評價指標(biāo)，也有研究建立了工藝參數(shù)-有效成分-指紋圖譜三位一體的質(zhì)量評價體系，通過總灰分、酸不溶性灰分、水溶性浸出物、醇溶性浸出物、有效成分含量等多指標(biāo)的測定，比較研究了不同趁鮮加工和傳統(tǒng)加工的丹參質(zhì)量^［18-19］，相關(guān)研究為丹參趁鮮切制生產(chǎn)提供了科學(xué)依據(jù)和理論基礎(chǔ)。

趁鮮切制加工中的水分變化規(guī)律也是影響藥材品質(zhì)的重要因素，因此本研究分析了不同切片方式丹參的干燥特性，建立了不同干燥方式丹參失水動力學(xué)的Page模型，為丹參干燥過程中的變化研究提供了補(bǔ)充。Page模型被多項研究證實(shí)適合用于描述山茱萸、生姜等多種中藥的干燥擬合過程^［22-23］，其表述簡單，結(jié)果可靠，本研究為丹參的現(xiàn)代干燥研究提供了理論依據(jù)。

4 結(jié)論

分別采用現(xiàn)代常用的熱風(fēng)干燥與傳統(tǒng)常溫晾曬干燥，比較研究了不同切片方式丹參的干燥特性。結(jié)果顯示丹參干燥主要是內(nèi)部水分?jǐn)U散控制的降速干燥過程，無恒速干燥階段。無論是圓切還是45°斜切，干燥速率隨著干基含水率的降低而降低；切片厚度越大，干燥速率越低；干燥時間越長，溫度越高，干燥速率越大。Page模型為丹參干燥擬合最好的模型，R²較大，χ²與δ_RMSE均最小，模型預(yù)測值與實(shí)驗(yàn)值吻合性較好，能較好地描述不同切片方式下丹參的干燥過程。

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