学术咨询服务正当时学报期刊咨询网是专业的学术咨询服务平台！
发布时间：2020-03-06 18:08所属平台：学报论文发表咨询网浏览： 次
摘要:为优化桔梗切片的远红外干燥工艺，以干燥温度、切片厚度和辐照高度为试验因素，将平均干燥速率、复水比和色差值作为试验指标，利用响应曲面法研究试验因素对桔梗远红外干燥工艺的影响，建立二次多项式回归模型进行干燥工艺优化。结果表明:最优参数为干
摘要:为优化桔梗切片的远红外干燥工艺，以干燥温度、切片厚度和辐照高度为试验因素，将平均干燥速率、复水比和色差值作为试验指标，利用响应曲面法研究试验因素对桔梗远红外干燥工艺的影响，建立二次多项式回归模型进行干燥工艺优化。结果表明:最优参数为干燥温度60℃、切片厚度3mm、辐照高度240mm，此时对应的目标参数分别为平均干燥速率0.718%/min、复水比7.537、色差值9.286。
关键词:响应面法;干燥温度;切片厚度;辐照高度;工艺优化
桔梗又称“白药”，是多年生草本植物的一种，茎高为20~120cm，呈顺直长条形、坚实、少岔根，去皮后色泽白皙，粉性较好，味甘苦。桔梗在甘肃陇南成县有很大的种植面积，与其他食用中草药相似，既有很好的药用价值，也有很好的食用价值。现代研究表明，桔梗中含有桔梗皂苷、氨基酸和亚油酸等成分，不仅具有护肝、降血脂、宣肺、利咽的作用，还能够改善胰岛素的抵抗作用[1]。
但桔梗含水量高，容易发生变质、腐败，干燥是中药材加工工业中常见的处理方式，可使物料内部的水分活度降低，还能减少有效成分的损失。桔梗作为药食同源药材，国内外学者对其药学特性方面研究较多，对桔梗干燥技术和干燥方法方面的探讨相对较少。郑娅等[2]发现干燥对中草药品质的影响因素主要有干燥速度、空气温度等。赵祥升等[3]研究了不同加工方法对桔梗多糖含量的影响，结果表明及时切片烘干可保证桔梗根中多糖含量。黄力[4]考察了不同干燥方法对桔梗中桔梗皂苷D含量的影响，结果表明80℃烘干更容易保留桔梗中桔梗皂苷D。
李娴[5]以桔梗的出干率、总皂苷与水溶性浸出物的含量为试验指标，比较了微波干燥和晒干两种干燥工艺，结果表明微波干燥所得的桔梗饮片其桔梗总皂苷的含量明显高于晒干法。远红外辐射干燥通过物料吸收远红外线产生热量，内部水分迁移从而达到干燥的目的，具有干燥均匀、能耗低和干燥产品质量好等优点。目前已经将远红外技术应用于农产品干燥中，但在中药材加工中鲜有报道。本研究以干燥温度、切片厚度和辐照高度为试验因素进行桔梗切片的远红外干燥试验，建立二次回归数学模型，并利用DesignExpert8.0.5软件进行函数优化，确定桔梗切片远红外干燥工艺的最佳参数组合，为桔梗的加工提供理论及技术支持。
1试验材料与方法
1.1试验材料
本试验采用的鲜桔梗产自于甘肃陇南成县，挑选个头粗直、肉质厚实、品质上乘的优质桔梗作为原材料。
1.2试验设备
(1)YHG￣300￣S型远红外快速恒温干燥箱，额定功率1.6kW，工作电压220V;(2)远红外发生器:板式碳化硅，上海博泰实验设备有限公司生产;(3)YQ101￣0A型数显电热鼓风干燥箱，额定功率1300W，电源220V/50Hz)，北京宇勤腾达制药设备有限公司生产;(4)AUW220D型电子天平，日本岛津公司生产;(5)色差仪，日本柯尼卡美能达公司生产;(6)自制切片机。1.3试验方法干燥前，将干燥设备调整到预设参数进行预热。将桔梗洗净后切成厚度为3mm的圆形薄片，每组物料的质量范围为100~110g。将物料清洗后晾干表面的水分，然后将切片平铺在远红外干燥箱的筛网上，关闭箱门进行干燥试验。干燥前期每隔15min测定样品的质量，后期每隔30min测定样品的质量，直至含水率降至8%以下结束试验。
2试验结果与分析
2.1试验设计
在前期单因素试验的基础上，基于干燥动力学的评价指标，选取适宜的因素水平，以干燥温度、切片厚度、辐照高度为试验因素，以平均干燥速率、复水比和色差值为试验指标进行响应面设计试验，用X1表示干燥温度，X2表示切片厚度，X3表示辐照高度，并对不同的评价指标进行分析试验，Y1表示复水比，Y2表示平均干燥速率，Y3表示色差值。
2.2干燥工艺优化
2.2.1响应面试验
干燥温度(X1)、切片厚度(X2)、辐照厚度(X3)对桔梗切片远红外干燥工艺影响的Box￣Benhnken中心组合试验数据。
2.2.2模型建立及显著性检验通过对表2试验数据的二次多项回归拟合，获得复水比(Y1)、平均干燥速率(Y2)和色差值(Y3)的回归方程分别为:Y1=200.206-6.545X1+5.353X2+0.155X3-0.001X1X2-0.003X1X3-0.016X2X3+0.050X21-0.434X22-0.002X23(1)Y2=7.657X1+1.098X2-0.035X3-0.002X1X2+0.004X1X3-0.003X2X3+0.004X21-0.143X22+0.001X23(2)Y3=-128.958+2.991X1+4.766X2+0.364X3-0.019X1X2-0.003X1X3-0.018X2X3-0.016X21-0.212X22-0.002X23(3)为桔梗切片远红外干燥工艺回归方程的方差分析。
可以看出，复水比和平均干燥速率二元回归模型的P值小于0.05，说明这两个模型达到了显著水平。X21对复水比的影响极显著，各因素对复水比的影响大小依次为:辐照高度>切片厚度>干燥温度。辐照高度与干燥温度、切片厚度的交互效应对平均干燥速率的影响极显著，各因素对平均干燥速率影响的大小依次为:切片厚度>辐照高度>干燥温度。干燥温度与辐照高度交互作用对色差值的线性效应影响显著，各因素对平均干燥速率的影响大小依次为:干燥温度>辐照高度>切片厚度。
2.2.3干燥温度、切片厚度和辐照高度的交互作用
复水比的值为3.001~7.537，而试验的最优结果是取最大值。随着干燥温度和切片厚度的增加，复水比的曲面变化呈现先升高后平缓再升高的趋势。这是因为干燥温度增加，桔梗切片表面的自由水逐渐蒸发，切片表面出现局部硬化，但切片厚度在适当范围时细胞量减小，复水量增加[6]。干燥温度在某一特定值时，辐射高度对复水比的影响不大;在一定切片厚度条件下曲面变化较平缓，说明辐射高度对复水比的影响不大。不同干燥参数对桔梗平均干燥速率交互影响的响应曲面。
桔梗的平均干燥速率为0.129~0.718%/min。随着干燥温度的逐渐上升，桔梗表面水分的蒸发量增加，导致细胞表面受损面积增大，造成平均干燥速率下降;切片较薄时，水分迁移通道缩短，表面阻力增加，平均干燥速率减小。同时可见，随着切片厚度的增加，曲面呈现先上升再下降的过程，说明切片厚度对平均干燥速率影响较大。在保证干燥速率的条件下，应选择适宜的干燥温度。快速升高，桔梗切片内部结构发生紊乱，细胞产生不可逆变化，切片表面损伤严重，造成色差值增加。随着干燥温度和辐照高度的增加，桔梗表面色差值也相应增加[7]，随着切片厚度和辐照高度的增加，色差值呈现出一定的变化规律，切片厚度越薄、辐射高度越低，色差值越大。
2.2.4桔梗切片远红外干燥工艺优化
采用DesignExport软件进行优化分析，通过对不同3个二元回归方程进行联立求解，最终确定最优工艺参数的理论值分别为:干燥温度60℃、切片厚度3.12mm、辐照高度240.99mm，此时对应的目标参数分别为:平均干燥速率0.718%/min、复水比7.537、色差值9.286，因此进行工艺验证时的最优参数为:干燥温度60℃、切片厚度3mm、辐照高度240mm。
2.2.5验证试验
根据响应面优化设计最优参数的理论值，共进行三组工艺验证试验，从验证试验中得到桔梗干制品的复水比为7.352，平均干燥速率的平均值为0.7003%/min，色差值的平均值为9.092。与理论值进行对比，其误差值分别为2.4%、2.5%、2.1%，误差值在最大允许的范围内，试验真实有效，反映出在最优工艺参数下的响应面设计准确，能够与建立的模型试验数据进行匹配，最优工艺参数具有一定的参考价值。
3结论
(1)根据响应面中心组合设计理论进行桔梗切片的远红外干燥试验，建立了各项指标与试验因素的二次多项式模型。经验证，模型回归显著，可以较好地描述桔梗切片的干燥过程。(2)利用DesignExpert8.0.5软件对响应面结果进行求解，确定最优工艺参数的理论值分别为:干燥温度60℃、切片厚度3.12mm、辐照高度为240.99mm，此时对应的目标参数分别为:平均干燥速率0.718%/min、复水比7.537、色差值9.286，工艺验证时的最优参数为:干燥温度60℃，切片厚度3mm，辐照高度240mm。
参考文献:
[1]陈宝.桔梗和龙胆化学成分研究[D].长春:吉林农业大学，2018.
[2]郑娅，颉敏华，张芳，等.干燥技术在中药材产地初加工中的应用[J].甘肃农业科技，2017(3):71-74.
[3]赵祥升，赵禹凯，师凤华，等.不同加工方法对桔梗根中多糖含量的影响[J].中国现代应用药学，2010，27(11):983-986.
农艺师评职投稿知识：农业方面的学报有哪些
《浙江农林大学学报》(原《浙江林学院学报》)是浙江农林大学主办的学术期刊，创刊于1984年。双月刊，国内外发行。ISSN2095-0756，CN33-1370/S。主要刊登农学、林学、植物保护学、园艺学、园林学、动物学、生态学、农业工程、生物技术、水土保持学、土壤学等学科的学术论文与研究简报。
转载请注明来源。原文地址：http://www.xuebaoqk.com/xblw/5083.html
《响应面法优化桔梗切片远红外干燥工艺》学报期刊咨询网
专业提供学报论文发表咨询平台
学术咨询正当时
