博落回叶片烘干工艺试验研究.docx
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博落回叶片烘干工艺试验研究
目录
摘要：
1
关键词：
1
1前言1
1.1博落回的物理形态2
1.2博落回生长环境2
1.3博落回叶的功能成分利用3
1.4新鲜博落回叶的采收与处理3
2国内外烘干设备及干燥工艺的研究现状3
2.1自然干燥4
2.2喷雾干燥4
2.3强力粉碎干燥4
2.4微波加热干燥4
2.5滚筒式干燥机5
2.6带式干燥机5
2.7振动流化床干燥机5
2.8远红外线干燥6
2.9气流式干燥机6
2.10物料干燥工艺研究现状6
3博落回叶片干燥理论研究意义7
4博落回叶烘干工艺试验7
4.1试验目的7
4.2试验原理8
4.2.1干燥特性曲线8
4.2.2干燥速率曲线8
4.2.3临界含水率Xc9
4.3干燥特性曲线的测定9
4.3.1试验目的9
4.3.2试验材料9
4.3.3试验设备10
4.3.4试验步骤10
4.3.5结果分析10
4.4叶片不同部分干燥速率曲线的测定试验13
4.4.1试验目的13
4.4.2试验材料的处理13
4.4.3试验设备13
4.4.4试验步骤13
4.4.5试验结果分析14
4.5叶片临界含水率的测定19
4.5.1试验目的19
4.5.2试验材料的处理19
4.5.3试验设备19
4.5.4试验步骤19
4.5.5试验结果分析19
5总结21
参考文献22
附表24
博落回叶片烘干工艺试验研究
摘要：
分别选取新鲜博落回叶片中带较粗的叶梗的部分，取叶片的中心部位；叶片中不带较粗的叶梗的部分，取叶片的边缘部位；将长5厘米，宽5厘米的叶片剪切成25份，每份取一平方厘米；通过试验测出博落回叶片不同部位的干燥速度曲线、干燥特性曲线，通过这些特性获得试制MST旋风式烘干机的参数；并通过反复多次的进行博落回叶片的烘干试验研究分析，获得最优的干燥风速，干燥温度。
关键词：
博落回叶片；烘干工艺；干燥速度曲线；干燥特性曲线
TheExperimentalTestOfDryProcessTheoriesForMacleayaCordata’sBlade
S
Abstract：
Selectedthebladeoffreshmacleayacordatawiththepartofcoarserleaf-stem，Selectthecenterofthebladewhichdon'tbringarelativelycoarseleafstalks，Takeingtheedgeofthebladepos-ition.Willbe5cmlongand5cmwideleavescutinto25portions,eachtakeasquarecentimeter,Throughtheexperimenttomeasurethedifferentpartsofmacleayacorda-tacordata’sbladetogetthedryingratec-urveandthedryingcharacteristiccurve，ThroughthesefeatureshavetrialproducedtheMSTtheparame-tersofthecyclonedryers，Andthroughrepe-atedmanytimestofallbackintothedryingexperimentst-udyoftheblade，Toobtaintheop-timaldryingwindspeed,dryingtemperature.
Keyword：
Macleayacordata’sblade；Dryingprocess;Thedryingratecurve；Thedryingcharacteristiccurve
1前言
1.1博落回的物理形态
博落回Macleayacordata（Willd）R.B[Bocconiacordata]系罂粟科博落回属多植物，分布于我国陕西、贵州、云南等大部分省区,为我国广泛野生植物。
博落回是我国传统的中草药,有很强的药理活性,因产地不同,异名也多,如勃勒回、号筒杆、三钱三等约20多种。
其同源植物有小果博落回Macleayamicro
图1博落回叶片
Fig.1Macleayacordata’sblade
-carpa（Maxim.）Fedde,也作博落回入药。
使用博落回治疗疥癣、疔毒及杀虫灭蛆等在我国有悠久的历史。
最早记载博落回的本草文献为《本草拾遗》:
“博落回,生江南山谷,茎叶如蓖麻，茎中空,吹作声如博落回,折之有黄汁,药人立死,不可入口也”现辞书统一命名为博落回。
博落回高1-4m。
具乳黄色浆计，根茎粗大，橙红色。
茎绿色或红紫色，中空，粗达1.5cm，上部多分枝，无毛。
单叶互生；具叶柄，长1-12cm。
叶片宽卵形或近圆形，长5-27cm，宽5-25，上面绿色，无毛，下面具易落的细绒毛，多白粉，基出脉通常5,边缘波状或波状牙齿。
1.2博落回生长环境
大量研究表明,博落回具有较强的生态适应性,不仅能在高温、低温、干旱等恶劣的环境中生存,而且具有喜钙、旱生、岩生性、萌生小苗能力强等特点,能快速提高植被覆盖度,保持水土,是喀斯特地貌石漠化治理的理想资源植物，种子适宜的发芽温度为15～30℃，植株适宜的生长温度为22～28℃。
博落回野生于山坡及草丛中,喜温暖、湿润的环境,喜肥、怕涝,有较强的耐旱力和抗寒力,对土壤要求不严,在多种质地类型土壤及pH在4.86～8.50范围内的土壤上均能生长,其中在pH中性以上,通透性好,土层深厚,杂草稀少,光照充足的肥沃土壤为宜。
1.3博落回叶的功能成分利用
博落回叶片的主要化学成分为生物碱，从中分得血根碱（Sanguinarine），白屈菜红碱（chelerythrine），原阿片碱（protopine），α-别隐品碱（α-Allocryptopine）及β-别隐品碱（β-Allocrytopine）[1]。
现代研究表明，从博落回叶片中提取的生物碱具有较强的杀菌、抑菌活性，同时具有较好的消炎和抗心律失常作用；临床上的药用范围比较宽，可治疗滴虫性发炎、小儿肺炎、急性扁桃体炎、支气管肺炎、耳下腺炎、急性阑尾炎等病症；血根碱系为中华人民共和国农业部公告第318号中公布的饲料添加剂品种；博落回注射液系为农业部《兽药质量标准》二00三版收载的兽药品种，目前国内有数百家兽药厂在使用该品种；另外化学农药对人及环境的危害促使农药行业向新型的环境友好型农药开发方向转变，植物源农药的开发就是方向之一。
但是，植物源性产品，特别是植物提取物由于本身的特点所限，开发植物农药不是很成功，博落回叶片提取的生物碱是植物提取物开发成为植物农药的少数成功产品之一。
在药品和口腔护理用品领域，博落回中的血根碱和白屈菜红碱的应用也在日益扩大。
另外，博落回中的α-别隐品碱有很强的抗癌生理活性，目前处于研发阶段。
博落回总生物碱及其衍生产品有着极为广阔的开发应用空间。
新鲜博落回叶片的各个部分含水量不同，探究博落回叶片不同部位的含水率对于研制相关的烘干设备具有重要意义[2]。
1.4新鲜博落回叶的采收与处理
据调研考察了解到目前博落回叶片的采集与处理现有方法是人工采收后利用太阳暴晒风干；一般处理过程为：
采收—分散干燥—终端处理。
而新鲜的博落回叶片含水率比较高，如遇天气等原因。
无法降到安全的贮藏含水率，将会导致霉变、腐烂等，其叶片的药用价值流失严重，使博落回叶片的使用价值下降，使生产者的经济收入带来了很大的影响，严重制约博落回叶片制药产业的发展[3]。
但是当前国内外现有的烘干设备并没有专用的博落回叶片烘干设备；因此研究博落回叶片的烘干工艺，为下一步博落回烘干专用设备的研制与开发具有重要的指导参考作用意义。
2国内外烘干设备及干燥工艺的研究现状
随着人类的不断进步，干燥技术才发展到了现在的理论技术研究阶段，对于中草药的干燥理论及工艺研究对于促进中草药事业的长远发展和农民收入的提高都有着重要的意义[3]。
随着我国农业的逐步发展，物料的干燥处理方法也越来越多。
其中有自然干燥、喷雾干燥、强力粉粹干燥、微波加热干燥、滚筒式干燥、带式干燥、气流式干燥等新型干燥方法，这些方法已经在农产品加工领域得到广泛的使用。
2.1自然干燥
自然干燥是一种最传统的干燥方法，它是经过自然界空气流动和太阳辐射的原理使水分从物料中气化而实现物料的非机械化干燥。
它不需要人工加热、干燥介质的排出以及干燥专用设备，其干燥原理与热风干燥相同，但是它的干燥时间比较长，干燥程度难以控制，在干燥过程中需要消耗很多有机物质，同时物料的活性酶不能迅速的控制。
但是由于自然干燥的温度一般比较低，所以对热敏物质的保存效果较好[4]。
2.2喷雾干燥
离心式喷雾干燥是液体成形工艺和干燥工业中最广泛应用的工艺。
最适用从溶液、乳液、悬乳液和糊状液体原料中生产粉状、颗粒状固体产品。
工作原理是空气经过过滤和加热，进入干燥器顶部热风分配器，而后呈螺旋状均匀地进入干燥室。
料液经塔体顶部的高速离心雾化器，（旋转）喷雾成极细微的雾状液珠，与热空气并流接触，在极短的时间内干燥为成品，成品由干燥塔底部和旋风分离器连续输出，废气由风机排空。
其特点是干燥速度快，料液经雾化后，表面积大大增加，在与热风接触过程中，瞬间就可蒸发95%-98%的水分，干燥时间0.5~2秒钟；产品具有良好的均匀度、流动性和溶解性，纯度高，质量好；生产过程简化，操作控制方便。
可控制产品粒径、松密度、水分含量；设备的价格很高，除非很好的操作，否则热效率不高。
产品在干燥室内沉积容易导致火灾。
应用范围是食品、陶瓷、药品、化工，果蔬等[5]。
2.3强力粉碎干燥
强力粉粹干燥机包括QGS型强力粉碎干燥机、旋转闪蒸干燥机，超细粉干燥机。
这一类干燥机主要是高速的旋转粉碎被干燥的物料，然后利用旋转气流与物料间产生很大的相对运动，具有很高的干燥效率。
主要适用于滤饼状、膏黏状、滤饼状、团块状，热敏性粉粒状的物料。
其优点主要是集干燥与粉碎与一体。
占地面积小，对能源利用率较高。
拿QGS强力粉碎烘干机来说，脱除1kg水所消耗的热能至少比一般设备节约200kcal（1kcal=4.184kJ），但没有提及其对叶片状物料的干燥是否好用[6]。
2.4微波加热干燥
微波干燥亦称为高频（300~300000兆赫兹）介质（加热干燥，他利用在交变电场中物质分子定向排列的迅速变化，引起分子间的摩擦而产生热量的原理。
这是深入到物料内部的加热方式，而不是一般的传导加热。
主要用于食品、化工、
品等的烘干。
其特点是干燥速度快、干燥效率高（电能转化为热能的过程热效率为60~70%），在减速干燥过程中，普通热空气很难干燥物料中的水分时，残留的水分用微波干燥的方法除去。
但是微波设备成本较高，纯粹用微波干燥成本也很高，而且容易发生微波泄漏危害人体[7]。
2.5滚筒式干燥机
滚筒式干燥机是一种以传导传热方式使物料加热、水分汽化的干燥器。
主要部件是一个外表面经过加工的金属空心圆筒，被传动装置带动，转速通常为4~10r/min。
其优点实热效率较高（70%~80%）尾气不带走物料。
其缺点是连续作业能力差。
其应用范围是食品，药材，农产品等[8]。
2.6带式干燥机
带式干燥机包括单级带式干燥机，多级带式干燥机（单级带式串联），冲击式带式干燥机。
带式干燥机是大批生产用的连续式干燥设备，具有干燥速率高、蒸发强度高、产品质量好等优点。
带式干燥机在工业上的应用极广，主要用于干燥小块的物料及纤维质物料,其应用多用于透气性好、片状、条状、颗粒状物料的干燥、尤其适用于蔬菜、中药饮片等含水率高、热敏性的物料[9]。
总之，用带式干燥机干燥的物料必须有一定的形状，而且干燥后仍然保持一定的形状。
其工作原理是物料均与的铺在网带上，网带采用12~60目不锈钢丝网，由传动装置拖动在带式干燥机内移动。
带式干燥机有若干单元组成，每一单元有热风独立循环，部分尾气有专门的排湿风机排出，热气由上往下（或由下往上）穿过铺在网带上的物料，加热干燥并带走水分。
其特点结构简单，能够连续运行，但被干燥物料处于相对静止状态。
2.7振动流化床干燥机
振动流化床干燥机又称沸腾床干燥机：
流化干燥介质使固体物料在流化状态下进行干燥的过程。
其工作过程是在振动力和风力作用下，被干燥物料呈现流态化沿着床面向前运动，热风与物料充分接触完成传热传质过程。
其特点是物料受热均匀，热交换充分，干燥强度高，可连续操作，投资费用较低。
其缺点是对颗粒直径有要求，一般要求不小于30微米，不大于4厘米，物料停留时间不均匀，有可能未经干燥的物料随着产品一起排出[10]。
2.8远红外线干燥
用电能产生远红外线，会产生从表面向内部吸收渗透的效果，讲物料直接干燥的过程。
一般物质分子运动的固有振动频率在远红外线的频率范围之内。
当被加热物料分子的固有频率与射入该物料的远红外线的频率一致时，产生强烈的共振现象，使物料的分子运动加剧，因而物料内、外的温度均匀迅速地上升，也就是说；物料内部分子吸收了远红外线辐射能量直接转变为热量，从而实现节能、高效，干燥效果好，（因物料内、外升温均匀）的目的。
其优点是干燥速率较高。
干燥时间可调。
其缺点是干燥设备体积大，能耗高。
适用范围是食品、化工、冶金，制药，建材等[11]。
2.9气流式干燥机
气流式干燥机包括旋转气流式干燥机和脉冲气流干燥机（采用脉冲气流管作为强化换热设备）。
气流干燥也称“瞬间干燥”，是固体流态化中稀相输送在干燥方面的应用。
气流式干燥机包括旋转气流式干燥机和脉冲气流干燥机（采用脉冲气流管作为强化换热设备）[12]。
气流干燥也称“瞬间干燥”，是固体流态化中稀相输送在干燥方面的应用。
其特点气流干燥时间短，装置结构简单，干燥处理能力大，干燥温度均匀可调节，适合热敏性低熔点的物料，自动化程度高等特点。
旋风式干燥机工作原理：
高速飞旋的风机叶轮，能把湿的、甚至结块的物料解碎，直至分散，同时搅拌混合，然后物料和热气流平行地流动，如果处理量大或者成品要求干制15%以下是，可采用MST旋风二级干燥[13]。
根据全草类中药材的结构特点，采用这种干燥较为合理。
2.10物料干燥工艺研究现状
目前自然绿色药物的浪潮正在席卷全球、植物类药材在消费者心目中的地位不断的提升；世界各国对中草药的使用法律法规限制上有所松动，甚至开放。
从全球范围来看，中草药产品的年销售额已达到400亿美元而且以每年10%以上的速度增长。
我们有雄厚的中医药理论和丰富的临床用药经验，但我们的中药在国际天然药物市场中仅占3%--5%的份额。
每年还要耗资近亿美元进口洋中药；从产业政策上来讲，国家将大力扶持中药产业的发展，到2020年我国中药在国际中草药的市场的占有率要从目前的不到10%提高到25%。
由此可见提高中药的质量是实现中药现代化的迫切需要。
中药的质量涉及一系列的环节（土壤、种质、炮制、干燥、储存、制剂过程等）每个环节都是息息相关的。
建立起中药材质量控制体系十分的重要。
而中药材的干燥对药材类有用成分的保护十分的关键。
同时可以在节约能源的前提下提高干燥效率。
蔬菜、水果、鱼类、中草药和种子是我国干燥领域研究的比较多的几种农产品。
获得线管的干燥工艺参数和可靠地特性曲线是进行物料干燥研究的主要目的[14]。
随着经济的不断发展，我国各种类物料产品干燥事业从初期的零起步到逐步发展成熟的过程中经历了很多曲折的阶段。
为了各种类物料的干燥事业的发展，我国的广大科研、教学推广、使用人员为此做出了伟大的贡献，并且也取得了较大的成功。
3博落回叶片干燥理论研究意义
中国目前年病虫害防治面积达31亿亩每年需商品农药200多万吨，随着我国农业大力提倡生物质农药，这就为生物质农药留下了巨大的市场空间。
从目前的技术数据看，博落回植物源农药是现有生物农药中的最理想品种，它不仅高效、无毒、无污染。
博落回每年的鲜草使用量在十万吨以上，目前工厂的博落回鲜草干燥主要是阴干、晒干，但这种干燥方式效率十分低下。
当前国内外对于烟草，茶叶，棉籽[15]等的烘干机构的研究趋于成熟，一系列的机型也已经广泛应用于生产实践当中；但是关于博落回叶片等一些流动性差的物料的烘干设备的研究还基本处于空白的状态，随着博落回叶片药用价值日益被人们所重视，对于博落回叶片烘干设备的设计成为生产的需要而日益受到重视，本研究的目的就是通过试验测出博落回叶片的干燥速度曲线、干燥特性曲线，通过这些特性获得试制MST旋风式烘干机的参数；并通过反复多次的进行博落回的烘干试验，获得最优的干燥风速，干燥温度来为博落回叶片烘干设备的设计提供理论数据。
4博落回叶烘干工艺试验
4.1试验目的
目前对于博落回叶片烘干设备设计急需解决的关键技术在于对博落回叶片的干燥速度曲线，干燥特性曲线，以及博落回叶片临界含水量三项技术指标的测定与分析。
对于博落回叶片干燥工艺理论研究主要是通过对不同组别的新鲜博落回叶片做干燥试验来研究其干燥速度曲线和干燥特性曲线以及博落回叶片的干燥临界含水量三项技术指标来为博落回烘干设备的设计提供原始参数，从而确定设备的风机功率，热源功率，干燥时间；另外对烘干前博落回的形态尺寸进行不同的处理来寻求最佳的尺寸形态烘干效果以及最佳的烘干工艺流程。
为了得到博落回叶片的烘干工艺的相关基础参数，为设计博落回叶片烘干机构的设计提供理论依据。
目前尚须解决的关键技术问题：
（1）为了计算博落回叶片的干燥量为设计烘干设备的结构提供理论数据，需要测定博落回叶片的干燥速率曲线。
（2）为了探究得到博落回叶片烘干前的最佳处理方法，需要测定不同部位形态、尺寸的博落回叶片干燥特性曲线。
（3）为了探究博落回叶片的最佳烘干工艺，需要测定其临界含水率。
4.2试验原理
4.2.1干燥特性曲线
干燥特性曲线即物料的自由含水量X与干燥时间τ的关系曲线，它反映了物料在干燥过程中，自由含水量随干燥时间变化的关系[16]。
物料干燥曲线的具体形状因物料性质及干燥条件而有所不同，其基本变化趋势如图2（a）所示。
干燥曲线中BC段为直线，随后的一段CD为曲线，直线和曲线的交接点为临界点C，临界点C时物料的含水量称为临界含水量，用Ac表示。
图2恒定空气条件下的干燥曲线
Fig.2Undertheconditionofconstantairdryingcurve
4.2.2干燥速率曲线
干燥速率曲线是干燥速率XA与物料的自由含水量Ac的关系曲线[17]。
如图2（b）所示。
因为干燥速率不仅取决于空气的性质和操作条件，而且还与物料的结构及所含水分的性质有关，所以干燥速率曲线只能通过试验测得。
从图2（b）的干燥速率曲线可以非常明显地看出，物料干燥基本可分为两个阶段BC段，即等速干燥阶段及降速干燥阶段CE段。
干燥速率是指单位时间内从被干燥物料的单位汽化面积上所汽化的水分量，用微分式表示，即为：
NA=
（1）
式中：
NA：
干燥速率,kg/m2·s；
A：
被干燥物料的汽化面积,m2；
dt：
干燥进行时间,s；
dW：
在dt时间内从被干燥物料中汽化的水份量,kg。
试验可按下式作近似计算
NA=
（2）
式中：
△t：
干燥进行时间,s；
△W：
在△t时间内从被干燥物料中汽化的水份量,kg。
从
（2）式可以看出，干燥速率NA为Δt区间内的平均干燥速率，故其所对应的物料
含水量X为某一干燥速率下的物料平均含水量X平。
X平=
（3）
式中：
X平：
某一干燥速率下，湿物料的平均含水量，kg水/kg绝干物料；
Gi,Gi+1：
分别为Δτ时间间隔内开始和终了时湿物料的量,kg；
GC：
湿物料中绝干物料的量,kg。
由X平-t、NA-X平作图可分别得到干燥特性曲线和干燥速率曲线[18]。
4.2.3临界含水率Xc
此处省略 NNNNNNNNNNNN字。
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该论文已经通过答辩
图5速度含水率曲线
Fig.5Speedcurveofthemoisturecontent
由表5分析可知在干燥时间开始到干燥时间为90s时，干燥速率一直处于上升阶段，在这一阶段温度处于迅速上升阶段，干燥速率上升迅速，在90s左右达到最大值为5.028N/[kg/（h·㎡）]；在干燥时间在90s～120s段时干燥数率保持在最大值5.028N/[kg/（h·㎡）]左右，这一阶段物料表面的自由水迅速蒸发，干燥速率基本保持不变；在时间段120s～300s，物料表面的自由水干燥结束，结合水难以蒸发，故干燥速率迅速下降，下降到0.502N/[kg/（h·㎡）左右；之后干燥阶段处于结合水的干燥阶段，干燥速率随时间的递增而缓慢减小。
由以上数据分析可知博落回叶片的烘干最佳时间处于90s～120s段。
此时间段称之为为恒速干燥阶段；干燥速率为物料表面上的水分的汽化速率控制，故此阶段也称为表面汽化控制阶段。
在此阶段，干燥介质传给物料的热量全用于水分的汽化，物料表面的温度也保持恒定，物料表面的水蒸气分压也维持恒定，故干燥速率恒定不变。
第二阶段为降速干燥阶段：
当物料被干燥达到临界湿含量后，便进入降速干燥阶段。
此时，物料中所含水分较少，水分自物料内部向表面传递的速率低于物料表面水分的汽化速率，干燥速率为水分在物料内部的传递速率所控制。
故此阶段也称内部迁移控制阶段。
随物料湿含量减少，物料内部的水分的迁移速率也逐渐减少，故干燥速率不断下降[19]。
4.4叶片不同部分干燥速率曲线的测定试验
4.4.1试验目的
测定博落回叶片的不同部位的干燥速率，检验博落回不同部位在一定的干燥条件下叶片中水分含量减少的规律是否一致，测定叶片中不同部分在一定条件下的含水率、恒定干燥速度。
以探寻对博落回叶片进行干燥前处理的最佳工艺流程[20]。
4.4.2试验材料的处理
取采集的新鲜叶片，取三组组叶片做相应的处理并分别编号1、2、3待试验备用。
1组取叶片中带较粗的叶梗的部分，长5cm，宽5cm取叶片的中心部位，重量0.789g；2组取叶片中不带较粗的叶梗的部分，长5cm，宽5cm，取叶片的边缘部位，重量0.574g。
3组取叶片不带较粗的叶梗的边缘部位，长5cm，宽5cm重量0.574g；再将第三组的叶片剪切成均等的25份，每份为一平方厘米，待试验备用。
4.4.3试验设备
尺子、剪刀、快速水分测定仪、秒表等。
4.4.4试验步骤
（1）分别对三组处理的叶片进行标记处理。
（2）测试开始前先用5g左右博落回叶片干燥，将快速水份测定仪内的温度升高。
（3）待温度升高到105℃时开始第一组试验材料进行干燥处理，快速水份测定仪能够显示被烘干物料的初始重量、蒸发的水分百分比、干燥持续时间、干燥的温度变化等参数（干燥稳定运行温度105℃）。
（4）分别按顺序将这些博落回叶片一组组干燥，并记录试验原始数据：
水份蒸发百分比，干燥时间，干燥温度变化情况等。
（5）分别对三组数据进行处理，取每组数据的平均值。
（6）应用相关软件进行试验数据的分析处理，绘制出博落回叶片干燥速率特性曲线图并加以分析。
4.4.5试验结果分析（试验记录数据见附表2）
对于第一组试验所记录的原始数据进行平均处理得到如表2所示的数据，进行数据分析干燥速率为纵坐标，含水率为横坐标得到第一组材料的干燥的速率---含水率曲线如图6。
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