地黃葉浸膏微波真空低溫干燥工藝優(yōu)化

王 瑩，李頁瑞，王 翔，劉硯墨，劉雪松，王龍虎，陳 勇*

(浙江大學藥學院，浙江 杭州 310058)

地黃葉浸膏微波真空低溫干燥工藝優(yōu)化

王 瑩，李頁瑞，王 翔，劉硯墨，劉雪松，王龍虎，陳 勇*

(浙江大學藥學院，浙江 杭州 310058)

為充分利用地黃葉資源，提高其經濟附加值并為植物提取物干燥提供方法。采用單因素試驗考察微波功率、干燥時間等因素對干燥產物含水率的影響，在單因素試驗的基礎上，選用L9(34)正交試驗法和多指標綜合評分法對工藝參數進行優(yōu)化，確定地黃葉浸膏微波真空低溫干燥的最佳工藝條件，并與真空烘箱干燥、真空帶式干燥和冷凍干燥等方法進行比較研究。結果表明：地黃葉浸膏微波真空低溫干燥的最佳工藝條件為浸膏初始含水率45%、微波功率2kW、干燥時間18min、裝料盤轉速90r/min、間歇比3:1、裝載量110g；在此工藝條件下干燥產物含水率2.89%、毛蕊花糖苷保留率95.98%、地黃葉總苷保留率89.41%。與其他干燥方法相比，微波真空干燥具有干燥產品含水率低、有效成分損失少、干燥時間短且操作簡便等優(yōu)點，工藝穩(wěn)定可靠，有較大的工業(yè)化應用價值。

地黃葉；微波真空低溫干燥；毛蕊花糖苷；地黃葉總苷；多指標綜合評分

地黃葉為玄參科植物地黃(Rehmannia glutinosaLibosch.)地上部分的新鮮品或干燥品，其主要成分是地黃葉總苷，其中以毛蕊花糖苷為主。藥理學研究表明，地黃葉總苷具有滋陰補腎、涼血活血、攝精止血等功效，可用于蛋白尿、血尿、慢性腎小球腎炎輕癥屬氣陰兩虛證的治療[1]。地黃主要產于河南省懷慶地區(qū)，在陜西、河北等地有野生和人工栽培[2]，藥用地黃年產數十萬噸，而地黃葉部分多作為飼料或自然肥料被浪費，因此，對地黃加以綜合利用，開發(fā)地黃葉的藥用價值及其相關制劑與產品，對提高農民收入和開發(fā)新藥具有重大意義。

干燥是中藥工業(yè)化生產過程關鍵得環(huán)節(jié)之一，干燥工藝的好壞對中藥藥效成分具有重大影響，有些藥效成分在干燥過程損失很大甚至幾乎完全損失，從而嚴重影響后續(xù)制劑的療效及質量。中藥生產傳統(tǒng)的干燥方法有熱風烘箱干燥、真空干燥和噴霧干燥等，由于中藥浸膏較為黏稠、透氣性差，通常需要在較高溫度下長時間干燥才能達到效果。因此傳統(tǒng)干燥方法存在干燥時間長、干燥溫度高、干燥產品質量差、能耗高和生產效率低等缺點[3]。真空帶式干燥由于其干燥溫度低、時間短、有效成分損失少等優(yōu)點，已逐漸在中藥生產中推廣應用[4-6]，但還存在設備占地面積大、造價高等不足。

微波干燥利用的是介質損耗原理，使?jié)裎锪纤肿友杆匐S高頻交變電場方向的交互變化而轉動，并產生劇烈的碰撞和摩擦，結果使一部分的微波能量轉化為溶劑分子運動能，并以熱量的形式表現出來，使溶劑的溫度升高而離開物料，從而達到干燥的效果[7]。由于微波所具有的特性，使微波真空干燥具有加熱均勻、干燥速度快、干燥效率高、產品質量好并兼有滅菌功能等優(yōu)點[8-13]。本實驗以地黃葉浸膏為研究對象，考察不同工藝參數對地黃葉浸膏微波真空干燥產物含水率的影響，在此基礎上設計正交試驗，采用多指標綜合評分法對工藝參數進行優(yōu)化，以期獲得試驗條件下地黃葉浸膏微波真空干燥的最佳工藝。并將微波真空干燥技術與真空烘箱干燥、真空帶式干燥和冷凍干燥等方法進行比較研究，為地黃葉總苷微波真空干燥的產業(yè)化提供一定參考。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

地黃葉浸膏 四川美大康藥業(yè)股份有限公司；毛蕊花糖苷對照品(批號111530-200706) 中國藥品生物制品檢定所；甲醇(色譜純) 德國Merck公司；Millipore超純水；其余試劑均為分析純。

KMZ-2000微波真空干燥機 溫州市康牌制藥機械有限公司；DZF-6021真空烘箱 上海精宏設備有限公司；AE240 型電子天平 梅特勒-托利多儀器有限公司；FA2004電子天平(精度0.1mg) 上海越平科學儀器有限公司；Mini Spray Dryer B-290型噴霧干燥機 瑞士Buchi試驗室儀器公司；凍干機(6L) 美國Labconco公司；1200高效液相色譜儀(包括四元泵、在線脫氣裝置、自動進樣器、紫外檢測器、柱溫箱和Chemstation工作站) 美國Agilent公司。

1.2 方法

1.2.1 單因素試驗

本試驗結合地黃葉浸膏性質，分別考察微波功率、干燥時間、浸膏初始含水率、盛料盤轉速、裝載量和間歇比因素對干燥產物含水率的影響，為正交試驗參數設置提供依據。

1.2.1.1 微波功率對干燥產物含水率的影響

選用初始含水率4 5%的地黃葉浸膏，干燥時間24min，盛料盤轉速70r/min，裝載量50g，間歇時間0s，分別在微波功率1、2、3kW的條件下進行試驗。

1.2.1.2 干燥時間對干燥產物含水率的影響

選用初始含水率45%的地黃葉浸膏，微波功率為2kW，盛料盤轉速為70r/min，裝載量50g，間歇時間0s，分別在干燥時間8、12、14、16、20、24、28、32min條件下進行試驗。

1.2.1.3 盛料盤轉速對干燥產物含水率的影響

選用初始含水率4 5%的地黃葉浸膏，微波功率2kW，干燥時間24min，裝載量50g，間歇時間0s，分別在盛料盤轉速10、30、50、70、90r/min條件下進行試驗。

1.2.1.4 浸膏初始含水率對干燥產物含水率的影響

選擇干燥時間24min，微波功率為2kW，盛料盤轉速為90r/min，裝載量50g，間歇時間0s，分別選用初始含水率45%、50%、55%、60%、65%、70%地黃葉浸膏進行試驗。

1.2.1.5 裝載量對干燥產物含水率的影響

選用初始含水量4 5%的地黃葉浸膏，干燥時間24min，微波功率2kW，盛料盤轉速90r/min，間歇時間0s，在裝載量分別為50、70、90、110、150g條件下進行試驗。

1.2.1.6 間歇比對干燥產物含水率的影響

選用初始含水量4 5%的地黃葉浸膏，干燥時間24min，微波功率2kW，盛料盤轉速90r/min，裝載量為70g，分別在間歇比為1:1(加熱30s，間歇30s)、2:1(加熱40s，間歇20s)、3:1(加熱45s，間歇15s)、4:1(加熱48s，間歇12s)的條件下進行試驗。

1.2.2 正交試驗設計

選取微波功率、干燥時間、裝載量為試驗因素，采用L9(34)正交設計表進行試驗，試驗因素水平見表1。

表1 干燥工藝優(yōu)化正交試驗因素水平表Table 1 Factors and levels in orthogonal array design

對于中藥浸膏干燥過程，干燥產物含水率不能超過質量要求的標準值，且并非越低越好。但在保證干燥產物含水率符合質量要求的前提下，其有效成分的保留率越高越好。為優(yōu)選出更加全面合理的干燥工藝，本試驗結合地黃葉浸膏干燥產物含水率、地黃葉總苷保留率和毛蕊花糖苷保留率3個指標，采用多指標綜合評分法對試驗數據進行進一步分析(綜合評分=含水率得分+毛蕊花糖苷保留率得分+地黃葉總苷保留率得分。其中，含水率得分占50分，毛蕊花糖苷保留率和地黃葉總苷保留率分別占25分，當干燥產物含水率高于5.0%時，含水率得分為0，當干燥產物含水率低于5.0%時，含水率得分為50；毛蕊花糖苷保留率得分=25×毛蕊花糖苷保留率/毛蕊花糖苷保留率最大值，地黃葉總苷得分=25×地黃葉總苷保留率/地黃葉總苷保留率最大值)。

1.2.3 其他干燥方法

1.2.3.1 真空烘箱干燥

準確稱取同批次地黃葉浸膏11.8g，鋪于扁形稱量瓶中(約1500g/m2)，置真空烘箱中干燥30h，烘箱真空度－1330Pa，溫度55℃。收集干粉，密封保存于干燥器中，備用。

1.2.3.2 真空帶式干燥

準確稱取同批次地黃葉浸膏200g，使用真空帶式干燥機進行干燥。干燥條件為進料溫度30℃，傳送帶速度6cm/min，浸膏進料速度25mL/min，加熱系統(tǒng)向量溫度(75℃，75℃)。干燥完成后，收集干粉，密封保存于干燥器中，備用。

1.2.3.3 冷凍干燥

準確稱取同批次地黃葉浸膏100g放至干燥容器內，于0℃冷凍過夜。啟動真空冷凍干燥機，待儀器達到平衡后，將待干燥的地黃葉浸膏置于冷凍干燥機中干燥3 0 h。收集干粉，密封保存于干燥器中，備用。

1.2.3.4 噴霧干燥

準確稱取同批次地黃葉浸膏200g，稀釋至含水率達80%以上，使用噴霧干燥法進行干燥。干燥條件為塔風溫度130℃，出塔風溫70℃，氣流量40m3/h。干燥完成后，收集干粉，密封保存于干燥器中，備用。

1.2.4 干燥產物含水率的測定

取干燥產物2～5g，按《中國藥典：一部》[14]水分測定法第一法進行測定。

1.2.5 毛蕊花糖苷含量測定[15]

1.2.5.1 標準曲線的制備

色譜條件為Zorbax SB-C18柱(4.6mm×250mm，5μ m)，流動相：甲醇-冰醋酸-水(33:1:66)，柱溫25℃，流速1.0mL/min，檢測波長330nm，進樣量10μL。精密稱取毛蕊花糖苷對照品8.00mg，置50mL容量瓶中，加流動相溶解并稀釋至刻度，作為對照品儲備液。再將儲備液配制成不同質量濃度的對照品溶液，按上述色譜條件進行測定，以峰面積為橫坐標X、對應濃度為縱坐標Y，繪制標準曲線。所得曲線回歸方程為：Y=2.05775＋0.05489X，R2=0.9988。

1.2.5.2 干燥產物中毛蕊花糖苷含量測定

取干燥后的細粉約60mg，精密稱定質量，置50mL容量瓶中，加流動相溶液45mL，超聲處理20min，放冷。再加入流動相溶液稀釋至刻度，搖勻，濾過，棄去初濾液，精密量取續(xù)濾液1.0mL，置10mL容量瓶中，加流動相溶液稀釋至刻度，搖勻，微孔濾膜(0.45μm)濾過，得供試品溶液。

毛蕊花糖苷保留率=

1.2.6 地黃葉總苷含量測定

1.2.6.1 標準曲線的制備

取毛蕊花糖苷對照品儲備液2.5mL，加甲醇-冰醋酸-水(33:1:66)混合溶劑定容至25mL，得16μg/mL對照品儲備液。分別取對照品儲備液1.0、2.0、3.0、4.0、5.0mL，定容至10mL，即得對照品溶液。以相應溶劑為空白，在330nm波長處測定各自吸光度，以吸光度為縱坐標Y，對應質量濃度為橫坐標X，繪制標準曲線，得線性回歸方程為Y=0.36653＋34.84895X，R2=0.9999。

1.2.6.2 干燥產物中地黃葉總苷含量測定

按1.2.4.2節(jié)方法制備續(xù)濾液，精密量取續(xù)濾液1.0mL，置25mL容量瓶中，加流動相溶液稀釋至刻度，搖勻，得供試品溶液。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗

2.1.1 微波功率對干燥產物含水率的影響

不同微波功率對干燥產物含水率的影響結果見圖1，由圖可知，干燥產物含水率隨微波功率的增大而減小，這是因為微波功率越大，單位時間內地黃葉浸膏吸收的微波能越多，因此水分蒸發(fā)越快。由于2kW和3kW時，干燥產物汗水差別不大，且3kW條件下干燥產物的顏色最深，并伴有輕度焦味，因此選擇微波功率為2kW。

圖1 微波功率對產物含水率的影響Fig.1 Effect of microwave power on water content in dried products

2.1.2 干燥時間對干燥產物含水率的影響

圖2 干燥時間對產物含水率的影響Fig.2 Effect of drying time on water content in dried products

由圖2可知，隨著干燥時間不斷增大，干燥產物含水率逐漸減小，但在干燥時間24min后，干燥產物含水率變化很小，因此選擇干燥時間為24min。

2.1.3 盛料盤轉速對干燥產物含水率的影響

圖3 盛料盤轉速對產物含水率的影響Fig.3 Effect of rotation speed on water content in dried products

由圖3可知，干燥產物含水率隨盛料盤轉速的增大而減小，其原因是當盛料盤轉速增大時，浸膏吸收微波能的頻率增大，受熱更加均勻，且蒸發(fā)的水分能及時被真空泵抽出，避免水汽在干燥室內的聚集。本試驗采用的設備盛料盤最大轉速為90r/min，因此選擇盛料盤轉速為90r/min。

2.1.4 浸膏初始含水率對干燥產物含水率的影響

圖4 浸膏初始含水率對產物含水率的影響Fig.4 Effect of initial water content in extract on water content in dried products

由圖4可知，在其他條件相同的情況下，地黃葉浸膏初始含水率越大，干燥產物含水率越高。此外，隨著初始含水率的增大，干燥后物料孔隙減少，變得更加致密，且與盛料盤黏附緊密，造成收料損失，使產物收率下降，因此選擇地黃葉浸膏初始含水率為45%。

2.1.5 裝載量對干燥產物含水率的影響

圖5 裝載量對產物含水率的影響Fig.5 Effect of loading amount on water content in dried products

由圖5可知，干燥產物含水率隨著裝載量增大而減小，但整體上變化較小。試驗中發(fā)現當裝載量大于70g時，物料溫度均高于100℃，且干燥產物色澤相對較深，因此選擇裝載量為70g。

2.1.6 間歇比對干燥產物含水率的影響

圖6 間歇比對產物含水率的影響Fig.6 Effect of intermittent ratio on water content in dried products

由圖6可知，隨著間歇比的增大，干燥產物含水率呈下降趨勢，間歇比為3:1時干燥產物含水率最低，之后間歇比增大產物含水率增加，其原因是地黃葉浸膏黏度大，透氣性較差，加熱時間過長導致物料內汽化的水分過多無法及時逸出，從而使干燥產物含水率增大，且干燥時間太長，干燥產物色澤加深。因此，選擇間歇比為3:1，即加熱45s、間歇15s。

2.2 正交試驗結果

正交試驗結果見表2，干燥產物含水率方差分析結果見表3，多指標綜合評分結果見表4。由表2可知，所選3個因素的極差R的大小順序為A＞C＞B，即各因素對干燥產物含水率的影響程度順序為微波功率＞裝載量＞干燥時間。由表3可知，因素A(微波功率)對干燥產物含水率有顯著性影響(P＜0.05)。表4中數據表明，試驗5工藝組合A2B2C3所得干燥產物綜合評分最高。而干燥時間和裝載量兩個因素對干燥產物含水率沒有顯著性影響，考慮到干燥時間長，能耗高，選擇干燥時間為18min，在產物質量合格的前提下，裝載量越大，生產效率越高。綜合考慮，確定地黃葉浸膏微波真空低溫干燥的最佳工藝條件為A2B1C3，即微波功率2kW、干燥時間18min、裝載量110g，其他條件為浸膏初始含水率45%、裝料盤轉速90r/min、間歇比3:1。

2.3 驗證性實驗

表2 干燥產物含水率正交試驗設計及結果Table 2 Orthogonal array design arrangement and experimental results

表3 含水率方差分析Table 3 Variance analysis for water content in dried products

表4 多指標綜合評分結果Table 4 Results of multi-index comprehensive evaluation

按照確定的最佳提取工藝A2B1C3進行3組重復實驗，結果見表5。在此工藝條件下，干燥產物含水率2.89%、毛蕊花糖苷保留率95.98%、地黃葉總苷保留率89.41%，RSD分別為0.04%、1.93%、2.60%。結果表明，按優(yōu)化工藝進行干燥，干燥產物含水率、毛蕊花糖苷保留率為和地黃葉總苷保留率均取得較理想的結果，表明該工藝穩(wěn)定可靠。

2.4 不同干燥方法結果比較

表5 驗證性實驗結果Table 5 Results of validation experiments under optimized drying conditions

將同批地黃葉浸膏分別進行真空烘箱干、真空帶式干燥、冷凍干燥和噴霧干燥，并與微波真空低溫干燥進行對比，結果如表6所示。由表6可知，真空烘箱干燥和冷凍干燥兩種方法所得干燥產物含水率較高，而毛蕊花糖苷保留率和地黃葉總苷保留率較低，其中，冷凍干燥產物毛蕊花糖苷損失最大，達46.59%。且此兩種干燥方法相當費時，干燥時間長達30h，能耗高，效率低。其中，真空烘箱干燥法所得產物為塊狀，色澤較深，水溶性和孔隙率較差，而冷凍干燥成本較高。

微波真空低溫干燥、真空帶式干燥和噴霧干燥3種方法所得干燥產物含水率都較低，毛蕊花糖苷保留率和地黃葉總苷保留率也較高。其中，噴霧干燥法干燥時間長，成本也相對較高，且在進行干燥時，地黃葉浸膏需稀釋至含水率達80%以上，才能保證實驗順利進行，導致單位時間內干燥產物產量低，同時干燥產物收率較低。微波真空低溫干燥和真空帶式干燥兩種方法相比，真空帶式干燥法產物含水率相對較低，且地黃葉總苷保留率稍高，而微波真空低溫干燥法產物中毛蕊花糖苷保留率更高，且微波真空低溫干燥法干燥時間更短，僅為真空帶式干燥所用時間的3/8。

綜合比較得出，微波真空低溫干燥和真空帶式干燥兩種方法適合用于地黃葉浸膏的干燥，且兩種干燥設備均能實現工藝參數的自動控制，設備占地面積較小、清洗方便，易于實現工業(yè)化。

表6 不同干燥方式工藝比較結果Table 6 Comparison among different drying methods

3 結 論

本實驗以地黃葉浸膏為研究對象，采用微波真空低溫干燥技術進行干燥的最佳工藝條件，通過單因素試驗和正交試驗對工藝參數進行優(yōu)化研究。結果表明所選3個因素的影響程度順序為微波功率>裝載量>干燥時間。方差分析結果表明，微波功率對干燥產物含水率有顯著性影響(P＜0.05)。通過正交試驗及多指標綜合評分得到的地黃葉浸膏微波真空低溫干燥最佳工藝組合為A2B1C3，其他條件為浸膏初始含水率45%、裝料盤轉速90r/min、間歇比3:1。采用此工藝進行重復實驗，地黃葉浸膏干燥產物含水率2.89%，毛蕊花糖苷保留率95.98%，地黃葉總苷保留率89.41%，RSD分別為0.04%、1.93%、2.60%。

地黃葉浸膏不同干燥方法比較研究結果表明，微波真空低溫干燥和真空帶式干燥兩種方法所得干燥產物具有含水率低、有效成分保留率高等優(yōu)點。但真空帶式干燥設備占地面積大、成本較高，且微波真空低溫干燥法還具有干燥時間最短、干燥產物色澤較淺、收率高等優(yōu)點，本實驗研究結果可為地黃葉浸膏的干燥提供一定參考。

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Optimization of Microwave Vacuum Low-temperature Drying Process forRehmannia glutinosaLibosch Leaves Extract

WANG Ying，LI Ye-rui，WANG Xiang，LIU Yan-mo，LIU Xue-song，WANG Long-hu，CHEN Yong*
(College of Pharmaceutical Sciences, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China)

In order to make full utilization ofRehmannia glutinosaLibosch leaf resource, improve its added value and provide optimal drying method forRehmannia glutinosaLibosch leaves extract, single-factor design was used to explore the effects of microwave power and drying time on water content of dried products, followed by process optimization for the microwave vacuum drying of the extract by orthogonal array design based on multi-index comprehensive evaluation. Results indicated that the optimal microwave vacuum drying parameters were initial water content in extract of 45%, microwave power of 2 kW,heating time of 18 min, rotating speed for loading tray of 90 r/min, intermittent ratio of 3:1 and loading amount of 110 g. Under the optimal drying conditions, water content, retention rate of verbascoside and retention rate of total glycosides were 2.89%,95.98% and 89.41%, respectively. Compared with vacuum oven drying, vacuum belt drying and freeze drying, microwave vacuum drying has the remarkable advantages of low water content, less loss rate of bioactive components, short drying time,high retention rate of bioactive components and simple operation, which exhibits promising application value in the field of industry due to its stability and reliability.

Rehmannia glutinosaLibosch leaves；microwave vacuum drying process；verbascoside；total glycosides；multi-index comprehensive evaluation

R944.64

A

1002-6630(2011)06-0104-06

2010-07-01

溫州市龍灣區(qū)科技發(fā)展計劃項目(2008SIZ)

王瑩(1986—)，女，碩士研究生，研究方向為中藥浸膏干燥技術。E-mail：yingying.luck@163.com

*通信作者：陳勇(1976—)，男，副教授，博士，研究方向為中藥制藥工程。E-mail：chenyong1@zju.edu.cn