魏國棟，高 山

（山東中醫(yī)藥高等?？茖W(xué)校，山東 煙臺 264199）

0 引言

地黃是臨床常用中藥材，具有滋陰、補(bǔ)血等諸多藥理作用，用藥形式有鮮地黃、生地黃、熟地黃等。生地黃的傳統(tǒng)加工方法為建造火炕將鮮地黃整體烘焙干燥，采用這種方法，地黃的干燥速度慢，加工耗時較長，常需4～5 d。加工初期，地黃內(nèi)部升溫慢，酶失活速度慢，各成分在酶作用下發(fā)生降解。地黃長期處于高溫環(huán)境中，美拉德反應(yīng)（導(dǎo)致體系酸化、非酶褐變主要原因）難以避免。由此導(dǎo)致地黃產(chǎn)后加工的質(zhì)量劣變現(xiàn)象。

梓醇被認(rèn)為是地黃中的主要活性成分之一，具有降血糖、緩瀉、滋陰、抗炎和抗肝炎病等多種活性[1]。但是，經(jīng)過產(chǎn)后加工，梓醇含量大幅下降。梓醇含量的降低可能與梓醇的酶促水解和酸水解有關(guān)。研究已經(jīng)證實鮮地黃中含有的β-葡萄糖苷酶，是地黃中水解梓醇的酶[2]。同時，地黃中的梓醇也可以發(fā)生酸水解，導(dǎo)致梓醇含量降低[3]。

切片是中藥材產(chǎn)地加工方法之一，多用于藥材干燥的前處理。已有三七[4]、丹參[5]等鮮藥切片后干燥以減少干燥時間、提高干燥效率的研究。目前，關(guān)于地黃切片干燥的研究已經(jīng)開始，集中于干燥方法對地黃干燥質(zhì)量和干燥效率的對比上[6-7]。但是，相關(guān)文獻(xiàn)并沒有對切片地黃干燥動力學(xué)進(jìn)行系統(tǒng)研究，也沒有探討其對成分的影響。在此基礎(chǔ)上，研究了切片對地黃干燥的影響，系統(tǒng)研究了切片地黃的干燥動力學(xué)，描述了切片地黃的干燥模型，探討了切片對梓醇含量的影響。

1 材料儀器和試劑

1.1 材料

鮮地黃，2018年10月采挖自山東東平，經(jīng)鑒定為玄參科（ScropHulariaceae）植物Rehmannia glutinosa Libosach.的塊根，保存于4℃冰箱中，試驗前從冰箱中取出放置2 h至室溫。

1.2 儀器

LC-10AT型液相色譜系統(tǒng)，日本島津制造所產(chǎn)品；ES-300A型電子天平，長沙湘平科技發(fā)展有限公司產(chǎn)品；AY-120型電子分析天平，日本島津制造所產(chǎn)品；101-3型電熱鼓風(fēng)箱，上海市上?？h第二五金廠產(chǎn)品；ML530型離心機(jī)，長沙湘儀離心機(jī)儀器有限公司產(chǎn)品；KQ2200DB型數(shù)控超聲波清洗器（200 W，40 kHz）；Sartorius arium 611VF型純水機(jī)，德國賽多利斯產(chǎn)品。

1.3 試劑

梓醇對照品（批號1011-200906），中國藥品生物制品檢定所提供；色譜純甲醇，天津四友公司提供；色譜純磷酸，天津科密歐公司提供；其他試劑均為國產(chǎn)分析純。

2 試驗方法

2.1 地黃干燥方法

試驗前30 min打開熱風(fēng)干燥箱進(jìn)行平衡。將鮮地黃切成1 cm的厚片，稱質(zhì)量后呈單層擺放，設(shè)置干燥溫度分別為60，70，80，90℃，風(fēng)速分別為1 m/s和2 m/s。每20 min稱質(zhì)量一次。當(dāng)含水量降至0.08 g/g干物質(zhì)[8]時停止試驗。整塊地黃稱質(zhì)量，于相同條件下干燥，記錄干燥完成所用時間。

取3份地黃分別稱質(zhì)量后置于105℃烘箱中干燥至恒質(zhì)量，計算含水量，取平均值作為最終的干基含水量。

2.2 梓醇含量測定

2.2.1 色譜條件

Phenomenex Luna 5μL C18色譜柱（250 mm×4.60 mm），流動相甲醇-0.1%磷酸（1∶99），流速1.0 mL/min，檢測波長210 nm，柱溫25℃，進(jìn)樣體積20μL，理論塔板數(shù)按梓醇峰計為9 000。

2.2.2 樣品液制備

干燥后的地黃搗碎，過65目篩，稱取粉末約1.0 g，置于50 mL錐形瓶中，加50%甲醇水溶液20 mL，超聲處理30 min后以轉(zhuǎn)速4 500 r/min離心20 min，傾倒上清液于50 mL容量瓶中。殘渣加入50%甲醇水溶液20 mL后重復(fù)提取1次。合并2次的上清液，加50%甲醇水溶液至容量瓶刻度，搖勻。樣品液以流動相稀釋適當(dāng)?shù)谋稊?shù)后，過0.45μm微孔濾膜，濾液進(jìn)樣20μL。

鮮地黃打漿后取10 g，于50 mL錐形瓶中加50%甲醇水溶液20 mL，超聲30 min后以轉(zhuǎn)速4 500 r/min離心20 min，傾倒上清液于50 mL容量瓶中。殘渣加入50%甲醇水溶液20 mL后重復(fù)提取1次，從“合并2次上清液”開始同上操作。

3 公式與模型

3.1 含水量計算公式

含水量用干基含水量即單位干物質(zhì)中水分質(zhì)量表示。含水比（MR）也常被用來反映物料干燥的水分變化情況。

式中：Mt——t時刻物料的干基含水量；

M0——0時刻物料的干基含水量。

3.2 模型

在生物材料的干燥研究中，對于MR與時間t的關(guān)系多用指數(shù)關(guān)系式來擬合。

生物材料干燥中常用的數(shù)學(xué)模型見表1。

表1 生物材料干燥中常用的數(shù)學(xué)模型

為了能更好地描述一個模型是否能符合試驗得到的數(shù)據(jù)，使用均方根誤差RMSE、決定系數(shù)R2、平均相對百分比誤差P、卡方χ2等4個參數(shù)來進(jìn)行定量分析，計算公式如下：

式中：MRexp——試驗測定含水量比；

MRpre——模型預(yù)測含水量比；

N——數(shù)據(jù)個數(shù)；

z——模型中參數(shù)個數(shù)。

4 結(jié)果與分析

4.1 切片地黃熱風(fēng)干燥

試驗測定得到地黃的初始含水量為4.26 g/g干物質(zhì)。經(jīng)過干燥，含水量下降為0.08 g/g干物質(zhì)。

切片地黃的干燥曲線見圖1。

圖1 切片地黃的干燥曲線

由圖1可知，風(fēng)速為1.0 m/s，溫度為60，70，80，90℃時，整塊地黃的干燥時間分別為84，68，56，34 h。與之相比，在相同條件下，切片地黃的干燥時間縮短了79.4%～88.1%，分別為12.0，8.7，6.7，5.7 h，說明切片能夠極大地縮短干燥過程。干燥結(jié)果同時表明，升高溫度可以縮短地黃整體或切片的干燥時間。

切片地黃的干燥速率隨含水量的變化見圖2。

將風(fēng)速從1.0 m/s升高到2.0 m/s，切片地黃在60℃下干燥時間縮短了1.7 h，而在90℃下干燥時間則延長了1 h。在干燥速率曲線上，風(fēng)速從1.0 m/s升至2.0 m/s時，干燥效率沒有明顯的提升。提高風(fēng)速會增加能源的消耗，增加產(chǎn)后加工的成本。而試驗中發(fā)現(xiàn)增加風(fēng)速不能明顯提高干燥效率，其縮短干燥時間的作用有限，所以經(jīng)過切片處理的地黃在干燥過程中增加風(fēng)速不能取得期望的收益。

由圖2可知，切片地黃的干燥速度隨含水量的下降而降低，表現(xiàn)為降速干燥過程，這與材料中的水分含量和所散失水分性質(zhì)相關(guān)。結(jié)合圖1可知，干燥溫度能夠增加干燥效率，縮短干燥時間。

圖2 切片地黃的干燥速率隨含水量的變化

切片地黃不同溫度下的干燥階段見圖3。

圖3 切片地黃不同溫度下的干燥階段

將圖1中風(fēng)速為1 m/s時的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為MR，然后求得MR的自然對數(shù)并對干燥時間作圖。70～90℃下切片地黃干燥曲線可分為3個降速階段，分別為第一、二和三降速階段。而60℃下沒有觀察到明顯的第三降速階段。每一階段Ln MR都隨著干燥時間呈線性減少（R2＞0.98），表明每一階段的干燥過程均符合一級反應(yīng)動力學(xué)。

在第一降速階段，失去的主要是自由水，起決定作用的是水分?jǐn)U散。在第二降速階段，干燥效率明顯降低，失去的主要是結(jié)合水，這部分水分主要通過毛細(xì)管凝聚和多分子層吸附作用與地黃結(jié)合。在第三階段則失去的水分更少，這很可能是因為強(qiáng)的分子間吸引力使單個或多個水分子層與地黃結(jié)合緊密，難以蒸發(fā)或散失。故此階段切片地黃的干燥速度十分緩慢，干燥過程也基本完成[9-10]。

地黃切片后，有一部分水分會分布在切斷面上，稱之為表面自由水。據(jù)報道，表面自由水的蒸發(fā)可導(dǎo)致在干燥初期出現(xiàn)一個短期的恒速干燥階段[9-10]?？赡苡捎诒砻孀杂伤?，水分從地黃表面散失很快，并且20 min的稱質(zhì)量間隔太長，所以在試驗的干燥曲線中并沒有顯現(xiàn)這一恒速干燥階段。

4.2 切片地黃干燥參數(shù)計算

水分在地黃中的擴(kuò)散可以被看作流體（水）在多孔固體（地黃）中的擴(kuò)散，可以用Fick's第二定律來描述這一擴(kuò)散過程。假設(shè)水分全部通過擴(kuò)散散失，忽略樣品體積的收縮，對于片狀材料的長時間干燥，該公式的解為[11]：

式中：H——樣品薄片厚度，mm；

Deff——有效擴(kuò)散系數(shù)，m2/s。

以Ln(Mt/M0)對時間干燥時間t作圖（圖3），并對曲線進(jìn)行線性回歸，得到斜率k，即可根據(jù)公式（5）求得切片地黃的Deff。

風(fēng)速1.0 m/s，不同干燥溫度和干燥階段下切片地黃Deff值見表2。

表2 風(fēng)速1.0 m/s，不同干燥溫度和干燥階段下切片地黃Deff值

通過計算可得，不同干燥溫度和干燥階段下的切片地黃的Deff值。第二降速階段的Deff值明顯高于其他2個階段。切片地黃Deff計算值符合一般食品如蘋果、馬鈴薯等干燥的Deff范圍10-8～10-12m2/s[12]。

由表2可知，溫度越高，Deff值越大。溫度對Deff的影響常用Arrhenius公式來描述[10，12]：

式中：D0——指前因子，m2/s；

Ea——活化能，kJ/mol；

R——?dú)怏w常數(shù)，kJ/mol·K；

T——干燥溫度的絕對溫度值，K。有效擴(kuò)散系和干燥溫度的Arrhenius曲線見圖4。線性回歸后曲線的斜率等于Ea/R。由此計算切片地黃第一和第二降速階段的Ea數(shù)值分別為21.46和21.08 kJ/mol，低于文獻(xiàn)報道的切片地黃干燥的活化能值（32.56 kJ/mol和34.27 kJ/mol），以及整塊地黃干燥的活化能值（47.14 kJ/mol和38.26 kJ/mol）[8]，但仍在大多數(shù)食品干燥的活化能的范圍之內(nèi)（12.7～110 kJ/mol）[12]。

圖4 有效擴(kuò)散系和干燥溫度的Arrhe nius曲線

4.3 切片地黃干燥模型

選取了在物料干燥中常用的10個干燥模型（見表1），采用SPSS 17.0軟件中的Levenberg-Marquardt方法進(jìn)行非線性最小二乘回歸分析，將試驗數(shù)據(jù)與模型進(jìn)行擬合，選擇與試驗數(shù)據(jù)擬合最好的模型。依據(jù)試驗取得的數(shù)據(jù)，對相關(guān)模型參數(shù)進(jìn)行計算，得到表3中的數(shù)據(jù)。R2值越大，χ2、RMSE、p值越小時，模型與試驗數(shù)據(jù)擬合程度越好。由表3可知，模型6即Midilli模型的R2為0.996～0.999，χ2為2.9×10-5～17.4×10-5、RMSE為5.04×10-3～11.9×10-3、p為7.20%～14.68%，比其他9個模型有相對更大的R2和更小的χ2、RMSE、p值。因此，選用Midilli模型對來描述切片地黃的干燥。Rhim J等人[8]在研究整塊地黃和切片地黃的干燥時，采用的是Logarithmic模型。劉云宏等人[13]確定地黃的薄層真空紅外干燥模型的形式為Modified Page方程，之后以Fourier方程和Fick定律為基礎(chǔ)推導(dǎo)干燥模型[14]。

風(fēng)速為1 m/s時不同溫度下干燥不同模型參數(shù)值計算結(jié)果見表3，風(fēng)速為1.0 m/s時切片地黃干燥的測定值與Midilli模型預(yù)測值對比見圖5。

圖5 風(fēng)速為1.0 m/s時切片地黃干燥的測定值與Midilli模型預(yù)測值對比

表3 風(fēng)速為1 m/s時不同溫度下干燥不同模型參數(shù)值計算結(jié)果

4.4 梓醇含量

測定在風(fēng)速為1 m/s時不同溫度下干燥的整塊地黃和切片地黃中梓醇的含量。

風(fēng)速1.0 m/s時不同溫度下干燥地黃和鮮地黃的梓醇含量比較見圖6。

圖6 風(fēng)速1.0 m/s時不同溫度下干燥地黃和鮮地黃的梓醇含量比較

鮮地黃中梓醇的含量為3.89%。經(jīng)過干燥和切片地黃、整塊地黃中梓醇含量分別下降了22.3%～46.5%，38.4%～60.9%。切片地黃的梓醇含量是整塊地黃中梓醇含量的126.0%～151.0%，表明對地黃進(jìn)行切片處理可以提高干燥后地黃中梓醇的含量。與低溫干燥相比，在高溫干燥時地黃中梓醇含量下降地更多。在試驗選定的溫度條件下，70℃下干燥的地黃中的梓醇含量最高。

研究表明地黃烘制過程中，梓醇可以發(fā)生β-葡萄糖苷酶促降解和酸水解[2-3]。整塊地黃中梓醇含量低，這一是由于整塊地黃升溫慢，β-葡萄糖苷酶滅活速度慢，在酶催化下梓醇發(fā)生了降解。地黃切片處理后，在干燥時溫度能夠快速上升，從而使酶活性迅速喪失，減少酶促降解。另外，整塊地黃干燥時間比切片地黃干燥時間長，梓醇酸降解時間長，導(dǎo)致梓醇降解量大。高溫干燥地黃中梓醇含量低也表明溫度能夠加速梓醇的降解[3]。高溫干燥時雖然β-葡萄糖苷酶滅活速度會快一些，但是地黃體系pH值迅速降低[15]，加速了梓醇的酸降解[3]。

5 結(jié)論

地黃切片后能夠增大干燥速率，縮短79.4%～88.1%的干燥時間。升溫可以進(jìn)一步縮短干燥時間，但是一定范圍內(nèi)增大風(fēng)速則不能達(dá)到預(yù)期效果。切片地黃的干燥是降速干燥過程，可以分成3個階段，每個階段有不同的失水機(jī)制。切片地黃第一和第二降速失水階段的Deff為3.67×10-9～6.94×10-9和4.98×10-9～9.02×10-9m2/s，活化能分別為21.46 kJ/mol和21.08 kJ/mol。對10種干燥模型的篩選結(jié)果表明，Midilli模型能夠很好地描述切片地黃的干燥過程。切片同時可以提高地黃干燥后的梓醇含量。

鮮地黃加工成生地黃后，一般比較堅硬，在臨床應(yīng)用之前，大多需要再進(jìn)行潤透、切片等。鮮地黃直接切片干燥不僅能減少后期加工工序，降低加工成本，還能縮短地黃干燥時間、減少梓醇的損失，符合中藥材加工與中藥飲片炮制一體化的發(fā)展趨勢[16]，為鮮地黃產(chǎn)后加工方法的改良提供了新方向。