天麻干燥试验研究

李永远

（云南师范大学物理与电子信息学院，云南 昆明 650500）

天麻是多年生异养寄生植物，须与密环菌和紫萁小菇共生，富含多糖，酚类，甾醇，有机酸等活性成分，具有降血压，镇痛，明目，增智，健脑，延缓衰老等功能[1-3]。鲜天麻采收期集中，易腐烂，发霉，因此天麻干燥对于天麻保存尤为重要[4-6]。目前市面上采用最多的干燥方式为热风干燥，热风干燥是利用热量的传导，将天麻内部的水分以气态或液态形式扩散至物料表面，热风干燥在干燥的过程中，天麻会升温，会破坏天麻的营养物质。高压电场干燥具有物料不升温、干燥条件灵活可调、干燥过程伴有杀菌作用、节约能耗等优点。白亚乡通过对豆腐的高压电场干燥研究得出：干燥速率与电极结构及电压极性有关，在相同电压下负高压高于正高压[7]。cao和Nishiyama等通过针-盘电极系统干燥小麦试验发现，干燥速率随着电压增大和上下电极距离减小而加快[8]。AshutoshSingh等采用傅里叶变换红外光谱研究了小麦的高压电场干燥特性及其对蛋白质构象的影响，结果表明：施加高压电场和热风对小麦样品的干燥速率有显著影响。干燥速率随风速和外加电压的增加而增大，高压电场干燥对小麦蛋白质构象有显著影响[9]。丁昌江等采用高压电场和热风干燥干燥胡萝卜，结果表明：高压电场能够加速胡萝卜的干燥，干燥时间缩短43.3%，且能够很好的保留胡萝卜素。高压电场干燥样品的胡萝卜素含量比热风干燥样品高10.86%，高压电场干燥的胡萝卜在复水性上热风干燥的平均高11.7%[10]。邢茹等通过高压电场干燥蔬菜试验，结果表明：高压电场干燥技术对蔬菜进行干燥，干燥所用时间与传统方法干燥的蔬菜所用时间相比要少，干燥出的蔬菜营养成分含量损失较少，实验结果表明，高压电场干燥蔬菜在干制蔬菜加工业中具有其独特的优势[11]。在强电场的作用下，电荷主要分布在针电极的尖端，等电位线密集，在强电场的作用下，电场强度急速增加，导致空气电离。大量的电子在非均匀电场力的作用下，朝板电极运动，在运动的过程中，电子和空气中的其他离子和电子发生碰撞，产生大量能量。天麻内部的水分在电场力的作用下，水分子间的氢键断裂，被电场力拉离天麻内部，最后在能量的作用下，水分子蒸发或汽化，扩散至空气中。

高压电场干燥可用于灭菌、除湿、干燥等领域。本文主要采用高压电场干燥和热风干燥，以天麻为对象，研究高压电场干燥和热风干燥对天麻干燥特性的影响，为天麻的干燥方式和保存提高理论和实践指导。

1 试验过程与结论

1.1 材料制备与处理

天麻：选自湖北乌红天麻，试验将天麻切片，半径约为2cm，厚度约为1cm。高压电发生器：ZGS-60KV/2mA一体式直流高压发生器，电压范围为直流0V～60KV，合肥远中计量检测仪器有限公司。天平：纪铭电子天平，精度为0.001g，诸暨市超泽衡器设备有限公司。

图1 试验装置

把天麻洗净削皮后，将天麻切半径约为2cm，厚度约为1cm的片状，共十片记为A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8、A9、A10。将天麻片分别称重并记录，连接实验装置，将高压电发生器连接220V交流电，高压电发生器中频输出接口连接负载电阻输入接口，将高压微安表连接到负载电阻的输出接口，再将高压微安表连接到针电极。将高压电发生器的接地接口和负载电阻的接地接口和板电极连接放电棒，将放电棒置于地面上。将A1、A2、A3、A4、A5置于正电压极性的针尖下，干燥12h，每隔1h记录其质量。将A6、A7、A8、A9、A10置于23℃，风速为0.2 m/s的风箱中，干燥12 h，每隔1h记录其质量。试验采用针-板高压电干燥装置，针尖距网距离为10 mm。

1.2 干燥特性

将干燥12 h的天麻片置于120℃干燥箱中，直至质量不再变化，即干重质量，记为M，则任意a时刻天麻片的含水率[12]可表示为：其中S为经过a时间天麻片的含水率，ma为经过a时间天麻片的质量，M为天麻片的干重质量。

定义干燥速率[12]Va为：干燥中每千克物料每小时脱水质量（g/（kg×h）），即：

其中Va为在a时间段内的干燥速率，g/（kg×h）；m0为天麻片的初始质量，ta为开始干燥至a时间的时间段。

1.3 试验结果与分析

图2是高压电场干燥和热风干燥对天麻片干燥特性。反映了在相同的干燥时间内，高压电场干燥和热风干燥对天麻片含水率和干燥速率的影响。

图2 高压电场和热风对天麻片干燥特性变化图

图中，天麻片初始含水率大约在70%左右，在整个干燥过程中，高压电场下的天麻含水率比热风干燥下天麻片含水率整体要低10%左右，说明高压电场干燥在相同的时间内能有效降低天麻片的含水率，最终结果显示，在干燥12 h后，高压电场下的天麻片含水率约为19.8%，热风干燥下的天麻片含水率约为34.5%。在高压电场干燥的过程中，在强电场的作用下，针电极尖端附近存在极大的电场强度和能量，导致空气电离产生的电子和离子数量比较多，更快的破坏天麻内水分子团之间的氢键，水分子逸出在能量较大的环境下，水分子内的分子间作用力更容易被破坏，从而水分子蒸发或汽化，扩散至空中。

为了更好的观察天麻片在每个干燥时段的干燥速率，由此对干燥速率数据进行归一化处理。在相同时间内高压电场下天麻片的干燥速率比热风干燥下要快。而且在每一个干燥时间段内都快，在每个干燥时间段内，高压电场比热风多干燥水分约0.15 g。高压电场干燥比热风干燥高压电场下天麻片的干燥速率整体比热风下天麻片干燥速率要快，最终在干燥12 h后，高压电场下天麻片的干燥速率约为0.670 g/（kg×h），热风下天麻片干燥速率约为0.287g/（kg×h）。

2 结语

通过高压电场干燥和热风干燥天麻试验可得出以下结论：在干燥12h后，高压电场下天麻片最终含水率约为19.8%，热风干燥下天麻片最终含水率约为34.5%。高压电场下天麻片的干燥速率约为0.670 g/（kg×h），热风下天麻片干燥速率约为0.287 g/（kg×h）。在相同干燥时间内，高压电场比热风多干燥水分约0.15 g。这是由于高压电场下，针尖附近的电场强度和能量较大，空气中离子和电子增多，更容易使水分子团之间的氢键断裂，水分子逸出物料表面，由于能量较大，水分子内的分子间作用力更容易被破坏，从而水分子蒸发或汽化，扩散至空中。