摘要: 背景 中药干浸膏是制备中药固体制剂的重要中间物料，其质量直接影响着制剂的临床疗效。干燥是形成中药干浸膏的工艺环节之一，主要目的在于除去物料中大部分水分，以便于后期粉碎、制剂加工。目前，常用的中药浸膏干燥方式为真空干燥和喷雾干燥，... 展开 背景 中药干浸膏是制备中药固体制剂的重要中间物料，其质量直接影响着制剂的临床疗效。干燥是形成中药干浸膏的工艺环节之一，主要目的在于除去物料中大部分水分，以便于后期粉碎、制剂加工。目前，常用的中药浸膏干燥方式为真空干燥和喷雾干燥，微波真空干燥由于干燥速度快，能耗低，显示出较大的应用价值。由于中药浸膏粘性较大、含水率高，干燥往往较为困难，所需干燥时间长，引起干燥效率低下；且浸膏长时间受热可对干膏质量产生较大影响。同时，相关研究报道较少，对干燥过程的理解不够，缺乏相关理论指导，导致干燥工艺设计理念落后。为保证中药干浸膏的质量、提高干燥效率，本课题通过研究中药浸膏的干燥特性、热质传递理论以及干燥工艺参数对干膏质量的影响规律，明确了“保质、提效”的中药浸膏干燥过程的调控策略，并建立了干燥过程的神经网络模型以期更好的控制干燥过程，以更好的为中药干浸膏的质量提供保障。 目的 1. 通过研究中药浸膏的干燥特性，加深对干燥过程的理解，为探明“保质、提效”的干燥调控策略打下基础； 2. 利用偏移活化能理论，阐释中药浸膏干燥过程中的热质传递特性，为明确“提效”的干燥过程调控策略提供理论依据； 3.研究筛选对干燥工艺敏感的化学成分，并作为工艺评价指标，明确干燥工艺参数对干膏质量的影响规律，为明确“保质”的干燥过程调控策略提供依据； 4.对以上研究进行总结，研究中药浸膏“保质、提效”干燥的过程调控策略； 5.利用神经网络模型，建立干燥过程的预测控制模型，提高干燥过程控制水平，为生产质量良好的中药浸膏提供保障。 方法 1.选择了中药浸膏常用的真空干燥、微波真空干燥以及喷雾干燥进行了研究； 2.选择了含热敏性成分的丹参总酚酸提取物，以及较难干燥的含皂苷的甘草浸膏以及富含多糖、高粘性的黄精水提物作为模型药物，且丹参总酚酸提取物与甘草浸膏为药典收载品种； 3.以不同工艺参数下的干燥速率变化曲线、物料实际受热温度变化曲线，分析中药浸膏的干燥特性，掌握变化及工艺参数影响规律，探讨了“保质、提效”的干燥调控策略； 4. 基于能量守恒定律，结合干燥速率与物料内部水蒸气分压建立偏移活化能理论的数学方程，阐释中药浸膏干燥过程中的热质传递特性，为中药浸膏干燥的“提效”提供了理论依据； 5. 在指纹图谱相似度评价的基础上，采用主成分分析、偏最小二乘法分析研究工艺参数对干膏质量的影响，在此基础上筛选对指纹图谱相似度差异贡献较大的主要差异成分，以此作为工艺评价指标，同时，引入与褐变反应相关的色泽、褐变指数以及5-羟甲基糠醛三个评价指标，明确干燥工艺参数对干膏质量的影响规律； 6. 综合干燥特性、偏移活化能理论以及质量评价研究结果，提出“保质、提效”的干燥过程调控策略，并进行实验验证，总结干燥过程调控策略； 7. 基于多层感知器与径向基函数建立中药浸膏干燥过程的神经网络预测模型，通过比较分析，确定拟合性能较好的模型，用于控制中药浸膏的干燥过程，提高过程控制水平。 结果 1.根据微波真空干燥与真空干燥的干燥过程中的干燥速率变化规律，将干燥过程分为三个阶段，即加速干燥段、恒速干燥段以及降速干燥段。浸膏的温度随着干燥速率的变化而变化：加速干燥段，迅速预热，温度迅速上升；恒速干燥段，物料温度缓慢上升；降速干燥段，物料温度迅速上升。由于降速干燥段物料温度快速升高至较高温度，因此将该阶段判定为质量控制段。并初步提出了降低物料受热温度、提高干燥速率的“保质、提效”策略：对于微波真空干燥，可提高加速段与恒速段的微波功率密度、降低降速段的微波功率密度、降低料层厚度、降低加速干燥段与恒速干燥段压力、适当升高降速干燥段压力；对于真空干燥，可适当升高加速段与恒速段的干燥温度、降低降速段的干燥温度、降低加速段与恒速段压力、适当升高加速段压力、减小料层厚度。对于物料含水率，降低含水率能缩短干燥时间，但增加了浓缩时间，因此需要综合考虑浓缩段与干燥段来确定物料初始含水率。还探讨了干燥过程中表面结壳、爆喷现象的原因：表面结壳现象是由于表面失水速率大于内部水分迁移速率所致，干燥速率越快越早出现表面结壳，爆喷是由于当表面结壳后，物料内部汽化压力过大，冲破物料结壳表面所致，爆喷与物料性质有一定关系，当物料含水率较高或含有皂苷类易发泡成分更易发生。 2.偏移活化能可定量的描述物料内部失水过程中干燥的难易程度随湿分含量的变化情况。随着干燥的进行，偏移活化能逐渐升高，说明干燥难度不断增大。干燥温度、微波功率密度与料层厚度是影响干燥过程中偏移活化能的主要因素。干燥温度或微波功率密度越高，整个干燥过程偏移活化能越低；料层厚度对干燥后期 (含水量降低至约20%) 的偏移活化能有较大影响，料层越厚，活化能出现更大的偏移，使干燥更加困难。 3. HPLC指纹图谱相似度评价结果表明，各干燥工艺所得干浸膏的指纹图谱与干燥前浓缩液的相似度均在0.94以上，相似度较高，干燥工艺对共有成分的影响较小；PCA与PLS-DA 法研究结果表明，各工艺参数所得干浸膏质量存在一定差异，且筛选出了差异峰，即对工艺敏感的化学成分。并确认丹参总酚酸提取物中的差异成分为丹酚酸B，甘草浸膏中的差异成分为新甘草苷与甘草酸。分别以以上成分以及黄精提取物中的多糖含量为工艺评价指标，发现各工艺参数均可影响干膏中指标成分的含量，过高的干燥温度、过长的干燥时间都不利于保护干膏质量。 4. 综合以上研究结果，提出了“保质、提效”的中药浸膏干燥过程调控策略，并进行了研究。研究结果表明，采用适宜的变温、变压、变微波功率干燥工艺可降低物料受热温度以保证干膏质量，同时提高干燥速率、缩短干燥时降低能耗以提高干燥效率。对于恒速干燥段与加速干燥段，可采用低压以及较高的真空干燥温度与微波干燥功率，对于降速干燥段，可采用较低的干燥温度或微波功率，以及较高的压力。针对微波真空干燥在大生产当中存在的问题，提出了真空-微波真空干燥联合干燥方式，可较好的克服真空干燥费时、微波真空干燥初期由于干燥箱排水困难导致的微波能有效利用率低下而引起的干燥速率低的问题。 5.建立了丹参总酚酸提取物微波真空干燥过程物料表面温度与干燥速率的预测模型，根据拟合结果，多层感知器与径向基函数模型的R2分别为0.961和0.914，拟合性能较好，多层感知器神经网络预测模型显示出更优的预测性能。 结论 1.总结了中药浸膏的真空干燥与微波真空干燥的干燥特性，初步明确了适宜的动态干燥工艺参数有助于降低物料受热温度、提高干燥速率、缩短干燥时间，为实现“保质、提效”的中药浸膏干燥提供了数据支撑。 2.利用偏移活化能理论，从物料内部水蒸气分压角度阐释中药浸膏干燥过程中的热质传递特性；探明了工艺参数对干燥过程中的物料偏移活化能的影响规律，明确了“提效”的干燥策略。 3. HPLC指纹图谱联合模式识别技术有助于确认对工艺敏感的化学成分，该方法简便、可行；以对工艺敏感的化学成分作为工艺评价指标，得出低温、快速的干燥工艺对保护浸膏中的化学成分、保证中药浸膏质量具有重要意义；并提出了采用对工艺敏感的化学成分作为工艺控制指标的质量控制研究思路。 4.适宜的变温、变压、变微波功率干燥工艺以及真空-微波真空干燥联合干燥方式有助于更好的实现“保质、提效”干燥的过程调控。 5. 神经网络预测模型具有良好的预测性能与智能特性，为中药浸膏干燥的过程控制提供研究思路。 收起