CN111494449A - 一种金银花真空冷冻干燥工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及金银花加工技术领域，具体涉及一种金银花真空冷冻干燥工艺，包括预处理、摆盘、预冷冻、真空干燥步骤。本发明利用提前速冻的方法，减少真空冷冻干燥时间，降低能耗，避免干燥过程中物质在酶的作用下继续氧化分解。本发明首次研究真空冷冻干燥发加工金银花的工艺并对其工艺参数进行了优化，使得供给物料的热量最少，升华出来的水分最快，干燥所需时间最短，脱出单位质量的水消耗的能量最低，干燥后的产品质量最佳。本发明获得的金银花中有机酸类、黄酮类、挥发油类、皂苷类等成分均高于其他方式获得的金银花，绿原酸的含量为3.19％，真空冷冻干燥技术在保护热敏性差和挥发性成分方面有明显优势。

Description

一种金银花真空冷冻干燥工艺
技术领域
本发明涉及金银花加工技术领域，具体涉及一种金银花真空冷冻干燥工艺。
背景技术
干燥可保证物质不致腐败和变质，是目前社会生产中最常见的技术。真空冷冻干燥是指将含水物质预先冻结成固态，然后在真空状态下使其中的水从固态升华成气态，以除去水分而保存物质的方法。该技术具备常规干燥下不可比拟的优势，冻干后的固体物质呈多孔结构，保持冻结时的体积，加水极易溶解复原，能除去95％～99％的水分。近几年，真空冷冻干燥技术的发展非常迅速，国内尤为突出，尤其是在食品生产、药品生产和农副业加工等领域中，更是成为产品保鲜、保质的主要手段。
目前，中药在炮制加工过程中，植物蛋白、挥发油等有效成分会受到破坏。中药饮片易受运输、仓储、保存等因素的影响而降低临床疗效,进而使以饮片为原材料的中成药的质量受到制约。由于真空冷冻干燥制品能良好地保存加工原料的成份以及色、香、味、形,故其在人参、西洋参、冬虫夏草、山药、枸杞、鹿茸等中药材中得到了广泛应用。
金银花(Lonicerajaponica Thunb)来源于忍冬干燥的花蕾，具有清热解毒、疏散风热的功效，是最常用的中药。金银花中的挥发油类是其发挥疏散风热功效的主要物质基础，有机酸类被认为是清热解毒功效的物质基础，黄酮类化合物有抗菌、抗病毒的药理作用，木犀草苷、绿原酸是药典规定的有效成分之一，常做为质量控制指标。金银花采摘后要及时进行加工，防止发热霉烂变黑，降低质量。金银花传统加工方法有阴干、烘干、生晒、炒晒、蒸晒等，生晒是山东最常用的产地加工方法，此方法完全取决于天气情况，耗时较长，外观性状不好；烘干法在规模化药材种植基地使用较高，省时省力、不受天气限制；蒸晒药材性状好但易回潮，利用以上常用传统方法加工的干品有效成分含量均较现代工艺加工的干品低。目前认为，微波干燥技术由于干燥时间短，生产成本低，投入少，适合于现代技术大规模推广。从理论上来说，真空冷冻干燥法对药材中的易氧化分解成分有保护作用，最适合于药材初加工，但是目前国内研究成果对金银花冷冻干燥样品的有效成分和营养成分的含量分析却没有体现出冷冻干燥的优势，一方面是因为冷冻干燥过程中造成了植物组织细胞局部水分快速散失，形成了细胞空腔，而空腔中的空气并没有随之排出，再者，其细胞组织中的酶没有被可以继续氧化其中的有效成分，造成了植物组织中有效成分的分解，最重要的原因是与冷冻干燥的具体工艺要求有关，目前尚未有人系统开展金银花真空冷冻干燥工艺研究。加之真空冷冻干燥机本身价格较高，生产投入大，干燥时间长，耗能大，造成很多研究者放弃对金银花真空冷冻干燥的研究。如何优化加工工艺，降低生产成本，增加真空冷冻干燥前处理步骤，针对干燥后产品特点开发高附加值产品将是本研究的重点。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种金银花真空冷冻干燥工艺。本发明首次研究真空冷冻干燥发加工金银花的工艺，获得的金银花中有机酸类、黄酮类、挥发油类、皂苷类等成分均高于其他方式获得的金银花，绿原酸的含量为3.19％，干燥时间短，耗能低。
本发明所述的一种金银花真空冷冻干燥工艺，包括以下步骤：
(1)预处理
(2)摆盘，金银花的摆放厚度为1-3mm；实验过程中发现，随着金银花物料的厚度增加，绿原酸有效成分绿原酸的含量也逐步升高，在物料厚度3mm时，绿原酸含量达到最大。当厚度大于3mm时，绿原酸的含量随物料厚度增加而缓慢下降。这是因为物料过薄，干燥随水分瞬间蒸发会伴随有大量的有效成分散失，厚度过厚，物料内外受热不均，延长干燥时间导致有效成分破坏。
(3)预冷冻，将金银花放入真空冷冻干燥机中，将金银花的温度降低到-30℃～-35℃，并维持4-5小时；
本发明选用差示扫描热分析法(Pyris DiamondDSC)来测定新鲜金银花的共晶点和共融点。DSC程序设定如下：以10℃/min的降温速率从30℃扫描到-60℃，在-60℃的环境下恒温1min，再以10℃/min的速率从-60℃升温到30℃，绘制DSC热流曲线，进行处理分析后记录共晶点和共融点。根据共晶点和共熔点的定义及DSC热流曲线分析，金银花的共晶点温度为-27.40℃，共融点温度为1.74℃。
通过金银花共晶点和共融点的确定，可以准确判断真空冷冻干燥工艺最低降温温度和升温时间，一方面提高了定干燥速率，同时也是节省能耗的关键参数。
绿原酸含量随预冻结温度的降低缓慢增加，在-35℃时，到达最大值，而后开始降低。一般预冻结温度比共晶温度低5～10℃，预冻结温度越低，冷冻过程消耗能量越大，生化干燥所需时间也越长，从而干燥过程中的能力消耗也大。因此，从节约能源、提高冻干效率的角度出发，选择预冻结温度为-30℃～-35℃。
(4)真空干燥，将冷阱中的温度降到-60℃时，真空度维持在20～30Pa，开始抽真空进行升华干燥，在干燥仓升温至35-45℃、真空度达到1-10Pa后结束，得真空冷冻干燥金银花。
所述升华干燥的具体步骤为：金银花温度维持在-30℃～-35℃，保持3.5小时；金银花温度回升并维持在-30～-20℃，保持2小时；金银花温度回升并维持在-20～-10℃，保持2小时；金银花温度回升并维持在-10～0℃，保持2小时；金银花温度回升并维持在0～10℃，保持3～4小时；金银花温度回升并维持在10～15℃，保持4～5小时；金银花温度回升并维持在35～45℃，保持10～15小时。
金银花厚度1cm，预冻温度-30℃、一次干燥时间4h，二次干燥温度50℃。一次干燥时间是指，在真空状态下，此时物料物料中的水仍为结晶状态，物料中的水以固体形式挥发，抽真空的时间时长，干燥时间越长，其干燥程度越高，其能量消耗越大。实验过程中发现随着干燥时间的增加，绿原酸含量逐步升高，当一次干燥时间为4小时时，绿原酸的量达到最高。之后随着干燥时间延长而降低。因此选择一次干燥时间为4小时。
二次干燥温度是指在抽真空后，物料温度逐渐升高达到融点。通过加使物料内液体状态的水分利用热量散失。其温度越高，干燥效率越高，对热敏性成分破坏越大。随着二次干燥温度的逐渐升高，绿原酸的量逐渐升高，且升高幅度较大。在40℃绿原酸的量最高。当温度大于40℃时，随着温度升高，绿原酸含下降。因此选择二次干燥时间为40℃。
本发明所述的预处理为将金银花药材进行分级，取出叶片、完全开放的花蕾等杂质，避免用手翻触。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明差示扫描量热仪分析金银花的共晶点和共融点，利用提前速冻的方法，减少真空冷冻干燥时间，降低能耗，避免干燥过程中物质在酶的作用下继续氧化分解。
(2)本发明首次研究真空冷冻干燥发加工金银花的工艺并对其工艺参数进行了优化，使得供给物料的热量最少，升华出来的水分最快，干燥所需时间最短，脱出单位质量的水消耗的能量最低，干燥后的产品质量最佳。
(3)本发明获得的金银花中有机酸类、黄酮类、挥发油类、皂苷类等成分均高于其他方式获得的金银花，绿原酸的含量为3.19％。
(4)本发明通过低温干燥方式能避免高温蒸煮带来的有效成分的流失，外观性状好，不会产生黑点，还避免了二氧化硫含量超标带来的安全隐患。产品内部结构疏松，在煎煮时溶出速度高，溶出率高，利用率高。
具体实施方式
材料试剂
新鲜金银花，采自山东省平邑县，于2015年、2016年4月～5月于采集二白期新鲜金银花花蕾；标准品均购于上海源叶生物科技有限公司。试剂均为分析纯购于上海医药集团股份有限公司。
仪器设备
真空冷冻干燥机，Advantage2.0 Benchtop Freeze Dryer(美国SP公司)；差示扫描量热仪，Pyris Diamond DSC(美国PE公司)；高效液相色谱仪Agilent1260；GC：气相色谱仪,Agilent 6890N；HP-5MS(30m×250μm×0.25μm)石英毛细管柱；恒温水浴锅，HH-6数显恒温型(上海安锐自动化仪器有限公司)；离心机，TDL-50B型；分光光度仪，分析天平，移液枪。
实施例1
一种金银花真空冷冻干燥工艺，包括以下步骤：
(1)预处理
(2)摆盘，金银花的摆放厚度为1-3mm；
(3)预冷冻，将金银花放入真空冷冻干燥机中，将金银花的温度降低到-30℃～-35℃，并维持4-5小时；
(4)真空干燥，将冷阱中的温度降到-60℃时，真空度维持在20～30Pa，开始抽真空进行升华干燥，在干燥仓升温至35-45℃、真空度达到1-10Pa后结束，得真空冷冻干燥金银花。
所述升华干燥的具体步骤为：金银花温度维持在-30℃～-35℃，保持3.5小时；金银花温度回升并维持在-30～-20℃，保持2小时；金银花温度回升并维持在-20～-10℃，保持2小时；金银花温度回升并维持在-10～0℃，保持2小时；金银花温度回升并维持在0～10℃，保持3～4小时；金银花温度回升并维持在10～15℃，保持4～5小时；金银花温度回升并维持在35～45℃，保持10～15小时。
金银花厚度1cm，预冻温度-30℃、一次干燥时间4h，二次干燥温度50℃。
所述的预处理为将金银花药材进行分级，取出叶片、完全开放的花蕾等杂质，避免用手翻触。
实施例2不同干燥方法金银花性状分析
将鲜花按照表1的条件进行处理，每个样品平行3次重复。
表1不同金银花干燥方法
Figure BDA0002551680680000041
不同干燥方法金银花性状分析
表2不同干燥金银花外观性状
Figure BDA0002551680680000042
Figure BDA0002551680680000051
实施例3不同干燥方法金银花中有机酸含量测定方法及分析
(1)色谱条件
采用HPLC法测定活性成分含量，测定条件如下：色谱柱：Agilent ZORBAX XDB-C18(4.6mm×250mm,5μm)；流动相A:0.1％甲酸水，流动相B：乙腈；柱温：30℃；进样量：20μl；检测波长：240nm，325nm，350nm；流动相洗脱梯度见表3。理论塔板数按绿原酸计算不得低于5000。
表3 HPLC流动相梯度洗脱表
Figure BDA0002551680680000052
(2)对照品溶液制备
精密称取新绿原酸9.79mg、隐绿原酸10.75mg、咖啡酸11.09mg、异绿原酸B9.29mg、断氧化马钱苷4.32mg，分别置于1ml容量瓶中，用50％甲醇溶解并定容至刻度；精密称取绿原酸10.51mg、异绿原酸A13.00mg、异绿原酸C 5.89mg、马钱苷酸5.78mg、马钱苷4.33mg、芦丁2.25mg、金丝桃苷6.19mg，分别置于5ml容量瓶中，用50％甲醇溶解并定容至刻度；精密称取木犀草苷5.79mg，置于10ml容量瓶中，用50％甲醇溶解并定容至刻度。将上述对照品储备液分别稀释成每1ml含新绿原酸4.4μg、绿原酸273.3μg、隐绿原酸29.2μg、咖啡酸0.13μg、异绿原酸A25.3μg、异绿原酸B 78.0μg、异绿原酸C11.2μg、马钱苷酸15.3μg、马钱苷15.6μg、断氧化马钱苷24.2μg、芦丁1.5μg、金丝桃苷0.56μg、木犀草苷8.1μg的溶液，即为各对照品溶液。
(3)供试品溶液制备
取样品粉末0.5g，精密称定，置于50ml具塞锥形瓶中，精密加入50％甲醇溶液50ml，密塞，称重，超声处理(100W,100Hz)60min，放冷至室温，再称重，用50％甲醇溶液补足减失重量，摇匀，吸取上清液，过0.22μm有机滤头，弃去初滤液，以续滤液作为供试品溶液。
对各对照品溶液以及供试品溶液进行测定，不同干燥样品其有机酸比较分析。
实施例4不同干燥方法金银花中挥发油类含量测定方法及分析
(1)萃取步骤
将固相微萃取装置的萃取头插入GC进样口进行老化，老化温度240℃，载气流量1.0mL/min，老化时间30min。将3.0g干燥粉末，装入15mL顶空瓶中，加盖密封，置于30℃水浴静态吸附70min。萃取头于GC进样口240℃解吸3min，同时启动仪器采集数据。
(2)SFE-CO2萃取条件的优化
在前期试验的基础上，采用正交设计方法，以挥发油的提取率为考察指标，分别以萃取温度、压力和药材粉碎粒度，试验因素，选取三水平，按照L9(33)正交安排试验。应用分析型SFE-CO2萃取装置，一次投料10.0g，静态萃取5min，动态萃取20min，CO2流速为2L/min，用无水乙醇吸收提取物，减压干燥，称量。
(3)GC-MS分析
载气：氦气(99.999％)，流速1.0mL/min；进样口温度250℃，进样方式为不分流进样。程序升温条件如下：50℃(保留2min)，开始以2℃/min到120℃(保留5min)，再以5℃/min到160℃(保留10min)，最后以10℃/min到240℃(保留5min)。
MS：质谱仪为Agilent 5973N；电离方式EI，离子源温度250℃，电子电量70ev，灯丝发射电流200μA，扫描质量范围为30-500amu。
不同干燥方式金银花中有机酸类比较
Figure BDA0002551680680000061
不同干燥方式金银花中烯醚萜苷类、黄酮类比较
Figure BDA0002551680680000071
真空冷冻干燥金银花其绿原酸、新绿原酸、异绿原酸A较烘干、晒干、晾干样品高。其中绿原酸含量为3.19％。绿原酸是多酚羟基酸性物质，其热敏性差，真空冷冻干燥方法可以减少干燥过程中绿原酸成分的分解。
不同干燥金银花其黄酮类含量比较分析，真空冷冻干燥金银花所含芦丁、金丝桃苷较高。其中芦丁含量0.10％，金丝桃苷含量0.01％。
通过HS-SPME/GC-MS法对金银花鲜花、真空冷冻干燥品、烘干品中挥发性成分进行定性分析，烘干金银花样品中共鉴定出30个成分，占总峰面积的95.15％。主要挥发性物质为10-十九醇(27.14％)、正三十一烷(20.87％)、正二十九烷(19.59％)和植醇(9.68％)，这四种成分共占到总挥发油离子峰面积的77.28％。在挥发性成分的构成中，烷烃类占到总成分的48.69％，醇类为28.53％，萜类10.18％，所含化合物数量依次为10、3、2个。真空冷冻干燥金银花中共鉴定出55个成分，占总峰面积96.71％。按面积归一化法，主要物质依次为：正二十九烷(26.85％)、正三十一烷(13.28％)、正二十七烷(9.10％)、木蜡酸甲酯(6.78％)和10-十九醇(6.60％)。在挥发性成分的构成中，烷烃类占相对质量分数的59.81％，共19个化合物；酯类物质较忍冬烘干样品中明显增多，占12.12％，含有14个化合物；甾醇类共4个，占总相对质量分数的10.87％。
通过以上结果看出，较新鲜忍冬，干燥后金银花中倍半萜烯类、氧化单萜烯类、酯类等低分子量挥发性成分明显减少，主要以烷烃类化合物为主，占总相对质量分数的40％以上。这可能是因为随着忍冬叶、花干燥时间、存放时间的延长，香气成分越来越少，同时SFE-CO2萃取过程中，也有部分挥发性成分随着CO2气体挥发至空气中。
上述结果表明：真空冷冻干燥技术在保护热敏性差和挥发性成分方面有明显优势。

Claims (5)

1.一种金银花真空冷冻干燥工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)预处理
(2)摆盘，金银花的摆放厚度为1-3mm；
(3)预冷冻，将金银花放入真空冷冻干燥机中，将金银花的温度降低到-30℃～-35℃，并维持4-5小时；
(4)真空干燥，将冷阱中的温度降到-60℃时，真空度维持在20～30Pa，开始抽真空进行升华干燥，在干燥仓升温至35-45℃、真空度达到1-10Pa后结束，得真空冷冻干燥金银花。
2.根据权利要求1所述的一种金银花真空冷冻干燥工艺，其特征在于，所述升华干燥的具体步骤为：金银花温度维持在-30℃～-35℃，保持3.5小时；金银花温度回升并维持在-30～-20℃，保持2小时；金银花温度回升并维持在-20～-10℃，保持2小时；金银花温度回升并维持在-10～0℃，保持2小时；金银花温度回升并维持在0～10℃，保持3～4小时；金银花温度回升并维持在10～15℃，保持4～5小时；金银花温度回升并维持在35～45℃，保持10～15小时。
3.根据权利要求1所述的一种金银花真空冷冻干燥工艺，其特征在于，金银花厚度1cm，预冻温度-30℃、一次干燥时间4h，二次干燥温度50℃。
4.根据权利要求1所述的一种金银花真空冷冻干燥工艺，其特征在于，所述的预处理为将金银花药材进行分级，取出叶片、完全开放的花蕾等杂质，避免用手翻触。
5.根据权利要求1所述的一种金银花真空冷冻干燥工艺，其特征在于，采用差示扫描热分析法来测定新鲜金银花的共晶点和共融点，进而确定真空冷冻干燥工艺最低降温温度和升温时间。
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