基于“传热传质-边界层效应”的中药丸剂干燥机理与工艺调控规律研究

Chinese medicine pills are a classic and highly characteristic of traditional Chinese medicine dosage forms, accounts for a large proportion of Chinese patent medicines. Drying is an indispensable process in the pills production process and has a significant impact on the final quality of the pills. However, the drying mechanism and quality of the pill formation process are not clear, brought great difficulties in the pills drying process design and quality control. The previous research showed that the pills diffusion rate of the internal water and the evaporation rate of the boundary layer were asymmetric with the different drying temperature in the decelerated drying stage, and the inside of the pills was accompanied by the formation of porous media, which affects the moisture migration and the distribution of the temperature field in the drying process and determines the efficiency of heat transfer and mass transfer in the drying process, and ultimately influences the formation of the dry quality of the pill. Therefore, four different types of pills were selected as model drugs in the project. Based on the hypothesis of porous media, applying the methods of the dynamics and thermodynamics, studying the drying mechanism of Chinese materia medica pills, illuminating the formation rule of pills quality during drying process. Exploring the control method of drying process of high quality pills. Hoping to provide scientific basis and theoretical support for solving the common key problem in pills drying process, and also provide important theoretical and experimental guidance for high quality pills drying process design and equipment development.

中药丸剂是一种经典且极具中药特色的传统剂型，在中成药中占很大的比例。干燥作为丸剂生产工艺中不可或缺的工艺环节，对丸剂的最终品质形成具有重大影响。然而，丸剂干燥机理及品质形成过程尚不清楚，给丸剂干燥工艺设计和质量控制带来了巨大困难。课题组前期研究表明：丸剂在降速干燥阶段，其内部水份扩散速度与边界层蒸发速度随干燥温度的不同而出现不对称现象，丸剂内部也伴随着多孔介质结构形成，影响到干燥过程水份的迁移和温度场的分布，决定了干燥过程传热传质的效率，最终影响丸剂干燥品质的形成。基于此，本项目选择4类不同类别丸剂为模型药，基于多孔介质假说，应用热力学、动力学的方法，研究中药丸剂的干燥机理，阐明干燥过程中丸剂品质形成规律。探求高品质丸剂干燥过程的调控方法。以期为丸剂干燥过程存在的共性关键问题解决提供科学依据与理论支撑，也为高品质丸剂干燥工艺设计及设备开发提供重要理论与实验指导。

项目以六味地黄丸（水丸和浓缩丸）为研究对象，研究其在热风干燥和真空脉动干燥不同干燥工艺参数下的干燥特性并建立了干燥数学模型，并研究分析各干燥工艺参数下水分存在状态及变化规律，比较了各工艺参数下丸剂的品质及优化了六味地黄浓缩丸的真空脉动干燥工艺。为中药丸剂干燥机理研究及干燥工艺优化提供了参考。项目首先建立六味地黄丸在热风干燥（干燥温度：50、60、70、80、90℃）、真空脉动干燥（干燥温度：50、60、70、80、90℃；真空保持时间：3、6、9、12、15min；常压保持时间：2、4、8、12、16min）下的干燥曲线、干燥速率曲线，并计算水分有效扩散系数和干燥活化能；利用Weibull分布函数对六味地黄丸的干燥过程进行模拟，分析函数中各个参数在干燥中的物理意义及影响因素；采用LF-NMR技术研究六味地黄丸在热风干燥、真空脉动干燥过程中水分状态的变化规律；通过测定硬度、含量及溶散时限等指标对丸剂不同干燥工艺进行质量比较，并采用响应面法优化六味地黄浓缩丸的真空脉动干燥工艺。在干燥过程中，水丸和浓缩丸的干燥过程可分为升速阶段和降速阶段；六味地黄水丸、浓缩丸的干燥特性受干燥方式和干燥参数影响显著，温度影响较显著，真空保持时间和常压时间的影响较不明显；六味地黄水丸的有效水分扩散系数在1.52×10−10~3.17×10−8之间，浓缩丸的有效水分扩散系数在2.77×10−11~5.07×10−10之间；Weibull分布函数可很好的拟合六味地黄丸干燥过程；六味地黄水丸含有结合水和半结合水两种状态的水分，而六味地黄浓缩丸只含有结合水一种状态的水分，随着干燥时间的延长，各吸收峰均向左迁移且信号幅值明显变小，表明越干燥到后期，水分自由度减少，越难以被干燥。六味地黄丸的低场核磁总峰面积与干基含水率呈显著的线性关系；真空脉动干燥比热风干燥更能减少成分损失，同时降低丸剂的溶散时限，六味地黄浓缩丸的真空脉动干燥最优工艺参数为：真空保持时间3min、常压保持时间12min、干燥温度65℃。