摘要：從中藥小丸粒的干燥入手，分析了中藥小丸粒的微波干燥方法與工藝，對設(shè)備應(yīng)用中出現(xiàn)的各類問題，微波干燥中藥小丸的工藝提出了一些見解，指出了在微波干燥設(shè)備設(shè)計方面應(yīng)考慮的一些關(guān)鍵點。
關(guān)鍵詞：中藥丸粒；微波干燥機(jī)理；干燥工藝；設(shè)備應(yīng)用
我國中草藥丸的生產(chǎn)，歷*一直采用手工泛制丸的形式，自20世紀(jì)70年代出現(xiàn)機(jī)制丸（塑制丸）以來，機(jī)制丸以其藥丸大小均勻一致，丸徑、丸重極易控制，產(chǎn)量大等特點而得到迅速推廣。同時，中藥機(jī)制丸具有能定量計重，與通行的給藥方式接軌，具有易包裝、易保存、易攜帶等優(yōu)勢，故而其發(fā)展前景十分廣闊。
中藥丸有大小丸之分，單丸重量在0.5g以上的稱大丸，重量在0.5g以下的為小丸。包括水丸、水蜜丸、濃縮丸、蜜丸、糊丸、藏藥丸等。對普遍應(yīng)用的小丸來說，制丸機(jī)的工作原理是將按成分、比例混合、煉制好的藥料，經(jīng)由料倉內(nèi)翻板與螺旋推進(jìn)器擠壓，擠出成圓條狀，后經(jīng)順條器，再由制丸刀切斷成粒，高速搓制成球丸。對大蜜丸來說，上述原理亦適用。也有相當(dāng)一部分采用三輥或五輥蜜丸機(jī)制造，原理與上面相近。
中藥丸粒主要的工藝要求：（1）機(jī)制丸必須大小均勻，丸型的形狀圓、表面光；（2）不出現(xiàn)雙聯(lián)丸、扁丸、短圓柱形丸、大小丸、小尾巴、“爛口”等缺陷；（3）丸重符合工藝要求。
小藥丸干燥的工藝要求：（1）能達(dá)到干燥后含水量的指標(biāo)；（2）干燥均勻，崩解時限符合《藥典》要求；（3）達(dá)到產(chǎn)量要求；（4）考慮節(jié)能與環(huán)保。
做出的中藥小丸粒，傳統(tǒng)上一直采取烘箱烘干的方法（大蜜丸除外），然后再進(jìn)行分裝保存。這種工藝與裝備目前來看，仍有很多工廠在使用。還有一些廠家在中藥品的干燥設(shè)備方面，采用真空冷凍干燥機(jī)、遠(yuǎn)紅外干燥機(jī)、沸騰干燥機(jī)等，這些干燥設(shè)備占到藥丸干燥生產(chǎn)的40％。
在近10年的藥丸干燥中，國內(nèi)在微波干燥方法與設(shè)備方面取得了長足的發(fā)展，也得到了廣大藥廠的認(rèn)同。在制藥機(jī)械行業(yè)中，相繼推出了微波干燥、微波滅菌、微波提取等設(shè)備，在提高藥品質(zhì)量、節(jié)約能源、安全環(huán)保方面顯現(xiàn)不可替代的優(yōu)勢。
1微波干燥的簡介
1.1微波干燥的機(jī)理
微波干燥是利用微波在快速變化的高頻電磁場中與物質(zhì)分子相互作用，微波被吸收而產(chǎn)生熱效應(yīng)，把電磁能量直接轉(zhuǎn)換為介質(zhì)熱能，從而達(dá)到干燥的目的。
微波加熱是一種輻射加熱，在波導(dǎo)、諧振腔或微波發(fā)生器天線的輻射場照射下進(jìn)行的。是微波與物體直接發(fā)生作用，使物料里外同時被加熱，無須通過對流或傳導(dǎo)來傳遞熱量。
由于微波能直接為水分所吸收，微波電場對物料的穿透性，物料內(nèi)部和表面的水分能同時獲得微波而被加熱，所以加熱均勻，在干燥的同時具有滅菌殺蟲的作用。
1.2隧道式微波干燥設(shè)備
隧道式微波干燥設(shè)備運行時，首先由微波發(fā)生器產(chǎn)生微波，經(jīng)饋能裝置輸入微波加熱器，物料由傳輸系統(tǒng)送至加熱器中，此時物料中的水分在微波能的作用下升溫蒸發(fā)，水蒸汽通過抽濕系統(tǒng)排出而達(dá)到干燥的目的。物料中的細(xì)菌則被微波電磁場作用下所產(chǎn)生的生物效應(yīng)和熱效應(yīng)殺滅。
2微波干燥中藥小丸的優(yōu)勢
從現(xiàn)行的藥丸干燥前的含水量來看，不論水丸、水蜜丸、濃縮丸等，大多數(shù)介于20％～40％之間，干燥后一般要求含水量在4％～9％之間（也有12％左右的）。這個含水量很適合用微波來干燥。
由于微波干燥是由電能轉(zhuǎn)換為熱能，微波能直接為水分所吸收，物料內(nèi)部和表面的水分同時獲得微波而被加熱，不需像熱傳導(dǎo)加熱方式還需預(yù)熱。同時，熱傳導(dǎo)方向與濕分子傳導(dǎo)方向一致，大大提高了物料的干燥速率。由于加熱中熱量直接來源于干燥物內(nèi)部，微波加熱設(shè)備本身不耗熱，熱效率可達(dá)80％以上。據(jù)實際測驗，在隧道微波設(shè)備中，每蒸發(fā)1kg水,僅需消耗1.43kW·h的電能。這些因素使微波干燥藥丸*可以達(dá)到干燥后的含水量要求。
由于微波加熱干燥是從物料內(nèi)部加熱干燥，而且有自動平衡性能。其體積熱效應(yīng)將導(dǎo)致均勻加熱，避免了普通加熱系統(tǒng)中出現(xiàn)大的溫度梯度。這一點對于那些在常規(guī)加熱干燥過程中容易引起表面硬化的物料，具有更大的意義。
按《藥典》對崩解時限的規(guī)定，中藥小蜜丸、水蜜丸、水丸應(yīng)在1h內(nèi)全部溶散；濃縮丸應(yīng)在2h內(nèi)全部溶散。經(jīng)過微波干燥，可以得到我們所期望的一些反應(yīng)，如使藥丸產(chǎn)生細(xì)微膨化，使得崩解時限得以較大縮短。
同時，在干燥過程中，由于熱效率高、受熱時間短，表面溫度不會變得很高，電磁波的生物效應(yīng)能在較低溫度下殺死細(xì)菌。從而使產(chǎn)品的色、味、有機(jī)成分等不致受到破壞。
3微波干燥均勻性要求
微波是介電加熱方式，在物料加熱均勻性的處理上，是通過計算、實驗、電腦模擬等手段，對微波饋能口的排布和波導(dǎo)調(diào)配上做充分的考慮，同時對布料形式有著更規(guī)范的要求。
3.1饋能口的分布
饋能口的分布不僅要相互垂直、錯位，而且呈星形分布，目的是使加熱腔內(nèi)微波以多個模式形成諧振。因為在一個加熱箱內(nèi)，微波形成的模式越多，加熱則愈均勻。但形成模式的數(shù)目與腔體尺寸、腔體形狀、藕合口的位置及數(shù)量，物料的鋪設(shè)厚度，含水量等諸多因素有關(guān)。通俗的講，使被加熱的物料在同一平面內(nèi)，都有機(jī)會在均等的時間內(nèi)得到微波的均勻照射。示饋能口的排布方式如圖1所。以隧道式微波干燥設(shè)備為例，在整個隧道加熱箱內(nèi)的每節(jié)加熱箱上，饋口的排布也不盡相同。
3.2布料
3.2.1布料要求
剛制成的中藥小丸，通常濕度或黏度較大。以隧道式微波干燥設(shè)備為例，物料在進(jìn)料時，要求在傳輸帶上將藥丸均勻地布放在上面。因為鋪設(shè)的藥丸厚度一致，邊緣與中間密度均勻，干燥均勻就有了前提保證。
邊緣與中間密（厚）度均勻，是指微波干燥具有選擇性。局部物料厚，相對濕分大，對微波的吸收能力大，該處的溫度升高較快，與薄的地方會出現(xiàn)差異，會造成干燥不均勻。
3.2.2布料厚度
（1）微波進(jìn)入物料后，物料吸收微波能并將其轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽⒉ǖ膱鰪?qiáng)和功率就不斷地衰減，即微波透入物料后將進(jìn)入衰減狀態(tài)。
不同的物料對微波能的吸收、衰減能力是不同的，其隨物料的介電特性而定。衰減狀態(tài)決定著微波對介質(zhì)的穿透能力，當(dāng)微波進(jìn)入物料時，物料表面的能量密度zui大，隨著微波向物料的滲透，其能量呈指數(shù)衰減，同時微波的能量釋放給了物料。
穿透深度可表示物料對微波能的衰減能力的大小。一般它有兩種定義，本文僅用其中一種。穿透深度為微波功率從物料表面衰減至表面值的1/e（36.8％）時的距離，用De表示：
式中，e——自然對數(shù)底值；
λ0——自由空間波長；
εr——介電常數(shù)；
tgδ——介質(zhì)損耗。
（2）由于藥丸中均含有水，其相對介電常數(shù)為80。在2450MHz時，微波對水的滲透深度為2.3cm，故我們在鋪設(shè)藥丸時，要充分考慮這一因素，不要僅考慮產(chǎn)量而增加鋪料厚度，也不要追求干燥強(qiáng)度而減少進(jìn)料量。
4制約微波干燥產(chǎn)量的因素
在隧道微波內(nèi)干燥中，由于中藥小丸生產(chǎn)是連續(xù)的，在做到功率匹配后，應(yīng)能很好地滿足生產(chǎn)需求。而制約產(chǎn)量方面的因素有以下幾點：
4.1輸送帶跑偏
在隧道式微波干燥設(shè)備中，微波均為模塊式長型結(jié)構(gòu)。目前，國內(nèi)生產(chǎn)的隧道式微波設(shè)備zui短的加熱箱也有3節(jié)，每節(jié)1m長，加起來設(shè)備總長6～7m，zui長的隧道式微波設(shè)備可達(dá)幾十米以上。輸送帶為四氟帶，輸送帶在粘接成環(huán)形時，接頭多為手工粘接，這樣難以避免地在工作過程中會發(fā)生輸送帶跑偏問題。輸送帶跑偏，會使得藥丸掉入干燥腔內(nèi)，引起藥品燒焦等故障，嚴(yán)重的將使工作受阻，造成停機(jī)，影響生產(chǎn)。
由于輸送帶的粘接是手工完成的，在調(diào)整過程中會出現(xiàn)以下幾種情況：（1）輸送帶封閉成環(huán)狀后，一邊較另一邊稍大或小，呈喇叭口型；（2）兩傳動滾筒之間在水平方向和垂直面內(nèi)不平行；（3）進(jìn)出料機(jī)架之間不平行。
4.1.1輸送常跑偏分析
就我們公司生產(chǎn)微波設(shè)備多年的經(jīng)驗，輸送帶跑偏類型可以歸納為以下幾種：
（1）由于輸送帶粘成喇叭口型或者前后滾筒水平方向不平行，輸送帶會朝小的一端跑偏，而這種跑偏是不可逆的。
（2）前后滾筒一邊偏左，另一邊偏向右：前后滾筒呈菱形，輸送帶在緊邊作用下，會出現(xiàn)一個軸向力，向一邊偏移，而這種偏移也是不可逆的。
（3）輸送帶來回擺動偏移：這種情況一般屬于輸送帶粘成喇叭型和滾筒在垂直面不平行造成的。當(dāng)輸送帶由于喇叭筒原因向一邊跑時，跑到滾筒zui大處不能再跑，迫使向相反的方向跑去，這樣來回跑，形成擺動形式。
（4）中間起褶皺，這類情況一般很少出現(xiàn)，屬于傳送帶在輥中間凸鼓，或者中間凹陷，造成帶褶迭所致，而褶帶zui容易產(chǎn)生撕裂現(xiàn)象。
（5）操作運轉(zhuǎn)中引起的跑偏。當(dāng)微波設(shè)備輸送帶部分安裝調(diào)試到*狀態(tài)，工作狀況很穩(wěn)定。當(dāng)運作一段時間后，有物料掉入滾筒與輸送帶的夾縫中，擠粘在滾筒表面，當(dāng)粘貼到一定數(shù)量時，滾筒表面的幾何形狀發(fā)生明顯變化，致使很平穩(wěn)的輸送帶不得不發(fā)生跑偏現(xiàn)象。還有物料中含有油質(zhì)，糖、稀等黏性物質(zhì)，滲透到滾筒表面致使輸送帶發(fā)生一邊摩擦，一邊打滑跑偏。
4.1.2輸送帶跑偏的解決方法
輸送帶跑偏困擾著用戶與設(shè)備制造廠。因為人工調(diào)整糾偏不僅耗時大，而且不易一次調(diào)整到位。針對微波輸送帶跑偏的情況，我們采用了光電開關(guān)和氣動裝置，成功地解決了這一難題。具體來講，有強(qiáng)制性和非強(qiáng)制性兩種：
（1）強(qiáng)制性的解決方法。強(qiáng)制性糾正跑偏又叫硬性糾偏，其解決方法有：1）在輸送帶上加裝導(dǎo)條，滾筒上加導(dǎo)槽。輸送帶導(dǎo)條在滾筒導(dǎo)槽內(nèi)強(qiáng)制拉住輸送帶，不讓超出額定范圍；2）氣動自動糾偏：當(dāng)輸送帶跑出一定距離時，光電探頭接收到信號，發(fā)給糾偏機(jī)構(gòu)，使氣缸活塞運動，推動兩傳動輥保持平行，使輸送帶向相反方向跑回，達(dá)到平穩(wěn)工作的目的。
（2）非強(qiáng)制性的解決方法。主要有：1）通過增加調(diào)整螺桿，進(jìn)行微量調(diào)整滾筒之間的平行度；2）增設(shè)物料的封擋件，防止物料掉入加熱箱內(nèi)。
對傳送帶采取了各種糾偏措施后，可保證設(shè)備正常運行，以達(dá)到產(chǎn)量要求。
4.2其他因素
（1）冷卻系統(tǒng)循環(huán)故障。由于磁控管不能正常工作，投入的功率減少，故使得干燥速度變的緩慢。由于磁控管有兩種冷卻方式，即風(fēng)冷和水冷。在風(fēng)冷的磁控管工作中要經(jīng)常檢查風(fēng)機(jī)工作的可靠性，以免在風(fēng)機(jī)不工作的狀態(tài)下，磁控管仍處在高溫狀態(tài)而被燒壞；對水冷式磁控管，要保證循環(huán)水路的暢通無阻，各管道處不得有結(jié)垢堵塞及漏水現(xiàn)象。如冷卻不好將燒壞磁控管及其他電子元件。
（2）一是微波功率未變更而濕丸的水分增加，二是實際投入的微波功率降低（也由磁控管老化引起）。在隧道微波使用過程中，當(dāng)微波功率在全負(fù)荷狀態(tài)下工作時，應(yīng)檢查磁控管由于老化導(dǎo)致功率降低的微波管，及時更換新的磁控管。
磁控管的壽命，日產(chǎn)松下的可達(dá)5000h，效率可達(dá)90％以上。在微波設(shè)備使用過程中，應(yīng)嚴(yán)格按磁控管的使用要求來做。當(dāng)磁控管使用相當(dāng)一段時間后，由于電氣元件均在高溫下工作，會產(chǎn)生“老化”現(xiàn)象，導(dǎo)致功率降低。不要一味為增加產(chǎn)量而使微波設(shè)備連續(xù)長時間地不停機(jī)工作。
5微波干燥中藥小丸的設(shè)備發(fā)展
5.1隧道類微波設(shè)備
隧道類微波設(shè)備適用于連續(xù)式生產(chǎn)，特別值得指出的是，其對中藥丸及飲片等中成藥的主要成分干燥后不受影響，且干燥速度快、均勻性好、溫度低、干燥效率高、產(chǎn)品質(zhì)量好，加工完產(chǎn)品色澤、崩解度均較好。這類設(shè)備的應(yīng)用已趨于成熟，已建立了相應(yīng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。由于該類設(shè)備的及環(huán)保得到了市場的認(rèn)可，故發(fā)展速度比較快。
5.2多層隧道類微波干燥機(jī)
為了更高地提高微波設(shè)備的效率，設(shè)計了于藥丸干燥的多層隧道微波干燥機(jī)，如圖2所示。其工作過程：上層被干燥的藥丸經(jīng)過運行后，掉到下層的輸送帶上，使得物料在帶上有個自動重新排布過程，在干燥箱內(nèi)再一次被微波加熱，如此幾次循環(huán)，使中藥丸干燥后的均勻性更好。該類設(shè)備的底層同時設(shè)置了冷卻層，使出來的藥丸溫度接近室溫。配合輸送帶的自動糾偏裝置，該型設(shè)備在各大藥廠已經(jīng)取得了很好的應(yīng)用。
5.3用于小批量的藥丸干燥機(jī)
箱式微波干燥機(jī)適用于間歇式生產(chǎn)。被干燥的藥品放置在干燥箱內(nèi)的回轉(zhuǎn)盤上，由微波輻射進(jìn)行干燥。箱式微波干燥機(jī)的產(chǎn)量受到料盤與功率的限制，但它適合小批量生產(chǎn)，或需經(jīng)常變換品種的制藥企業(yè)。對有特殊要求的藥丸，如含有熱敏性原料的薄荷、冰片及貴重藥材，含有生物活性的生物制品，以及要求在低溫下進(jìn)行干燥的藥丸，在箱式微波工作腔內(nèi)加上真空后更適合。
一般來講，在常溫下，在烘箱內(nèi)干燥一批藥丸為12～16h，而微波真空干燥則需45～60min，干燥溫度60～70℃，甚至更低。隧道微波干燥機(jī)的干燥時溫度在70～90℃之間，干燥時間長為30～45min，所以，用微波干燥小藥丸，它的是顯而易見的。
微波真空干燥技術(shù)是微波技術(shù)與真空技術(shù)相結(jié)合的一種轉(zhuǎn)型技術(shù)。它兼?zhèn)湮⒉ǜ稍锱c真空干燥的一系列優(yōu)點，更適合對中藥藥品、生物制品的低溫干燥，也適宜中藥浸膏的干燥。
6結(jié)語
微波干燥不論是真空微波干燥、常壓微波干燥或隧道式單層或多層干燥器等，都可應(yīng)用程序控制，將其參數(shù)輸入程序控制器采用自動化操作，因而可簡化操作工序。尤其隧道式微波干燥器可實現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)，可大大降低勞動強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率，方便生產(chǎn)管理。其生產(chǎn)過程，因不需預(yù)熱，也無預(yù)熱，啟動電源即可干燥，如斷電源，熱源立即消失，因而操作簡單，易于操作、控制，生產(chǎn)周期短。
在使用中必須了解微波的特性，才能更好地為我們服務(wù)。在干燥物料時，還需要注意以下幾個方面：（1）不同性狀的物料,或不同含水率的同種物料,不宜在一起干燥；（2）不同的產(chǎn)品，有不同的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，也就是有不同的含水量要求，要根據(jù)實際摸索適合該產(chǎn)品的干燥曲線，以備后用；（3）對熱敏性的物料，或含脂肪的物料，應(yīng)考慮加真空在低溫下進(jìn)行干燥；（4）對于食品及藥品干燥,應(yīng)分別總結(jié)它們的工藝要求及特點,區(qū)別對待。
從以上對比與分析可以看出，微波干燥設(shè)備的節(jié)能、是較為明顯的。同時也是一種環(huán)保型設(shè)備，是用于中藥小丸的干燥設(shè)備的發(fā)展方向。
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