摘要：从中药小丸粒的干燥入手，分析了中药小丸粒的微波干燥方法与工艺，对设备应用中出现的各类问题，微波干燥中药小丸的工艺提出了一些见解，指出了在微波干燥设备设计方面应考虑的一些关键点。
关键词：中药丸粒；微波干燥机理；干燥工艺；设备应用
我国中草药丸的生产，历*一直采用手工泛制丸的形式，自20世纪70年代出现机制丸（塑制丸）以来，机制丸以其药丸大小均匀一致，丸径、丸重极易控制，产量大等特点而得到迅速推广。同时，中药机制丸具有能定量计重，与通行的给药方式接轨，具有易包装、易保存、易携带等优势，故而其发展前景十分广阔。
中药丸有大小丸之分，单丸重量在0.5g以上的称大丸，重量在0.5g以下的为小丸。包括水丸、水蜜丸、浓缩丸、蜜丸、糊丸、藏药丸等。对普遍应用的小丸来说，制丸机的工作原理是将按成分、比例混合、炼制好的药料，经由料仓内翻板与螺旋推进器挤压，挤出成圆条状，后经顺条器，再由制丸刀切断成粒，高速搓制成球丸。对大蜜丸来说，上述原理亦适用。也有相当一部分采用三辊或五辊蜜丸机制造，原理与上面相近。
中药丸粒主要的工艺要求：（1）机制丸必须大小均匀，丸型的形状圆、表面光；（2）不出现双联丸、扁丸、短圆柱形丸、大小丸、小尾巴、“烂口”等缺陷；（3）丸重符合工艺要求。
小药丸干燥的工艺要求：（1）能达到干燥后含水量的指标；（2）干燥均匀，崩解时限符合《药典》要求；（3）达到产量要求；（4）考虑节能与环保。
做出的中药小丸粒，传统上一直采取烘箱烘干的方法（大蜜丸除外），然后再进行分装保存。这种工艺与装备目前来看，仍有很多工厂在使用。还有一些厂家在中药品的干燥设备方面，采用真空冷冻干燥机、远红外干燥机、沸腾干燥机等，这些干燥设备占到药丸干燥生产的40％。
在近10年的药丸干燥中，国内在微波干燥方法与设备方面取得了长足的发展，也得到了广大药厂的认同。在制药机械行业中，相继推出了微波干燥、微波灭菌、微波提取等设备，在提高药品质量、节约能源、安全环保方面显现不可替代的优势。
1微波干燥的简介
1.1微波干燥的机理
微波干燥是利用微波在快速变化的高频电磁场中与物质分子相互作用，微波被吸收而产生热效应，把电磁能量直接转换为介质热能，从而达到干燥的目的。
微波加热是一种辐射加热，在波导、谐振腔或微波发生器天线的辐射场照射下进行的。是微波与物体直接发生作用，使物料里外同时被加热，无须通过对流或传导来传递热量。
由于微波能直接为水分所吸收，微波电场对物料的穿透性，物料内部和表面的水分能同时获得微波而被加热，所以加热均匀，在干燥的同时具有灭菌杀虫的作用。
1.2隧道式微波干燥设备
隧道式微波干燥设备运行时，首先由微波发生器产生微波，经馈能装置输入微波加热器，物料由传输系统送至加热器中，此时物料中的水分在微波能的作用下升温蒸发，水蒸汽通过抽湿系统排出而达到干燥的目的。物料中的细菌则被微波电磁场作用下所产生的生物效应和热效应杀灭。
2微波干燥中药小丸的优势
从现行的药丸干燥前的含水量来看，不论水丸、水蜜丸、浓缩丸等，大多数介于20％～40％之间，干燥后一般要求含水量在4％～9％之间（也有12％左右的）。这个含水量很适合用微波来干燥。
由于微波干燥是由电能转换为热能，微波能直接为水分所吸收，物料内部和表面的水分同时获得微波而被加热，不需像热传导加热方式还需预热。同时，热传导方向与湿分子传导方向一致，大大提高了物料的干燥速率。由于加热中热量直接来源于干燥物内部，微波加热设备本身不耗热，热效率可达80％以上。据实际测验，在隧道微波设备中，每蒸发1kg水,仅需消耗1.43kW·h的电能。这些因素使微波干燥药丸*可以达到干燥后的含水量要求。
由于微波加热干燥是从物料内部加热干燥，而且有自动平衡性能。其体积热效应将导致均匀加热，避免了普通加热系统中出现大的温度梯度。这一点对于那些在常规加热干燥过程中容易引起表面硬化的物料，具有更大的意义。
按《药典》对崩解时限的规定，中药小蜜丸、水蜜丸、水丸应在1h内全部溶散；浓缩丸应在2h内全部溶散。经过微波干燥，可以得到我们所期望的一些反应，如使药丸产生细微膨化，使得崩解时限得以较大缩短。
同时，在干燥过程中，由于热效率高、受热时间短，表面温度不会变得很高，电磁波的生物效应能在较低温度下杀死细菌。从而使产品的色、味、有机成分等不致受到破坏。
3微波干燥均匀性要求
微波是介电加热方式，在物料加热均匀性的处理上，是通过计算、实验、电脑模拟等手段，对微波馈能口的排布和波导调配上做充分的考虑，同时对布料形式有着更规范的要求。
3.1馈能口的分布
馈能口的分布不仅要相互垂直、错位，而且呈星形分布，目的是使加热腔内微波以多个模式形成谐振。因为在一个加热箱内，微波形成的模式越多，加热则愈均匀。但形成模式的数目与腔体尺寸、腔体形状、藕合口的位置及数量，物料的铺设厚度，含水量等诸多因素有关。通俗的讲，使被加热的物料在同一平面内，都有机会在均等的时间内得到微波的均匀照射。示馈能口的排布方式如图1所。以隧道式微波干燥设备为例，在整个隧道加热箱内的每节加热箱上，馈口的排布也不尽相同。
3.2布料
3.2.1布料要求
刚制成的中药小丸，通常湿度或黏度较大。以隧道式微波干燥设备为例，物料在进料时，要求在传输带上将药丸均匀地布放在上面。因为铺设的药丸厚度一致，边缘与中间密度均匀，干燥均匀就有了前提保证。
边缘与中间密（厚）度均匀，是指微波干燥具有选择性。局部物料厚，相对湿分大，对微波的吸收能力大，该处的温度升高较快，与薄的地方会出现差异，会造成干燥不均匀。
3.2.2布料厚度
（1）微波进入物料后，物料吸收微波能并将其转变为热能，微波的场强和功率就不断地衰减，即微波透入物料后将进入衰减状态。
不同的物料对微波能的吸收、衰减能力是不同的，其随物料的介电特性而定。衰减状态决定着微波对介质的穿透能力，当微波进入物料时，物料表面的能量密度zui大，随着微波向物料的渗透，其能量呈指数衰减，同时微波的能量释放给了物料。
穿透深度可表示物料对微波能的衰减能力的大小。一般它有两种定义，本文仅用其中一种。穿透深度为微波功率从物料表面衰减至表面值的1/e（36.8％）时的距离，用De表示：
式中，e——自然对数底值；
λ0——自由空间波长；
εr——介电常数；
tgδ——介质损耗。
（2）由于药丸中均含有水，其相对介电常数为80。在2450MHz时，微波对水的渗透深度为2.3cm，故我们在铺设药丸时，要充分考虑这一因素，不要仅考虑产量而增加铺料厚度，也不要追求干燥强度而减少进料量。
4制约微波干燥产量的因素
在隧道微波内干燥中，由于中药小丸生产是连续的，在做到功率匹配后，应能很好地满足生产需求。而制约产量方面的因素有以下几点：
4.1输送带跑偏
在隧道式微波干燥设备中，微波均为模块式长型结构。目前，国内生产的隧道式微波设备zui短的加热箱也有3节，每节1m长，加起来设备总长6～7m，zui长的隧道式微波设备可达几十米以上。输送带为四氟带，输送带在粘接成环形时，接头多为手工粘接，这样难以避免地在工作过程中会发生输送带跑偏问题。输送带跑偏，会使得药丸掉入干燥腔内，引起药品烧焦等故障，严重的将使工作受阻，造成停机，影响生产。
由于输送带的粘接是手工完成的，在调整过程中会出现以下几种情况：（1）输送带封闭成环状后，一边较另一边稍大或小，呈喇叭口型；（2）两传动滚筒之间在水平方向和垂直面内不平行；（3）进出料机架之间不平行。
4.1.1输送常跑偏分析
就我们公司生产微波设备多年的经验，输送带跑偏类型可以归纳为以下几种：
（1）由于输送带粘成喇叭口型或者前后滚筒水平方向不平行，输送带会朝小的一端跑偏，而这种跑偏是不可逆的。
（2）前后滚筒一边偏左，另一边偏向右：前后滚筒呈菱形，输送带在紧边作用下，会出现一个轴向力，向一边偏移，而这种偏移也是不可逆的。
（3）输送带来回摆动偏移：这种情况一般属于输送带粘成喇叭型和滚筒在垂直面不平行造成的。当输送带由于喇叭筒原因向一边跑时，跑到滚筒zui大处不能再跑，迫使向相反的方向跑去，这样来回跑，形成摆动形式。
（4）中间起褶皱，这类情况一般很少出现，属于传送带在辊中间凸鼓，或者中间凹陷，造成带褶迭所致，而褶带zui容易产生撕裂现象。
（5）操作运转中引起的跑偏。当微波设备输送带部分安装调试到*状态，工作状况很稳定。当运作一段时间后，有物料掉入滚筒与输送带的夹缝中，挤粘在滚筒表面，当粘贴到一定数量时，滚筒表面的几何形状发生明显变化，致使很平稳的输送带不得不发生跑偏现象。还有物料中含有油质，糖、稀等黏性物质，渗透到滚筒表面致使输送带发生一边摩擦，一边打滑跑偏。
4.1.2输送带跑偏的解决方法
输送带跑偏困扰着用户与设备制造厂。因为人工调整纠偏不仅耗时大，而且不易一次调整到位。针对微波输送带跑偏的情况，我们采用了光电开关和气动装置，成功地解决了这一难题。具体来讲，有强制性和非强制性两种：
（1）强制性的解决方法。强制性纠正跑偏又叫硬性纠偏，其解决方法有：1）在输送带上加装导条，滚筒上加导槽。输送带导条在滚筒导槽内强制拉住输送带，不让超出额定范围；2）气动自动纠偏：当输送带跑出一定距离时，光电探头接收到信号，发给纠偏机构，使气缸活塞运动，推动两传动辊保持平行，使输送带向相反方向跑回，达到平稳工作的目的。
（2）非强制性的解决方法。主要有：1）通过增加调整螺杆，进行微量调整滚筒之间的平行度；2）增设物料的封挡件，防止物料掉入加热箱内。
对传送带采取了各种纠偏措施后，可保证设备正常运行，以达到产量要求。
4.2其他因素
（1）冷却系统循环故障。由于磁控管不能正常工作，投入的功率减少，故使得干燥速度变的缓慢。由于磁控管有两种冷却方式，即风冷和水冷。在风冷的磁控管工作中要经常检查风机工作的可靠性，以免在风机不工作的状态下，磁控管仍处在高温状态而被烧坏；对水冷式磁控管，要保证循环水路的畅通无阻，各管道处不得有结垢堵塞及漏水现象。如冷却不好将烧坏磁控管及其他电子元件。
（2）一是微波功率未变更而湿丸的水分增加，二是实际投入的微波功率降低（也由磁控管老化引起）。在隧道微波使用过程中，当微波功率在全负荷状态下工作时，应检查磁控管由于老化导致功率降低的微波管，及时更换新的磁控管。
磁控管的寿命，日产松下的可达5000h，效率可达90％以上。在微波设备使用过程中，应严格按磁控管的使用要求来做。当磁控管使用相当一段时间后，由于电气元件均在高温下工作，会产生“老化”现象，导致功率降低。不要一味为增加产量而使微波设备连续长时间地不停机工作。
5微波干燥中药小丸的设备发展
5.1隧道类微波设备
隧道类微波设备适用于连续式生产，特别值得指出的是，其对中药丸及饮片等中成药的主要成分干燥后不受影响，且干燥速度快、均匀性好、温度低、干燥效率高、产品质量好，加工完产品色泽、崩解度均较好。这类设备的应用已趋于成熟，已建立了相应的行业标准。由于该类设备的及环保得到了市场的认可，故发展速度比较快。
5.2多层隧道类微波干燥机
为了更高地提高微波设备的效率，设计了于药丸干燥的多层隧道微波干燥机，如图2所示。其工作过程：上层被干燥的药丸经过运行后，掉到下层的输送带上，使得物料在带上有个自动重新排布过程，在干燥箱内再一次被微波加热，如此几次循环，使中药丸干燥后的均匀性更好。该类设备的底层同时设置了冷却层，使出来的药丸温度接近室温。配合输送带的自动纠偏装置，该型设备在各大药厂已经取得了很好的应用。
5.3用于小批量的药丸干燥机
箱式微波干燥机适用于间歇式生产。被干燥的药品放置在干燥箱内的回转盘上，由微波辐射进行干燥。箱式微波干燥机的产量受到料盘与功率的限制，但它适合小批量生产，或需经常变换品种的制药企业。对有特殊要求的药丸，如含有热敏性原料的薄荷、冰片及贵重药材，含有生物活性的生物制品，以及要求在低温下进行干燥的药丸，在箱式微波工作腔内加上真空后更适合。
一般来讲，在常温下，在烘箱内干燥一批药丸为12～16h，而微波真空干燥则需45～60min，干燥温度60～70℃，甚至更低。隧道微波干燥机的干燥时温度在70～90℃之间，干燥时间长为30～45min，所以，用微波干燥小药丸，它的是显而易见的。
微波真空干燥技术是微波技术与真空技术相结合的一种转型技术。它兼备微波干燥与真空干燥的一系列优点，更适合对中药药品、生物制品的低温干燥，也适宜中药浸膏的干燥。
6结语
微波干燥不论是真空微波干燥、常压微波干燥或隧道式单层或多层干燥器等，都可应用程序控制，将其参数输入程序控制器采用自动化操作，因而可简化操作工序。尤其隧道式微波干燥器可实现连续化生产，可大大降低劳动强度，提高生产效率，方便生产管理。其生产过程，因不需预热，也无预热，启动电源即可干燥，如断电源，热源立即消失，因而操作简单，易于操作、控制，生产周期短。
在使用中必须了解微波的特性，才能更好地为我们服务。在干燥物料时，还需要注意以下几个方面：（1）不同性状的物料,或不同含水率的同种物料,不宜在一起干燥；（2）不同的产品，有不同的质量标准，也就是有不同的含水量要求，要根据实际摸索适合该产品的干燥曲线，以备后用；（3）对热敏性的物料，或含脂肪的物料，应考虑加真空在低温下进行干燥；（4）对于食品及药品干燥,应分别总结它们的工艺要求及特点,区别对待。
从以上对比与分析可以看出，微波干燥设备的节能、是较为明显的。同时也是一种环保型设备，是用于中药小丸的干燥设备的发展方向。
