近期,江西中醫藥大學研究團隊在國際期刊《LWT - Food Science and Technology》上發表了一項重要研究成果。該研究通過微焦點CT成像系統深入檢測揭示了真空干燥過程中黃精提取物的水分變化和表面結殼現象,為干燥工藝的優化設計提供依據。這項研究的作者為李元輝老師。
近期,江西中醫藥大學研究團隊在國際期刊《LWT - Food Science and Technology》上發表了一項重要研究成果。該研究通過微焦點CT成像系統深入檢測揭示了真空干燥過程中黃精提取物的水分變化和表面結殼現象,為干燥工藝的優化設計提供依據。這項研究的作者為李元輝老師。
研究摘要
本研究旨在深入剖析干燥過程,針對黃精提取物在干燥期間的水分變化與表面結殼現象展開調研。研究發現,干燥進程中總水分含量隨時間推移而逐漸降低,主要歸因于大部分不流動水和全部自由水的去除。隨著干燥的持續,不流動水和自由水的流動性呈上升趨勢,結合水含量增加,且不同狀態的水之間存在相互轉化現象。在表面結殼方面,干燥時提取物表面逐漸收縮并趨于粗糙,表面出現黑色圓圈,同時發現連接孔隙的裂縫;隨著干燥推進,孔隙率、總孔數及孔體積均增加,其中小于 1mm3、1 - 2mm3 和大于2mm3 的孔數先增多后減少。該研究成果為進一步優化干燥工藝提供了關鍵的數據支撐和理論依據。
取樣研究方法
圖1.新鮮黃精植物及其根莖,黃精根莖脫水提取物。
圖2.微納CT成像原理
取材與研究方法
材料:黃精樣品源自中國宜春農場,經洗凈切片后,用于制備濃縮提取物。
提取物制備:該提取物通過多次常壓提取、過濾及濃縮步驟獲得,最終產物相對密度為1.25g/cm3,濕基含水量達59.52%,并于4°C條件下儲存備用。
干燥實驗:為探究其干燥特性,我們將提取物置于石英玻璃瓶中,在70°C、-0.06MPa的真空環境下干燥12小時,期間每小時取樣稱重,以監測水分損失。
水分變化分析:在水分變化分析方面,我們計算了干燥過程中的水分比(WR)和干燥速率(DR),并通過低場核磁共振(LF-NMR)技術,分析了不同干燥時間點下提取物的橫向弛豫時間(T?),以揭示水分狀態的動態變化。
表面結殼分析:對于表面結殼現象,我們采用了相機拍攝、掃描電子顯微鏡(SEM)觀察及基于微計算機斷層掃描(Micro-CT)的三維重建分析等多種手段。相機拍攝用于記錄干燥過程中提取物表面的變化;SEM觀察則聚焦于干燥4小時后開始形成的表面結殼;而Micro-CT掃描則提供了孔隙結構的詳細信息,包括形態、孔隙率、孔數及孔徑分布等。
統計分析:實驗重復三次以確保數據的可靠性,所有結果均以平均值或平均值±標準差的形式表示。我們利用Origin軟件進行數據可視化,并使用SPSS軟件進行統計分析。T2弛豫時間(a, T21, T22 和 T23)的典型分布以及對應的信號強度A2(b, A21, A22 和 A23)隨干燥時間的變化情況。
CT表征結果
圖3.不同干燥時間下,表面結殼的垂直圖像、兩側掃描圖像和三維圖像。
圖4.不同干燥時間采集樣品的孔隙率、總孔數和孔體積分布。
研究結論
本研究通過一系列精心設計的實驗,精確識別了黨參提取物在真空干燥過程中水分狀態及表面結殼參數發生顯著變化的關鍵時期。這些關鍵時期對于采取科學合理的調控措施,從而有效提升干燥效率并確保干燥產品質量具有決定性意義。其中微納CT成像系統Micro-CT技術在此過程中發揮了關鍵作用,通過三維重建提供了孔隙結構的詳細信息,為確定關鍵時期提供了數據支持。未來研究將探討不同干燥條件和方法對草藥提取物干燥過程的影響,Micro-CT技術將繼續作為重要工具,助力精準分析特性變化。
原始文獻
[1] Yuanhui Li, Huan Gao, Qin Wan, Xunrong Qiu, Yaru Qi, Zhenfeng Wu. "Investigation of water variation and surface crust of Polygonati Rhizoma extract during vacuum drying" [J]LWT. Volume 207, 1 September 2024, 116623
論文應用設備
本研究中所使用的Micro CT設備是由奧影研發生產的高精度微納米CT成像系統--AX-2000CT,該系統專為高等教育和科研實驗環境設計,可為材料研發、3D打印、電子元件制造、地礦分析等領域,提供高精度、高分辨率的無損三維數字成像技術支持。此外,AX-2000CT 還支持升級配置光學放大物鏡耦合探測器,將系統分辨率提升至高達0.2um(200nm),從而揭示內部更細微的結構和缺陷。
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