石建業(yè)，康彩琴，董建文，馬菁菁，石 剛

（1.定西恒豐農業(yè)科技有限公司，甘肅定西743000；2.甘肅定西國家農業(yè)科技園區(qū)，甘肅定西743000；3.定西市農業(yè)科學研究院，甘肅定西743000）

甘肅省是全國中藥材優(yōu)勢主產(chǎn)區(qū)之一，近年來中藥材產(chǎn)業(yè)呈集約化、規(guī)?；l(fā)展態(tài)勢，全省中藥材種植面積30 萬hm2，總產(chǎn)量達到120 萬t，均居全國第一。黨參、黃芪、當歸是甘肅省大宗道地中藥材，在中藥材產(chǎn)業(yè)中占有重要地位。由于長期受市場價格和產(chǎn)銷地需求錯位的影響，收獲后需儲藏較長時間。在自然條件下儲藏，極易發(fā)生蟲蛀、發(fā)霉、氧化變色等問題，嚴重影響其品質和利用價值。中藥材貯藏是中醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要環(huán)節(jié)，也是調節(jié)市場和保值增值的重要途徑，為充分發(fā)揮甘肅省中藥材資源和倉儲商貿優(yōu)勢，確保中藥材貯藏安全，延長中藥材貯藏時間，利用氮氣化學性質極不活潑、常溫下比較穩(wěn)定、熱膨脹系數(shù)低、熱傳導性低、升溫慢的特性，研發(fā)高氮低氧養(yǎng)護技術，采用密封塑料薄膜帳貯藏，給塑料帳內充入氮氣置換帳內空氣，殺死帳內微生物和害蟲，降低藥材氧化變質，實現(xiàn)中藥材綠色安全長期貯藏。在高氮低氧塑料帳貯藏中，氣體濃度的檢測報警是極其重要技術環(huán)節(jié)之一，探究依托互聯(lián)網(wǎng)的氣體監(jiān)測和預警技術，可解決甘肅省道地中藥材貯藏環(huán)境監(jiān)控難題，為廣大中藥材種植戶和經(jīng)銷商提供綠色倉儲技術支持。中藥材氮氣養(yǎng)護綠色安全密封帳貯藏技術，通過調控密封帳內氮氣濃度，確保了中藥材長期安全貯藏。同時，配套基于研發(fā)互聯(lián)網(wǎng)的中藥材養(yǎng)護貯藏智能管理系統(tǒng)，對貯藏環(huán)境中的氣體濃度等關鍵因子通過互聯(lián)網(wǎng)終端實現(xiàn)貯藏庫的智能監(jiān)測和預警預報，保障中藥材貯藏環(huán)境的穩(wěn)定和安全，降低中藥材貯藏人工檢查和庫房管理難度，確保中藥材貯藏的安全性和經(jīng)濟效益。

1 材料

1.1 儀器

氣體報警監(jiān)管平臺：山東多瑞電子科技有限公司生產(chǎn)，帶備電功能，停電也能正常運行，可支持1～99 個探測器，具有聲光報警方式、時鐘顯示、報警時間查閱、自主設定等新功能，操作非常簡單，整個產(chǎn)品設計采用集中控制，便于查詢、維護。

制氮機：型號BDL-3000L，石家莊邦力機電設備有限公司生產(chǎn)，制氮量4 Nm3/h，氮氣純度99.99%。制氮機配有調壓型過濾器、離心式油水分離器、活性炭過濾器，能更好保護分子篩壽命。氮氣出口配有精密活性炭過濾器，使氮氣更加潔凈。制氮機還配有自動啟停功能，開機后可實現(xiàn)無人看守。

常溫風冷型冷干機：型號TYAD，主要用氣源凈化，根據(jù)使用工藝的要求，合理選配冷干機過濾器、冷干機冷卻器、壓縮氣體氣液分離器、精密過濾器等輔助單元，由杭州天源氣超濾設備工程有限公司生產(chǎn)。

無油靜音空壓機：產(chǎn)品型號LD-1600*4，根據(jù)要求來調節(jié)所需要的穩(wěn)定氣壓。含帶自動氣水分離裝置，有效過濾壓縮空氣水、雜質，上海拓穩(wěn)機械有限公司生產(chǎn)。

固定式氮氣測試報警器：產(chǎn)品型號JZ- 氮氣，北京九州晟欣科技有限公司供應。測量范圍0～100%Vol、分辨率0.01%、精度±3%FS、傳輸距離1 100 m（RVV 0.75 mm2屏蔽電纜），工作溫度-20～50℃。

泵吸式氮氣濃度檢測儀：32 位處理器，液晶顯示，中英文界面，檢測精度≤2%FS，可存儲100 萬條信息，深圳市科爾諾電子科技有限公司提供。

1.2 密封貯藏塑料帳

塑料薄膜選用0.12 mmPE 塑料薄膜。塑料帳骨架材料用Ф40 mm 的PVC 管組裝，由隴西縣朝陽中藥材農民專業(yè)合作社提供。

1.3 供試中藥材

試驗所用黨參采自栽培條件良好的隴西縣朝陽中藥材農民專業(yè)合作社種植基地。挑選長短大小基本一致、健壯、無病蟲害、無損傷的藥材，采收后在隴西縣朝陽中藥材農民專業(yè)合作社烘干房烘干。

2 試驗地點

試驗地點1：位于甘肅省隴西縣首陽鎮(zhèn)的隴西朝陽中藥材農民專業(yè)合作社的通風陰涼庫內。首陽鎮(zhèn)是甘肅省中部著名的中藥材生產(chǎn)銷售區(qū)，位于隴西縣西部，距離縣城21 km，屬渭河河谷平原區(qū)，海拔1 760 m，年平均降雨量450 mm，年平均氣溫7.7℃，全年無霜期160 d。合作社具有中藥材種植基地、陰涼庫、烘干房及中藥材質量溯源裝置，具備開展試驗的各項條件。

試驗地點2：位于甘肅省渭源縣會川鎮(zhèn)的渭源縣天民藥業(yè)有限公司基地。會川鎮(zhèn)位于渭源縣西部，海拔2 300 m，處于祁連山余脈、黃土高原、秦嶺余脈的交匯處，屬于高寒陰濕區(qū)，中藥材生產(chǎn)主要以當歸、黨參、紅芪、黃芪為主，種植規(guī)模大，產(chǎn)品質量好，深受客商的青睞。渭源縣天民藥業(yè)有限公司是會川鎮(zhèn)西關中藥材園區(qū)的骨干企業(yè)，具有良好的貯藏設施和多年的中藥材貯藏經(jīng)驗，具備開展試驗的良好條件。

3 試驗方法

3.1 試驗設計

通過應用制氮機、冷干機、密封塑料帳等設備組成制氮系統(tǒng)，制備濃度達到99.99%VOL 的氮氣；將制作的氮氣通過輸氣管道輸入到密封貯藏帳內，置換出密封貯藏環(huán)境中的空氣，使貯藏的中藥材處于高氮低氧氣體環(huán)境中，從而使病菌、害蟲因缺氧窒息而亡，大大減輕中藥材變色變質，保障中藥材貯藏質量；將多個傳感器安裝在不同的密封塑料帳內，通過有線或無線連接組合成一個系統(tǒng)，對中藥材儲藏環(huán)境進行動態(tài)監(jiān)測，監(jiān)測得到的數(shù)據(jù)由傳輸模塊上傳到氮氣濃度監(jiān)測主機、網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫中，監(jiān)控終端訪問數(shù)據(jù)庫并判斷儲藏環(huán)境條件是否符合設定要求，并發(fā)出相應的監(jiān)控信息，保證了貯藏環(huán)境的穩(wěn)定可靠，是數(shù)字化農業(yè)時代中藥材長期貯藏的智能化管理新方法。試驗統(tǒng)一性要求各個試驗點選取貯藏條件相同、貯藏的中藥材產(chǎn)地和采后處理一致、貯藏數(shù)量相等、貯藏帳容積相等的高氮低氧塑料薄膜貯藏帳。監(jiān)測貯藏帳內氮氣濃度變化情況需用同一廠家生產(chǎn)的同一型號的檢測設備。

3.2 材料選擇

以黨參為試驗材料，建立中藥材高氮低氧貯藏氣體環(huán)境的創(chuàng)建方法，并評價其貯藏效果。試驗用黨參由隴西縣朝陽中藥材農民專業(yè)合作社種植基地生產(chǎn)，選擇長短均勻一致、長度20～40 cm、無病蟲害、無損傷的藥材，采收后在隴西縣朝陽中藥材農民專業(yè)合作社烘干房烘干，烘干后及時入帳貯藏。

3.3 密封貯藏帳的制作

以0.12 mmPE 膜為密封貯藏帳的密封材料，制作長×寬×高=2.8 m×2.3 m×2 m 的密閉塑料大帳，帳內設組裝式PVC 管材的帳架，形成貯藏帳，帳內擺放試驗中藥材，每個密封貯藏帳可貯藏10 t 中藥材，中藥材放好后在帳內不同部位分別安裝固定式氮氣測試報警器，最后將塑料帳密封。

3.4 密封貯藏帳氣體置換

采用循環(huán)制氮充氣法，先用抽氣法抽出帳內大部分空氣，然后將大帳進氣口一端連接到貯氣罐，貯氣罐通過輸氣管與貯藏帳進氣口相連，向密封貯藏帳內輸送氮氣，將密封貯藏帳出氣口排出的氣體通過回收管道接入制氮系統(tǒng)空壓機的氣體入口，使排出氣體循環(huán)進入制氮機進一步降低氧氣含量，分別用泵吸式測氮儀和氣體報警監(jiān)管平臺測定氮氣濃度，使帳內氮氣濃度達到95%左右，并記錄所需時間。

3.5 氮氣濃度的監(jiān)測

試驗期間采用泵吸式氮氣濃度檢測儀人工定期測量帳內氮氣濃度，或選用遠程氣體報警監(jiān)測帳內氮氣濃度兩種方法，準確監(jiān)測帳內氣體濃度變化情況。分別記錄兩個塑料帳氣體濃度的變化情況，分析監(jiān)測效果和準確性，以選擇最佳的貯藏帳氣體管理方法。

3.6 密封貯藏帳貯藏環(huán)境報警監(jiān)控

中藥材養(yǎng)護貯藏需要及時監(jiān)測和控制密封貯藏帳內的氮氣濃度，同時氮氣濃度影響中藥材的貯藏品質，需要實時掌握帳內的環(huán)境因素。實時了解密封帳內氣體濃度變化，對于日常管理者來說顯得十分重要。試驗設計了基于互聯(lián)網(wǎng)的中藥材養(yǎng)護貯藏監(jiān)測裝置，系統(tǒng)組成包括氣體報警控制器、氣體報警探測器、RTU 遠傳模塊、氣體報警監(jiān)控終端4 個部分。由于目前手機使用基本普及，系統(tǒng)報警以微信公眾號、氣體監(jiān)測APP 監(jiān)測報警為主，也可以通過電腦端進行監(jiān)控，適應了各種貯藏環(huán)境和管理人群的需求。系統(tǒng)主要研究中藥材氮氣養(yǎng)護貯藏帳內氮氣濃度的變化情況。設備的受控端在中藥材貯藏庫內，氣體報警控制器、氣體報警探測器、探測器分別安裝在各個密封塑料帳內，通過連接線與控制器連接。

4 結果及分析

4.1 帳內貯藏氣體濃度變化情況

在同一個通風陰涼庫內，設立高氮低氧密封塑料帳，試驗設2 個處理。處理Ⅰ：固定式氮氣檢測報警，利用氣體報警監(jiān)管平臺通過互聯(lián)網(wǎng)終端的電腦或手機記錄并報警。處理Ⅱ：泵吸式氮氣濃度檢測儀檢測，人工定期測量帳內氮氣濃度，塑料帳貯藏環(huán)境、塑料薄膜、中藥材來源和烘干處理、貯藏數(shù)量都相同。經(jīng)過3 次換氣處理，塑料帳內氮氣濃度均達到高氮低氧貯藏條件，每隔15 天檢測記錄塑料帳內氮氣濃度，兩個處理的氣體濃度變化都比較穩(wěn)定，在60 d 內氮氣濃度變化情況見表1。

表1 密封貯藏帳氮氣濃度變化情況

由表1 可知，45 d 后氮氣濃度接近最低要求，60 d 后塑料帳內氮氣濃度低于93%的閾值，自動監(jiān)測裝置開始報警，表明每隔60 天需要補充氮氣1 次，每次補充60 min 即可達到95%左右。同時表明應用0.12 mm 厚度的PE 膜為密封貯藏帳的密封材料，密封性能穩(wěn)定可靠，對中藥材及環(huán)境沒有污染，適宜用于中藥材高氮低氧密封帳養(yǎng)護貯藏。

4.2 低密封貯藏帳養(yǎng)護貯藏對干燥黨參品質的影響

選用0.12 mm 塑料薄膜制作長×寬×高=2.8 m×2.3 m×2 m 的密封貯藏帳，選用PVC管材作為支撐塑料薄膜的帳架。利用真空泵從出氣口抽出帳內空氣至最大程度后，將進氣口通過輸氣管道連接到貯氣罐和制氮機，打開進氣開關持續(xù)向密封帳內充入高濃度氮氣，連續(xù)12 h 循環(huán)制氮，氮氣濃度即可達到93%以上，達到養(yǎng)護貯藏要求。將甘肅道地中藥材黨參貯藏360 d，并對貯藏后藥材的蟲蛀、霉變情況及主效成分保持效果進行評價。

由表2 可知，應用密封貯藏帳低氧高氮氣體環(huán)境養(yǎng)護貯藏的黨參無霉變、蟲蛀現(xiàn)象發(fā)生，保質期較CK 組延長210 d，質量損耗均顯著降低，黨參浸出物、黨參炔苷含量高1.24%、14.00%，且藥材的主效成分均達到《中華人民共和國藥典》2015 版對藥材主效成分的要求。

4.3 基于互聯(lián)網(wǎng)的中藥材養(yǎng)護貯藏智能監(jiān)測系統(tǒng)

標準配置為帶點陣LCD 液晶顯示，三線制420 mA 模擬和Rs485 數(shù)字信號輸出，可選配置為可編程開關量輸出等模塊，支持輸出信號微調等功能，方便系統(tǒng)組網(wǎng)及維護。采用監(jiān)測貯藏帳該系統(tǒng)硬件主要包括信息采集模塊、氣體濃度傳感器、GPR 等。氣體報警控制器安裝在監(jiān)控室或者通風陰涼庫內，是整個監(jiān)測系統(tǒng)的信息中轉站，可以實現(xiàn)與彩屏信息交互。信息采集模塊使用485 總線方式通信，通過GPRS 與網(wǎng)絡終端相連。GPRS 將從信息模塊收到的中藥材貯藏帳內環(huán)境信息傳輸?shù)交赟TM32 單片機的控制器，控制器將數(shù)據(jù)分析處理，發(fā)送到網(wǎng)絡服務中，Web 和手機APP 客戶端可訪問服務器，了解和監(jiān)控中藥材貯藏庫內環(huán)境信息，手機微信公眾號報警界面如圖1 所示。

4.4 氮氣濃度互聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測及報警裝置應用效果

固定式裝置能全程監(jiān)測氮氣濃度變化并及時報警，及時發(fā)現(xiàn)和補救突發(fā)塑料帳損壞情況，減輕塑料帳破損造成的影響，投資相對高1 350 元，但節(jié)省人工費用，密封貯藏帳貯藏配套氮氣濃度監(jiān)測和報警裝置可減少監(jiān)測報警人工費用和時間，經(jīng)折算總體成本與常規(guī)貯藏基本持平，但中藥材養(yǎng)護貯藏氮氣濃度監(jiān)測和報警技術可實現(xiàn)不間斷監(jiān)測，遇到貯藏環(huán)境變化或者不適宜時，能及時報警提醒，有效減少了中藥材長期貯藏的風險，是安全放心的監(jiān)測報警裝置。

5 結論

經(jīng)過循環(huán)充氮，密封貯藏帳內氮氣濃度達到95%時停止充氮，密封塑料帳，經(jīng)過60 d 后塑料帳內氮氣濃度低于93%的閾值，監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)出報警和提示，表明每隔50～60 天需要補充氮氣1 次，為保證貯藏安全每隔60 天補充1 次氮氣，每次補充氮氣60 min 即可達到95%左右。

表2 密封貯藏帳養(yǎng)護貯藏對干燥黨參品質的影響

中藥材密封貯藏帳養(yǎng)護貯藏解決了中藥材貯藏過程中蟲蛀、霉變、氧化變色等影響品質的突出問題，能夠保持中藥材內在品質和有效成分基本穩(wěn)定，同時倉儲成本較低，保質期長，適用范圍廣，農戶、倉儲大戶、合作社、企業(yè)均可應用。貯藏過程中氣體監(jiān)測和報警技術是中藥材高氮低氧養(yǎng)護貯藏的關鍵環(huán)節(jié)，利用現(xiàn)代先進的檢測檢驗和預警預報技術，為這項技術的示范推廣起到了重要的保障作用。

基于互聯(lián)網(wǎng)的中藥材養(yǎng)護貯藏智能監(jiān)測系統(tǒng)，既能通過貯藏庫或監(jiān)測室安裝的氣體報警控制器監(jiān)控報警，還能通過Android 手機上的微信公眾號實現(xiàn)遠程無線監(jiān)測報警。通過互聯(lián)網(wǎng)氣體報警監(jiān)管平臺，對貯藏環(huán)境進行監(jiān)測報警，并且一個用戶名可以監(jiān)測多個中藥材庫，實現(xiàn)遠程批量化監(jiān)控報警，整個系統(tǒng)硬件集成性強、成本較低，具有較高的性價比，在隴西首陽和渭源會川等中藥材貯藏庫內試驗期間系統(tǒng)運行良好，為中藥材環(huán)境可控、科學貯藏提供了技術基礎。該系統(tǒng)觀測和操作界面十分簡單，控制管理方便，時效性極好，遠程控制可靠性和穩(wěn)定性高，大大降低了中藥材貯藏期間的人工管理費用和風險，減少了貯藏環(huán)境不良而造成的各種經(jīng)濟損失。

泵吸式氮氣濃度檢測儀能監(jiān)測環(huán)境中或密閉空間中氣體的濃度并報警，具有數(shù)據(jù)存儲功能，并且存儲間隔時間可調，可顯示氣體種類、氣體單位、氣體濃度值，具有溫度和壓力補償，可實現(xiàn)不同溫度和壓強環(huán)境下對氣體濃度的補償。同時，帶自校驗功能和零點標定功能，使氣體監(jiān)測更準確、更可靠，適用于小型企業(yè)和農戶進行高氮低氧貯藏的氮氣濃度監(jiān)測。

應用密封帳養(yǎng)護貯藏技術，黨參貯藏12 個月后無蟲蛀和霉變現(xiàn)象，水分和有效成分基本穩(wěn)定，減少了自然損耗，有利于提升品質、增強競爭力，倉儲費用只有0.2 元/kg。較常規(guī)貯藏省工省時，基本不增加倉儲成本，配套的自動檢測報警系統(tǒng)及時準確、安全可靠。