中藥材養(yǎng)護貯藏氮氣濃度監(jiān)測和報警技術(shù)研究

1、    中藥材養(yǎng)護貯藏氮氣濃度監(jiān)測和報警技術(shù)研究    石建業(yè)康彩琴董建文馬菁菁石剛摘要    中藥材種植是我國多地的重要產(chǎn)業(yè)之一，近年來由于國家大力支持中醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展，中藥材種植面積不斷擴大。藥材收獲后貯藏是中藥材保值增值的重要環(huán)節(jié)。本文選用密封塑料薄膜帳進行貯藏，給塑料帳內(nèi)充入氮氣，置換帳內(nèi)空氣，殺死帳內(nèi)微生物和害蟲，降低藥材氧化變質(zhì)，實現(xiàn)中藥材綠色安全長期貯藏。在低氧高氮密封貯藏帳中氣體濃度的監(jiān)測報警是極其重要的技術(shù)環(huán)節(jié)之一。本文設(shè)計了基于互聯(lián)網(wǎng)的中藥材養(yǎng)護貯藏智能監(jiān)測系統(tǒng)，方便實用，準(zhǔn)確可靠，應(yīng)大力推廣。關(guān)鍵詞  &

2、#160; 中藥材;養(yǎng)護貯藏;氣體濃度;監(jiān)測報警    s567            a   1007-5739（2020）02-0064-03                                                  &#

3、160;                                  開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（osid）abstract    the cultivation of chinese medicinal materials is one of the most important industries in many parts of china.in recent years，due to the

4、 vigorous support of the state for the development of chinese medicinal industry，the planting area has been expanding continuously.the storage of chinese medicinal materials after harvest is an important link in maintaining and increasing the value of chinese medicinal materials. in this experiment，

5、sealed plastic film tent was used for storage，nitrogen was filled into the plastic tent to replace the air，kill the microorganisms and pests in the tent，reduce the oxidative deterioration of medicinal materials，so as to realize the green and safe long-term storage of chinese medicinal materials.in t

6、he sealed storage tent with low oxygen and high nitrogen，the detection and alarm of gas concentration is one of the most important technical links. this experiment designed an internet-based intelligent monitoring system for the maintenance and storage of chinese medicinal materials，which was conven

7、ient，practical，accurate and reliable，and should be vigorously promoted.key words    chinese medicinal materials;maintenance and storage;gas concentration;monitoring and alarming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)呈現(xiàn)集約化、規(guī)模化發(fā)展態(tài)勢，全省中藥材種植面積達(dá)30萬hm2，總產(chǎn)量達(dá)到120萬t，均居全國第一。黨參、黃芪、當(dāng)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

8、市場價格和產(chǎn)銷地需求錯位影響，收獲后需儲藏較長時間。在自然條件下儲藏，極易出現(xiàn)蟲蛀、發(fā)霉、氧化變色等問題，嚴(yán)重影響品質(zhì)和利用價值1-2。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(diào)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(mào)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(xué)性質(zhì)極不活潑、常溫下比較穩(wěn)定、熱膨脹系數(shù)低、熱傳導(dǎo)性低、升溫慢的特性，研發(fā)高氮低氧養(yǎng)護技術(shù)，采用密封塑料薄膜帳貯藏，給塑料帳內(nèi)充入氮氣，置換帳內(nèi)空氣，殺死帳內(nèi)微生物和害蟲，降低藥材氧化變質(zhì)，實現(xiàn)中藥材綠色安全長期貯藏3-5。在高氮低氧塑料帳貯藏中氣體濃度的監(jiān)測報警是極其重要的技術(shù)環(huán)節(jié)之一，建立依托

9、互聯(lián)網(wǎng)的氣體監(jiān)測和預(yù)警措施，解決甘肅省道地中藥材貯藏環(huán)境監(jiān)控難題，以為廣大中藥材種植戶和經(jīng)銷商提供綠色倉儲技術(shù)支持。中藥材氮氣養(yǎng)護綠色安全密封帳貯藏技術(shù)，通過調(diào)控密封帳內(nèi)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(guān)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(yù)警預(yù)報，保障中藥材貯藏環(huán)境達(dá)到穩(wěn)定和安全，減少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6-8。1    材料與方法1.1    試驗地概況試驗地點1位于甘肅省定西市隴西縣首陽鎮(zhèn)隴西朝陽中藥材農(nóng)民專業(yè)合作社

10、通風(fēng)陰涼庫內(nèi)。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，距縣城21 km，屬渭河河谷平原區(qū)，海拔1 760 m，年均降雨量450 mm，年均氣溫7.7 ，全年無霜期160 d。合作社建立了中藥材種植基地、陰涼庫、烘干房及中藥材質(zhì)量溯源裝置，具備開展試驗的各項條件。試驗地點2位于甘肅省定西市渭源縣會川鎮(zhèn)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，屬于高寒陰濕區(qū)，中藥材生產(chǎn)以當(dāng)歸、黨參、紅芪、黃芪為主，種植規(guī)模大，產(chǎn)品質(zhì)量好，深受客商青睞。渭源縣天民藥業(yè)有限公司是會川鎮(zhèn)西關(guān)中藥材園區(qū)的骨干企業(yè)，具有良好的貯藏設(shè)施和多年中藥材貯藏經(jīng)驗，具備開展試驗的良好條件

11、。1.2    材料與儀器1.2.1    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(nóng)民專業(yè)合作社種植基地。挑選長短大小基本一致（長度2040 cm）、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(nóng)民專業(yè)合作社烘干房烘干，烘干后及時入賬貯存。1.2.2    密封貯藏塑料帳。塑料薄膜選用0.12 mm pe塑料薄膜。塑料帳骨架材料40 mm的pvc管組裝，由隴西縣朝陽中藥材農(nóng)民專業(yè)合作社負(fù)責(zé)提供。制作方法：以0.12 mm pe膜為密封貯藏帳的密封材料，制作長×寬×高=2.8 m

12、5;2.3 m×2.0 m的密閉塑料大帳，帳內(nèi)設(shè)組裝式pvc管材的帳架，形成貯藏帳，帳內(nèi)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(nèi)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。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(nèi)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(nèi)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，使排出的氣體循環(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(nèi)氮氣濃度達(dá)到95%左右，并記錄所需時間

13、。1.2.3    試驗儀器。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199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(shè)定等新功能，操作簡單，整個產(chǎn)品設(shè)計采用集中控制，便于查詢、維護。制氮機：型號bdl-3000l，由石家莊邦力機電設(shè)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(diào)壓型過濾器、離心式油水分離器、活性炭過濾器，可以保護分子篩壽命，氮氣出口配有精密活性炭過濾器，使氮氣更加潔凈;此外，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(fēng)冷型冷干機：型號tyad，主要用氣源凈化，根據(jù)

14、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(shè)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，可根據(jù)要求調(diào)節(jié)所需要的穩(wěn)定氣壓，含帶自動氣水分離裝置，可有效過濾壓縮空氣水、雜質(zhì)，由上海拓穩(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，由北京九州晟欣科技有限公司供應(yīng)，測量范圍0100% vol，分辨率0.01%，精度±3%f.s，傳輸距離1 100 m（rvv 0.75 mm2屏蔽電纜），工作溫度-2050 。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%f.s，可存儲1

15、00萬條信息，由深圳市科爾諾電子科技有限公司提供。1.3    試驗設(shè)計1.3.1    帳內(nèi)貯藏氣體濃度變化情況。在同一個通風(fēng)陰涼庫內(nèi)設(shè)立高氮低氧密封塑料帳，共設(shè)2個處理，即處理1，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2，泵吸式氮氣濃度檢測儀檢測，人工定期測量帳內(nèi)氮氣濃度。2個處理的塑料帳貯藏環(huán)境、塑料薄膜、中藥材來源和烘干處理、貯藏數(shù)量均相同。經(jīng)過3次換氣處理，塑料帳內(nèi)氮氣濃度均達(dá)到高氮低氧貯藏條件，每隔15 d檢測記錄塑料帳內(nèi)氮氣濃度。1.3.2    密封貯藏帳貯藏對干燥黨參品質(zhì)

16、的影響。試驗設(shè)2個處理，即密封貯藏賬貯藏：利用真空泵從出氣口抽出密封貯藏帳內(nèi)空氣至最大程度后，然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(guān)持續(xù)向密封帳內(nèi)充入高濃度氮氣，連續(xù)循環(huán)制氮充12 h，氮氣濃度即可達(dá)到93%以上。ck：常規(guī)儲藏。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。2    結(jié)果與分析2.1    密封貯藏賬內(nèi)氮氣濃度變化由表1可知，45 d后密封賬內(nèi)氮氣濃度接近最低要求，60 d后密封賬內(nèi)氮氣濃度低于93%的閾值，自動監(jiān)測裝置開始報警。由此表明，每隔60 d需要補充氮氣1次，

17、每次補充60 min即可達(dá)到95%左右。同時說明，應(yīng)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，適用于中藥材高氮低氧密封帳養(yǎng)護貯藏。2.2    密封貯藏賬貯藏對干燥黨參品質(zhì)的影響由表2可知，應(yīng)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(zhì)期較ck延長210 d，質(zhì)量損耗均顯著降低，黨參浸出物、黨參炔苷含量比ck分別高1.24%、14.00%，且藥材的主效成分均達(dá)到中華人民共和國藥典（2015版）對藥材主效成分的要求。2.3    氮氣濃度互聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測及報警裝置應(yīng)用效果基于互聯(lián)網(wǎng)的中藥

18、材養(yǎng)護貯藏智能監(jiān)測系統(tǒng)，標(biāo)準(zhǔn)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(guān)量輸出等模塊，支持輸出信號微調(diào)等功能，方便系統(tǒng)組網(wǎng)及維護。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(fēng)陰涼庫內(nèi)，是整個監(jiān)測系統(tǒng)的信息中轉(zhuǎn)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(luò)終端相連。gprs將從信息模塊收到的中藥材貯藏帳內(nèi)環(huán)境信息傳輸?shù)交趕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(luò)服務(wù)中，web和手機app客戶端可訪問服務(wù)器，了解和監(jiān)控中藥材貯藏庫內(nèi)環(huán)境信息。手機

19、微信公眾號報警界面見圖1。固定式裝置能全程監(jiān)測氮氣濃度變化和及時報警，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，投資相對較高，但節(jié)省人工費用。密封貯藏帳貯藏配套氮氣濃度監(jiān)測和報警裝置后，減少了監(jiān)測報警人工費用和時間，總體成本與常規(guī)貯藏基本持平。采用中藥材養(yǎng)護貯藏氮氣濃度監(jiān)測和報警技術(shù)后，可以實現(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(fēng)險，是安全放心的監(jiān)測報警裝置。3    結(jié)論與討論3.1    討論在試驗過程中，應(yīng)用制氮機、冷干機、密封塑料帳等設(shè)備組成制氮系統(tǒng)，制備濃度達(dá)到99.99%vol

20、的氮氣;將制作的氮氣通過輸氣管道輸入到密封貯藏帳內(nèi)，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，顯著減輕中藥材變色變質(zhì)、變色現(xiàn)象，保障中藥材貯藏質(zhì)量。密封貯藏帳內(nèi)的氮氣濃度易影響中藥材的貯藏后品質(zhì)，需要實時掌握密封帳內(nèi)氣體濃度變化。本試驗設(shè)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(yuǎn)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(yīng)了各種貯藏環(huán)境和管理人群的需求。該系統(tǒng)主要用于研究中藥材氮氣養(yǎng)護貯藏帳內(nèi)氮

21、氣濃度變化情況，設(shè)備的受控端在中藥材貯藏庫內(nèi)，將多個傳感器安裝在不同的密封塑料帳內(nèi)，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(luò)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(shè)定要求，并發(fā)出相應(yīng)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(nóng)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(nèi)氮氣濃度變化情況需用同一廠家生產(chǎn)、同一型號的檢測設(shè)備。3.2    結(jié)論（1）

22、試驗結(jié)果表明，經(jīng)過循環(huán)充氮，密封貯藏帳內(nèi)氮氣濃度達(dá)到95%時停止充氮，密封塑料帳，經(jīng)過60 d后塑料帳內(nèi)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5060 d需要補充氮氣1次。為保證貯藏安全，應(yīng)該在60 d時補充1次充氮，每次補充氮氣60 min即可達(dá)到95%左右。（2）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(zhì)的突出問題，能夠保持中藥材內(nèi)在品質(zhì)和有效成分基本穩(wěn)定;同時，倉儲成本比較低，保質(zhì)期較長，適用范圍廣，農(nóng)戶、倉儲大戶、合作社、企業(yè)均可以應(yīng)用。貯藏過程中的氣體監(jiān)測和報警技術(shù)，是中藥材高氮低氧養(yǎng)護貯藏的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，利用現(xiàn)代先進的檢測檢驗和預(yù)警

23、預(yù)報技術(shù)，為這項技術(shù)示范推廣起到了重要的保障作用。（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)，既能在貯藏庫或監(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(yuǎn)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(yuǎn)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(nèi)試驗期間系統(tǒng)運行良好。該系統(tǒng)觀測和操作界面非常簡單，控制管理方便，時效性極好，遠(yuǎn)程控制可靠性和穩(wěn)定性高，顯著降低了中藥材貯藏期間的人工管理費用和風(fēng)險，減少了貯藏環(huán)境不良而造成的各種經(jīng)濟損失。（4）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(diào)，可顯示氣體