孫東宇，鄭志安，李博睿，吳敏

(中國農(nóng)業(yè)大學 工學院，北京，100083)

菊花作為中國傳統(tǒng)中藥材，栽培歷史悠久，已被廣泛應用于釀酒業(yè)以及營養(yǎng)保健等食品工業(yè)中。因產(chǎn)地、培育方式及后續(xù)加工處理工藝的不同，主要分為毫菊、滁菊、貢菊、杭白菊、懷菊、祁菊等品種。杭白菊原產(chǎn)于浙江省桐鄉(xiāng)市，具有“色玉白、氣清香、味甘醇、花型美”的品質(zhì)特征，具有清肝明目、養(yǎng)心健脾、調(diào)整血脂等作用。

杭白菊鮮花采摘后氣體交換和水分蒸發(fā)散失迅速，因此干燥成為其采后加工的重要環(huán)節(jié)。杭白菊花期短，產(chǎn)量大，含水率高，主產(chǎn)區(qū)為中國南方，常由于天氣原因和干燥不及時，產(chǎn)生發(fā)霉或變質(zhì)現(xiàn)象，造成巨大經(jīng)濟損失。目前杭白菊的加工生產(chǎn)主要采用“殺青+干燥”工藝，干燥以自然晾曬、熱風烘干等方式為主，相應的技術(shù)裝備也在菊花干燥產(chǎn)業(yè)發(fā)揮了重要的作用，但仍存在干燥效率低、產(chǎn)品品質(zhì)穩(wěn)定性差、工藝調(diào)控難等問題，在一定程度上限制了杭白菊產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。

本文綜述了大量國內(nèi)外文獻，從杭白菊的采后殺青預處理、主要干燥技術(shù)以及干燥品質(zhì)三方面進行了分析和梳理，總結(jié)了杭白菊干燥技術(shù)的特點及存在問題，比較分析了干燥工藝參數(shù)對產(chǎn)品品質(zhì)的影響，為后續(xù)杭白菊采后加工研究提供一定的借鑒和參考。

1 杭白菊采后殺青處理技術(shù)研究

1.1 杭白菊的蒸汽殺青預處理

杭白菊干燥前需采用殺青預處理，用來鈍化其中的多酚氧化酶和過氧化物酶等，防止發(fā)生酶促褐變，達到提升產(chǎn)品品質(zhì)的目的。因此，殺青技術(shù)及工藝調(diào)控的關(guān)鍵在于最大限度保留揮發(fā)性成分，同時還抑制酶促褐變的發(fā)生。傳統(tǒng)殺青方式是將鮮菊花放置于竹屜中上鍋蒸制，此方法需要菊農(nóng)積累足夠的經(jīng)驗，且其處理量較小、火候不易掌控、殺青不均勻、品質(zhì)難保證。實際生產(chǎn)中，短時蒸汽殺青由于其操作簡便、生產(chǎn)效率高得到了廣泛應用。在江蘇省射陽縣，一些企業(yè)利用蒸汽殺青裝備已經(jīng)實現(xiàn)了連續(xù)生產(chǎn)，蒸汽溫度控制在110 ℃左右，殺青時間約為40～50 s，日處理量可以達到160 t。但是，殺青生產(chǎn)線仍存在蒸汽分布不均勻、熱量損失大且難以回收等問題。因此，可以采用控制蒸汽量、均化蒸汽出口分布和優(yōu)化裝載量等方法對蒸汽殺青裝備進行改進，從而提高其熱效率及均勻性，以達到更好的殺青效果。

1.2 新型殺青技術(shù)的應用分析

殺青處理作為杭白菊采后加工的第一個環(huán)節(jié)，目前有大量研究圍繞其技術(shù)創(chuàng)新展開。公菲菲等[1]發(fā)現(xiàn)相較于烘箱或水浴鍋殺青，采用高功率微波進行殺青處理，并結(jié)合熱風干燥可以獲得更好的干燥效果。但是考慮到實際生產(chǎn)過程中批量較大，因此還需要對設備進行優(yōu)化并對相關(guān)參數(shù)進行調(diào)整。經(jīng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，生產(chǎn)中有帶式微波殺青和烘干設備應用，但技術(shù)上仍存在微波邊角效應和加熱不均勻的問題。目前，紅外漂燙技術(shù)[2]、紅外蒸汽熱燙聯(lián)合處理[3]和高溫高濕氣體射流漂燙技術(shù)[4]等可以有效起到縮短殺青的時間，并在相對較低的溫度下抑制酶促褐變和非酶褐變發(fā)生，降低了長時間高溫處理導致熱敏性營養(yǎng)物質(zhì)損失的風險，實現(xiàn)了菊花的高效保質(zhì)加工。

2 杭白菊主要干燥技術(shù)研究進展

2.1 不同干燥技術(shù)特點及適用性分析

2.1.1 傳統(tǒng)干燥

自然晾曬是菊花的傳統(tǒng)干燥方式。杭白菊經(jīng)蒸制殺青后常用蘆簾進行晾曬，夜間收回室內(nèi)。晾曬一周后即可除去90%的水分，待其還性(靜置緩蘇)，再曬1～3 d，即可出售[5]。自然晾曬的干燥方式簡單節(jié)能，但耗時費力，極度依賴天氣，還存在被微生物、灰塵、昆蟲、家禽和牲畜污染的風險。當遇到陰雨天，若不及時干燥則會出現(xiàn)霉點或霉塊。因此，菊農(nóng)多建造“土烘房”，將杭白菊晾置在房內(nèi)煤爐周圍30 cm左右處進行烘干，在房內(nèi)溫度40 ℃條件下經(jīng)過24 h干燥即可去除80%的水分[5]。傳統(tǒng)晾曬和土烘房干燥由于存在反復加熱和倒庫操作、溫度控制不穩(wěn)定、環(huán)境潔凈度差等問題，得到的干制品品質(zhì)較差，通常會配合使用硫磺熏蒸的方式。

硫磺熏蒸是一種古老的藥材加工方法，通過加熱使硫磺分子均勻地覆蓋在藥材表面，起到改善色澤、便于儲藏、防止蟲蛀的效果。經(jīng)硫磺熏蒸處理會導致杭白菊中奎寧酸類、黃酮苷類等有效成分部分損失，降低抗氧化活性。且干制品中易出現(xiàn)重金屬以及硫含量超標的問題，甚至會產(chǎn)生新的有毒物質(zhì)，長期食用對人的消化系統(tǒng)產(chǎn)生巨大威脅，嚴重危害健康，因此該方法已被明令禁止。

2.1.2 熱風干燥

熱風干燥采用強制對流循環(huán)的方式，以熱空氣為介質(zhì)對物料進行加熱。目前有較多采用熱風干燥技術(shù)對杭白菊干燥的研究[1,4,6-7]，結(jié)果表明，熱風溫度是影響品質(zhì)的關(guān)鍵因素。溫度過高，易引起菊花表面皺縮；溫度過低則會增加干燥時間，導致效率下降，品質(zhì)受損，因此普遍將熱風干燥的最佳溫度參數(shù)控制在50～65 ℃。實際生產(chǎn)中，主要采取熱風烘房的形式，因此控制烘房內(nèi)流場(熱風和溫度)的均勻性是決定干燥裝備性能的關(guān)鍵。

在烘房干燥過程中，干燥時間通常保持在每批次4～6 h，其具有處理量大、結(jié)構(gòu)簡單、造價適中且不受天氣影響的優(yōu)勢，但也存在占地面積大、熱敏性物質(zhì)易損失等問題，目前主要采用干燥-緩蘇-干燥的工藝。緩蘇可以有效減少干燥過程中引起的物料內(nèi)部的熱應力沖擊，使內(nèi)部水分逐漸向外擴散，從而降低內(nèi)外水分梯度，提高干燥效率。特別是胎菊，其形態(tài)具有一定的緊實度，花蕊部分一次干燥難度較大，因此緩蘇工藝必不可少?？紤]到操作性和成本問題，緩蘇介質(zhì)多為空氣，但其中存在大量微生物和細菌，導致菊花緩蘇時間較長(需40 min以上)，溫度適宜(40 ℃左右)的環(huán)境下更易被細菌污染，影響干燥后產(chǎn)品品質(zhì)。因此，可以考慮在真空環(huán)境或微波介質(zhì)下進行緩蘇，促使水分快速擴散，避免微生物滋生，提升干燥效率和質(zhì)量[8]。

2.1.3 微波干燥

微波干燥屬于介電干燥技術(shù)，具有效率高、速度快等優(yōu)點。目前在野菊花[9]、祁菊[10]的研究中均發(fā)現(xiàn)微波干燥可以較好地保留花內(nèi)有效成分。但微波干燥過程中，由于溫度梯度、熱量傳導以及水蒸氣遷移的方向具有一致性，產(chǎn)生的“泵送效應”會導致物料一定程度的膨化，還存在輕微的“焦心”現(xiàn)象[11-12]。經(jīng)過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，杭白菊花瓣薄、體積小、含水率高，在微波干燥時也出現(xiàn)了局部過熱導致的焦糊現(xiàn)象，另外，較高的微波功率還可能破壞其有效成分。因此，微波干燥更適用于聯(lián)合其他干燥方式，起到縮短干燥時間的效果。目前實際生產(chǎn)中主要有帶式微波干燥設備用于杭白菊儲藏后、出廠前的短時復烘，達到一定殺菌和使酶鈍化的作用[13]。

2.1.4 熱泵干燥

熱泵技術(shù)具有環(huán)境友好、節(jié)能高效、適用范圍廣等優(yōu)勢，符合國家對環(huán)境保護和節(jié)能減排的戰(zhàn)略要求，是目前干燥行業(yè)發(fā)展的趨勢，大量應用于茶葉、果蔬、魚類和陶瓷干燥等領(lǐng)域[14]。目前有針對細絲黃菊[15]、滁菊[16]的相關(guān)研究。在對金絲黃菊和廬皇菊的調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，熱泵干燥大多補充電輔助熱風，通常會采用3～8段的多段干燥工藝，主要包括預熱干燥、加速干燥、高速干燥和慢速干燥4個過程，干燥時長為20～40 h不等，菊花干制品無褶皺、色澤明亮、更具有韌性且氣味清香。熱泵干燥技術(shù)中，工藝參數(shù)設置、熱泵干燥功率、烘房內(nèi)溫度場分布均勻性、排濕模式、升溫速率以及裝載量等因素都會對干燥時間和產(chǎn)品品質(zhì)產(chǎn)生影響。目前，熱泵干燥中由于功率低導致的干燥初期升溫速度慢、裝載量大導致的排濕效率低等問題，主要采用風機強制循環(huán)結(jié)合智能排潮除濕系統(tǒng)、電加熱輔助熱風、優(yōu)化烘房結(jié)構(gòu)和熱風路徑、合理選擇開環(huán)和閉環(huán)方式等方法進一步解決。熱泵干燥在緩解能源緊張和減少環(huán)境污染上發(fā)揮了重要作用，在我國黃河以南地區(qū)得到廣泛發(fā)展和應用，而閉環(huán)除濕熱泵干燥因其能耗低、品質(zhì)高等優(yōu)點成為了新的研究熱點。

2.1.5 真空冷凍干燥

冷凍干燥的升華過程避免了表面張力的影響，極大程度上保留了鮮花品質(zhì)[17-18]。詹歌等[16]研究了不同干燥方式對菊花抗氧化性、抑菌活性、揮發(fā)性風味物質(zhì)和感官品質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)真空冷凍干燥的隔板溫度為-30 ℃，常壓冷凍4 h；然后隔板溫度30 ℃，真空度為8 Pa下干燥16.5 h能夠較好地保持花形、花色以及花香。劉鴻雁等[19]測得杭白菊的共晶點(-20 ℃)和共溶點(-8 ℃)，發(fā)現(xiàn)加熱隔板溫度為45 ℃時進行解析干燥效果最好，提出了杭白菊真空冷凍干燥最佳工藝為預凍6 h，升華干燥15 h，再解析干燥14 h。真空冷凍干燥可以極大限度的保持物料原有的化學成分、結(jié)構(gòu)以及較好的復水性，是目前公認的最佳保質(zhì)干燥方式，尤其適用于熱敏性物料。但在食品加工中，還需兼顧干燥成本與產(chǎn)品附加值的關(guān)系，選擇更加合理的干燥技術(shù)。相較于其他干燥方式，冷凍干燥需要較長干燥時間，且裝載量少、能耗高、成本也隨之增加，不適宜杭白菊的規(guī)?；a(chǎn)。

2.1.6 紅外干燥

紅外輻射加熱技術(shù)是通過紅外線輻射直接作用到物料表面，以熱傳導實現(xiàn)水分遷移，具有一定的穿透力，具有干燥效率較高、加熱均勻、能耗少，熱吸收率高的優(yōu)點。中短波紅外[20]和遠紅外[21]干燥的研究中發(fā)現(xiàn)其具有耗時短、能較好地保留產(chǎn)品中黃酮、總酚等有效成分的優(yōu)勢。LI等[4]研究了相同功率(450 W)的中短波紅外干燥在不同溫度下(50、60、70、80 ℃)對杭白菊的影響，發(fā)現(xiàn)溫度為60 ℃時所需時間最短、干燥速率最快，具有更高的水分擴散系數(shù)。在紅外干燥過程中，由于物料表面溫度降低使得溫度梯度方向和水分擴散方向具有一致性，可以加快干燥速率，但是由于物料內(nèi)部存在溫度的非線性變化，會導致水分遷移的過程受到影響，因此在干燥均勻性以及實現(xiàn)物料內(nèi)部溫度控制精準性上仍存在局限。

2.1.7 聯(lián)合干燥

為避免單一干燥方式的缺點，聯(lián)合干燥技術(shù)成為目前干燥領(lǐng)域的研究熱點，并得到廣泛應用。常見的聯(lián)合干燥技術(shù)有微波熱風、真空微波、紅外熱風、真空熱風[22]、熱泵遠紅外[23]等。WANG等[24-25]運用微波和熱風相結(jié)合的方法，在700 W微波干燥30 s后進行75 ℃熱風干燥，獲得了較好的菊花品質(zhì)。張曉辛等[13]將微波和氣流干燥相結(jié)合，避免了微波干燥短時大熱量引起的花朵劇烈皺縮、花瓣焦糊和氣流干燥時間較長導致有效成分損失等問題，成功地將干燥時間縮短到4 h以內(nèi)，提高了生產(chǎn)效益。真空脈動干燥技術(shù)是將真空和紅外技術(shù)相結(jié)合，一方面通過控制干燥室內(nèi)真空-常壓脈動交替變化，不斷擠壓和擴張物料的微觀孔道，促進內(nèi)部水分向外遷移。另一方面其真空低氧的環(huán)境有效抑制了物料在干制過程中的氧化褐變，有利于色澤和營養(yǎng)成分的保護。其中的碳纖維紅外薄層加熱板電熱轉(zhuǎn)換率高達98%，均勻性較好，具有較高的熱效率和干燥速率。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)干燥溫度的升高、真空度的增大均可提升干燥速率[26]。筆者在目前針對杭白菊開展的真空脈動紅外干燥試驗中發(fā)現(xiàn)，該技術(shù)大幅度縮短了干燥時間并在一定程度上提升了干燥產(chǎn)品品質(zhì)。為了滿足市場對干燥產(chǎn)品品質(zhì)的更高要求，不同干燥技術(shù)的聯(lián)合應用已成為干燥領(lǐng)域未來研究的趨勢，同時還需要注意聯(lián)合技術(shù)帶來的工藝參數(shù)調(diào)控難度增加和技術(shù)選擇適用性等問題。

2.2 杭白菊主要干燥方式工藝參數(shù)的比較研究

表1為不同干燥技術(shù)下的最優(yōu)干燥參數(shù)。通過考察干燥時間、水分擴散系數(shù)、設備的參數(shù)，發(fā)現(xiàn)采用微波干燥時間較短，約為7～13 min；冷凍干燥時間較長，均在20 h以上；熱風干燥需要11.5 h。微波熱風、微波氣流干燥技術(shù)以及中短波紅外干燥則極大提升了干燥速率，在保證較優(yōu)干燥產(chǎn)品品質(zhì)的同時將時間縮短到3～5 h，充分體現(xiàn)出聯(lián)合干燥工藝的優(yōu)勢。

表1 不同干燥方式下的菊花最優(yōu)干燥參數(shù)Table 1 Optimal drying parameters of different drying methods for different varieties of Chrysanthemum

綜上所述，國內(nèi)外關(guān)于杭白菊干燥技術(shù)研究主要集中在自然晾曬、熱風干燥和真空冷凍干燥以及不同干燥方式的聯(lián)合干燥技術(shù)。目前實際生產(chǎn)中大多采用熱風烘房，而更加環(huán)保、清潔化的熱泵干燥技術(shù)也逐漸替代了傳統(tǒng)的以不可再生能源為熱源的干燥方式。微波干燥時間短，但對菊花來說易焦糊；冷凍干燥的品質(zhì)最優(yōu)，但成本高、批量小。不同干燥技術(shù)各有優(yōu)劣，因此聯(lián)合干燥技術(shù)成為了一種趨勢，其中真空脈動聯(lián)合紅外干燥技術(shù)干燥均勻性佳、熱效率高，且更適于小顆粒狀物料，因此在杭白菊、胎菊和朵菊的干燥產(chǎn)業(yè)中更具前景。

3 杭白菊干燥品質(zhì)的研究進展

3.1 杭白菊主要有效成分分析

杭白菊具有緩解壓力、改善心血管健康、降低骨質(zhì)疏松等作用[27]，得益于其中的黃酮類化合物、揮發(fā)油、綠原酸以及微量元素等[28-29]。黃酮類化合物又稱生物類黃酮，具有抗氧化性[30]。黃涵年[31]研究了杭白菊總黃酮提取工藝，并對其抗氧化及抑菌活性進行了分析。揮發(fā)油是菊花抗菌作用的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是影響菊花品質(zhì)的重要組分[32]。呂都[33]研究發(fā)現(xiàn)杭白菊揮發(fā)油對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌等有一定抑菌性，并具有一定的抗氧化性。綠原酸是由咖啡酸與奎寧酸組成的苯丙素類化合物?！吨袊幍洹芬?guī)定菊花藥材中所含綠原酸(C16H18O9)不得少于0.20%，木犀草苷(C21H20O11)不得少于0.08%，3,5-O-二咖啡酰基奎寧酸(C25H24O12)不得少于0.70%[34]。

由于胎菊中黃酮類物質(zhì)、綠原酸、木犀草苷的含量均高于朵菊[35-36]，其深受飲用菊市場的追捧。YUAN等[6]研究發(fā)現(xiàn)熱風干燥過程中，胎菊在70 ℃下干燥3 h，朵菊在60 ℃下干燥6 h可以較好地保留其有效成分和抗氧化性。張鵬云等[37]測定了杭白菊揮發(fā)性成分中主要含有烯烴類、醇類以及酮類化合物。劉春麗[38]對不同產(chǎn)地菊花的主要化學成分進行研究，結(jié)果表明杭白菊中所含綠原酸、總黃酮和揮發(fā)油最高，且具有的特征性香氣是其揮發(fā)性成分相互作用產(chǎn)生的。

3.2 干燥方式對杭白菊干品感官評價的影響

杭白菊作為茶飲，感官指標的優(yōu)劣是其品質(zhì)評價的重要方面。包括外觀形態(tài)(花形、花色、花香)以及茶品質(zhì)(茶水、茶香、茶味)等。表2對不同干燥方式下菊花感官評價情況進行了匯總?？梢钥闯稣婵绽鋬龈稍锖臀⒉饬鞲稍锓绞降玫降幕ㄆ焚|(zhì)最好，花瓣完整舒展，沒有明顯色澤變化，茶水甘甜，香氣濃郁，品質(zhì)上乘。熱風干燥和微波熱風干燥均存在花朵皺縮、卷曲的情況，泡茶后茶水偏黃、香味單薄，因此選擇合理的干燥方式至關(guān)重要。

表2 不同菊花品種不同干燥方式的感官評價Table 2 Sensory evaluation of different Chrysanthemum varieties under different drying methods

3.3 干燥方式對杭白菊干品有效成分的影響

表3從不同菊花品種的有效成分、抗氧化活性的角度進行了歸納總結(jié)，不同干燥方式得到的菊花干制品有效成分及其含量存在明顯差異，但基本都可以達到《中國藥典》規(guī)定的標準。王珊[7]比較了經(jīng)過自然晾曬、烘房干燥、微波、紅外以及冷凍干燥處理的杭白菊，發(fā)現(xiàn)其抗氧化活性沒有顯著差異，而熱風干燥則可以得到更好地抗氧化活性。但在總酚、總黃酮含量方面，冷凍干燥則明顯優(yōu)于熱風干燥，并且由于其采用冷凍升華原理，可更好的消除毛細管壁和極性基團上吸附的水分從而得到較好花形、顏色及品質(zhì)。而微波熱風聯(lián)合干燥相比較于單純的微波干燥而言，可以更好地保留菊花干品中綠原酸等有效成分，在保證品質(zhì)的同時極大程度提高生產(chǎn)效益。

表3 不同干燥方式的菊花的有效成分分析Table 3 Analysis of effective components in Chrysanthemums with different drying methods

杭白菊作為藥食同源的花類保健品，含有黃酮類化合物、揮發(fā)油以及綠原酸等有效成分，具有抗氧化性、抑菌性等活性，可以起到保護心血管、降脂、抗癌等作用[40]。其胎菊的藥用價值高于朵菊，受到消費者普遍的認可。而目前國內(nèi)關(guān)于品質(zhì)指標的研究多集中在外觀形態(tài)上，有效成分的檢測大多以《中國藥典》中規(guī)定的3種基本成分為主，少部分涉及到黃酮類物質(zhì)、揮發(fā)油等；國外則集中于抗氧化性、抑菌活性等方面研究。因此，圍繞干燥溫度、花形花色、有效成分、抗氧化性等進一步完善表征菊花干燥品質(zhì)指標體系至關(guān)重要。

4 展望

該文綜述了杭白菊的殺青預處理方法、不同干燥方式的技術(shù)特點和適用性并比較分析了干燥工藝參數(shù)對菊花有效成分及品質(zhì)的影響，闡明了熱泵、熱風干燥是杭白菊產(chǎn)業(yè)化應用首選技術(shù)，提出了真空脈動紅外等聯(lián)合干燥技術(shù)具有重要研究前景。總結(jié)發(fā)現(xiàn)，無論選擇何種干燥技術(shù)，確定適宜的干燥工藝是保質(zhì)、高效干燥的關(guān)鍵，而進一步研究構(gòu)建花形花色、有效成分、抗氧化性等品質(zhì)指標體系是實現(xiàn)工藝參數(shù)優(yōu)化調(diào)控的前提。

未來杭白菊干燥研究與技術(shù)應用還應從以下幾個方面加強：(1)殺青預處理需要篩選合適技術(shù)，其中高溫高濕氣體射流沖擊漂燙技術(shù)作為新型的殺青手段具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢；(2)杭白菊干燥技術(shù)適應性分析和實際應用選擇時，還需綜合考慮地域性、經(jīng)濟性和技術(shù)可行性；(3)杭白菊干燥品質(zhì)亟待進一步提高，因此完善相關(guān)技術(shù)規(guī)程和品質(zhì)指標檢測標準十分重要；(4)杭白菊干燥研究理論基礎(chǔ)尚顯不足，應更深入的探究干燥過程中水分遷移和熱質(zhì)傳遞規(guī)律，從而建立完整的理論體系，更好地指導生產(chǎn)實踐。