杭白菊干燥技术及干燥品质研究进展

孙东宇，郑志安，李博睿，吴敏

(中国农业大学 工学院，北京，100083)

菊花作为中国传统中药材，栽培历史悠久，已被广泛应用于酿酒业以及营养保健等食品工业中。因产地、培育方式及后续加工处理工艺的不同，主要分为毫菊、滁菊、贡菊、杭白菊、怀菊、祁菊等品种。杭白菊原产于浙江省桐乡市，具有“色玉白、气清香、味甘醇、花型美”的品质特征，具有清肝明目、养心健脾、调整血脂等作用。

杭白菊鲜花采摘后气体交换和水分蒸发散失迅速，因此干燥成为其采后加工的重要环节。杭白菊花期短，产量大，含水率高，主产区为中国南方，常由于天气原因和干燥不及时，产生发霉或变质现象，造成巨大经济损失。目前杭白菊的加工生产主要采用“杀青+干燥”工艺，干燥以自然晾晒、热风烘干等方式为主，相应的技术装备也在菊花干燥产业发挥了重要的作用，但仍存在干燥效率低、产品品质稳定性差、工艺调控难等问题，在一定程度上限制了杭白菊产业的高质量发展。

本文综述了大量国内外文献，从杭白菊的采后杀青预处理、主要干燥技术以及干燥品质三方面进行了分析和梳理，总结了杭白菊干燥技术的特点及存在问题，比较分析了干燥工艺参数对产品品质的影响，为后续杭白菊采后加工研究提供一定的借鉴和参考。

1 杭白菊采后杀青处理技术研究

1.1 杭白菊的蒸汽杀青预处理

杭白菊干燥前需采用杀青预处理，用来钝化其中的多酚氧化酶和过氧化物酶等，防止发生酶促褐变，达到提升产品品质的目的。因此，杀青技术及工艺调控的关键在于最大限度保留挥发性成分，同时还抑制酶促褐变的发生。传统杀青方式是将鲜菊花放置于竹屉中上锅蒸制，此方法需要菊农积累足够的经验，且其处理量较小、火候不易掌控、杀青不均匀、品质难保证。实际生产中，短时蒸汽杀青由于其操作简便、生产效率高得到了广泛应用。在江苏省射阳县，一些企业利用蒸汽杀青装备已经实现了连续生产，蒸汽温度控制在110 ℃左右，杀青时间约为40～50 s，日处理量可以达到160 t。但是，杀青生产线仍存在蒸汽分布不均匀、热量损失大且难以回收等问题。因此，可以采用控制蒸汽量、均化蒸汽出口分布和优化装载量等方法对蒸汽杀青装备进行改进，从而提高其热效率及均匀性，以达到更好的杀青效果。

1.2 新型杀青技术的应用分析

杀青处理作为杭白菊采后加工的第一个环节，目前有大量研究围绕其技术创新展开。公菲菲等[1]发现相较于烘箱或水浴锅杀青，采用高功率微波进行杀青处理，并结合热风干燥可以获得更好的干燥效果。但是考虑到实际生产过程中批量较大，因此还需要对设备进行优化并对相关参数进行调整。经调研发现，生产中有带式微波杀青和烘干设备应用，但技术上仍存在微波边角效应和加热不均匀的问题。目前，红外漂烫技术[2]、红外蒸汽热烫联合处理[3]和高温高湿气体射流漂烫技术[4]等可以有效起到缩短杀青的时间，并在相对较低的温度下抑制酶促褐变和非酶褐变发生，降低了长时间高温处理导致热敏性营养物质损失的风险，实现了菊花的高效保质加工。

2 杭白菊主要干燥技术研究进展

2.1 不同干燥技术特点及适用性分析

2.1.1 传统干燥

自然晾晒是菊花的传统干燥方式。杭白菊经蒸制杀青后常用芦帘进行晾晒，夜间收回室内。晾晒一周后即可除去90%的水分，待其还性(静置缓苏)，再晒1～3 d，即可出售[5]。自然晾晒的干燥方式简单节能，但耗时费力，极度依赖天气，还存在被微生物、灰尘、昆虫、家禽和牲畜污染的风险。当遇到阴雨天，若不及时干燥则会出现霉点或霉块。因此，菊农多建造“土烘房”，将杭白菊晾置在房内煤炉周围30 cm左右处进行烘干，在房内温度40 ℃条件下经过24 h干燥即可去除80%的水分[5]。传统晾晒和土烘房干燥由于存在反复加热和倒库操作、温度控制不稳定、环境洁净度差等问题，得到的干制品品质较差，通常会配合使用硫磺熏蒸的方式。

硫磺熏蒸是一种古老的药材加工方法，通过加热使硫磺分子均匀地覆盖在药材表面，起到改善色泽、便于储藏、防止虫蛀的效果。经硫磺熏蒸处理会导致杭白菊中奎宁酸类、黄酮苷类等有效成分部分损失，降低抗氧化活性。且干制品中易出现重金属以及硫含量超标的问题，甚至会产生新的有毒物质，长期食用对人的消化系统产生巨大威胁，严重危害健康，因此该方法已被明令禁止。

2.1.2 热风干燥

热风干燥采用强制对流循环的方式，以热空气为介质对物料进行加热。目前有较多采用热风干燥技术对杭白菊干燥的研究[1,4,6-7]，结果表明，热风温度是影响品质的关键因素。温度过高，易引起菊花表面皱缩；温度过低则会增加干燥时间，导致效率下降，品质受损，因此普遍将热风干燥的最佳温度参数控制在50～65 ℃。实际生产中，主要采取热风烘房的形式，因此控制烘房内流场(热风和温度)的均匀性是决定干燥装备性能的关键。

在烘房干燥过程中，干燥时间通常保持在每批次4～6 h，其具有处理量大、结构简单、造价适中且不受天气影响的优势，但也存在占地面积大、热敏性物质易损失等问题，目前主要采用干燥-缓苏-干燥的工艺。缓苏可以有效减少干燥过程中引起的物料内部的热应力冲击，使内部水分逐渐向外扩散，从而降低内外水分梯度，提高干燥效率。特别是胎菊，其形态具有一定的紧实度，花蕊部分一次干燥难度较大，因此缓苏工艺必不可少。考虑到操作性和成本问题，缓苏介质多为空气，但其中存在大量微生物和细菌，导致菊花缓苏时间较长(需40 min以上)，温度适宜(40 ℃左右)的环境下更易被细菌污染，影响干燥后产品品质。因此，可以考虑在真空环境或微波介质下进行缓苏，促使水分快速扩散，避免微生物滋生，提升干燥效率和质量[8]。

2.1.3 微波干燥

微波干燥属于介电干燥技术，具有效率高、速度快等优点。目前在野菊花[9]、祁菊[10]的研究中均发现微波干燥可以较好地保留花内有效成分。但微波干燥过程中，由于温度梯度、热量传导以及水蒸气迁移的方向具有一致性，产生的“泵送效应”会导致物料一定程度的膨化，还存在轻微的“焦心”现象[11-12]。经过调研发现，杭白菊花瓣薄、体积小、含水率高，在微波干燥时也出现了局部过热导致的焦糊现象，另外，较高的微波功率还可能破坏其有效成分。因此，微波干燥更适用于联合其他干燥方式，起到缩短干燥时间的效果。目前实际生产中主要有带式微波干燥设备用于杭白菊储藏后、出厂前的短时复烘，达到一定杀菌和使酶钝化的作用[13]。

2.1.4 热泵干燥

热泵技术具有环境友好、节能高效、适用范围广等优势，符合国家对环境保护和节能减排的战略要求，是目前干燥行业发展的趋势，大量应用于茶叶、果蔬、鱼类和陶瓷干燥等领域[14]。目前有针对细丝黄菊[15]、滁菊[16]的相关研究。在对金丝黄菊和庐皇菊的调研中发现，热泵干燥大多补充电辅助热风，通常会采用3～8段的多段干燥工艺，主要包括预热干燥、加速干燥、高速干燥和慢速干燥4个过程，干燥时长为20～40 h不等，菊花干制品无褶皱、色泽明亮、更具有韧性且气味清香。热泵干燥技术中，工艺参数设置、热泵干燥功率、烘房内温度场分布均匀性、排湿模式、升温速率以及装载量等因素都会对干燥时间和产品品质产生影响。目前，热泵干燥中由于功率低导致的干燥初期升温速度慢、装载量大导致的排湿效率低等问题，主要采用风机强制循环结合智能排潮除湿系统、电加热辅助热风、优化烘房结构和热风路径、合理选择开环和闭环方式等方法进一步解决。热泵干燥在缓解能源紧张和减少环境污染上发挥了重要作用，在我国黄河以南地区得到广泛发展和应用，而闭环除湿热泵干燥因其能耗低、品质高等优点成为了新的研究热点。

2.1.5 真空冷冻干燥

冷冻干燥的升华过程避免了表面张力的影响，极大程度上保留了鲜花品质[17-18]。詹歌等[16]研究了不同干燥方式对菊花抗氧化性、抑菌活性、挥发性风味物质和感官品质的影响，发现真空冷冻干燥的隔板温度为-30 ℃，常压冷冻4 h；然后隔板温度30 ℃，真空度为8 Pa下干燥16.5 h能够较好地保持花形、花色以及花香。刘鸿雁等[19]测得杭白菊的共晶点(-20 ℃)和共溶点(-8 ℃)，发现加热隔板温度为45 ℃时进行解析干燥效果最好，提出了杭白菊真空冷冻干燥最佳工艺为预冻6 h，升华干燥15 h，再解析干燥14 h。真空冷冻干燥可以极大限度的保持物料原有的化学成分、结构以及较好的复水性，是目前公认的最佳保质干燥方式，尤其适用于热敏性物料。但在食品加工中，还需兼顾干燥成本与产品附加值的关系，选择更加合理的干燥技术。相较于其他干燥方式，冷冻干燥需要较长干燥时间，且装载量少、能耗高、成本也随之增加，不适宜杭白菊的规模化生产。

2.1.6 红外干燥

红外辐射加热技术是通过红外线辐射直接作用到物料表面，以热传导实现水分迁移，具有一定的穿透力，具有干燥效率较高、加热均匀、能耗少，热吸收率高的优点。中短波红外[20]和远红外[21]干燥的研究中发现其具有耗时短、能较好地保留产品中黄酮、总酚等有效成分的优势。LI等[4]研究了相同功率(450 W)的中短波红外干燥在不同温度下(50、60、70、80 ℃)对杭白菊的影响，发现温度为60 ℃时所需时间最短、干燥速率最快，具有更高的水分扩散系数。在红外干燥过程中，由于物料表面温度降低使得温度梯度方向和水分扩散方向具有一致性，可以加快干燥速率，但是由于物料内部存在温度的非线性变化，会导致水分迁移的过程受到影响，因此在干燥均匀性以及实现物料内部温度控制精准性上仍存在局限。

2.1.7 联合干燥

为避免单一干燥方式的缺点，联合干燥技术成为目前干燥领域的研究热点，并得到广泛应用。常见的联合干燥技术有微波热风、真空微波、红外热风、真空热风[22]、热泵远红外[23]等。WANG等[24-25]运用微波和热风相结合的方法，在700 W微波干燥30 s后进行75 ℃热风干燥，获得了较好的菊花品质。张晓辛等[13]将微波和气流干燥相结合，避免了微波干燥短时大热量引起的花朵剧烈皱缩、花瓣焦糊和气流干燥时间较长导致有效成分损失等问题，成功地将干燥时间缩短到4 h以内，提高了生产效益。真空脉动干燥技术是将真空和红外技术相结合，一方面通过控制干燥室内真空-常压脉动交替变化，不断挤压和扩张物料的微观孔道，促进内部水分向外迁移。另一方面其真空低氧的环境有效抑制了物料在干制过程中的氧化褐变，有利于色泽和营养成分的保护。其中的碳纤维红外薄层加热板电热转换率高达98%，均匀性较好，具有较高的热效率和干燥速率。相关研究发现干燥温度的升高、真空度的增大均可提升干燥速率[26]。笔者在目前针对杭白菊开展的真空脉动红外干燥试验中发现，该技术大幅度缩短了干燥时间并在一定程度上提升了干燥产品品质。为了满足市场对干燥产品品质的更高要求，不同干燥技术的联合应用已成为干燥领域未来研究的趋势，同时还需要注意联合技术带来的工艺参数调控难度增加和技术选择适用性等问题。

2.2 杭白菊主要干燥方式工艺参数的比较研究

表1为不同干燥技术下的最优干燥参数。通过考察干燥时间、水分扩散系数、设备的参数，发现采用微波干燥时间较短，约为7～13 min；冷冻干燥时间较长，均在20 h以上；热风干燥需要11.5 h。微波热风、微波气流干燥技术以及中短波红外干燥则极大提升了干燥速率，在保证较优干燥产品品质的同时将时间缩短到3～5 h，充分体现出联合干燥工艺的优势。

表1 不同干燥方式下的菊花最优干燥参数Table 1 Optimal drying parameters of different drying methods for different varieties of Chrysanthemum

综上所述，国内外关于杭白菊干燥技术研究主要集中在自然晾晒、热风干燥和真空冷冻干燥以及不同干燥方式的联合干燥技术。目前实际生产中大多采用热风烘房，而更加环保、清洁化的热泵干燥技术也逐渐替代了传统的以不可再生能源为热源的干燥方式。微波干燥时间短，但对菊花来说易焦糊；冷冻干燥的品质最优，但成本高、批量小。不同干燥技术各有优劣，因此联合干燥技术成为了一种趋势，其中真空脉动联合红外干燥技术干燥均匀性佳、热效率高，且更适于小颗粒状物料，因此在杭白菊、胎菊和朵菊的干燥产业中更具前景。

3 杭白菊干燥品质的研究进展

3.1 杭白菊主要有效成分分析

杭白菊具有缓解压力、改善心血管健康、降低骨质疏松等作用[27]，得益于其中的黄酮类化合物、挥发油、绿原酸以及微量元素等[28-29]。黄酮类化合物又称生物类黄酮，具有抗氧化性[30]。黄涵年[31]研究了杭白菊总黄酮提取工艺，并对其抗氧化及抑菌活性进行了分析。挥发油是菊花抗菌作用的物质基础，也是影响菊花品质的重要组分[32]。吕都[33]研究发现杭白菊挥发油对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等有一定抑菌性，并具有一定的抗氧化性。绿原酸是由咖啡酸与奎宁酸组成的苯丙素类化合物。《中国药典》规定菊花药材中所含绿原酸(C16H18O9)不得少于0.20%，木犀草苷(C21H20O11)不得少于0.08%，3,5-O-二咖啡酰基奎宁酸(C25H24O12)不得少于0.70%[34]。

由于胎菊中黄酮类物质、绿原酸、木犀草苷的含量均高于朵菊[35-36]，其深受饮用菊市场的追捧。YUAN等[6]研究发现热风干燥过程中，胎菊在70 ℃下干燥3 h，朵菊在60 ℃下干燥6 h可以较好地保留其有效成分和抗氧化性。张鹏云等[37]测定了杭白菊挥发性成分中主要含有烯烃类、醇类以及酮类化合物。刘春丽[38]对不同产地菊花的主要化学成分进行研究，结果表明杭白菊中所含绿原酸、总黄酮和挥发油最高，且具有的特征性香气是其挥发性成分相互作用产生的。

3.2 干燥方式对杭白菊干品感官评价的影响

杭白菊作为茶饮，感官指标的优劣是其品质评价的重要方面。包括外观形态(花形、花色、花香)以及茶品质(茶水、茶香、茶味)等。表2对不同干燥方式下菊花感官评价情况进行了汇总。可以看出真空冷冻干燥和微波气流干燥方式得到的花品质最好，花瓣完整舒展，没有明显色泽变化，茶水甘甜，香气浓郁，品质上乘。热风干燥和微波热风干燥均存在花朵皱缩、卷曲的情况，泡茶后茶水偏黄、香味单薄，因此选择合理的干燥方式至关重要。

表2 不同菊花品种不同干燥方式的感官评价Table 2 Sensory evaluation of different Chrysanthemum varieties under different drying methods

3.3 干燥方式对杭白菊干品有效成分的影响

表3从不同菊花品种的有效成分、抗氧化活性的角度进行了归纳总结，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显差异，但基本都可以达到《中国药典》规定的标准。王珊[7]比较了经过自然晾晒、烘房干燥、微波、红外以及冷冻干燥处理的杭白菊，发现其抗氧化活性没有显著差异，而热风干燥则可以得到更好地抗氧化活性。但在总酚、总黄酮含量方面，冷冻干燥则明显优于热风干燥，并且由于其采用冷冻升华原理，可更好的消除毛细管壁和极性基团上吸附的水分从而得到较好花形、颜色及品质。而微波热风联合干燥相比较于单纯的微波干燥而言，可以更好地保留菊花干品中绿原酸等有效成分，在保证品质的同时极大程度提高生产效益。

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

杭白菊作为药食同源的花类保健品，含有黄酮类化合物、挥发油以及绿原酸等有效成分，具有抗氧化性、抑菌性等活性，可以起到保护心血管、降脂、抗癌等作用[40]。其胎菊的药用价值高于朵菊，受到消费者普遍的认可。而目前国内关于品质指标的研究多集中在外观形态上，有效成分的检测大多以《中国药典》中规定的3种基本成分为主，少部分涉及到黄酮类物质、挥发油等；国外则集中于抗氧化性、抑菌活性等方面研究。因此，围绕干燥温度、花形花色、有效成分、抗氧化性等进一步完善表征菊花干燥品质指标体系至关重要。

4 展望

该文综述了杭白菊的杀青预处理方法、不同干燥方式的技术特点和适用性并比较分析了干燥工艺参数对菊花有效成分及品质的影响，阐明了热泵、热风干燥是杭白菊产业化应用首选技术，提出了真空脉动红外等联合干燥技术具有重要研究前景。总结发现，无论选择何种干燥技术，确定适宜的干燥工艺是保质、高效干燥的关键，而进一步研究构建花形花色、有效成分、抗氧化性等品质指标体系是实现工艺参数优化调控的前提。

未来杭白菊干燥研究与技术应用还应从以下几个方面加强：(1)杀青预处理需要筛选合适技术，其中高温高湿气体射流冲击漂烫技术作为新型的杀青手段具有明显的技术优势；(2)杭白菊干燥技术适应性分析和实际应用选择时，还需综合考虑地域性、经济性和技术可行性；(3)杭白菊干燥品质亟待进一步提高，因此完善相关技术规程和品质指标检测标准十分重要；(4)杭白菊干燥研究理论基础尚显不足，应更深入的探究干燥过程中水分迁移和热质传递规律，从而建立完整的理论体系，更好地指导生产实践。