摘 要：干燥是中藥材采收后產地加工必不可缺的重要加工步驟之一，與中藥材品質形成息息相關，是影響中藥材藥用價值和經濟價值的重要環節。皺縮是中藥材在干燥過程中發生的普遍物理現象，不僅直接影響中藥材的外觀、質地與復水性，還導致水分擴散速率降低，干燥時間延長，引起干燥效率下降、能耗升高，且藥材長時間受熱不利于保證干品質量與療效。通過文獻調研，探討中藥材干燥過程中的皺縮機制，從物料特性、微觀結構、機械性能和加工條件方面分析其影響因素，總結抑制皺縮的干燥技術，以期保障中藥材品質，為中藥材干燥工藝的選擇提供參考依據。

　　關鍵詞：中藥材;干燥;皺縮;水分;細胞結構;溫度;干燥空氣速度;干燥空氣相對濕度;調控策略

　　所謂“藥材好，藥才好”。中藥材是制備中藥飲片，進而直接配方或制劑的原料藥，其品質直接影響中藥飲片乃至中藥制劑的臨床與經濟價值，提高中藥材品質，對保證中藥產業高質量發展具有重要意義。除少部分中藥材鮮用以外，大部分藥材采收后須趁鮮干燥，以利于貯存、便于運輸。皺縮是中藥材在干燥過程中發生的普遍現象。藥材皺縮后表現為體積減小，表面呈凸凹不平的不規則形狀，質地硬化，甚至出現“僵子”;微觀上表現為細胞發生向內潰陷，形態扁平化，嚴重時細胞壁上還會出現細微裂紋，尤其以果實類和根莖類藥材干燥皺縮較為嚴重[1-2]。干燥過程中，藥材皺縮后導致水分擴散阻力增大，從而引起水分擴散速率降低，干燥效率下降、能耗升高，且藥材長時間受熱不利于保證干品質量與療效[3-5]。此外，皺縮引起藥材質地硬化，不利于后續炮制加工;質地硬化導致復水性降低，不利于后續煎煮或提取處理。但目前對中藥材干燥皺縮不夠重視，皺縮機制尚不明確、調控策略仍未確立。故本文對中藥材干燥過程中皺縮機制與影響因素進行分析，總結防止皺縮的調控策略和抑制皺縮的干燥技術，以期為中藥材干燥技術工藝的選擇提供理論依據，從而提高中藥材干燥品質。

　　1 皺縮機制中藥材

　　大多在結構上高度異質，導致其干燥皺縮機制較為復雜。目前，一般認為包括中藥材在內的植物性物料干燥的縮皺機制主要有 3 種。

　　(1)含水量在干燥過程中不斷降低。鮮藥材普遍含水量較高，水分分布于藥材各組織細胞中對其具有物理填充、支撐作用，當水分在干燥過程中被除去時，植物組織細胞失去這一部分支撐力，原來由水分占據的空間出現坍塌，導致藥材體積減小，從而出現皺縮[6-7]。

　　(2)植物表皮塌陷。植物表皮由表皮細胞構成，排列緊密并具有細胞壁結構，機械強度較高，具有防止水分散失等作用。因此，在干燥過程中，植物表皮對水分(液態或氣態)向表面擴散形成較大阻力。干燥開始后，由于植物表皮的阻礙，表皮內水分不能及時由內擴散至表面因而不斷積累，形成擴散應力(傳質應力)并不斷增加[8]。當該應力增加至一定值后，導致植物表皮氣孔增大，結構變得疏松，機械強度降低，難以維持原形態而出現塌陷[9]。干燥進行一定時間后，由于植物體內含水量降低，水分擴散阻力增大(干區形成)，物料內部水分的擴散速度小于表面水分蒸發速度，植物表皮因率先失水而表面積減小，皺縮加劇[10]。

　　(3)膨壓降低。膨壓指植物中的水分使細胞產生向外施加在細胞壁上的壓力，可為植物細胞提供支持力，以維持形狀[11]。尤其是草本植物由于缺少木本植物所擁有的堅硬木質素，故其支持力依賴膨壓[12]。一方面，草本中藥材在干燥過程中，含水量的降低可直接引起膨壓降低，引起植物形態皺縮[6]。另一方面，除微波干燥外，干燥過程中的熱量由植物細胞外向細胞內傳遞，與膨壓作用方向相反，膨壓遭到抵消而減小甚至喪失，導致細胞崩潰，從而草本中藥材出現皺縮[13]。

　　2 皺縮規律

　　近年來，對干燥過程中皺縮現象的研究表明干燥過程中皺縮的普遍變化規律為在干燥初期體積皺縮程度大;在干燥中后期皺縮率整體呈現持續減小的趨勢。干燥初期體積皺縮程度大，這是由于物料表面水分快速蒸發，該階段皺縮發生在表層，體積皺縮近乎等于失水體積，尺寸減小主要用于補償水分損失。Karathanos 等[14]研究表明初始水分去除率高，導致強烈皺縮。Mayor 等[13]也表達了同樣的觀點。王龍等[15]研究發現干燥初期紅棗受熱體積膨脹從而皺縮程度大。

　　這可能是因為物料表層發生皺縮后，其內部水分擴散至表面的阻力不斷增加，使得物料內部水分不能及時排出，從而在內部堆積、形成一定的由內向外的擴散應力(傳質應力)，導致出現輕微的內部膨脹。此后，內部擴散應力(傳質應力)增大至一定程度后，水分受應力推動作用向外部擴散，失去水分的物料體積再一次皺縮，直至物料中水分含量較小時這種收縮與膨脹的交替作用才會結束[15-16]。在干燥中后期，物料開始向內皺縮，皺縮率整體呈現持續減小的趨勢，該階段物料皺縮體積遠小于失水體積[17]。如 Wang 等[17]通過觀察不同干燥階段馬鈴薯切片中薄壁細胞的顯微圖片發現皺縮逐漸向中心移動，出現向內皺縮，且接近干燥結束時皺縮明顯減緩。該現象與 3 個原因有關：一是干燥后期單位時間內去除的水分較少，皺縮空間減少;二是干燥后期，由于物料溫度升高可出現玻璃態轉變，從而大大增加物料的機械強度，有助于減小皺縮率;三是干燥后期物料表面發生硬化(“表面硬化”效應)，形成硬殼阻止了皺縮[18-20]。

　　3 皺縮的影響因素

　　3.1 水分新鮮中藥材根據內部水分的空間分布，分為細胞間水、細胞內水和細胞壁水;根據水分結合形式，分為自由水和結合水。位于細胞間隙的水被稱為細胞間水，因其可以自由流動被認為是自由水[21]。細胞內的水被稱為細胞內水，而細胞壁水是占據細胞壁內部細小空間的水，這種水分存在于細胞內部，具有較強的結合力被認為是結合水。眾所周知，干燥能脫去大部分自由水，膨脹的細胞失去水分導致組織皺縮。相反，結合水很難去除，在干燥過程中去除能夠有效地維持細胞結構防止皺縮[22]。另外，由于植物類中藥材的吸濕性，在整個干燥過程中，自由水的遷移對物料結構的影響較小，而結合水的運輸對物料皺縮影響很大，可能會導致細胞皺縮、孔隙形成和細胞崩潰，甚至整個組織結構變形[10,23]。3 種類型水的比例和遷移是影響干燥過程中細胞皺縮和結構塌陷導致整體組織皺縮的原因。

　　3.2 細胞結構細胞組織結構的完整程度、液泡的大小、細胞膜的滲透性和膜的糖蛋白種類以及細胞壁的差異都是影響皺縮的因素。細胞組織結構的完整良好、功能完備具有維持基本結構秩序的能力，當細胞組織結構完整性被破壞，打破秩序，造成組織的皺縮，變形甚至奔潰[10]。在一個完全生長的細胞組織中，90%水存在于液泡中，液泡失水導致整個組織皺縮，液泡越大，失去的水分越多，皺縮程度越大[10,24]。細胞膜有一定的滲透調節作用，使細胞保持膨脹狀態，與維持細胞的緊張狀態、抑制皺縮有直接關系[25]。植物細胞形狀的維持是基于細胞內的膨脹壓力，膨壓是細胞內的滲透壓與其周圍環境的滲透壓之差[10]。細胞膨壓的增大或減小所導致的細胞膨大或皺縮是細胞膜控制鹽和水相對滲透能力的結果[10]。在干燥過程中，具有更高熔點鏈的糖蛋白首先受到嚴重損害，在細胞膜上引入缺陷，細胞膜因此失去完整性增加對水的通透性，細胞內的水分更易排除，更易引起細胞結構的皺縮從而導致干燥后產品外觀形態的劣質現象[26-27]。

　　細胞結構對干燥過程中皺縮的影響，可以認為是細胞壁起主要的影響作用[10]。細胞壁中纖維素的有序性、含有的多糖類成分和固體物質含量與維持細胞尺寸、形態穩定性、結構完整性和整個組織強度有關，決定了干燥過程中細胞的皺縮程度。植物細胞壁是主要由纖維素構成的半彈性結構，細胞壁中纖維素鏈的高度有序性、硬度和尺寸穩定性有關，決定了細胞在整個干燥過程中抵抗皺縮的能力[28]。細胞壁結構骨架的微纖維之間的空隙充滿了多糖，去除一些特定的多糖類成分(如半纖維素和果膠)會導致細胞顯著皺縮，并改變其物理特性[29]。此外，細胞壁固體物質含量決定細胞壁的厚度，固體含量高的物料細胞壁厚，整個組織機械強度高，維持細胞結構剛性，有效避免干燥過程中皺縮現象的發生[22]。

　　3.3 干燥工藝參數干燥溫度、干燥空氣速度和干燥空氣的相對濕度是影響皺縮的關鍵干燥參數。

　　3.3.1 干燥溫度 大量研究報道，干燥溫度對干燥過程中物料的皺縮有顯著影響。研究報道，大多數水果和蔬菜在低溫(20 ℃)下進行干燥處理時，皺縮率大，體積大幅度減小。相比之下，當在高溫(50～70 ℃)下干燥時，物料的皺縮可被抑制[8]。同樣，研究發現馬鈴薯組織在干燥過程中，處于較高溫度(70 ℃)下的皺縮率遠小于在低溫(40 ℃)下的皺縮[17]。Senadeera 等[30]研究報道柿子在較低干燥溫度(45 ℃)發生的皺縮率比較高干燥溫度(65 ℃)下更大。這可能是因為干燥溫度低，干燥速率慢，水分由內部向外部擴散速率與物料表面水分蒸發速率較接近，物料內部和表面含水量在干燥過程中不斷降低，當水分不斷被去除，原來被水占據的空間逐漸坍塌，從而使物料在長時間干燥過程中持續均勻皺縮直到干燥結束，因此皺縮率較大[31-32]。另一方面，干燥溫度高，干燥速率快，物料表面水分蒸發速率較快，導致內部水分擴散速率小于表面水分蒸發速率，表面率先失水、皺縮而形成硬殼(“表面硬化”效應)[33-34]。表面硬殼具有較大的機械強度，從而阻礙皺縮[35]。

　　3.3.2 干燥空氣速度 在干燥過程中，皺縮率隨干燥空氣速度的增加呈先升高后降低的趨勢[35]。婁正等[31]研究不同風速條件下的紅棗干燥實驗，結果發現在干燥空氣速度為 9 m/s 條件下的皺縮率最高，比 6 m/s 時的皺縮率提高了 1.12%，比 15 m/s 時的皺縮率提高了 4.02%。

　　杜志龍等[36]通過研究干燥空氣速度對胡蘿卜干燥特性的影響發現，不同干燥空氣速度與皺縮率變化的關系曲線存在拐點。這可能是因為在低干燥空氣速度下，干燥介質中熱空氣流速較為緩慢，物料表面與周圍介質進行能量交換少，表面阻力占優勢，阻止水分散失，因此皺縮率小[37]。在拐點之前的階段，皺縮率隨干燥空氣速度增加而升高，這可能是因為干燥速率的增加導致物料內部的水分擴散速率增大，單位時間內去除的水分變多，皺縮率因此升高[37-38]。當干燥空氣速度升高至一定值時，皺縮率在拐點處達到最大值。在拐點之后的階段，皺縮率呈現下降的趨勢，這可能是因為干燥空氣速度較大，干燥速率較高時表面水分迅速蒸發，從而表面形成硬殼，阻礙皺縮[31,33]。

　　3.3.3 干燥空氣的相對濕度 目前研究報道發現，皺縮率隨干燥空氣相對濕度的增加而增大。基于實驗數據的統計分析表明，小麥和油菜的皺縮系數主要是相對濕度的函數，皺縮率隨空氣相對濕度的增加而增加[39]。研究表明相對濕度越高，微觀結構更多孔，山藥的皺縮率增加[40]。巨浩羽等[41]研究表明西洋參根干燥過程中皺縮率隨相對濕度的增加而增加。這可能是因為相對濕度的增加可加快物料溫度的升高，從而加速物料內部水分子的遷移運動，產生孔隙網絡堵塞甚至坍塌，出現更多的皺縮和變形[41]。另一方面，在極低的相對空氣濕度條件下，會出現“表面硬化”的現象，強烈阻礙了物料的皺縮。同時，在極低的相對空氣濕度下，Biot 數值(傳熱計算中使用的無量綱量)增加，限制物料的皺縮[42]。

　　3.4 玻璃化轉變溫度玻璃化轉變理論可以用來解釋干燥過程中發生皺縮的過程，研究表明干燥過程中皺縮與玻璃化轉變溫度存在聯系[43-45]。物料內部的游離水從橡膠態轉變為玻璃態的溫度(或以上)稱為玻璃化轉變溫度，其根據物料水分含量而變化，干燥進行時玻璃化轉變溫度隨水分含量的降低而升高[46]。新鮮植物組織含水量極高，所以干燥前的中藥材具有非常低的玻璃化轉變溫度 [42]。當干燥開始，物料溫度高于玻璃化轉變溫度時，它會保持橡膠狀態。橡膠態的分子運動比玻璃態高得多，橡膠狀態下的皺縮率與水分損失成正比，皺縮率較高[13]。干燥進行時，干燥過程水分含量降低，玻璃化轉變溫度升高，物料溫度低于或處于玻璃化轉變溫度時，物料進行從橡膠態到玻璃態的相變，使物料具有高黏度，可防止或延緩皺縮[47]。

　　4 皺縮率的表征目前，皺縮率主要采用直接測量法、體積置換法和圖像處理技術進行測定，干燥皺縮程度可以用皺縮率(S)來表征，即鮮品的體積(V1)和干燥后體積(V2)之差與 V1 之比。

　　4.1 直接測量法直接測量法即利用度量工具(直尺、游標卡尺等)直接測量樣品在干燥后的尺寸(直徑和厚度等)變化。該方法操作簡便，但有很大的局限性和弊端：測量工作容易受到測量元件的精度和操作人員主觀因素的影響;干燥過程中的體積皺縮一般存在各向異性的特點，干燥后的被測樣品形狀不規則，表面出現裂隙，根據局部尺寸計算所得的體積值往往不等于真實值且無法考慮裂隙對皺縮體積的影響[48]。

　　5 抗皺縮干燥技術

　　目前，部分新型干燥技術對果蔬類和少數中藥材的干燥有一定的抗皺縮作用。植物性藥材主要來源于根、莖、葉、皮、花、果實、種子、全草等，與果蔬來源一致，在組織結構上具有相似性，適用于果蔬類的抗皺縮干燥技術可借鑒用于中藥材干燥。

　　5.1 預干燥處理預干燥處理是在干制前對其進行一定的加工處理，如化學試劑浸泡、熱水燙漂、滲透脫水等。在干燥前，對物料進行適當預處理，起到抑制皺縮的效果，并保證干品質量。5.1.1 無機化合物浸泡 在物料干燥之前對其進行不同無機化合物溶液、不同濃度浸泡的預處理，有助于維持細胞膜和細胞壁的結構完整性，增加細胞壁剛性，在干燥過程中防止組織的坍塌和細胞的皺縮，達到抗皺縮的效果。

　　Riva 等[64]報道了蘋果在偏亞硫酸氫鉀溶液中分別浸泡了 5、30 min 后，都在干燥過程中維持了蘋果的硬度和形狀，并且直到干燥的最后階段才觀察到體積皺縮。Jayaraman 等[3]采用不同濃度氯化鈉溶液對花椰菜進行浸泡，與未處理組對比發現預處理能夠有效降低物料的皺縮。研究發現，3%氯化鈉溶液是效果最好的預處理液，不影響風味，得到皺縮率降低且有顯著改善的產品。Moledina 等[65]研究表明氯化鈣溶液處理后的草莓能保持更好的硬度，皺縮率降低。無機化合物浸泡的預處理方式可以抵抗干燥過程中的皺縮并改善產品品質，但該方法易造成化學殘留，引發安全問題，與當前的綠色環保消費趨勢背道而馳。

　　5.1.2 糖類滲透脫水 滲透脫水是一種非熱過程，基于植物組織浸入高滲糖溶液后發生的滲透作用[66]。在干燥前用糖類預處理物料可以抵抗干燥過程中的皺縮，具體表現為糖類為多羥基化合物最大限度地減少細胞壁中多糖的氫鍵，從而有助于減少干燥時細胞的皺縮;糖類預處理賦予組織結構剛性和機械強度，可以改善干燥時的皺縮;用糖類浸漬的表層可以防止正在干燥的組織過度皺縮[67]。Kowalski 等[68]采用蔗糖、果糖、葡萄糖滲透預處理胡蘿卜，與未經預處理的樣品相比，滲透預處理顯著減小皺縮，提高了干燥后品質。畢金峰等[69]研究表明糖液浸漬處理使哈密瓜加速失水，但對其色澤和外形的保持有顯著作用，能夠有效抵抗皺縮，且發現在麥芽糖漿、果葡糖漿、麥芽糖醇中，選用麥芽糖漿作為預處理的浸漬溶液較好。用糖類進行干燥前預處理的方式顯然減少干燥過程的皺縮，得到質量顯著改善的產品，其抗皺縮程度取決于滲透活性物質的種類和滲透過程的參數，但該方法會改變干燥物料的質地，也會影響干燥動力學，研究表明經過滲透脫水的物料會比未經處理的干燥速率慢[70]。

　　6 結語與展望

　　皺縮是中藥材產地加工干燥過程中普遍發生的物理現象，不僅影響外觀，還影響干燥效率、品質和療效，但往往被忽視。本文從皺縮機制、規律及影響因素 3 個方面詳細分析干燥過程中的皺縮現象，同時總結抗皺縮干燥技術，以期改善中藥材干品的外在性狀和內部品質。但目前，關于干燥皺縮的研究甚少，未來不僅需加強對中藥材干燥皺縮基礎理論研究、充分探索其影響機制，還要積極研究抗皺縮干燥技術，探尋新型高效抗皺縮干燥預處理方法，改進干燥設備并優化抗皺縮干燥工藝，以期減少中藥材干燥皺縮、提高干燥速率、減少有效成分損失、降低能耗。

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　　作者：謝 好 1，齊婭汝 2，萬 娜 1, 3，伍振峰 1, 4，王學成 1, 4，李遠輝 1, 4*，楊 明 1, 4*