一套高效制作腊叶标本的装置及其应用*

邱田田，田慧宇，刘汶泽，杨佳婷，严鲸，刘孟奇

(河南中医药大学 本草书院，河南 郑州 450046)

腊叶标本是最常见的植物标本。腊叶标本也称压制标本，通常是采集带有花、果实和叶的枝条或整株植物体,将其整理、压平和干燥后制成。“腊”字的读音本为x,本意是指风干的肉或是使动用法，意为“使……干”[1-3]。腊叶标本的制作方法正与“腊”字的本意相对应。制作良好的腊叶标本只要妥善保存，数百年后仍可使用。这样的腊叶标本不仅可用于科学研究，也是重要的历史见证，腊叶标本也是识别植物多样性的关键。在植物资源调查和研究中，它是永久性的参考资料和凭证。在第四次全国中药资源普查中，腊叶标本是必须要上交至中国中医科学院中药资源中心第四次全国中药资源普查试点工作办公室的实物种类之一。采集、制作植物腊叶标本的数量和质量是评价普查工作的一项重要指标[4]，它的制作效率和质量直接关系到普查任务的完成情况。

制作腊叶标本最关键的步骤是干燥。根据干燥方法，腊叶标本的制作方法可分为传统干燥法和现代干燥法两大类。传统干燥法是将经过修剪并展平的植物标本与吸水纸交替放置，最后置入标本夹中绑紧固定。刚开始压制的3～5 d,一天至少换一次纸，然后隔一天换一次吸水纸，需要经过8～10次换纸才能实现植物标本的干燥，具体操作要根据植物含水量多少确定更换吸水纸的适宜时间[5]。传统干燥法是在自然环境温度下(一般低于35 ℃)干燥，如果能够顺利完成干燥过程，许多植物标本的叶片常常能保持原色。但使用传统干燥法制作标本需要时间长，又需要较多的吸水纸，费时费力，效率低又不方便操作；且在多次更换吸水纸的过程中，需要多次转移植物标本，植物的叶、花和果实容易脱落，从而破坏标本的完整性；另外，此方法受天气因素影响较大，如遇到阴雨连绵的天气，植物多日不能干燥，标本容易发霉和褐变。因此，采用传统干燥法无法满足当前社会高效、高质地制作腊叶标本的要求。

为满足现代社会高效制作腊叶标本的需求，需要缩短制作腊叶标本的干燥时间，相关科研工作者对传统干燥法进行多种改良与创新，形成了现代干燥法。最初的方法是将吸水纸换成瓦楞纸[6]，或者是在吸水纸之间加入瓦楞纸，从而加快植物中水分的蒸发速度。之后，又采用不同的干燥技术以加快标本的干燥，其中有刘若庸等[7]采用微波干燥法制作腊叶标本；刘安发[8]采用熨烫法制作腊叶标本；闫海忠等[9]用红外辐射法制作植物标本；远婷等[10]采用电风机的冷热风交替法干燥制作腊叶标本，其具体方法是先用电吹风机对植物进行吹干处理，待其半干燥之后再用传统自然干燥法彻底干燥。近年来，郑汉等[11]研制了一款腊叶标本快速定型干燥装置，并在第四次全国中药资源普查安徽省部分地区的普查队中使用。此外，林巧贤等[12]进行热风机干燥法的研究，郭娜等[13]研制一款腊叶标本快速脱水成型装置。目前，在现代制作腊叶标本中，应用最为广泛的是热风机干燥法[11-12]。

当前的热风机干燥法在传统干燥法改良技术(即标本夹中加入瓦楞纸)的基础上，利用热风机产生的热风通过瓦楞纸中的气孔带走标本中的水分，以此来提高标本烘干的速度。虽然这种方法在一定程度上解决了传统干燥法的问题，但又产生了装置自身难以克服的新问题。究其原因，主要集中在瓦楞纸和烘干手段两方面。就瓦楞纸而言，目前市场上所销售的瓦楞纸多数孔径小，通风性较差，材质较软，压制标本过程中受压容易变形，使得原本较小的气孔被阻塞而影响其通风效果。其次，瓦楞纸的面纸较厚，透气性差，植物中的水分难以透过面纸进入瓦楞纸的气孔[14]，从而影响标本的烘干速度。据了解，即便使用制作腊叶标本的专用瓦楞纸，采用热风机烘干法也需要2～3 d以上的时间才能完成干燥。并且由于瓦楞纸通风效果差，在烘干标本时极易因积热而产生高温现象，存在极大的安全隐患。烘干过程中还需要每隔一段时间将标本夹上下或前后颠倒放置，才能完成标本均匀干燥，其操作繁琐。在烘干手段上，由于现有烘干装置的烘干温度不可控，标本很容易出现因温度过高而变黄、变褐甚至是变黑的现象[15]。并且现有的烘干装置为满足一次性烘干较多标本的要求，箱体较大，也导致装置较为笨重，不方便搬运和装载。

基于上述原因，研究团队针对现代干燥法中瓦楞纸和烘干装置所存在的问题，研制出了一种专门用于制作植物腊叶标本的通风板和可变式加热箱，两者需配套使用，且均获得国家专利[16-18]。该套装置在全国第四次中药资源普查期间在河南省普查队中长期试用，实践证明，这套腊叶标本高效制作装置不仅可以高效制作腊叶标本，同时还能最大限度地保持标本原色，并且装置易携带，便于在野外工作中操作应用，本文特将此套装置的构造和使用方法及效果做详细介绍。

1 装置构造及使用方法

1.1 通风板

通风板(图1)大小为 250～350 mm×280～450 mm×6～15 mm，采用 ABS 工程塑料材质，由一层边长为6～12 mm的小正方体构成，小正方体边框宽1.2～2.0 mm，形成一个六面通风的隔板，整体呈立体网状结构。植物标本整理好以后，在其两面分别依次放置吸水纸和通风板，用标本夹固定后进行干燥。

图1 通风板的外观Fig.1 Appearance of the ventilation panel

1.2 可变式加热箱

可变式加热箱(图2、图3)长36 cm，宽30 cm，高34 cm。采用铝合金材质，箱体由中央部分和两侧可抽拉的部分构成。拉开箱体两侧的可抽拉部分后，出现向上的开口，将固定好的标本竖直放置于开口之中，可抽拉部分顶部的盖子可分别打开，用于增加开口的大小。在工作时，调节开口大小(图3)，利用箱体开口固定标本夹，防止热空气流失，在实际操作时可以根据一次烘干标本的数量(厚度)来调节开口宽窄。箱体中央部分的底部固定有加热器，用于空气加热。加热器为高纯度镍铬合金材料，长24 cm，宽24 cm，高9 cm。在加热器上方，有铜质涡轮风扇，用于提高空气向上流动的速度。涡轮风扇上装有铝合金网罩，用于隔离标本夹和底部的加热吹风装置。箱体内部安装百叶网，并与独立按钮相连，可调控风向，使植物标本均匀烘干。加热器与温度装置相连，并设置独立开关，使用时，将温控探头置入标本夹中间位置通风板的下端孔中，可实时监控温度，形成温度控制体系(图4)。箱体上装有电插孔，用于接通电源。使用时，将标本夹竖直放置在可变式加热箱的开口上，由此构成一个上下开放式冷热空气循环的干燥系统。箱体带有锁扣，在不工作状态下可将箱体的两部分收拢封闭。

图2 装置的结构及名称Fig.2 The structure and name of the device

图3 箱体向两侧拉开的立体结构Fig.3 The three-dimensional structure of the box elongated on both sides

图4 加热系统的工作电路Fig.4 The working circuit of the heating system

2 实践应用检验

2019年，在河南省第四次全国中药资源普查中，最初本团队根据装置的研发原理制作了简易装置：精选硬度大、孔隙大的瓦楞纸，在其面纸上打孔，这是通风板的原始造型，用于提高干燥速度，达到最佳透气效果。经过实践探索，最终设计出通风板和可变式加热箱。用通风板代替瓦楞纸，制成标本夹，将标本夹竖直放置。可变式加热箱的热风从下往上吹，在植物标本中央处放入温控探头来实时监测温度，从而实现精准控制温度。二者结合，将温度控制在32～33 ℃时，一次性压制的260份标本可在8～11 h内完成所有标本烘干，中间无需打开标本夹，也无需人工转换其方向。除了个别果实大、叶片肉质肥厚的标本外，绝大多数标本都能够达到令人满意的干燥效果。所制成的标本无发霉现象，能够较好地保持标本的原色，实现在低温条件下高效、高质地烘干腊叶标本的目标。在河南省境内的伏牛山及大别山等地区的多个县市中药资源普查中，共采集400余种植物，使用本装置压制腊叶标本5 000余份，全部上交至第四次全国中药资源河南省中药资源普查项目办公室，均为合格标本。这套高效制作腊叶标本的装置在使用中(图5)达到了最佳通风效果，可在32～33 ℃下快速烘干，并较好地保持标本原色。该装置的优点是，由于通风板的独特结构，使其具有良好通风性，即使单独使用通风板(垫上一层吸水纸)来干燥腊叶标本，在室温环境下(23～27 ℃)也能够实现48 h内绝大多数标本达到理想的干燥效果，并能最大限度地保持标本的原色(图6)。

图5 腊叶标本高效制作装置的工作状态注：a.正面；b.侧面Fig.5 The working state of this high-efficiency production device

图6 使用本装置压制的标本注：a.棣棠花〔Kerria japonica(L.) DC.〕，b.野蔷薇(Rosa multiflora Thunb.)，c.山皂荚(原变种)(Gleditsia japonica Miq.var.japonica)，d.小叶鼠李(Rhamnus parvifolia Bunge)；a为使用本装置在32 ℃下9 h烘干，b、c、d为使用本装置在33 ℃下9 h烘干。Fig.6 Specimens pressed with this device

3 研究展望

腊叶标本干燥的要求有两个：一个是高效，另一个是保色(保质)。两者的侧重点虽有不同，却息息相关，相互影响。标本的色泽是评判标本质量的一项重要指标，一味追求提高烘干速度而不顾及标本的质量是不可取的。

目前，腊叶标本快速干燥的研究主要集中在提高温度上，通常采用向标本夹中吹入热风或直接升温的措施来加快标本烘干的速度[11-12]。从结果上看，该设备的确能缩短腊叶标本的干燥时间，但从原理上分析，标本干燥的关键是要及时除去植物中多余的水分，避免标本发霉、虫蛀以及其成分的分解和破坏，保证质量，便于贮藏[19]。因此，如何使植物体中的水分快速蒸发才是标本干燥的关键技术之一。传统干燥法是在自然环境温度下通过频繁更换吸水纸来加快植物标本中水分蒸发的，然而此操作较为繁琐，该过程耗费大量的时间、精力，让研究者们不得不另辟蹊径，思考如何使腊叶标本快速干燥。如：远婷等[10]使用的冷热风交替法将温度设置在55 ℃左右；郑汉等[11]将热风温度设定在30～80 ℃，分1、 2、 3档,需7～10 h 完成标本定型干燥；林巧贤等[12]将加热板温度设置为60 ℃，持续加热9 h；包箐箐等[20]将标本夹放在45～60 ℃的恒温干燥箱中干燥。上述各种干燥法均着眼于通过提高温度来加快干燥速度。在烘干标本过程中保持腊叶标本原色是保证标本质量的一个重要指标。侯爽爽等[21]认为温度能影响忍冬(LonicerajaponicaThunb.)腊叶标本褐变程度，在50～60 ℃时褐变剧烈。而武睿等[15]认为对于同一药用植物，在相同的时间内，随着温度的升高，腊叶标本的保色效果增加，即50 ℃下腊叶标本的保色效果最好，40 ℃次之，30 ℃下腊叶标本的保色效果最差。齐大明等[22]探究得出忍冬腊叶标本褐变的温度临界点在45 ℃左右。上述研究对腊叶标本烘干时最佳温度并无一致的结论，笔者分析原因有两个方面，一是腊叶标本的保色不只与干燥的温度有关，干燥时植物标本所处的通风环境也极为重要。二是上述研究的植物种类少，不具有普遍意义。在河南省第四次全国中药资源普查过程中，研究团队使用本套装置压制近400种腊叶标本的实践表明，腊叶标本的保色与烘干时标本所处的温度及通风环境均有关，植物标本处于良好通风环境及相对低温条件下，完全能实现快速干燥，得到优质植物标本。目前使用的热风机烘干方法都存在干燥温度设定不合理不规范、干燥时间难以把握、标本颜色不理想等问题。

温度和通风性直接影响着标本干燥速度，关系到标本能否保持原色。引起植物标本变色的主要因素是酶促反应，而酶促反应发生的条件是酶、底物和氧。控制这3个变量中的任意一个即可抑制酶促反应[23]。现代抑制酶促反应技术在隔绝氧气方面的探究上主要是采用塑封技术[24]，但是此操作较为复杂，成本高，生产中使用度较低，无法在腊叶标本制作过程中使用，而对于底物控制的难度又较高，最有效可行的方法便是控制酶的活性。现代研究表明，植物体中广泛存在的多酚氧化酶(polyphenoloxidase，PPO)是引起水果、蔬菜发生酶促褐变的主要酶类[25]。冯寅洁等[26]的研究认为，PPO适宜温度在30～50 ℃之间。仲飞[25]研究得出红星苹果(Maluspumilavar.medzwetzkyanaDieck.)(河北昌黎产)PPO的最适温度为28 ℃。朱玉芸[27]研究得出菊花(ChrysanthemummorifoliumRamat.)PPO在25 ℃时酶活性达到最高值，其后随着温度的上升，酶活性下降，且温度越高，酶活性下降速度越快。张珍林等[28]研究得出铁皮石斛(DendrobiumofficinaleKimura et Migo)干花PPO活性的最适温度为35 ℃。上述关于不同植物材料PPO的最适温度研究并无一致的结论。研究团队受到传统干燥法(频繁更换吸水纸一般低于35 ℃)能保持植物原色的启发，便通过提高装置的通风性，将温度设置在32～33 ℃，结果8～11 h即可实现腊叶标本优质干燥。

基于以上对于温度、通风性和酶促反应的研究，团队应用本套装置在实践探究中发现将温度控制在32～33 ℃时，在通风性能极优的前提下,PPO活性较低，能满足绝大部分腊叶标本最大限度地保持原色的要求。同时，在此温度下，装置向上通风的构造配合通风板的良好通风性，加快植物中水分蒸发，从而在技术上实现了加快烘干速度同时保持标本原色的目标。通风板是该装置中的关键组件，但本研究使用的通风板采用3D打印，成本较高；可变式加热箱也属于一种变容式设计[29]，通过伸拉箱体来改变开口(向上)的大小以满足一次性烘干较多标本的需求；加热箱合上后体积小，又选用铝合金材料减小了箱体重量，方便工作人员在野外采集标本时携带。利用这套高效制作腊叶标本的装置能一次性压制200～260份标本，可在8～11 h内完成烘干，中间无需翻动标本夹。综上所述，本套装置烘干腊叶标本速度快，所制标本质量高，同时装置又具有易携带，操作方便的特点，目前来看，确实是一套高效制作腊叶标本的装置。需要指出的是，本装置虽然能够使绝大多数植物标本实现快速优质干燥，但是对于一些较大或肥厚、含水量较多的植物，如枸杞(LyciumchinenseMiller)和山楂(CrataeguspinnatifidaBge.)果实，需要在不同的烘干条件下处理，甚至有时还需要特殊的处理方式，如马齿苋(PortulacaoleraceaL.)需要热水烫后才能烘干，否则不能制作出质量较好的标本。

这套高效制作腊叶标本的装置，其通风板本身不具有吸水性能，需要和吸水纸配合使用。因此下一步我们将设计一种通风性能良好和吸水量大的通风干燥板来解决此问题。可变式加热箱的加热和吹风需要电源，不能及时在满足此条件的环境下进行干燥；由于植物被采集后长时间无法进行干燥处理，某些植物可能已经发生褐变。为此，拟设计一种新型的干燥箱和通风干燥板配合使用，以期实现在植物采集后即可及时进行干燥的目标。