不同发育时期艾叶手工出绒率研究

李景照， 江沵娜， 黄红慧， 曹 镇

(南阳师范学院 生命科学与农业工程学院，河南省艾草开发利用工程技术研究中心，河南 南阳 473061)

艾(学名：ArtemisiaargyiLevl. et Van)是菊科蒿属多年生草本植物[1]，作为我国药草种类中重要的传统药材有着悠久的使用历史，目前被广泛应用于中医治疗的很多领域，其中艾灸疗法具有通经活络、温经止血、散寒止痛、生肌安胎、回阳救逆等养生保健作用[2]，而艾炙疗法的主体材料就是从艾叶表皮上提取的艾绒及其衍生产品，艾绒的纯度是影响艾品质的重要因素，目前市场销售有不同等级的艾绒制品[3]，艾绒制品等级3∶1、12∶1、30∶1、50∶1、100∶1等，甚至部分电商平台上出现的艾绒制品等级达到130∶1，这就意味着每130 kg的艾叶才能产出1 kg艾绒，究竟谁是谁非，买家无法判断，商家也很难给出合理的评判依据.

关于艾叶出绒率的研究远远滞后于人们对不同产地、不同品种之间及艾绒提取和加工工艺的研究[4-7]，实际艾绒的出绒率很容易受到外界干扰，艾叶粉碎后的颗粒在后期的过滤环节如果不能很好地除去就会导致出绒率发生较大变化，现代加工企业都有不低于5个以上的环节过滤粉碎后的艾叶片，在不同过滤环节生产出来的艾绒等级就会有显著差异，这也是市场上艾绒制品鱼龙混杂的原因所在，因此从理论上弄清楚艾的出绒率问题对于艾绒品质鉴定和市场规范化运营具有非常重要的科学意义.

本研究尝试从理论上来研究艾叶的出绒率问题，在实验室内采用手工方法刮取艾绒，研究不同发育时期艾叶手工出绒率，估算出单株艾的理论出绒量，进而推算出每亩艾叶的艾绒产量，为艾绒生产提供科学理论基础.

1.1 材料

本次实验植物材料艾为2020年6月2日早晨于淯阳桥北菜市场购买，材料于当日早上收割于南阳周边塔子山，经笔者鉴定为艾的野生植株，选取较为健壮的植株作为研究材料进行实验.

实验用到的器材有电子天平、解剖镜、徕卡DM6B的数码显微镜、手术刀片、小型离心管(用于收集艾绒)、镊子、剪刀等.

1.2 方法

1.2.1 观察不同发育时期艾叶片形态结构

分别用肉眼、解剖镜和光学显微镜依次观察同一植株不同发育时期艾叶片的形态结构以及叶片上毛类型及其差异，并用徕卡DM6B光学数码显微镜拍摄.

1.2.2 实验室手工制取艾绒

摘取同株艾草上不同发育时期(从植株下部到顶端)的叶片，以不同生长部位为依据划分生长时期，从下到上分别为生长末期、生长中期、生长初期，在每片艾叶的上表皮小心标记好序号，序号从基部到上部做升序排列，分别称量并记录其鲜重后按不同发育时期分层夹入报纸中使其自然阴干，方便后期实验.在整个阴干过程早期每隔一天换纸，隔10天左右测量艾叶片重量，直至艾叶片重量趋于稳定，测量误差稳定在0.002 g以内，记录艾叶片完全阴干时的干重，再用手术刀片沿叶脉纹路向叶脉伸展方向小心刮取艾叶的绒毛，分别测出艾叶、艾绒的质量，并计算出它们的叶绒比和出绒率.

由于实验需求数据量较为精确，实验中在降低操作难度的同时降低数据偶然性，实验过程中采用了改进的处理方法，即先测量整片艾叶自然阴干后的质量m1，接着刮去不同发育时期艾叶同一区域的绒毛，收集绒毛于质量大小一致的离心管中并做好标记，称得质量m2，最后剪切掉已刮掉绒毛的艾叶区域，称量剩下艾叶的质量m3.利用公式进行计算，即艾绒质量为m2，有效带绒叶片质量为m1-m3，叶绒比为(m1-m3)/m2，出绒率W=1/叶绒比.由于每片艾叶的叶脉粗细和大小不同在刮取绒毛时会影响去绒的效果，因此，为尽可能减小实验误差，提高实验结果准确性，实验选材阶段尽可能选取压制叶片平整、纹理相对清晰的叶片，用同种方法测多个植株的出绒率，归纳数据取其平均值作为艾叶手工出绒率.

1.2.3 艾绒产量估算

利用以上不同发育时期艾叶手工出绒率计算出整株艾草的出绒率.具体方法如下：取一干株，称量并记录其质量M.摘取干株上所有的艾叶片，分别称量三个生长时期叶片的总质量为M1、M2、M3，由以上实验得出的不同时期对应的出绒率分别为W1、W2、W3.可利用公式计算出整个植株艾叶片出绒质量，即艾绒总质量为M1W1+M2W2+M3W3，由此便可得出整个艾株的出绒率W=(M1W1+M2W2+M3W3)/M.

称取艾株的鲜重M鲜，采收后用烘干机烘干测其干重M干，进而得到干重与鲜重之比A=M干/M鲜，估算每亩艾株数量N，进而将种植面积换算成艾株鲜重M鲜×N，然后根据公式，每亩艾的出绒量为A×M鲜×N×W.

2.1 不同发育时期艾叶片形态结构观察

对比三个生长时期艾叶片宏观形态结构发现处于生长初期的叶片偏小，质地较厚，正面呈嫩绿色，上面常有稍密的毛，特别植株顶部叶片正面的毛肉眼可见，叶脉在正面较细小不明显，但背面叶脉较为清晰，叶背面毛较密，呈浅灰色；
生长中期叶片较大，稍厚，但不及初期叶片的厚度，颜色深绿且分布均匀，正面的毛较少，但在解剖镜下仍能观察到腺毛和T型毛，其中T型毛较稀少，叶脉在正面较细小不明显，但在背面十分显著，其背面叶片呈灰色；
生长末期的艾叶片相比生长中期叶较小，大多数偏黄且个别叶片有黑斑，叶的质地最薄，大多呈蜷曲状态，叶下表皮上的毛也不完全覆盖叶片本身的颜色导致呈较深的灰色，外部形态如图1所示.

图1 不同发育时期典型的艾叶形态结构注：从左到右依次为处于生长初期、生长中期、生长末期的艾叶片下表皮

用徕卡DM6B的数码显微镜在10倍物镜下观察不同发育时期艾叶片的艾绒(如图2所示)，艾绒主要由两种非腺毛组成，分别是T型毛和单列性非腺毛.T型毛以2～4个细胞形成的柄为基点两臂向两端伸展，毛较长也较为粗壮，而单列性非腺毛细长且常常扭曲，其长度远长于T型毛，约是T型毛的两倍以上，因其与T型毛交织在一起未能测得具体长度的准确数据.T型毛长度的数据如表1所示.

图2 不同发育时期艾叶的T型毛形态

生长初期叶片上的T型毛长度最长，生长中期长度最短，但三个时期T型毛长度均保持在700 μm以上，且发现毛的长度一般并不随着叶片的生长而产生剧烈变化，生长初期叶片质量和大小与生长中期和末期的叶片具有显著差异，初期叶片大小仅为末期和中期叶片的一半甚至更小，其质量也仅为中期和末期叶片的三分之一到二分之一，但其T型毛的长度则差异不大，推测艾叶T型毛的发育成熟很可能早于叶表皮细胞成熟，即在叶片发育早期其毛的长度和大小已经达到成熟叶片毛长度和大小，这也可能是艾叶生长初期手工出绒率高于其他两个时期的原因所在.

表1 不同发育期艾叶片T型毛的长度 单位：μm

另外初步观察了不同发育时期的腺毛，发现生长初期叶片上表皮的腺毛密度较大，而生长中期和末期的叶片腺毛密度则较低，但三者腺毛的大小则差别不大，下表皮的腺体在不同发育时期的叶都有，腺体大小差距不大.

2.2 不同时期艾叶的出绒率

不同发育时期艾的叶绒比和出绒率见表2，取生长末期、中期和初期数据的平均值作为最终值，得到生长初期艾叶的叶绒比为5.41，手工出绒率为18.48%；
生长中期艾叶叶绒比的平均值为9.41，手工出绒率为11.96%；
生长末期艾叶的叶绒比的平均值为7.97，手工出绒率为13.20%.

表2 不同生长期艾叶片的出绒率总结

由三个时期出绒率变化可以看出，随着艾叶片的生长艾叶的叶绒比先逐渐升高，再逐渐下降，其出绒率先逐渐降低，后逐渐上升，即生长初期到生长中期艾叶出绒率降低幅度大且明显，而从生长中期到生长末期艾叶出绒率的虽然升高但其增幅较缓.因此艾叶生长初期时出绒率最高，从获取绒的角度看生长初期最适宜制绒.

2.3 艾绒亩产量的估算

目前统计分析了5组艾植株叶片重量，生长初期单片叶鲜重在0.289～0.746 g，生长中期单片叶鲜重在0.602～1.05 g，生长末期单片叶鲜重为0.284～0.789 g，生长中期的叶片最重；
相应的叶片干重也是生长中期的叶片最重为0.25～0.333 g，而生长早期的叶片干重在0.106～0.248 g，生长末期叶片干重0.1～0.223 g，尽管叶片的重量从上到下十分不均匀，但其总体干重和湿重的比率则较为稳定，为0.334，上下浮动不超过5%.

艾植株叶片干重占据整个地上部分干重的比例也十分稳定，平均值为0.525，其上下浮动不超过5%，该值一般不随着植株高度和重量的变化而发生较大变化.

统计分析了5组艾植株手工出绒率(见表3)，取其平均值得到艾植株的出绒率为8.54%，据已经报道的文献记载[4]，艾的种植按照株行距30 cm×20 cm进行栽苗、每穴种植1株，每亩地能够种植12000株左右，以本次测量艾鲜重平均值为0.0264 kg，其干重/鲜重A=33.4%，可根据公式：每亩艾田的出绒量=A×M鲜×N×W，计算出每亩艾田理论出绒量为9.04 kg.

表3 艾植株手工出绒率

2.4 产品及现有制绒工艺的探索与思考

2.4.1 实验室制绒与工业制绒对比

国内市面上所出售的艾绒制品主要是使用大型粉碎机粉碎去渣滓实现大规模、批量、分级生产.生产制作流程大致分为四个步骤：(1)粉碎：用大型粉碎机将整株艾叶片进行批量粉碎；
(2)初筛：将粉碎后的粗粉末投入机器用较大筛眼直径的筛板进行初筛，主要筛去较大颗粒的株秆及其他杂质，初筛步骤应循环5次或5次以上(此步骤中不同循环次数下可生成不同比例纯度的艾绒)；
(3)初筛完成后再进行人工复检，直至杂质基本清理干净；
(4)制成艾炷.

上述制绒工艺流程不可能将杂质完全去除，因粉碎颗粒大小常在绒中存较多杂质，工业制绒方式无法精确地计算出艾叶出绒率，而用手工刮取方法制得的艾绒，虽然不可避免地有些误差，但得到的关于艾叶出绒率的理论数据也更接近艾的真实情况，更具有参考性和理论方面的价值.

2.4.2 探究如何切实提高艾绒质量

通过企业实地调研发现工业制绒的“粉碎”阶段，通常是将整个植株投入粉碎机进行粉碎，缺少了将茎和叶完全分开这个步骤，即使有这个阶段，分离得不十分彻底，很多艾叶的叶柄不能被完全分离出来，这就导致将一部分植株的茎秆滞留于艾绒产品中，降低了艾绒产品质量，也为后续筛选加大了难度.“初筛”阶段主要是由机器操作，整个过程是根据艾绒与艾叶、茎秆及灰尘杂质的重量差异来进行分离筛选的，经过反复分离最终可得到纯度较高的艾绒，但目前由于机器能力有限，经机器运作后的产品还需要经过“人工复检”才能完成，由于工人的数量及精力有限，该阶段落实情况往往不尽如人意.

因此加大人工初筛力度是根本，在植株粉碎之前，先进行人工去茎，再进行人工复检，可以分批次、多次重复性地进行复检，避免茎秆杂质混入，更大限度提高艾绒纯度，提升艾绒质量.同时，与艾绒制造相关的机械设备也应与时俱进，提高性能和效率，将人力与物力相结合才能切实提高艾绒生产质量.

3.1 艾绒毛的类型

人们使用艾绒及其制品主要为从艾叶片中分离出的T型毛和单列性非腺毛，其中处于生长初期的艾叶片T型毛长度最长，生长中期最短，但三个时期T型毛的长度相对比较稳定，相差不超过300 μm，而且在叶片的整个生长周期T型毛长度变化幅度比较小，目前已经报道的关于T型毛的长度有国际艾叶的标准[8]，其长度在980 μm.罗丹丹等[9]对宽叶山蒿与北艾、海艾、蕲艾和祁艾上部叶、中部叶和下部叶的非腺毛长度进行了测量，上部叶和下部叶中祁艾的各均值最高，四大艾的均值和中位数在450～550 μm.杨柯等[10]研究了9个不同产地艾的T型毛，发现其长度在283.84～794.27 μm之间变化，其中T型毛最长为社旗县的艾品种，艾叶上下表皮毛是植物长期适应环境下的产物，其长度的变异和生长环境息息相关，本研究样品为艾的野生样品，生长于南阳塔子山，该地环境相对干旱[11]，而干旱的环境可能导致其T型毛的生长较长，且本次样品的植株整体不太高，最高个体仅72 cm，T型毛较长也反映了该地所生产的艾品质较好[9-10]，T型毛长短是一个衡量和评价艾品质的重要指标.

目前对于单列性非腺毛的研究则相对比较薄弱，研究显示，无论生长初期、中期和晚期其单列性非腺毛的长度在未被折断的情况下都为T型毛长度的二倍以上.最早的文献报道[12]显示单列性非腺毛的长度可达1750 μm，这个结论比较贴近我们的研究结果，该文描述该毛顶端的细胞长而扭曲，而后就很少有关单列性非腺毛长度的报道，在最新的2020版药典[13]中也仅有单列性非腺毛的简单描述，由3～5个细胞构成，顶端细胞长而扭曲，常断落.据笔者观察，该类毛相比较T型毛特别瘦弱，其粗细显著较T型毛细，常常旋转或扭曲，非常容易折断，且该种毛常常和T型毛在叶的下表皮缠绕在一起，不容易分开，这些因素导致该种类型的毛不容易被深入观察和研究.

常用的艾绒除了以上两种主要毛的类型外还有一种为腺体类型毛，该类型毛在艾绒中占据的比例很少，因其在手工制绒或机械制绒的过程中非常容易被分离出去，实际上大部分艾绒及其制品都较难观察到这种类型的毛，这种类型毛由多个细胞构成，形状为鞋底状，主要分布于叶的上、下表皮，分布于上表皮的腺体容易观察，而下表皮的腺体因T型毛和单列性非腺毛的覆盖非常不容易观察.本次观察发现腺体发育成熟也较早，在生长早期叶片已经有大量腺体存在，且密度较高，而在生长中期和生长末期腺体密度则下降，且部分腺体已经脱落.本研究结果和罗丹丹[9]研究的“北艾”“蕲艾”“祁艾”三个品种上部叶腺体的腺体结构和密度都比较一致.上部叶的腺体已经成熟，且比较饱满，而中部叶和下部叶伴随着腺体成熟则容易脱落，部分腺体脱落后在叶的上表皮形成了稍凹陷的坑或洼，生长早期的腺体已经成熟，但后期叶片变大主要靠叶表皮细胞增大.因此导致生长中期和末期叶片的腺体密度进一步的降低.

综合T型毛和腺毛在不同发育时期形态结构的变化过程不难发现，艾叶非腺毛和腺毛发育成熟早于叶表皮细胞成熟，腺毛、T型毛和单列性非腺毛在叶片生长初期已经在毛的长度和大小上发育成熟，而此时整个叶片大小还不及成熟叶片的一半，而在后期叶表皮细胞和叶肉细胞增大过程中，叶片面积也逐渐增大，而此时各类毛的长度和大小已经不再增大.因此，生长初期叶片的出绒率是这三个时期最高的.

生长初期艾叶片大部分细胞由于正处于发育阶段，叶脉较细，叶肉细胞较小，与其他两个生长时期相比同单位面积的叶片质量较小，但单位面积上的艾绒已经稳定不变，因此此时的艾绒产量较高，其手工出绒率最高.而处于生长中期(发育中)的艾叶片叶脉较粗，叶肉细胞较大，但单位面积上的艾绒纤维相对于其他细胞则占据比例较低，因此出绒率最低.处于生长末期的叶片大多蜷曲枯黄，丧失一定的水分和营养成分，单位面积的叶片质量相对比生长中期的艾叶片质量要低，因此该时期的出绒率低于生长初期而高于生长中期.

3.2 艾出绒率和亩产的估算

本研究较为精确地计算出不同发育时期艾叶出绒率介于11.96%～18.48%，而目前关于出绒率的研究主要基于不同品种和不同加工方法的比较，其出绒率一般都高于我们计算的数值，胡吉清等[14]对中韩25个产地艾叶出绒率进行了研究，认为蕲艾样品的平均出绒率为19.44%，显著高于国内其他产区18.24%的出绒率，黄显章等[7]对不同产地采用不同制绒工艺得到的出绒率差距巨大，河南汤阴所产艾的出绒率最高达24.1%，西峡产地艾的出绒率较低为8.34%.

如果以整个植株来衡量的整株出绒率则为8.1%～8.9%，因此无论从理论上还是工业生产上都很难得到低于5%以下的出绒率产品，而最高的出绒率也仅25%左右.在加工时如果艾绒的纯度较高，则丧失了具有腺体的毛，只留下了T型毛和单列性非腺毛，其化学成分很可能减少，这样的产品很可能缺少艾草特有的香气，因此并不是纯度越高的艾绒品质越好.某些电商平台上售卖130∶1的陈年老艾则有夸大的成分，因此科学规范合理艾出绒率的制定对于艾产品生产的标准化和市场运行的规范化具有重要的意义[15].笔者认为在出绒率制定上应给出一定的范围，不能任由企业夸大其艾绒等级，而应该从绒的长度来衡量，如绒中T型毛或单列性非腺毛的平均长度与理论长度的比值，或者加工中杂质的颗粒占据总体的比例，这样能衡量出企业加工制绒的技术是否高超.

从微观角度来看，不同发育时期艾叶出绒率与其非腺毛的发育密切相关，其中腺毛和T型毛在艾叶的上下表皮均有分布，但叶片上表皮T型毛的分布稀而少，下表皮分布紧凑且密集，因此上表皮毛的数量对艾叶出绒率的影响不大，其决定性的还是叶下表皮毛的密度.

企业最关心的是每亩产量，每亩能产出多少艾绒，通过本次实验数据得到每亩产量为9.04 kg，这个数据和实际生产数据有较大差距，笔者了解到本地企业生产艾草每亩产量可达1200 kg，如果按照整株出绒率8.54%计算，则其每亩可产纯绒近100 kg，这和本次估算数值相差10倍，理论估算的数值是按照每亩12000株计算，而实际生产上每亩种植密植至少为3万株以上，密集种植的每亩达14万株以上，另外艾的采摘时期实际上也是分批次采收的，一般每年采收2次，因此估算出的每亩单产如此低就不足为奇.