真空冷凍乾燥在花卉方面的應用

經過乾燥、保色加工整理而成的乾燥花，既存鮮花之形、色、資、韻，又取乾花之經久不凋，越來越受到人們的喜愛，它非常適合於光線較暗的咖啡廳、酒店以及家庭裝飾。真空冷凍乾燥是近年興起的乾燥花卉的新方法，用此乾燥技術乾燥較大的花朵植株，能夠基本保持乾燥花的形狀、色澤和芳香，無污染，具有深入研究的前景。

冷凍乾燥的基本原理

真空冷凍乾燥是先將物料凍結到共晶點温度以下，使物料中的水分變成固態的冰，然後在適當的真空度下，使冰直接昇華為水蒸汽。再用真空系統中的水汽凝結器（捕水器）將水蒸汽冷凝，從而獲得乾燥製品的技術。

水的相平衡關係是研究和分析含水物料凍結乾燥原理的基礎，當冰周圍的蒸汽壓低於610.5Pa時，冰加熱升温可以直接昇華為水蒸汽，這就是昇華乾燥的理論基礎，真空冷凍乾燥的最基本的工作原理也就在於此。

操作過程

冷凍乾燥過程分為預凍、昇華乾燥、解析乾燥3個過程。由於鮮花是由莖稈、葉、花蕊、花瓣組成，各個部分的含水率不同，若研究植株各部分的乾燥效果，應首先測定各部分的含水率，並通過儀器分別測量出它們各自的共熔點和共晶點。

1.預凍過程

預凍是植株在凍結乾燥之前，作為單獨的操作，用一般的凍結方法預先將鮮花凍成一定的形狀。在真空冷凍乾燥中，材料凍結的最高温度是影響凍乾產品質量及能耗的重要因素。預凍温度必須低於共晶温度，否則會造成產品表面起泡、製品收縮等不良現象發生。一般情況下，製品冷凍的最低温度低於共晶温度5～10℃即可。但凍結温度也不能制定過低，否則，就會出現投資大、能耗高等問題。

另外，預凍速率也是影響乾燥速率和產品質量的一個重要因素。慢速冷凍時昇華速率較快，快速凍結時乾燥時間較長。比較合適的降温速率應該在保證物料質量不受影響的前提下，採用比較慢的降温速率。

2.昇華乾燥過程

要維持昇華乾燥的不斷進行，必須滿足兩個基本條件，即熱量的不斷供給和生成蒸汽的不斷排除。乾燥過程是由周圍逐漸向內部中心乾燥的，乾燥過程中的傳熱驅動力為熱源與昇華界面之間的温差，而傳質驅動力為昇華界面與冷阱之間的蒸氣分壓差，温差越大，傳熱速率就越快，蒸汽分壓差越大，傳質速率就越快。

在昇華乾燥中，加熱温度不能超過物料的共熔點温度，若温度過高，導致冰晶熔化，會影響製品質量。此外，昇華乾燥過程中的加熱方式直接影響了物料温度分佈、昇華界面温度、昇華界面水蒸汽通量和乾燥時間等重要過程參數。

3.解析乾燥過程

解析乾燥是昇華乾燥之後，去除分佈在物料的基質內以遊離態或結合水形式存在水分的過程。物料的解析乾燥一般要依靠比昇華温度高得多的温度來完成。

高温低壓有利於解析乾燥進行，對解析乾燥時間不佔主要地位的物料乾燥，如冷凍的番茄片，其中可以凍結成冰的結構水和大量遊離水，約佔95%，解析乾燥時間很短，凍幹週期主要取決於昇華乾燥時間。這時，提高幹燥速率的考慮措施就應以昇華乾燥為主。

無論昇華乾燥還是解析乾燥，對冷阱温度的要求都是相似的，文獻表明：當冷阱温度低於-50℃時，再過多地降低冷阱温度，對縮短乾燥時間意義不大。目前，冷阱温度一般設為-45～50℃。

真空冷凍乾燥花的過程及特點

1.真空冷凍乾燥花的特點

（1）原料來源廣泛，到目前為止，世界各國經常使用的乾燥花植物種類約有2000～3000種。

（2）姿態自然質樸，不僅具有植物的自然風韻，而且最大限度地保持了植物固有的形狀和色澤。

（3）使用管理方便，不僅可以在較長的時間裏保持其形態和色彩，而且儲存、銷售期長。

（4）覆水性能好，食用花覆水之後，可保持其原有的美麗形狀，引起人們的食慾。

（5）它的收縮率遠遠小於採用其他方法乾燥得到的乾燥花，能夠最大限度地保持新鮮時的形態。

（6）冷凍乾燥設備投資費用較大，操作費用較高，導致其成本高。

2.真空冷凍乾燥花的實踐

為探索乾燥花加工新技術，李保國等人做了紫色補血草、黃色萬壽菊、紅色月季花的冷凍乾燥試驗，測定了它們各部分的平均含水率，試驗中預凍温度為-65℃，真空度設為10Pa。採用真空冷凍乾燥鮮花，花的外形保持較好，有的顏色會稍有變化。月季和補血草的莖、以及補血草的花朵基本未收縮變形，萬壽菊和月季的花瓣稍有變形。月季花顏色比鮮花顏色變深稍暗，黃色的萬壽菊顏色變淺，紫色的補血草凍幹後顏色基本不變。而採用熱風乾燥，當乾燥温度選為50℃時，乾花會產生嚴重的收縮變形，此外，李寶國在試驗中還發現，乾燥後的鮮花香味不及鮮花濃郁，而且整個乾花植株變脆，容易折斷和破碎。

徐成海做了補血草和文竹的冷凍乾燥試驗，得到的補血草都保持了原來的形狀，花的顏色自然、逼真。可以看出，採用合適的凍幹設備，再進行優化試驗研究，就可以大大縮短冷凍乾燥時間，進行批量生產，實現商品化的要求。

朱文學研究了品種為洛陽紅的牡丹花的凍幹試驗，可以看出，花蕊和花瓣的共晶和共熔温度較高，莖和葉的共晶和共熔温度較低，選擇預凍温度和昇華界面温度時應以莖的共晶温度和共熔温度為依據。朱文學發現，不同的乾燥條件，牡丹花乾燥的效果不同。在預凍温度為-15℃、加熱温度為20℃時，乾燥12小時，莖葉基本乾透，但花瓣還比較潮濕且出現局部褪色現象，達不到乾燥要求。在預凍温度為-30℃、加熱温度為0℃時，乾燥45小時後，發現整個植株基本乾透，幹後花瓣顏色比鮮花稍暗，莖稈基本未收縮變形，葉和花瓣稍有變形。與李保國得到的結論相似，幹後的植株也存在變脆、容易折斷和破碎的現象。因此，朱文學認為，不進行預處理的牡丹雖然在一定的條件下能夠乾燥，而且能夠基本保持外形、顏色和花香，但乾花達不到鮮花的效果，且乾燥時間長，因此，應着重研究牡丹花的預處理工藝，開發增加植株韌性、減小脆性的技術，以保證後繼加工和觀賞。

為了更深入地瞭解乾燥花的特性，張正勇還在掃描電鏡下，對牡丹的枝、葉、花瓣等的微形態進行了觀察，發現牡丹植株各部分存在較大的結構差異，而這種結構差異必將影響其內部的傳熱傳質過程，導致各部分具有不同的乾燥特性，從而影響植株乾燥的整體效果。牡丹的花瓣表面細胞排列緻密，因而水分不易排出，乾燥速度較慢。莖杆表面呈豎條狀紋理結構，內部呈中空篩網狀導管結構。葉的正表面表皮細胞排列整齊緻密，無氣孔器，表皮細胞呈圓形；背表面有均勻分佈的氣孔。由於莖杆和葉片具有篩網狀導管結構和氣孔，因而所含水分容易排出，乾燥速度較快。顯微結構分析的結果與凍幹試驗結果是相吻合的，它使得對於燥花的研究從宏觀世界進入了微觀世界，這對於乾燥花加工工藝的改進具有一定的指導意義。

3.冷凍乾燥花卉應注意的事項

真空冷凍乾燥技術乾燥花卉是一種全新的乾花製作技術，雖然在食品和藥品乾燥方面已經有了大量的研究和應用，但由於花卉有別於食品和藥品，乾燥指標主要是花卉的形狀和色澤，因此不能夠完全採用食品和藥品的乾燥工藝，而須要針對花卉的不同生物學特性及乾花的商品要求進行乾燥工藝的研究和改進。參考國內外的文獻，目前冷凍乾燥花卉存在的主要問題是鮮花的預處理工藝不成熟，而未經過預處理的花材經過真空冷凍乾燥之後，普遍存在植株變脆、容易折斷和破碎的問題，因此，進一步研究的方向是對花材幹燥前的預處理工藝的研究和進一步優化真空冷凍乾燥工藝。