玫瑰花微波干燥工藝條件的優(yōu)化

張建桃 郭梓彬 黃麗芬 張涵 蔡成瑾 曾志康

摘要：為優(yōu)化我國(guó)玫瑰干花的制作工藝，提高玫瑰干花品質(zhì)，縮短干燥時(shí)間，節(jié)省能源，采用改裝的連續(xù)可變功率微波爐對(duì)經(jīng)過(guò)護(hù)色劑預(yù)處理的玫瑰花進(jìn)行干燥。首先對(duì)護(hù)形材料和護(hù)色劑進(jìn)行篩選，其次對(duì)比單一微波功率連續(xù)加熱、不同微波功率間歇加熱、組合微波加熱3種方式對(duì)玫瑰花干燥時(shí)間、形態(tài)變化、顏色等的影響。結(jié)果表明，單功率連續(xù)微波加熱的干燥效果最差，組合微波加熱的干燥方式與間歇微波加熱干燥效果相差不大，但組合微波加熱比間歇微波加熱的干燥時(shí)間縮短約42 min，最終得出，最佳干燥方法為使用10%酒石酸溶液浸泡30 min 進(jìn)行護(hù)色預(yù)處理，0.5～1.0 mm橙白硅膠粉末與1～2 mm變色硅膠顆粒1 ∶1（體積比）混合的護(hù)形劑進(jìn)行包埋，并結(jié)合組合微波干燥模式，在微波功率23 W/g下加熱2 min后使用14 W/g加熱11 min。

關(guān)鍵詞：干燥花;改裝微波爐;連續(xù)可變功率;間歇加熱;組合加熱

中圖分類(lèi)號(hào)： S685.120.9文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2019）18-0224-04

收稿日期：2018-06-08

基金項(xiàng)目：國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃（編號(hào)：201710564155）;廣東省科技計(jì)劃（編號(hào)：2016A020210092）。

作者簡(jiǎn)介：張建桃（1978—），男，湖南雙峰人，博士，副教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事精細(xì)農(nóng)業(yè)和壓電器件方面的研究。E-mail：zhangjiantao@yeah.net。

干燥花是經(jīng)過(guò)干燥處理后的花朵、葉片和果實(shí)等花材的總稱(chēng)，分為平面干燥花（壓花）、立體干燥花（干花）2種。干燥花因具有耐久性、真實(shí)、自然、觀賞價(jià)值高等優(yōu)點(diǎn)，在花卉市場(chǎng)普遍增長(zhǎng)放緩甚至平穩(wěn)的大環(huán)境下，依舊能保持良好的增長(zhǎng)趨勢(shì)。根據(jù)農(nóng)業(yè)部2016年公布的全國(guó)花卉統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，我國(guó)干燥花銷(xiāo)售額達(dá)9 744.2萬(wàn)元，出口額達(dá)280.9萬(wàn)美元。可見(jiàn)干燥花在市場(chǎng)中的地位日趨重要，玫瑰花作為最常見(jiàn)的觀賞性花卉自然成為立體干燥花研究的重點(diǎn)。

目前，常用的干燥方法主要有物理干燥（硅膠包埋干燥）、熱風(fēng)干燥、微波干燥、真空冷凍干燥等4種方法[1]。其中微波干燥法具有熱效率高、速度快、投資較少等優(yōu)點(diǎn)，但是易出現(xiàn)燒焦、糊化，花材在形態(tài)上整體體積縮小，花瓣稍向一起合攏的現(xiàn)象[2-3]。硅膠包埋干燥法非常適用于含水量較高的花材，如月季、牡丹、小蒼蘭等，能很好地保持花材的立體感和原形原色。王向陽(yáng)等采用包埋結(jié)合微波的干燥方法對(duì)玫瑰干花工藝進(jìn)行了探索，取得了較好干燥效果[4-7]，但因他們?cè)谠囼?yàn)過(guò)程中采用的微波爐為普通的家用微波爐，其功率的調(diào)節(jié)都是通過(guò)LC電路控制微波輸出實(shí)現(xiàn)的，輸出功率只能是一個(gè)恒值，所謂的功率大小檔位調(diào)節(jié)只是通過(guò)控制微波發(fā)射的通斷時(shí)間換算出來(lái)的，不能真正實(shí)現(xiàn)功率連續(xù)可調(diào)，因加熱功率較大，花材失水較快，干燥后的花朵不同程度地出現(xiàn)變形、變色、皺縮等現(xiàn)象。

本研究采用改裝后功率連續(xù)可調(diào)的微波爐，對(duì)經(jīng)過(guò)護(hù)色劑預(yù)處理的玫瑰花采用護(hù)形劑包埋結(jié)合微波加熱的復(fù)合干燥方法進(jìn)行干燥，在不同功率下，比較單功率、間歇微波加熱、組合微波加熱3種干燥模式下不同試驗(yàn)條件的干燥時(shí)間以及干燥花的形態(tài)、色澤、牢固性等，最終得出高效、節(jié)能、質(zhì)優(yōu)的玫瑰花微波快速干燥方法，旨在為我國(guó)干燥花工藝發(fā)展和工業(yè)化生產(chǎn)提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1?材料與方法

1.1?材料與設(shè)備

玫瑰花：采用顏色均一（Y50M100C30），同一批次的廣東廣州本地紅玫瑰切花（圖1）。花材均采用其花頭部分，保留10 mm 的莖稈，去掉部分不健康的外層花瓣。

護(hù)形劑：0.5～1.0 mm橙白硅膠粉末，1～2 mm變色硅膠顆粒。

護(hù)色劑：5%、10%、15%酒石酸[7]。

試驗(yàn)儀器：燒杯、玻璃棒、量筒、可撕式配色手冊(cè)、游標(biāo)卡尺、在線式紅外測(cè)溫儀、電子天平（型號(hào)YP-B5002，上海光正醫(yī)療儀器有限公司生產(chǎn)）;改裝的連續(xù)可變功率微波爐由磁控管（型號(hào)OM75P31，三星電子公司生產(chǎn)）、電源（型號(hào)：MT-1500W-F，東莞市米町源電子科技有限公司生產(chǎn)）、電位器等組成，通過(guò)調(diào)節(jié)電位器電阻改變變壓器初級(jí)電壓，從而改變磁控管陽(yáng)極輸入直流電壓，使磁控管發(fā)射的微波產(chǎn)生不同功率，最終控制整機(jī)的輸出功率，使同一臺(tái)微波爐在多個(gè)功率檔下均可以得到連續(xù)輸出微波，實(shí)現(xiàn)輸出功率連續(xù)可調(diào)，其原理見(jiàn)圖2;可程式恒溫恒濕試驗(yàn)機(jī)（型號(hào)TEMI880，上海市江凱機(jī)械有限公司生產(chǎn)）。

1.2?評(píng)價(jià)指標(biāo)及方法

花材含水率測(cè)量：采用標(biāo)準(zhǔn)烘箱法，于溫度為105 ℃下加熱至恒質(zhì)量[8]。

花材顏色：根據(jù)可撕式配色手冊(cè)（partⅠ）中的560種色標(biāo)，對(duì)比花瓣顏色找到最接近的顏色。其中每個(gè)色標(biāo)都注明4種印刷原色的濃度，Y（黃）、M（紅）、C（藍(lán)）、BL（黑）[9]。

花材的花型高收縮率和直徑收縮率測(cè)量：采用游標(biāo)卡尺測(cè)量花材的高度和直徑。

花材高收縮率：H=（h1-h2）/h2×100%。

式中：h1為花材干燥前的直徑，h2為花材干燥后的直徑。

花材直徑收縮率：D=（d1-d2）/d1×100%。

式中：d1為花材干燥前的直徑，d2為花材干燥后的直徑[10]。

花材的整體評(píng)價(jià)：根據(jù)同一觀察者的感官感受進(jìn)行評(píng)定的指標(biāo)有皺縮程度（無(wú)/較輕/輕/明顯/嚴(yán)重）、定型效果（好/較好/較差/差）、牢固性（干燥后花瓣是否容易脫落，牢固/較牢固/不牢固），抽選6位相關(guān)專(zhuān)業(yè)人員進(jìn)行感官描述以及綜合打分（1～10分）。

1.3?試驗(yàn)方法

1.3.1?測(cè)定方法

（1）剪取玫瑰花花頭部分，保留10 mm 的莖稈，去掉不健康的外層花瓣，并記錄花瓣顏色。（2）使用游標(biāo)卡尺測(cè)量切花的花高、直徑。（3）將處理后的玫瑰花浸泡在護(hù)色劑中一定時(shí)間之后取出晾干。（4）在燒杯底部鋪上厚度為10～20 mm的橙白硅膠粉末，將浸泡后的玫瑰花插入其中，再將護(hù)形劑輕輕倒入杯內(nèi)鋪滿，直至高出花材頂端20 mm左右[11]。（5）將處理后的玫瑰花放置在微波設(shè)備的爐腔內(nèi)，進(jìn)行微波干燥，干燥后記錄相關(guān)數(shù)據(jù)并進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)。

1.3.2?不同微波功率間歇加熱的方法

在“1.3.1”節(jié)方法的基礎(chǔ)上對(duì)間歇微波干燥方法進(jìn)行試驗(yàn)，利用測(cè)溫裝置將加熱溫度控制在35～45 ℃之間，確定每個(gè)微波功率間歇干燥后達(dá)到15%～18%含水率的首次加熱時(shí)間、間歇加熱時(shí)間[10]。

1.3.3?不同微波功率組合加熱的方法

在“1.3.1”節(jié)方法的基礎(chǔ)上對(duì)組合功率進(jìn)行試驗(yàn)，確定每個(gè)組合干燥后達(dá)到15%～18%含水率時(shí)所需要的組合時(shí)間。

1.4?數(shù)據(jù)處理

每個(gè)試驗(yàn)重復(fù)6次取其均值，計(jì)算相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差≤5%。

2?結(jié)果與分析

2.1?護(hù)形劑的選擇

花材若直接暴露在干燥環(huán)境下，可能會(huì)導(dǎo)致組織損傷和燒焦。硅膠作為護(hù)形劑包埋花材，可充當(dāng)干燥介質(zhì)避免花材直接暴露在微波下，并可通過(guò)物理吸附和毛細(xì)管冷凝來(lái)吸附和保持水分，加快干燥速率。花材變形情況與護(hù)色劑的顆粒大小都有一定的關(guān)系[12-14]。本試驗(yàn)分別采用1～2 mm變色硅膠顆粒、0.5～1.0 mm橙白硅膠粉末、1～2 mm變色硅膠顆粒與0.5～1.0 mm橙白硅膠粉末1 ∶1（體積比）混合簡(jiǎn)稱(chēng)1 ∶1 混合包埋，以不使用任何護(hù)形劑為空白對(duì)照組，對(duì)未經(jīng)過(guò)護(hù)色劑預(yù)處理的玫瑰花進(jìn)行微波加熱干燥，結(jié)果見(jiàn)表1。

從表1可以看出，1～2 mm變色硅膠因?yàn)轭w粒大易擠壓花材，損壞花瓣，定型效果差，也由于硅膠的顆粒太大無(wú)法較均勻地填充貼合花瓣，導(dǎo)致干燥不均勻以致花瓣顏色不均，且干燥后出現(xiàn)硅膠與花瓣黏連的情況，影響干燥花的品質(zhì)，不易后續(xù)清理且容易人為損壞花瓣。相比之下，使用硅膠顆粒的皺縮程度明顯大于其他組（除空白對(duì)照組），證明其吸水性能優(yōu)越。0.5～1.0 mm橙白硅膠粉末因?yàn)槟軌虺浞值亟佑|花瓣，干燥均勻，在定型效果上有較好的表現(xiàn)，同樣因?yàn)槠湮阅茌^弱，皺縮程度較輕。使用1～2 mm變色硅膠顆粒和0.5～1.0 mm橙白硅膠粉末1 ∶1（體積比）混合的護(hù)形劑進(jìn)行干燥試驗(yàn)，玫瑰花在定型效果上與0.5～1.0 mm橙白硅膠粉末相當(dāng)，皺縮程度因結(jié)合了二者的吸水性能介于二者之間。沒(méi)有使用任何干燥劑包埋的空白對(duì)照，因?yàn)闆](méi)有任何護(hù)形劑固定，干燥后花瓣散開(kāi)，直徑收縮率呈負(fù)增長(zhǎng)。

因考慮到后續(xù)試驗(yàn)使用的是經(jīng)過(guò)護(hù)色劑浸泡預(yù)處理的玫瑰花，需要吸水性能更強(qiáng)的護(hù)形劑護(hù)形，所以在1 ∶1混合和0.5～1.0 mm 的橙白硅膠粉末之間，選用1 ∶1混合進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。

2.2?護(hù)色劑的選擇

玫瑰花色的穩(wěn)定性受花青素、葉綠素及酸堿性等的影響較大[15]，護(hù)色劑在保持玫瑰花品質(zhì)上有重要作用，本試驗(yàn)分別將玫瑰花浸泡在濃度為5%、10%、15%酒石酸溶液和清水中30 min，觀察干燥后玫瑰花色澤變化，結(jié)果見(jiàn)表2。

從表2可以看出，使用護(hù)色劑能讓干燥后的玫瑰花顏色不易變深甚至碳化變黑，而清水處理組玫瑰花干燥后整朵顏色變黑，經(jīng)護(hù)色劑處理的護(hù)色效果比不使用好很多。5%、15%酒石酸處理后的花材干燥顏色偏紫，10%酒石酸溶液處理后的玫瑰花干燥顏色更加接近其自身干燥前的顏色。因此使用10%酒石酸溶液作為護(hù)色劑進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。

2.3?單一微波功率持續(xù)加熱對(duì)玫瑰花干燥效果的影響

為比較不同質(zhì)量玫瑰花在微波干燥效果[16]，在玫瑰花單位質(zhì)量功率相同的條件下進(jìn)行干燥。本試驗(yàn)使用10%酒石酸溶液作為護(hù)色劑對(duì)花材進(jìn)行預(yù)處理，1～2 mm 變色硅膠顆粒和0.5～1.0 mm橙白硅膠粉末以1 ∶1（體積比）混合作為護(hù)形劑進(jìn)行包埋，在14、17、20、23、26 W/g 5個(gè)功率條件下對(duì)玫瑰花進(jìn)行干燥，并對(duì)成品進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，結(jié)果見(jiàn)表3。

從表3可以看出，使用單一功率微波連續(xù)加熱的干燥方式，得到的干燥花均有好的定型效果和牢固性，但顏色變化程度較大。采用20、23、26 W/g加熱得到的干燥花花瓣出現(xiàn)較大面積的變黃現(xiàn)象，且干燥后的玫瑰花均有明顯皺縮、花瓣黏連的情況。而采用最低功率14 W/g加熱得到的干燥花花瓣只出現(xiàn)輕微變黑現(xiàn)象。綜上所述，使用單一功率微波持續(xù)加熱的干燥方式得到的干燥花品質(zhì)一般，可能是由于持續(xù)加熱造成花材溫度上升過(guò)高，化學(xué)反應(yīng)加速，使花材的色變加劇。因此考慮使用間歇加熱方式使花材溫度保持在一定范圍內(nèi)。

2.4?不同微波功率間歇加熱對(duì)玫瑰花干燥效果的影響

花材為熱敏性物料，在干燥加熱的過(guò)程中，容易因溫度過(guò)高導(dǎo)致色素分解，影響干燥后的品質(zhì)。在微波干燥試驗(yàn)中需要對(duì)溫度進(jìn)行嚴(yán)格的控制，本研究采用間歇加熱方式將溫度控制在35～45 ℃范圍，對(duì)花材進(jìn)行微波干燥[4-5，17]。分別采用5個(gè)梯度的微波功率14、17、20、23、26 W/g對(duì)花材進(jìn)行間歇干燥，并對(duì)成品進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，結(jié)果見(jiàn)表4。

從表4可以看出，不同微波功率及其間歇加熱時(shí)間明顯影響玫瑰干燥花的形態(tài)和色澤。盡管每組溫度都保持在一定范圍內(nèi)，但功率對(duì)干燥花顏色還是有一定影響，使用23 W/g功率加熱顏色變化最小，17、20 W/g處理組顏色變化大概一致，但比23 W/g處理組深，14、26 W/g處理組顏色變化大概一致，均比17、20 W/g處理組深。17.23 W/g加熱下，玫瑰花無(wú)皺縮現(xiàn)象，但23 W/g加熱下，玫瑰花的花材高收縮率、直徑收縮率均比17 W/g低，玫瑰花隨加熱功率的增大有從軟到脆的變化趨勢(shì)。功率過(guò)低，微波與花材內(nèi)的水分子或濕介質(zhì)可能因吸收微波較弱，分子之間的摩擦碰撞相對(duì)較少，產(chǎn)生熱量也較少，所需的干燥時(shí)間較長(zhǎng)，花材變軟，花瓣容易散開(kāi)。

總的來(lái)說(shuō)，在皺縮程度、定型效果、牢固性3個(gè)形態(tài)變化指標(biāo)的表現(xiàn)上，23 W/g加熱下取得了最好的干燥效果，而26 W/g 加熱下效果最差。表明使用微波功率23 W/g，首次加熱2 min，每次間歇3 min 后加熱33 s，重復(fù)15次，所得玫瑰花干燥效果最佳（圖3）。

2.5?不同微波功率組合對(duì)玫瑰花干燥效果的影響

考慮到間歇加熱干燥方案因需要控制溫度間歇耗時(shí)較長(zhǎng)，能量利用率低，嘗試將2個(gè)大小不同功率進(jìn)行組合試驗(yàn)，探究更高效快速的微波干燥工藝，使用組合微波功率干燥時(shí)，大功率能有效快速地提升花材內(nèi)部溫度，之后轉(zhuǎn)變?yōu)樾」β誓芫S持花材內(nèi)部溫度，避免花材內(nèi)部溫度上升過(guò)高，影響干燥后的品質(zhì)。功率組合與時(shí)間設(shè)置見(jiàn)表5，經(jīng)過(guò)不同微波組合干燥后的玫瑰花形態(tài)、色澤見(jiàn)表6。

從表6可以看出，除了處理11、處理12外，其他處理干燥后玫瑰花綜合品質(zhì)相對(duì)較好，其中處理7效果最好。功率1相同的條件下，在形態(tài)表現(xiàn)上，加熱時(shí)間長(zhǎng)的試驗(yàn)組，皺縮程度更大，處理1、處理3、處理7皺縮程度最小。在功率1為26 W/g處理下，干燥后的花材顏色相對(duì)更深，出現(xiàn)了暗紅色。而在小功率20 W/g的處理11、處理12中，由于功率較小，花材加熱速度較慢，花瓣出現(xiàn)了黏連現(xiàn)象，使其脫水速率不均，造成花瓣平整程度低，皺縮程度明顯，同時(shí)出現(xiàn)了輕微的顏色不均現(xiàn)象。經(jīng)過(guò)處理7（23 W/g 加熱2 min后14 W/g加熱11 min）干燥后的花材，沒(méi)有出現(xiàn)皺縮現(xiàn)象，定型效果好，牢固性高，顏色較好（圖4）。與間歇加熱中的最優(yōu)組相比，二者干燥效果相近，但處理7干燥時(shí)間縮短了約42 min。綜上所述，采用23 W/g 加熱2 min后14 W/g加熱11 min的干燥方式所獲得的干燥花品質(zhì)最優(yōu)。

3?結(jié)論

通過(guò)護(hù)形劑、護(hù)色劑的試驗(yàn)知道，護(hù)形劑、護(hù)色劑能較高地提升干燥花的品質(zhì)。硅膠粉末能夠填充大顆粒變色硅膠的空隙，使花瓣不受擠壓，變色硅膠顆粒又具有強(qiáng)大的吸水性能，1～2 mm變色硅膠顆粒和0.5～1.0 mm橙白硅膠粉末以1 ∶1（體積比）混合作為護(hù)形劑護(hù)形效果最佳。護(hù)色劑能夠使干燥后的花材顏色不易變深或碳化變黑，10%酒石酸溶液作為護(hù)色劑的護(hù)色效果最佳。

在間歇微波干燥模式下，不同微波功率及其間歇加熱時(shí)間會(huì)明顯影響玫瑰干燥花的形態(tài)、色澤表現(xiàn)。使用微波功率為23 W/g，首次加熱2 min，每次間歇3 min后加熱33 s，重復(fù)15次，所得玫瑰花干燥效果較佳。

在組合微波干燥模式下，大功率能快速提升花材內(nèi)部溫度，之后轉(zhuǎn)變?yōu)樾」β誓芸刂苹ú膬?nèi)部溫度，既可避免花材內(nèi)部溫度上升過(guò)高，影響干燥品質(zhì)，又能夠大幅度縮短整體干燥時(shí)間。采用23 W/g加熱2 min后14 W/g加熱11 min 的干燥方式所獲得的干燥花品質(zhì)最優(yōu)。

通過(guò)對(duì)比連續(xù)微波加熱、間歇微波加熱、組合微波加熱3種模式下最佳的玫瑰干花品質(zhì)，從時(shí)間和節(jié)能的角度上考慮，采用組合微波加熱的干燥方法更佳。

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