刘鸿雁，高阳，王亚，李强

（河北工业大学化工学院，天津300130）

真空冷冻干燥白菊的试验研究

刘鸿雁，高阳*，王亚，李强

（河北工业大学化工学院，天津300130）

以食用白菊为研究对象，在LGJ-25C型真空冷冻干燥机上对其进行真空冷冻干燥工艺的研究。首先通过热电阻法测取白菊的共晶点为-20℃，共熔点为-8℃；随后通过改变搁板加热温度，研究不同加热温度对白菊最终含水量、干燥时间、颜色及形状的影响，结果表明加热搁板温度45℃为最佳搁板温度；最后得出真空冷冻干燥法干燥白菊的最佳工艺路线为将白菊预冻6h，然后放入干燥室中升华干燥15h，再解析干燥14h，解析干燥时加热温度为45℃。研究结果可为白菊的实际冷冻干燥生产提供指导。

真空冷冻干燥；冻干法；食用花；白菊

白菊花除了具有观赏价值外，由于富含挥发油、氨基酸、维生素等营养物质[1-3]，早已成为入肴佳品。其食用方法很多，最常见的是泡茶，或制成菊花粥、菊花酒等[4]。

白菊除了鲜食外，多数制成干花保存。而鲜花干燥的难点在于温度不能过高，否则容易氧化，颜色差、变形严重且营养成分流失多。因此合理选择干燥方法非常必要。近年，真空冷冻干燥技术在鲜花干燥领域越来越受到青睐。这是因为真空冷冻干燥方法在高真空和低温下进行操作，物料不易氧化、热敏性成分、色泽、风味不易变[5]。此外，真空冷冻干燥技术利用升华原理去除湿份，干燥产品外形变化小，因此这种方法非常适合有护形和护色要求的鲜花干燥。

目前，部分学者对干燥鲜菊进行了研究。郭彦萃等[6]通过对矢车菊、切花菊、菊芋、非洲菊4种花的真空冷冻干燥研究，得出了最佳真空冷冻干燥工艺。Lin Sheng Dun等[7]做了紫锥菊真空冷冻和冷热风干燥的研究，发现咖啡酸衍生物和总酚含量受干燥方法的影响。而关于白菊真空冷冻干燥技术的研究鲜见相关报道。

本研究以白菊（品种为：神马）为原料，在LGJ-25C型真空冷冻干燥机上进行试验，研究真空冷冻干燥操作参数对白菊干燥特性及品质的影响，试验结果可为白菊的实际干燥操作提参考。

1 材料与方法

1.1 材料

试验材料为市场采购的白菊，试验时选用无虫害，无腐烂的盛开期花朵，舌状花瓣完全展开。花材均采用花头部分，保留2 cm左右的茎杆。

1.2 主要仪器与设备

LGJ-25C型冷冻干燥机：北京四环科学仪器厂；JA1003型电子天平：上海精密科学仪器有限公司生产；ZK-1BS型电热真空干燥箱：天津市中环试验电炉有限公司生产。

1.3 方法

1.3.1 共晶点的测量

采用电阻法测量共晶点，测量原理是湿物料在冻结过程中，电阻值发生突变时的温度即为共晶点。原因是随着湿物料中水分的冻结，可移动带电离子数减少，物料电阻增大，导电性下降，当物料中的水分全部冻结成冰时，带电离子停止定向移动，物料的电阻值突然增大，此时物料的温度即为共晶点[8]。试验白菊的电阻变化通过万用表测量，物料温度由表面温度测量仪表测量。试验首先将花材放入冷冻干燥机，然后将万用表的表笔和表面接触温度仪表的测量探头插入花材中，随后开启干燥机进行冷冻试验，随着冷冻温度的降低，记录白菊电阻和冷冻温度数据，当电阻值突然增大时，记录此时的温度，即为白菊的共晶点。

1.3.2 共熔点的测量

共熔点的测量原理与共晶点的测量原理相同，操作时测量完全冻结物料在温度上升过程中的电阻值，当电阻值突然减小时，对应的温度就是共熔点温度。

1.3.3 冻干曲线的测定

将试验花材称重后放置冷冻干燥机冷阱的物料盘中，温度探头插入花材中心。开启压缩机，用快速冷冻法进行花材预冷冻，待花材冻结后，将物料拿出冷阱，置于冻干机的干燥室内，开启真空泵，然后加热搁板，进行升华干燥和解析干燥试验。试验过程中采用单因素变量法，控制加热搁板温度分别为25、30、35、40、45℃，同时记录白菊温度、搁板温度等数据，直至试验结束。

1.3.4 干基含湿量的测定

白菊干基含湿量计算公式如下：

式中：x为干基含水量，（kg水/kg干物料）；mw为湿物料中水的重量，kg；md为干物料重量，kg。

白菊干基湿含量的测定通过采用高精度电子天平测量干燥前后的质量来获得。首先，干燥开始前，测量试验花材的质量并记录数据，然后进行冻干试验，试验结束后，测量花材质量，随后将其放入真空干燥箱烘至绝干后，测量干花质量。

1.3.5 外形及品质分析

对不同干燥工艺条件下，干燥后花材的外形和颜色进行评定。外形采用游标卡尺测量干燥前后花冠大小[9]；花材颜色采用比色法[10]对比干燥前后的颜色变化。

花冠缩小率按下式计算：

式中：d1为花材干燥前的直径，mm；d2为花材干燥后的直径，mm。

2 结果与讨论

2.1 共晶点试验结果与讨论

降温时白菊电阻随温度的变化曲线，见图1。

由图1降温时白菊电阻随温度的变化曲线可见，白菊的冻结过程可分为3个阶段，第一阶段为晶核形成阶段，电阻随温度下降变化很小；第二阶段为大冰晶成长阶段，电阻随温度下降变化明显增大；第三阶段为共晶阶段，电阻值随温度下降发生突变。根据马宁[11]对食品物料共晶温度测试的研究结论，选择电阻变化率小于1 MΩ/℃时的温度为共晶区的下限温度，电阻变化率大于5 MΩ/℃时的温度为共晶区的上限温度，所以白菊的共晶区间为：-20℃～-16.5℃。为了使物料中水分完全被冻结，选取上限温度为共晶点，即-20℃为白菊共晶点温度。为了保证预冻时物料全部冻结，一般冷冻温度低于共晶点温度5℃～10℃[12]。

图1 降温时白菊电阻随温度的变化曲线（共晶点测定）Fig.1 Variation of White Chrysanthemum resistance with temperature dropping（measurement of eutectic point）

2.2 共熔点试验结果与讨论

升温时白菊电阻随温度的变化曲线，见图2。

图2 升温时白菊电阻随温度的变化曲线（共熔点测定）Fig.2 Variation of White Chrysanthemum resistance with temperature rising（measurement of eutectic melting point）

由图2升温时白菊电阻随温度的变化曲线可见，升温时电阻变化曲线与图1降温时时电阻变化曲线不同，原因是冰晶熔解过程与结晶过程不是完全可逆的。根据程远霞[13]等对食品物料共晶点和共熔点温度测定的试验研究，本试验选择电阻变化率小于-5 MΩ/℃时的温度作为共熔区的上限温度，电阻变化率大于-1 M Ω/℃时的温度作为共熔区的下限温度，所以白菊的共熔点范围为-8℃～-1℃。为了保证白菊不熔化，取上限温度作为物料的共熔点，即为-8℃。

2.3 冻干试验结果与讨论

2.3.1 白菊干基湿含量的变化规律

不同搁板温度下白菊最终干基湿含量的对比图，见图3。

图3 不同搁板温度下白菊最终干基湿含量的对比图Fig.3 The chart of drying moisture content at different shelf temperature for White Chrysanthemum

在冻干机保持高真空度（10 Pa）以及花材的初始干基湿含量相同情况下，调节搁板温度，对白菊进行冻干试验，研究不同搁板温度对花材最终湿含量的影响。预试验时搁板温度为50℃，花材出现焦糊现象，影响干花品质，因此搁板温度分别取为25、30、35、40、45℃，经过相同干燥时间，干燥花材最终湿含量柱状图见图3。由图可见，随着搁板温度的增加，白菊湿含量呈现下降趋势，当搁板温度为45℃时白菊湿含量达到最低，原因是随着搁板温度的升高，增加了传热推动力，有利于水分的逸出，加快干燥速率，45℃时最终干基湿含量达到最低值，说明解析阶段搁板温度越高越利于水分的排出。后期试验可考虑梯度更小的搁板温度区间，如：45、46、47、48、49 ℃，以确定更加精确的最佳搁板温度。

2.3.2 白菊干燥时间的变化规律

为了将花材干燥到储藏所需安全水分，又将初始湿含量相同的鲜花在不同搁板温度下进行了冻干试验，达到储藏安全水分所需干燥时间的对比柱状图见图4所示。

图4 不同搁板温度下白菊干燥时间的对比图Fig.4 The chart of drying time at different shelf temperature for White Chrysanthemum

由图可见，加热搁板温度越低，所需干燥时间越长，最低搁板温度25℃时所需干燥时间比45℃多16 h。这是因为搁板温度低，花材干燥速率小，因此干燥时间长。

2.4 外形及品质分析

2.4.1 外形变化及分析

不同加热搁板温度下，对干花的外形进行比较，干燥前后花冠尺寸变化。

表1 不同干燥条件下的白菊直径Table 1 White Chrysanthemum diameter of different drying conditions

如表1所示，随着搁板温度的升高，花冠缩小率呈现增大的趋势，但搁板温度达到35℃以后收缩率变化不大，这说明真空低温下干燥，加热温度升高对花材外形收缩的影响越来越小。试验结果还发现搁板温度为25℃时外侧花瓣出现轻微鼓泡及皱缩现象，随着温度的增大，鼓泡现象逐渐减弱，至45℃时鼓泡消失。原因在于，从花材结构上来看，花瓣的上下表皮细胞在形状和排列方式上存在较大差异，使水蒸气在上下两个升华界面的逸出速度不同，同时花瓣内还有少量空气，抽真空时压力降低，搁板温度越低，传热推动力越小，导致气体不能及时逸出，花瓣就出现了鼓泡现象[6]。此外，搁板温度低也会引起升华期间热量不足，升华不充分导致冰晶融化，进而引起花瓣鼓泡甚至爆破现象[14-15]。

2.4.2 颜色分析

不同加热搁板温度下，采用比色法[10]对白菊干花的颜色进行比较，见表2。

表2 不同干燥条件下的干白菊颜色Table2 WhiteChrysanthemum colorofdifferentdryingconditions

如表2所示，随着加热搁板温度的升高，花材中心花瓣和外层花瓣颜色褐变越来越轻，加热搁板温度分别为40℃和45℃时为颜色变化最小。湿热环境是褐变产生的原因，而在这两个温度下，花材失去了绝大部分的水分，环境里湿度也低，故褐变极小，此外干燥室高真空度，几乎不发生氧化变色，加之花瓣中的色素较稳定，较少分解维持原色。

2.5 最佳冻干曲线

白菊冻干曲线见图5。

图5 白菊冻干曲线（真空度10 Pa搁板加热温度45℃）Fig.5Thecurveofvacuumfreeze-dryingforWhiteChrysanthemum

在不同干燥条件下，对白菊进行冻干试验，并根据2.4外形及品质的变化结果，得到最佳冻干工艺为：先将花材预冻6 h，升华干燥15 h，再以45℃的加热搁板温度进行解析干燥14 h。冻干曲线如图5所示，由物料温度变化曲线可见，其干燥过程可分为两个阶段，预冻6 h后白菊进入第一干燥阶段，即升华干燥阶段，这个阶段主要去除白菊内部经过预冻以冰晶形式存在的水分，在高真空及加热条件下，冰晶升华为蒸汽并由真空排气通道排出到设备外部。升华阶段除去整个干燥过程中的大部分水分，15 h后，升华干燥结束进入第二干燥阶段，即解析干燥阶段，由于物料和搁板温度梯度大，物料温度上升较快，最后趋于搁板温度。由于解析干燥阶段主要去除的是毛细管壁和极性基团上吸附的水分，这部分水分吸附作用强，难于去除，因此干燥时间较长，约需14 h。

3 结论

1）采用电阻法测取白菊的共晶点为-20℃，共熔点为-8℃。

2）加热搁板温度分别为 25、30、35、40、45 ℃下，对白菊的真空冷冻试验结果表明，从干基湿含量、干燥时间、花冠大小及颜色变化角度分析，加热搁板温度45℃为最佳搁板温度。

3）试验得出白菊的真空冷冻干燥最佳工艺流程为：将花材预冻6 h，升华干燥15 h，再以45℃的加热搁板温度进行解析干燥14 h效果最佳。

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Experiment Study on Vacuum Freeze Drying of Edible White Chrysanthemum

LIU Hong-yan，GAO Yang*，WANG Ya，LI Qiang

（School of Chemical Engineering，Hebei University of Technology，Tianjin 300130，China）

In this study，edible White Chrysanthemum were taken as the object of study，using vacuum freeze dryer of type LGJ-25C.First of all，the eutectic and the co-melting point of White Chrysanthemum were measured by the way of thermal resistance.The experimental result showed that the eutectic point of White Chrysanthemum was-20℃ and the co-melting point of White Chrysanthemum was-8℃.Followed，on vacuum freeze-drying machine，the final dry basis moisture content，the drying time of White Chrysanthemum，color and shape were researched by changing the heating temperature.The optimum drying White Chrysanthemum route of vacuum freeze-drying had two steps.Firstly the White Chrysanthemum was pre-freezed for 6 h in the cold trap，then the White Chrysanthemum was put into the drying chamber and sublimation dried for 15 h，deabsorption dried for 14 h.The drying process maintained high vacuum degree，and the heating temperature of deabsorption drying maintained 45℃.The research results can provide guidance for practical White Chrysanthemum freeze-drying.

vacuum freeze-drying；freeze-drying；edible flowers；White Chrysanthemum

10.3969/j.issn.1005-6521.2016.14.026

刘鸿雁（1971—），女（满），副教授，博士，研究方向：传热与传质。

*通信作者：高阳（1989—），女，研究生在读。

2015-07-22