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河北工业大学本科毕业设计（论文）前期报告
河北工业大学本科毕业设计（论文）前期报告
毕业设计（论文）题目：食用花真空冷冻干燥技术实验研究（食用花一） 专业：过程装备与控制工程 报告提交日期：2012-4-8 一、
引言
鲜花菜肴早在2000多年前就在我国时兴，延续至今不衰，且有所发展。用菊花烹制佳肴始于屈原“朝饮木兰之聚露兮，夕餐秋菊之落英”的佳句。宋代苏东坡喜用松花制作食品，如《酒小史》中记载苏东坡守定州时于曲阳得松花酒，他将松花、槐花、杏花入饭共蒸，密封数日后得酒。并挥毫歌咏，作了《松醪赋》：“一斤桦花不可少，八两蒲黄切莫炒，槐花杏花各五钱，两斤白蜜一齐捣。吃也好、浴也好，红白容颜直到老”。道出了松花(被作贡品)的美颜功能。清朝慈禧为美颜养身、常以鲜花为食。每年六月之后，在荷花盛开的季节。待红日跃出地平线，荷花开放后，慈禧令宫女们采摘最完整、妖艳的荷花带回御膳房、将肥壮的花瓣浸在鸡蛋、鸡汤调好的淀粉糊里，再炸至金黄酥脆作为点心。她还将玫瑰花捣烂，拌以红糖，经过特殊的配料加工，制成一种花酱，涂在面食点心上，食后齿颊留香。由于慈禧太后常用鲜花提取精萃，用于美容、美发、润肤，她的肤发老而不衰。食花有助健美、古籍医书记载，人们常食甘菊，可以百日颜面润泽，一年发白变黑，服用二年，齿落再生，服用五年八十老翁变儿童也。道出食用花卉可润肤、乌发、抗衰老的神奇功效。 二、
干燥花概述
中国地大物博，花卉十分丰富，可食用的花卉品种繁多，达百种以上。比如腊梅花、白玉兰、玫瑰花、月季花、梨花、刺槐花、百合花、芙蓉花、梅花等花卉。世界上除了我国有以花入馔的习俗外，国外食花也是自古有之，至今依然盛行，并且食用鲜花以求健美成了新的饮食潮流。近年来，科学家们对花的化学成分研究后发现．花卉几乎含有自然界的全部营养，含有16～22种氨基酸及丰富的蛋白质、淀粉、脂肪，并含有维生素A、B、C以及铁、镁、钾、锌等微量元素，还含有抗菌和抗病毒物质。无病食之可强身健体，病者食之可以疗疾祛病。科学家们还作了这样的判断，花卉中还可能含有目前尚未弄清有益人体健康又至关重要的高效生物活性物质。食用花有如此之多功效，但花无百日红啊，鲜花的保存技术受到很大挑战。干燥花也应运而生，干燥花是利用真实自然的植物材料，经过干燥方法加工处理后，久置不坏，有别具特色美的花材。干花的干燥方法众多，各有其特点，国内制作干花的方法主要有以下几种：
1. 自然干燥法
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自然干燥法是在大气中进行的干燥方法，借太阳的辐射热或自然界的风力，使物料中的水分气化而达到除去水分的目的，不需要人工加热和排出干燥介质，但干燥时间较长，其过程和干燥程度都较难控制。总的说来较适用于含水量低，纤维含量高的植物材料。根据植物材料的放置方式又分为悬挂干燥法、平放干燥法与竖立干燥法。
2. 干燥剂包埋法
干燥剂包埋法是用干燥剂把物料包埋起来，利用干燥剂来吸收物料中水分的干燥方法。该方法也较为简便，适用于干燥玫瑰、芍药等大型含水量高的花材，干燥时间大约需要1～2周。常用的干燥剂有珍珠岩、食盐、硫酸铜干燥剂、硅胶和细沙硅胶食盐、河沙、石灰、明矾、玉米淀粉等
3. 液剂干燥法
液剂干燥法是利用具有吸湿性而非挥发性的有机液剂处理植物材料，使植物材料吸收部分有机液剂而代替水分
［7］
［7］
［1～6］［1～3］
。常用的定型材料有
。
。液剂干燥法制成的干花具有好的光泽和柔软的质感，但在高温
环境中易出现液剂渗出和花材霉变、色彩较暗等现象，因此用该方法干燥的花材最好花色较深。常用液剂为甘油和福尔马林
4. 加温干燥法
加温干燥法是给植物材料适当加温以破坏其内部原生质结构，促使植物内水分加速蒸发的强制干燥方法，可以大大缩短干燥时间，适用于含水量高的花材。常用的有烘箱干燥法、干花机干燥法、微波干燥法。
5. 真空冷冻干燥法 。
6. 各种干燥方法综合运用
所谓人无完人金无足赤，每种干燥方法都有其优点与不足，如若综合利用做到互补不足，就能达到最佳的干燥效果。何叶用真空冷冻干燥法制得的洋桔梗立体干花颜色变化较大，观赏价值不如包埋干燥法和微波干燥法制得的干花，便以变色硅胶包埋处理后，-80℃冷冻室预冻至-22℃，放入冻干机中干燥108h效果最佳；硫华菊（黄、橙黄）通过真空冷冻干燥方法和包埋干燥方法都能较好地保持其颜色和形状，制得观赏性较好的立体干花，硫华菊（黄）的真空冷冻干燥方法以变色硅胶包埋处理后，-80℃冷冻室预冻至-21℃，放入冻干机中干燥18h效果最佳；硫华菊（橙黄）的真空冷冻干燥方法以变色硅胶包埋处理后，-80℃冷冻室预冻至-20℃放入冻干机中干燥18h效果最佳三、
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［1.2.6.8.9］
［1～2］
。
。
真空冷冻干燥技术
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1. 概述
真空冷冻干燥也称冷冻干燥，简称冻干，亦名升华干燥。它是将湿物料冻结到共晶点温度以下，使水分变成固态的冰，然后在适当的温度和真空度下，使冰升华为水蒸气，再用真空系统的补水器（水汽凝结器）将水蒸汽冷凝，从而得到干燥制品的技术
［12］
。真空冷冻干
燥技术(简称冻干)是一门古老的现代技术。说它古老是因为冻干技术诞生很早，大约出现在1811年，当时用于生物体的脱水。说它是现代技术是因为它已经加入了现代高新技术领域的行列。人体各器官的保存和再植是现代医学研究的课题之一，营养保健食品是现代人们生活的追求，航天飞机用的超轻隔热陶瓷，现代科学的热门话题之一的低温超导材料等纳米级超细微粉材料的制备，都需要真空冷冻干燥技术与设备。
2. 真空冷冻干燥的原理
真空冷冻干燥是利用物理脱水，其基本原理来源于化学热力学的相平衡理论，水有三种聚集态（称为相态），即固态、液态和气态，三种相态之间达到平衡关系称为相平衡关系，水的三种聚集态随温度和压力的变化发生聚集态的相互转化。其原理是将经过预处理的湿物料冻结至共晶点温度以下，使其中的游离水结晶，然后置于真空之下，同时提供一定热量，利用升华原理，待结晶水升华结束后再逐步地升高温度以除去部分的结合水，从而达到食品脱水的目的。干燥过程是水分在低压低温条件下的物态变化和移动的过程，因此，真空冷冻干燥也被认为是低压低温条件下的传质传热的过程
［13］
。
图1 水的相平衡图及三相点示意图
从图1可以看出，当压力降低时，冰点的变化不大，沸点则越来越低，越来越靠近冰点，当压力降低到610.5Pa时，沸点即与冰点相重合为0.01℃，此时，固态冰就可以不经过液
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态而直接转化为气态，此时的压力称为三相点压力，温度称为三相点温度。在压力低于三相点压力时，固态的冰可以直接转化为气态的水蒸气，这个过程就是为升华。从图1带箭头的线可以看出，如果压力高于610.5Pa，从固态冰开始，等压加热升温后，必须要经过液态才能达到气态，但如果压力低于610.5Pa，固态冰加热升温后将直接转化为气态，这就是真空冷冻干燥的基本原理，因此，含水食品的真空冷冻干燥就是在水的三相图中三相点以下的区域内进行的低温低压干燥过程
［14-19］
。
3. 真空冷冻干燥的关键控制点
真空冷冻干燥的操作步骤一般分为预处理、预冻、升华干燥、解析干燥和后处理五个阶段。
（1） 预处理
预处理对冻干制品质量影响很大，需严格按工艺要求操作。预处理包括物料的挑选、清洗、去皮、切分、漂烫、杀菌、护绿等。 （2） 预冻
预冻是将溶液中的自由水固化，使干燥后产品与干燥前具有相同的形态，防止抽真空干燥时起泡、浓缩、收缩和溶质移动等不可逆变化产生，减少温度下降引起的物质可溶性降低和生命特性的变化
［12］
。冷冻速度的快慢对于冰晶的形成有明显影响，进而直接影响
［20］
升华干燥速度和风味物质的保留。
① 预冻温度 预冻温度必须低于产品的共晶点温度，各种产品的共晶点温度是不一样的，必须实验测得
［12］
。共晶点是当物料中的水分全部冻结时物料的温度
［21］
。目前，
共晶点的测定方法主要有电阻测定法、热差分析测定法、低温显微镜直接观察法和数字公式计算法
［22］
其中电阻测定法测量范围广，结果较稳定，且方法简便，便于实施，是比较理想
［23.24］
的测定方法。因此，本试验采用电阻测定法测量物料的共晶点。实际制定工艺曲线时，
［12］
一般预冻温度要比共晶点温度低5-10℃究
［25］
。因为本试验的花材均采用花头部分，且相关研
表明，花瓣的共晶点温度低于花蕊的共晶点温度。所以，在花材预冻过程中，只要保
证预冷冻的最终温度低于花瓣的共晶点温度，花材的花瓣和花蕊在此温度下必然能够全部冻结。因此，本试验测量花材花瓣的共晶点。
② 预冻时间 物料的冻结过程是放热过程，需要一定的时间。达到规定的预冻温度以后，还需要保持一定时间。为使全部产品冻结，一般在产品达到规定的温度后，需要保持2h左右的时间
［11］
。
［11］
③ 预冻速率 产品的预冻速率应根据冻干的目的和产品的结构性质而定
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。预冻
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速率是冻干过程中的重要指标，冻结过程会产生不同粒度的冰晶而直接影响升华干燥速度
［26］
。
（3） 干燥
干燥过程分为升华干燥阶段和解析干燥阶段。 ① 升华干燥阶段
升华干燥也称第一阶段干燥（或主干燥），是指冻结物料置于密闭的真空容器中的隔热板上，再加热到适当的温度，冰晶从物料表面开始升华，升华界面向中心推进，水蒸气逸出而使产品脱水干燥。通常升华干燥后可脱去物料的90%以上的游离水分。
② 解析干燥阶段
解析干燥也称第二阶段干燥。在升华干燥结束后，物料内还存在 10﹪左右的水分吸附在干燥物料的毛细管壁和极性基团上，这部分的水是未被冻结的，为了改善干燥后产品的贮存稳定性，延长其保存期，需将这些水分除去。通常解析阶段后物料含水率在0.5％～4％之间。 （4） 后处理
已冻干物料是一种疏松的多孔物质，具有很大的内表面积，如果将其暴露于空气之中，就会吸收空气中的水分而潮解，增加物料的含水量。其次，空气中含有杂菌，也会污染物料。因此，干燥后的物料应进行密封保存，使之不与外界空气接触。干燥后产品的保存要求各不相同，有些产品仅需放入无菌干燥空气条件中，出箱后密封保存即可；有些产品需充氮保存，在出箱后放入氮气中，密封保存；有些产品需真空保存，出箱后再重新抽真空密封保存
4. 真空冷冻干燥的特点
真空冷冻干燥的原理与过程决定了它比其它干燥方法有很多优点
［12］
［27］
。
：
（1）物料在低压下干燥，使物料中的易氧化成分不致氧化变质，同时因低压缺氧，能灭菌或抑制某些细菌的活力。
（2）物料在低温下干燥，能保留物料中的热敏成分，营养成分和风味损失很少，可以最大限度地保留食品原有成分、味道、色泽和芳香。据美国食品研究所测定，真空冷冻干燥对肉、蛋、豆类、青菜类、甜玉米等食品中的蛋白质无损害，Vc、β-胡萝卜素和其他水溶性维生素仅损失5%，脂溶性维生素完全不受影响
［20］
。
（3）由于物料在升华脱水以前先经冷冻，形成稳定的固体骨架，所以水分升华以后，固体骨架基本不变，干制品不失原有的固体结构，保持原有形状。多孔结构的制品具有很理想的速溶性和快速复水性。
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