玫瑰花微波干燥工藝條件的優化

張建桃 郭梓彬 黃麗芬 張涵 蔡成瑾 曾志康

摘要：為優化我國玫瑰干花的制作工藝，提高玫瑰干花品質，縮短干燥時間，節省能源，采用改裝的連續可變功率微波爐對經過護色劑預處理的玫瑰花進行干燥。首先對護形材料和護色劑進行篩選，其次對比單一微波功率連續加熱、不同微波功率間歇加熱、組合微波加熱3種方式對玫瑰花干燥時間、形態變化、顏色等的影響。結果表明，單功率連續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 進行護色預處理，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）混合的護形劑進行包埋，并結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。

關鍵詞：干燥花;改裝微波爐;連續可變功率;間歇加熱;組合加熱

中圖分類號： S685.120.9文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2019）18-0224-04

收稿日期：2018-06-08

基金項目：國家級大學生創新創業訓練計劃（編號：201710564155）;廣東省科技計劃（編號：2016A020210092）。

作者簡介：張建桃（1978—），男，湖南雙峰人，博士，副教授，碩士生導師，主要從事精細農業和壓電器件方面的研究。E-mail：zhangjiantao@yeah.net。

干燥花是經過干燥處理后的花朵、葉片和果實等花材的總稱，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、自然、觀賞價值高等優點，在花卉市場普遍增長放緩甚至平穩的大環境下，依舊能保持良好的增長趨勢。根據農業部2016年公布的全國花卉統計數據，我國干燥花銷售額達9 744.2萬元，出口額達280.9萬美元。可見干燥花在市場中的地位日趨重要，玫瑰花作為最常見的觀賞性花卉自然成為立體干燥花研究的重點。

目前，常用的干燥方法主要有物理干燥（硅膠包埋干燥）、熱風干燥、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、投資較少等優點，但是易出現燒焦、糊化，花材在形態上整體體積縮小，花瓣稍向一起合攏的現象[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。王向陽等采用包埋結合微波的干燥方法對玫瑰干花工藝進行了探索，取得了較好干燥效果[4-7]，但因他們在試驗過程中采用的微波爐為普通的家用微波爐，其功率的調節都是通過LC電路控制微波輸出實現的，輸出功率只能是一個恒值，所謂的功率大小檔位調節只是通過控制微波發射的通斷時間換算出來的，不能真正實現功率連續可調，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變形、變色、皺縮等現象。

本研究采用改裝后功率連續可調的微波爐，對經過護色劑預處理的玫瑰花采用護形劑包埋結合微波加熱的復合干燥方法進行干燥，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條件的干燥時間以及干燥花的形態、色澤、牢固性等，最終得出高效、節能、質優的玫瑰花微波快速干燥方法，旨在為我國干燥花工藝發展和工業化生產提供理論依據和技術支撐。

1?材料與方法

1.1?材料與設備

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。

護形劑：0.5～1.0 mm橙白硅膠粉末，1～2 mm變色硅膠顆粒。

護色劑：5%、10%、15%酒石酸[7]。

試驗儀器：燒杯、玻璃棒、量筒、可撕式配色手冊、游標卡尺、在線式紅外測溫儀、電子天平（型號YP-B5002，上海光正醫療儀器有限公司生產）;改裝的連續可變功率微波爐由磁控管（型號OM75P31，三星電子公司生產）、電源（型號：MT-1500W-F，東莞市米町源電子科技有限公司生產）、電位器等組成，通過調節電位器電阻改變變壓器初級電壓，從而改變磁控管陽極輸入直流電壓，使磁控管發射的微波產生不同功率，最終控制整機的輸出功率，使同一臺微波爐在多個功率檔下均可以得到連續輸出微波，實現輸出功率連續可調，其原理見圖2;可程式恒溫恒濕試驗機（型號TEMI880，上海市江凱機械有限公司生產）。

1.2?評價指標及方法

花材含水率測量：采用標準烘箱法，于溫度為105 ℃下加熱至恒質量[8]。

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

花材的花型高收縮率和直徑收縮率測量：采用游標卡尺測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]。

花材的整體評價：根據同一觀察者的感官感受進行評定的指標有皺縮程度（無/較輕/輕/明顯/嚴重）、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位相關專業人員進行感官描述以及綜合打分（1～10分）。

1.3?試驗方法

1.3.1?測定方法

（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）使用游標卡尺測量切花的花高、直徑。（3）將處理后的玫瑰花浸泡在護色劑中一定時間之后取出晾干。（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，再將護形劑輕輕倒入杯內鋪滿，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備的爐腔內，進行微波干燥，干燥后記錄相關數據并進行主觀評價。

1.3.2?不同微波功率間歇加熱的方法

在“1.3.1”節方法的基礎上對間歇微波干燥方法進行試驗，利用測溫裝置將加熱溫度控制在35～45 ℃之間，確定每個微波功率間歇干燥后達到15%～18%含水率的首次加熱時間、間歇加熱時間[10]。

1.3.3?不同微波功率組合加熱的方法

在“1.3.1”節方法的基礎上對組合功率進行試驗，確定每個組合干燥后達到15%～18%含水率時所需要的組合時間。

1.4?數據處理

每個試驗重復6次取其均值，計算相對標準差≤5%。

2?結果與分析

2.1?護形劑的選擇

花材若直接暴露在干燥環境下，可能會導致組織損傷和燒焦。硅膠作為護形劑包埋花材，可充當干燥介質避免花材直接暴露在微波下，并可通過物理吸附和毛細管冷凝來吸附和保持水分，加快干燥速率?；ú淖冃吻闆r與護色劑的顆粒大小都有一定的關系[12-14]。本試驗分別采用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）混合簡稱1 ∶1 混合包埋，以不使用任何護形劑為空白對照組，對未經過護色劑預處理的玫瑰花進行微波加熱干燥，結果見表1。

從表1可以看出，1～2 mm變色硅膠因為顆粒大易擠壓花材，損壞花瓣，定型效果差，也由于硅膠的顆粒太大無法較均勻地填充貼合花瓣，導致干燥不均勻以致花瓣顏色不均，且干燥后出現硅膠與花瓣黏連的情況，影響干燥花的品質，不易后續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（除空白對照組），證明其吸水性能優越。0.5～1.0 mm橙白硅膠粉末因為能夠充分地接觸花瓣，干燥均勻，在定型效果上有較好的表現，同樣因為其吸水性能較弱，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）混合的護形劑進行干燥試驗，玫瑰花在定型效果上與0.5～1.0 mm橙白硅膠粉末相當，皺縮程度因結合了二者的吸水性能介于二者之間。沒有使用任何干燥劑包埋的空白對照，因為沒有任何護形劑固定，干燥后花瓣散開，直徑收縮率呈負增長。

因考慮到后續試驗使用的是經過護色劑浸泡預處理的玫瑰花，需要吸水性能更強的護形劑護形，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混合進行后續試驗。

2.2?護色劑的選擇

玫瑰花色的穩定性受花青素、葉綠素及酸堿性等的影響較大[15]，護色劑在保持玫瑰花品質上有重要作用，本試驗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，結果見表2。

從表2可以看出，使用護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，經護色劑處理的護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%酒石酸溶液作為護色劑進行后續試驗。

2.3?單一微波功率持續加熱對玫瑰花干燥效果的影響

為比較不同質量玫瑰花在微波干燥效果[16]，在玫瑰花單位質量功率相同的條件下進行干燥。本試驗使用10%酒石酸溶液作為護色劑對花材進行預處理，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）混合作為護形劑進行包埋，在14、17、20、23、26 W/g 5個功率條件下對玫瑰花進行干燥，并對成品進行綜合評價，結果見表3。

從表3可以看出，使用單一功率微波連續加熱的干燥方式，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較大面積的變黃現象，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輕微變黑現象。綜上所述，使用單一功率微波持續加熱的干燥方式得到的干燥花品質一般，可能是由于持續加熱造成花材溫度上升過高，化學反應加速，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。

2.4?不同微波功率間歇加熱對玫瑰花干燥效果的影響

花材為熱敏性物料，在干燥加熱的過程中，容易因溫度過高導致色素分解，影響干燥后的品質。在微波干燥試驗中需要對溫度進行嚴格的控制，本研究采用間歇加熱方式將溫度控制在35～45 ℃范圍，對花材進行微波干燥[4-5，17]。分別采用5個梯度的微波功率14、17、20、23、26 W/g對花材進行間歇干燥，并對成品進行綜合評價，結果見表4。

從表4可以看出，不同微波功率及其間歇加熱時間明顯影響玫瑰干燥花的形態和色澤。盡管每組溫度都保持在一定范圍內，但功率對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，玫瑰花無皺縮現象，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。功率過低，微波與花材內的水分子或濕介質可能因吸收微波較弱，分子之間的摩擦碰撞相對較少，產生熱量也較少，所需的干燥時間較長，花材變軟，花瓣容易散開。

總的來說，在皺縮程度、定型效果、牢固性3個形態變化指標的表現上，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較長，能量利用率低，嘗試將2個大小不同功率進行組合試驗，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，大功率能有效快速地提升花材內部溫度，之后轉變為小功率能維持花材內部溫度，避免花材內部溫度上升過高，影響干燥后的品質。功率組合與時間設置見表5，經過不同微波組合干燥后的玫瑰花形態、色澤見表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相對較好，其中處理7效果最好。功率1相同的條件下，在形態表現上，加熱時間長的試驗組，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更深，出現了暗紅色。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，花瓣出現了黏連現象，使其脫水速率不均，造成花瓣平整程度低，皺縮程度明顯，同時出現了輕微的顏色不均現象。經過處理7（23 W/g 加熱2 min后14 W/g加熱11 min）干燥后的花材，沒有出現皺縮現象，定型效果好，牢固性高，顏色較好（圖4）。與間歇加熱中的最優組相比，二者干燥效果相近，但處理7干燥時間縮短了約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最優。

3?結論

通過護形劑、護色劑的試驗知道，護形劑、護色劑能較高地提升干燥花的品質。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）混合作為護形劑護形效果最佳。護色劑能夠使干燥后的花材顏色不易變深或碳化變黑，10%酒石酸溶液作為護色劑的護色效果最佳。

在間歇微波干燥模式下，不同微波功率及其間歇加熱時間會明顯影響玫瑰干燥花的形態、色澤表現。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部溫度，之后轉變為小功率能控制花材內部溫度，既可避免花材內部溫度上升過高，影響干燥品質，又能夠大幅度縮短整體干燥時間。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最優。

通過對比連續微波加熱、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，從時間和節能的角度上考慮，采用組合微波加熱的干燥方法更佳。

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