玫瑰花的干燥曲線

      凍干曲線是指在冷凍干燥過程中, 物料的溫度、隔板的溫度和冷阱的溫度隨時間變化的曲線。玫瑰花的凍干曲線如圖3 所示。從圖中看出,升華干燥階段是冷凍干燥過程中能耗最多、影響因素最多、對產(chǎn)品質(zhì)量影響最大、所需時間最長的階段。因此, 對該階段的理論探討和試驗(yàn)研究非常重要。在該階段物料溫度的提高不能超過共熔點(diǎn)溫度, 以保證玫瑰花在升華過程中不會熔化, 出現(xiàn)收縮干癟等現(xiàn)象。影響凍干過程的過程參數(shù)有很多, 有加熱溫度、干燥室壓力、初始凍結(jié)速率等等, 下面對這些參數(shù)進(jìn)行討論。

圖3 玫瑰花的凍干曲線

干燥室壓強(qiáng)對凍干過程的影響

        真空冷凍干燥實(shí)質(zhì)上就是傳熱傳質(zhì)的過程,在升華干燥過程中, 有的時候受傳熱控制, 有的時候受傳質(zhì)控制。一般來說, 大多數(shù)制品在升華開始時, 干層很薄, 傳質(zhì)阻力很小, 是受傳熱所限制的; 而在升華后期, 干層厚度增加, 擴(kuò)散阻力增加, 往往成為受傳質(zhì)所限制。增大壓強(qiáng)有利于傳熱但不利于傳質(zhì), 降低壓強(qiáng)有利于傳質(zhì)但不利于傳熱。雖然有的制品凍干過程受傳熱控制, 也有的受傳質(zhì)控制, 但大多數(shù)制品在升華開始時, 干層很薄, 傳質(zhì)阻力很小, 是受傳熱所限制; 在升華后期, 干層厚度增加, 擴(kuò)散阻力增大, 往往變成為受傳質(zhì)所限制。所以在干燥初期, 在受傳熱控制階段時, 真空室內(nèi)壓強(qiáng)的升高, 提高了凍干層的熱導(dǎo)率, 干燥時間減少, 在受傳質(zhì)控制階段時, 當(dāng)壓強(qiáng)升高時, 使界面?zhèn)髻|(zhì)阻力增加, 而導(dǎo)致水蒸氣不易從升華面逸出, 增大了物料干燥時間。綜合起來, 如果加熱方式是輻射、導(dǎo)熱和對流相結(jié)合的方式, 壓強(qiáng)的變化對干燥時間的影響不是很大。

       在我們的實(shí)驗(yàn)中, 如圖4 所示, 加熱方式是以導(dǎo)熱和輻射為主。干燥室壓強(qiáng)增加, 干燥時間先緩慢下降, 到達(dá)40 Pa 左右時, 壓強(qiáng)再增加, 干燥時間也隨著增加。也就是當(dāng)壓強(qiáng)在40 Pa 左右時, 干燥時間較短。因?yàn)樵趯?dǎo)熱條件下, 玫瑰花需的熱量大部分是通過冰凍層傳導(dǎo)給它的, 而增大壓強(qiáng)對改善從冰凍層方面?zhèn)鳠嵝Ч�不�? 同時使界面?zhèn)髻|(zhì)阻力增大, 不利于水蒸氣的逸出。所以在40 Pa 以后, 增大壓強(qiáng), 干燥時間增加。

圖4 不同壓強(qiáng)下玫瑰的干燥曲線

隔板溫度對凍干過程的影響

       在干燥過程中, 隔板溫度可迅速上升到允許的最高溫度, 只要制品凍層溫度不大于其共熔點(diǎn)溫度, 升華界面溫度不超過其崩解溫度即可。從圖5可以看出, 當(dāng)溫度相同時, 隔板的溫度升高, 玫瑰的干燥速率隨之升高。因?yàn)楫?dāng)隔板溫度提高時, 玫瑰的界面溫度上升, 傳質(zhì)推動力提高, 從而加快了水蒸汽的逸出速度, 能夠縮短干燥時間。所以, 在升華干燥階段隔板的溫度在保證不使玫瑰花凍結(jié)層熔化的情況下, 溫度越高越好。

圖5 不同的隔板溫度下玫瑰的凍干曲線

      我們在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn), 當(dāng)隔板的溫度升高, 玫瑰的復(fù)水性變差。

預(yù)凍的凍結(jié)速率對凍干過程的影響

       一般來說, 凍結(jié)速率快, 形成的冰晶晶粒細(xì),數(shù)量多, 孔隙度減小, 水蒸汽擴(kuò)散阻力增大, 水蒸汽只有靠滲透穿過已干的固體膜層, 升華干燥時間大大延長, 不利于升華, 但是解析干燥時間卻會縮短, 并且干后復(fù)水性好。凍結(jié)速率慢, 冰晶晶粒大, 數(shù)量少, 干燥時對水蒸汽擴(kuò)散的阻力小, 有利于升華干燥, 升華干燥時間縮短, 但是解析干燥時間會延長, 復(fù)水性差。

結(jié)論

      我們在上述實(shí)驗(yàn)中都使用了10% 酒石酸溶液進(jìn)行鮮花護(hù)色處理, 發(fā)現(xiàn)進(jìn)行了護(hù)色處理的干花顏色較鮮艷, 沒有進(jìn)行護(hù)色處理的鮮花在干燥后顏色發(fā)暗。

     (1) 測定玫瑰花的共晶區(qū)為- 9~- 14℃。為以后的凍干過程的優(yōu)化提供了參考依據(jù)。

     (2) 當(dāng)壓強(qiáng)在40 Pa 左右時, 干燥時間最短。

     (3) 還從試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn), 快速冷凍和慢速冷凍的干燥時間幾乎相等。但慢速凍結(jié)時, 玫瑰花容易變形, 復(fù)水性也差。我們分析其原因可能是慢速凍結(jié)形成的晶粒大且不規(guī)則, 會對細(xì)胞組織產(chǎn)生嚴(yán)重的機(jī)械損傷。