第三节 花卉原料在干燥过程中发生的变化
食品在干燥过程发生的变化可归纳为物理变化和化学变化。Www.Pinwenba.Com 吧
一、物理变化
食品干燥过程中因受到加热和脱水的双重作用的影响，会发生显著的物理变化，比较常见的物理变化有干缩、干裂、表面硬化和多孔性形成等。
1.干缩和干裂
食品在干燥时，会由于脱水而导致体积缩小，组织细胞的弹性部分或全部丧失的现象称作干缩。干缩的程度与食品的种类、干燥方法及条件等因素有关。一般情况下，含水量多、组织脆嫩者干缩程度大，而含水量少、纤维质食品的干缩程度较轻。与常规干燥制品相比，冷冻干燥制品几乎不发生干缩。在热风干燥时，高温干燥比低温干燥所引起的干缩更严重；缓慢干燥比快速干燥引起的干缩更严重。
干缩有两种情形，即均匀干缩和非均匀干缩。有充分弹性的细胞组织在均匀而缓慢地失水时，就产生了均匀干缩，否则就会发生非均匀干缩。干缩之后细胞组织的弹性都会或多或少地丧失掉，非均匀干缩还容易使干制品变得奇形怪状，影响其外观。弹性良好并呈饱满状态的新鲜食品物料全面均匀地失水时，物料将随着水分消失均衡地进行线性收缩，即物体大小均匀地按比例缩小，质量减少。果品干燥后的体积约为初始体积的20%~35%，质量为原始质量的6%~20%，蔬菜干燥后的体积约为初始体积的10%左右，质量为原始质量的5%~10%。但实际上被干燥的物料不是完全具有弹性的，干制时食品块、片内的水分也难以均匀地排除，故物料干燥时均匀干缩比较少见。随食品物料不同，干制过程中它们的干缩也各有差异。图中为干燥前胡萝卜丁的切粒形态，为干燥初期食品表面的干缩状态，胡萝卜丁的边和角逐渐变得圆滑，成圆角形态的物体，随着干燥的继续进行水分的排出向深处发展，最后到达中心处，干缩也不断向物料中心进展，逐渐形成凹面状的干胡萝卜。
干缩之后还有可能产生所谓的多孔性结构。在高温快速干燥时，由于食品表面的干燥速度比内部水分迁移速度快得多，因而被迅速干燥硬化。在内部继续干燥收缩时，内部应力将使组织与干硬的表层脱离从而出现内裂、孔隙和蜂窝状结构，干制品就会出现大量的裂缝和孔隙，形成所谓的多孔性结构。多孔性结构的形成有利于干制品的复水和减小干制品的松密度，使其复原迅速，复原后与物料原状相似。松密度是指单位体积的制品中所含干物质的量。但是，多孔性结构的形成使氧化速度加快，不利于干制品的储藏。高密度的干制品复水缓慢，但包装材料和贮运费用较为节省。
2.表面硬化
表面硬化是指干制品外表干燥而内部仍然软湿的现象。表面硬化实际上是食品物料表面收缩和封闭的一种特殊现象。有两种原因会造成表面硬化。其一是因食品内还存在有大小不一的气孔、裂缝和微孔，小的可细到和毛细管相同，故食品内的水分会经微孔、裂缝或毛细管上升，其中有不少能上升到物料表面蒸发掉，以致它所带的溶质残留在表面上。这些物质会将干制时正在收缩的微孔封闭。原料在微孔收缩和被溶质堵塞的双重作用下最终会出现表面硬化；其二是由于食品表面干燥过于强烈，内部水分向表面迁移的速度滞后于表面水分汽化速度，从而使表层形成一层干硬膜所造成的。前者常见于含有高浓度糖分和可溶性物质的食品的干燥。后者与干燥条件有关，是可以调控的，比如可以通过降低干燥温度和提高相对湿度或减小风速来控制。在出现表面硬化时若降低食品表面温度使物料缓慢干燥，或适当“回软”，再干燥，通常能减少表面硬化的发生。
发生表面硬化之后，干硬膜的渗透性极低，食品表层的透气性将变差，将大部分残留水分阻隔在食品内，使干燥速度急剧下降，延长了干燥过程。另外，在表面水分蒸发后，其温度也会大大升高，这将严重影响食品的外观质量。
3.溶质迁移现象
食品在干燥过程中，其内部除了水分会向表层迁移外，溶解在水中的溶质也会随水分一起迁移。溶质的迁移有两种趋势：一种是由于食品干燥时表层收缩使内层受到压缩，导致组织中的溶液穿过孔穴、裂缝和毛细管向外流动；另一种是因迁移到表层的溶液蒸发后，其浓度将逐渐增大，就会在表层与内层溶液间产生浓度差，在浓度差的作用下出现溶质由表层向内层迁移。上述两种方向相反的溶质迁移的结果是不同的，前者使食品内部的溶质分布不均匀，后者则使溶质分布均匀化。干制品内部溶质的分布是否均匀，最终取决于干燥速度，也即取决于干燥的工艺条件。只要采用适当的干制工艺条件，就可以使干制品内部溶质的分布基本均匀化。
4.热塑性的出现
不少食品具有热塑性，即温度升高时会软化甚至有流动性，而冷却时变硬，具有玻璃体的性质。糖分及果胶成分高的果蔬汁就属于这类食品。例如橙汁或糖浆在平锅或输送带上干燥时，水分虽已全部蒸发掉，残留固体物质却仍像保持水分那样呈热塑性黏质状态，黏结在带上难以取下，而冷却时它会硬化成结晶体或无定形玻璃状而脆化，此时就便于取下。为此，大多数输送带式干燥设备内常设有冷却区。
二、化学变化
众所周知，干制品在复水和烹煮后，显得较为老韧和缺乏汁液，与新鲜食品相比存在明显的差别。究其原因，主要是食品干制过程中发生了各种化学变化和组织学变化。食品原料在脱水干燥的过程中，发生的一系列化学变化对干制品及其复水后的品质，如色泽、风味、质地、黏度、复水率、营养价值和保藏期产生影响。这些变化还随食品种类的不同而各异，有它自己的特点，不过其变化的程度却常随食品成分和干燥方法而有差别。
1.对食品营养成分的影响
食品在干燥后会失去大量的水分，因此单位质量的干制食品中营养成分的含量反而增加。但复水干制品和新鲜食品相比，其品质总是不如新鲜食品。
花卉原料含有较丰富的碳水化合物，而蛋白质和脂肪的含量却较少。果糖和葡萄糖在高温下易于分解，高温加热碳水化合物含量较高的食品，极易焦化；而缓慢晒干过程中初期的呼吸作用也会导致糖分分解。还原糖还会和氨基酸反应而产生褐变。干燥过程中部分水溶性维生素会被氧化。维生素损耗程度取决于干燥前物料预处理的条件及选用的干燥方法和条件。维生素C和胡萝卜素易因氧化而遭受损失，核黄素对光极其敏感，硫胺素对热敏感，故干燥处理时常会有所损耗。胡萝卜素在日晒加工时损耗极大，在喷雾干燥时则损耗极少。晒干时维生素C损失也很大，但升华干燥却能将维生素和其他营养素大量地保存下来。
2.对食品色素的影响
食品干制后会因所含色素物质如类胡萝卜素、花青素、叶绿素等的变化而出现各种颜色的变化，比如变黄、变褐、变黑等。其中最常见的变色是褐变。
引起褐变的原因有两种，其一是多酚类物质如单宁、酪氨酸等在组织内酚氧化酶的作用下生成褐色的化合物类黑素而引起的褐变；其二是非酶褐变。在干制品中引起褐变的原因主要是后者。非酶褐变包括两种情形：一种是美拉德褐变，即还原糖与氨基酸反应引起的相交；另一种是由脂质氧化产物与蛋白质反应引起的。
新鲜花卉的色泽通常都比较鲜艳。干燥会改变其物理和化学性质，使其反射、散射、吸收和传递可见光的能力发生变化，从而改变了花卉原料的色泽。花卉原料中存在的天然叶绿素a和叶绿素b的混合物。叶绿素呈现绿色的能力和其色素分子中的镁有关。在湿热条件下叶绿素分子中的镁元素会丢失，转化成脱镁叶绿素呈现橄榄绿色，不再呈现草绿色。
干燥过程温度越高，处理时间越长，色素变化量也就越多。类胡萝卜素、花青素也会因干燥处理有所破坏。硫处理会促使花青素褪色，应加以重视。酶或非酶褐变反应是促使干燥品褐变的原因。花卉细胞组织受损伤后，组织内氧化酶活动能将多酚或其他如鞣质、酪氨酸等一类物质氧化成有色色素。这种酶褐变会给干制品品质带来不良后果。为此，干燥前需进行酶钝化处理以防止变色。可用预煮或巴氏杀菌对果蔬进行热处理，或用硫处理也能破坏酶的活性。酶钝化处理应在干燥前进行，因为干燥过程物料的受热温度常不足以破坏酶的活性，而且热空气还具有加速褐变的作用。
糖的焦糖化和美拉德反应是干燥过程中常见的非酶褐变反应。前者首先将糖分解成各种羰基化合物，然后再聚合成褐色的聚合物。后者是氨基酸与还原糖中的羰基反应，产生褐色物质。这两种反应在花卉的干燥过程中经常出现。干燥时的高温和残余水分中反应物质的浓度对美拉德反应有促进作用。经过硫熏处理不仅能抑止酶褐变，而且还能延缓美拉德反应。原因为还原糖中的醛基和二氧化硫反应形成磺酸，能阻止褐色聚合物的形成。美拉德褐变反应在水分含量下降到20%~25%时反应最迅速，水分继续下降则反应速率逐渐减慢，当水分含量下降到1%时，褐变反应可减慢到长期储存也难以觉察的程度；水分含量在30%以上时褐变反应随水分的增加而减缓，低温保藏也有利于减缓褐变反应速率。
3.对食品风味的影响
干燥对食品风味的影响主要是由于干燥过程中花卉中的挥发性成分散失所造成的，食品失去恢复性风味成分是干燥时常见的一种现象。
要完全防止干燥过程风味物质损失是比较难的。解决的有效办法是从干燥设备中回收或冷凝外逸的蒸汽，再加回到干制食品中，以便尽可能保存它的原有风味。此外，也可从其他来源取得香精或风味制剂再补充到干制品中，或干燥前在某些液态食品中添加树胶和其他包埋物质将风味物微胶囊化以防止或减少风味损失。
总之，食品干燥设备的设计应当根据前述各种情况加以慎重考虑，尽一切努力在干燥速率最高，食品品质损耗最小而干制成本最低的情况下，找出最合理的干燥工艺条件。
三、组织变化
干制品在复水后，其口感、多汁性及凝胶形成能力等组织特性均与生鲜食品存在差异。这是由于脱水降低了食品的持水力，增加了组织纤维的韧性，导致干制品复水性变差，复水后的口感较为老韧，缺乏汁液。食品干制过程中组织特性的变化主要取决于干燥方法。真空冷冻干燥能够很好地保持原料的组织结构，使原料复水后的品质更佳。
第四节花卉干燥方法
食品干燥有不同的方法，有晒干与风干等自然干燥方法，但更多的是采用人工干燥，如箱式干燥、窑房式干燥、隧道式干燥、输送式干燥、输送带式干燥、滚筒干燥、流化床干燥、喷雾干燥、冷冻干燥等。它们主要是按干燥设备的特征来分类的，按干燥的连续性则可分为间歇干燥与连续干燥。此外也有常压干燥、真空干燥等，是以干燥时空气的压力来分类的。也有对流干燥、传导干燥、能量场作用下的干燥及综合干燥法，是以干燥过程向物料供能的方法来分类的
干燥方法的合理选择，应根据被干燥食品物料的种类、干燥制品的品质要求及干燥成本，综合考虑物料的状态以及它的分散性、黏附性能、湿态与干态的热敏性、黏性、表面张力、含湿量、物料与水分的结合状态等以及其在干燥过程的主要变化。干制品的质量要求常常是选择干燥方法的首要依据。最佳的干燥工艺条件是指在耗热、耗能量最少情况下获得最好的产品质量，即达到经济性与优良食品品质。干燥经济性与设备选择、干燥方法及干燥过程的能耗、物耗与劳力消耗等有关，也与产品品质要求有关。
干燥设备的类型有多种形式，各有特点，根据原料的性质、制品的干燥特性、干燥系统的生产能力和干燥费用等因素。
人工干燥根据干燥介质和传热方式的不同可以分成空气对流干燥、接触干燥、真空干燥、辐射干燥和冷冻干燥等。目前，我国在花卉干燥工艺中采用最多的仍然是利用阳光和风力的自然干燥，自然干燥是最经济、最简单方便的干燥工艺，但自然干燥也有很多明显的缺点，如干燥易受环境条件的限制，有许多无法严格控制的因素；干燥速度慢；干燥产品含水量偏高从而影响后续储藏；加工产品质量差，质量不稳定；需要很大的干燥长度；干燥是暴露式，容易受到灰尘、虫、鸟的侵害等等。现代的干燥技术采用新型的干燥设备和更先进的干燥工艺，使产品的品质有了极大的提高。特别是冷冻干燥法，干燥温度低，花卉的营养物质和香气成分损失很少，加工产品质量大幅提高，是最有发展前途的一种加工方法。这里主要介绍新型的干燥技术。
一、真空冷冻干燥
冷冻干燥又称冷冻升华干燥或升华干燥，是将食品预冻后，在真空条件下通过升华的方式使原料中的水分由固态转变成气态从而达到干燥目的的操作。食品在较低的温度冻结状态下，在高真空干燥室内接受辐射热或传道热，其热量相当于水分升华所需的潜热，食品始终保持冻结状态。在冰的蒸汽压和真空气压之间的压力差的推动下，水分升华逸出。这种干燥方法由于处理温度低，对热敏性物质特别有利。目前已广泛应用于食品干燥。
冷冻干燥的原理
根据水的相平衡关系，我们知道，在一定的温度和压力条件下，水的三种相态之间可以相互转化。当水的温度和压力与其二相点温度和压力相等时，水就可以同时表现出三种不同相态。而在压力低于三相点压力时，或在温度低于三相点温度时，改变温度或压力，就可以使冰直接升华成水蒸气，这实际上就是升华干燥的原理。液态水和固态水在不同温度下都具有不同的饱和蒸汽压，如果固态水处在低于其饱和蒸汽压的真空环境下，水分即以升华的方式转移。一般在冷冻干燥时所采用的真空度约为对应温度下冰的饱和蒸汽压的1/4~1/2，例如-40℃干燥时采用的真空度为2.67~6.67Pa。升华时所需要的热量如果由所处理的物料供给，物料的温度降随干燥的过程而降低，以至于冰的饱和蒸汽压过分降低而使升华速度降低，因此在干燥操作中既要向物料供热，又要避免固体物的融化。
冷冻干燥的过程
冷冻干燥包含两个过程，即冻结和升华过程。冻结的目的是使食品具有合适的形状与结构，以利于升华过程的进行。升华过程是食品吸热升华成水蒸气，通过冷凝系统而除去的过程。
1.物料的冻结
原料的冻结可以通过自冻和预冻实现，自冻是利用水分在高度真空下因瞬间蒸发吸收蒸发潜热而使原料的温度降到冰点以下，获得冻结。由于瞬间蒸发会引起原料的变形或发泡甚至飞溅，因此不适合外观形态要求高的原料，一般仅用于干粉末状干制品的冷冻。
预冻法是采用常见的冻结方法如空气冻结法、平板冻结法、浸渍冻结法、挤压膨化冻结法等，预先将食品冻结成一定形状的方法，再进行冻干操作。该法可较好地控制食品的形状及冰晶的状态，因此适合大多数食品的冻结。
冻结过程对食品的冷冻干燥效果会产生一定的影响。当冻结过程较快时，食品内部形成的冰晶较小，冰晶升华后留下的空隙也较小，这将影响内部水蒸气的外逸，从而降低冷冻干燥的速度。但是，由于食品组织所受损伤较轻，所以干制品的质量更好。如果冻结过程较慢则情况与上述相反。不过，冻结过程对食品冷冻干燥效果的影响究竟如何，目前尚存争议。一方面，在许多情形下，决定冷冻干燥速度的因素是传热速度而非水分扩散速度，另一方面冻结速度对冻干制品的质量的影响会因食品种类而异，有很大不同。
2.物料的干燥
食品冻结后即在干燥空内升华干燥。冰晶升华时要吸收升华热，因此，干燥室内有加热装置提供这部分热量。加热的方法有板式加热、红外线加热及微波加热等。实际上冷冻干燥的物料干燥过程包括两个不同的步骤：升华和解析，它可以在同一干燥室内进行，也可以在不同的干燥室内进行。
升华也称初步干燥，是冷冻干燥的主体部分，冻结物料中的水分在真空条件下要达到纯粹的强烈的升华需要注意3个主要的条件：干燥室内的绝对压力、热量供给和物料温度。真空室内的绝对压力应保持低于物料内冰晶体的饱和水蒸气压，保证物料内的水蒸气向外扩散。因此冻结物料温度的最低极限不能低于冰晶体的饱和水蒸气相平衡的温度。热量的提供可来自不同的系统，应用较多的是接触式冷冻干燥设备。装有物料的浅盘位于两块加热板之间，为了保证干燥过程中加热板和物料能始终均匀地相互接触，常用水压系统使加热板可垂直地位移，以便将物料夹紧，加速热的传递。但物料的升华干燥完全在冰晶体表面进行。干燥过程物料内冰层界面不断地移向物料中心，而升华干燥时物料形态固定不变，水分子外逸后留下的是孔隙，形成海绵状多孔性结构。它具有良好的绝热性，不利于热量的传递。因此，冰层界面后移，多孔层的增长不仅进一步降低了传热速率，而且延缓了冰层界面上升华水分子的外逸速率，使干燥速率下降。此时，若能利用远红外线、微波等能直接穿透干燥层到后移的冰层界面上的方法，就能加速热量传递，有效增加总的干燥速率。过度加热会引起物料温度升高，当料温超过冰晶的融化温度使物料融化时，溶液产生自由沸腾，使溶液中挥发性的芳香物质损失增加，容易引起泡沫或充气膨胀，液相沸腾的蒸汽气流带走一些颗粒而造成损失。
当冰晶体全部升华完毕后，升华阶段就完成。但此时物料仍有5%以上被物料吸附没有冻结的水，此时必须用比初期干燥较高的温度和较低的绝对压力才能促使这些水分的转移，使产品的含水量降至能在室温下长期储藏的水平，这就需第二次干燥。
影响二次干燥速率及时间的因素与升华过程相同，即温度和绝对压力。允许的最高温度取决于物料、所需时间及加热系统的状况。温度过高极易造成营养成分的损失、降低产品质量；而温度太低会导致干燥时间增加，加大生产成本。解析所要求的绝对压力低于升华压力，通常在13.3~27Pa，有时甚至更低。
冷冻干燥的特点
冷冻干燥具有许多显著的优点：
整个干燥过程处于低温和基本无氧状态，因此，干制品的色、香、味及各种营养素的保存率较高，非常适合极热敏和极易氧化的食品干燥。
干燥过程对物料物理结构和分子结构破坏极小，能较好保持原有体积及形态，制品具有极佳的速溶性、快速复水性和多孔性结构。
由于冻结对食品中的溶质产生固定作用，因此在冰晶升华后，溶质将留在原处，避免了一般干燥方法中常出现的因溶质迁移造成的表面硬化现象。
冷冻干燥制品的最终水分极低，能够排除95%~99%以上的水分，因此具有极好的储藏稳定性，在有良好包装的情况下储藏期可达2~3年。
冷冻干燥过程所要求的加热温度较低，干燥室通常不必绝热，热损耗少。
冷冻干燥也有明显的缺点，主要是干燥速度慢，成本高，是常规干燥的2~5倍，干制品极易吸潮和氧化，因此对包装有很高的防潮和透氧率的要求。但由于干燥制品的优良品质，仍广泛应用于食品工业。
目前国内使用该法装置的主要部分是一卧式钢质圆筒，配有冰冻、抽气、加热和控制测量系统。干制品要求避光密封，抽空充氮保藏。
二、微波干燥
微波是指频率为300MHz~300kMHz，波长为1m至1mm的高频交流电，是一种电磁波，具有介电感应的加热效应，通过高频电场在空间不断变换方向，是物料中的极性分子随电磁波做高频振动，从而产生热量。常用来加热的微波频率为915MHz和2450MHz。微波干燥具有一系列优点：
1.干燥速度快
将含水量从80%烘干到20%，用热空气干燥需要20h，而用微波干燥仅需2h。如将两者结合起来，即先用热空气干燥到含水20%，再用微波干燥到2%，既可缩短时间，又可降低费用。
2.加热响应快，易于控制
微波加热的时间延迟极短，加热与升温几乎是同时进行的。微波加热时，由于外部水分的蒸发，外部温度会略低于内部温度，从而极大地提高了干燥速率。微波还能降低水分子，尤其是结合水与物料分子间的亲和力，使水分子更容易脱离物料分子而向外扩散。
3.穿透性
微波可以直接穿透物体，因此微波加热不是从外部向内部加热的，而是在被加热物内部直接产生热量来加热，所以尽管被加热物料形状复杂，加热也是均匀的，因此不会引起花卉外焦内湿的现象。
4.选择性加热
不同的物料对微波的吸收程度并不相同，通常物料分子的极性越强，对微波的吸收也就越强。因水分子的极性非常强，会对微波产生强吸收从而产生大量的热。含水量越高，其微波吸收能力就越强。所以当物料进行干燥时，其中的水分对微波的吸收会比干物质大得多，温度就会高很多，很容易蒸发，此时可通风以排除蒸发出的水气，而物料本身对微波吸收量少，保持相对较低的温度，因此能够更好地保持原有的色、香、味，对提高产品质量有好处。
正是这些优点使得微波干燥成为一种很有前途的干燥工艺。目前大部分微波干燥系统都结合了传统的干燥手段，已有的研究表明，微波干燥适用于低速阶段或者水分含量低时来完成干燥，采用强制对流干燥和微波干燥的二段式干燥过程可以在节约能源和时间的同时得到品质更好的产品；微波技术与真空技术相结合，使干燥过程既具有高效率，又具有低温、隔绝氧气的特点，非常适合热敏性物料的干燥。
三、远红外干燥
红外干燥技术是基于水分吸收红外辐射的特性所开发的一种干燥工艺。它是利用红外辐射元件发出的红外线被加热物体所吸收，直接转变为热能而达到加热干燥。每种物质的分子都是以自己固有的频率在振动，当入射的红外线频率和物质分子的振动频率相同时，该物质就会吸收红外线并产生共振，使物质温度升高。食品中很多成分在3~10μm都有强烈的吸收，而红外线的波长范围是0.75~1000μm，所以通常食品的干燥选择在红外区域进行。
利用红外线辐射技术进行食品干燥的优点是干燥时间短、热效高，终产品品质较好，产品干燥过程中稳定均一，不需要有气流穿过物料。
第五节 花卉干燥实例
一、真空冷冻干燥陈德经
研究发现在真空度为0.06Mbar，温度为零下58℃条件下采用真空冷冻干燥对金银花进行干燥。结果发现干燥后的金银花色泽为褐色，相比其他干燥方法较差，可能原因是干燥后金银花蓬松而易氧化所致；绿原酸含量较其他干燥方法也很低，同样可能是因氧化导致；对金银花所带的微生物影响较小。
兰伟等人研究发现将玫瑰花瓣用20%氯化镁+5g柠檬酸组成的溶液处理5h，再放入1∶1的乙醇+正丁醇溶液中处理1h，用冰箱慢冻4h，液氮速冻5min后采用真空冷冻干燥6h，能够得到花色花形良好的玫瑰花瓣。
李凌云等人对真空冷冻干燥的月季和康乃馨进行了研究，结果发现在预冻条件为零下60℃，0.5h，冷冻干燥条件为50Pa，零下80℃，6h的情况下得到的干制品收缩率为20%左右，基本保持原来的形状，收缩和形状保持方面均优于烘干得到的产品；同时冻干后的花瓣鼓成了气泡使花瓣看上去更加饱满；色泽方面月季略微变浅，康乃馨略微加深，两种花的整体色泽稳定。
梁凌云等人对月季进行冷冻干燥研究，结果发现采用10%酒石酸溶液进行护色30min，采用速度法进行预冻，预冻温度为零下40℃，预冻2h，冷冻干燥条件为冷阱温度零下70℃，加热板温度35℃，干燥室压强40Pa，干燥时间10h，得到色泽和花形均非常好的月季干花。
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