干燥花干燥技术研究进展

摘 要：干燥花是一种源于自然、同时兼备人造花的长久保存性和鲜花的自然真实性的观赏花材。在干燥花制备工艺过程中，干燥是一个极为重要的环节，直接关系到干燥花的自然性、真实性、长久性。本文综述了近10年来国内外干燥花干燥技术的研究进展，分别叙述传统、现代干燥技术的优缺点，并进行对比分析，指出了现有技术存在的问题和发展的方向，旨在为干燥花干燥工艺的深入研究和规模化生产提供参考。

关键词：干燥花；干燥；真空干燥；热风干燥；冷冻干燥

1 前言

干燥花[1，2]分为平面干燥花和立体干燥花两大类，是指采用化学或物理方法对植物材料（花、茎、叶等）进行保形、保色、干燥等处理，使植物材料可以长时间保存，同时具有独特艺术观赏性的花材，与鲜花相比具有其无法企及的耐久性，又相对于人造花更真实自然，且有着多种多样的搭配形式，填补了现代人对回归自然的渴盼，众多的花卉产品中脱颖而出，成为近年来风靡国际市场、炙手可热的装饰佳品[3-5]。

在干燥花制备过程中，干燥是一个极为重要的环节，要求花材的含水量不能超过安全限度，否则极易引起花材品质退化，同时还要保证花材的形状、色泽等外观指标[6，7]，尽管干燥花技术已有悠久的应用历史，但大多数花材的干燥仍沿用传统方法，随着干燥技术的发展，各种新技术如微波、真空冷冻干燥等技术得到应用，并且在干燥的同时进行护形护色处理，显著地提高干燥花的观赏美感。

2 干燥花的干燥技术

2.1 干燥原理

植物材料的干燥过程，主要是通过对流换热的方式从周围的高温干燥介质中吸收热量，使物料自身的水分产生汽化和扩散过程，产生蒸汽并以对流传质的方式扩散到周围的干燥介质中去，从而达到去除含水物料内部水分，获得干燥花的目的。

水分的扩散包括水分外扩散与水分内扩散。前者是水分从植物材料表面蒸发到干燥介质中的过程，与花材表面积、空气流动速度、介质的温度、气压及空气的相对湿度等有很大关系。而后者是由于水分内部和外部的水蒸气压差水分在植物材料内部从含水量高的部位向含水量低的部位移动的过程。在干燥过程中，当植物材料表面含水量低于内部时，造成植物材料内部与表面水分间的水蒸气压差，水分就由含水量较高的内部向含水量较低的表面移动。由于伴随着水的相变，材料内部的很多运动形式变得复杂，特别是水分在物料内部的迁移过程同时存在热量、动量和质量的传递，且三者之间相互影响，进而影响到干燥进程[8]。因此，为了加速花材中水分的扩散，各种加强传质、传热、动量传递的方法比如提高空气的流动速度、升高温度、延长烘干时间等都是有效的途径。

2.2 干燥花的干燥技术

在干燥花的制作过程中，如何使植物材料在保持原有形态的基础上快速失水是干燥处理的关键所在。鲜花干制的方法较多，可分为自然干燥法和强制干燥法[9]。自然干燥法是将鲜花材料放在凉爽、干燥、空气流通处，令其自然风干，是早期常使用的干燥花材的方法，但耗时较长，适用于含纤维多，水量低，花型小，茎短的植物材料，多用于家庭的手工制作。强制干燥法通过促使植物材料中的水分快速置换出体外同时最大限度保持其整体效果的方法，是现代规模生产干燥花材常用的方法。传统的强制干燥法主要有常温压制法、沙/硼砂干燥法、干燥剂包埋法、甘油干燥法、烘箱干燥、微波、真空、冷冻干燥等技术。

2.2.1 热风干燥。热风干燥方法的优点是干燥介质的温度和湿度容易控制，可实时监控物料表面温度，防止出现物料过热现象，从而提高干燥品质，其设备简单，适应性强，成本低、易操作。早在2001年，Pandya[10]采用热风炉对菊花进行干燥，维持温度40℃下35～50h后，发现尽管叶绿素含量有少量降低，但花的颜色、长度、直径等外形尺寸没有发生改变，认为采用热风炉干燥的菊花质量较好。后来，人们在热风干燥中增加鼓风来提高空气流动的速度从而加快干燥的速度。 刘珂等[11]以洛阳红牡丹为试验对象，考察了温度、风速、干燥板孔密度3个因素对牡丹压花品质的影响，试验发现温度在40℃、风速为1.8m/s、干燥板板孔密度为0.20655，热风烘干条件下， 牡丹压花材料的平整度、 完整度、 褐变程度、 色变程度、 光泽度等品质指标较好。孙淑红等[12]选取不同色系的牡丹花为试验材料，在热风干燥下，通过试验分析和研究获得最佳护色方案及热风干燥工艺：40℃、风速为1.2m/s、干燥板板孔密度为0.155，可以获得质量较好的牡丹花压花材料。张亚晶等[13]采用热风干燥康乃馨，认为温度、风速、装载量对康乃馨的干燥特性有显著的影响，通过正交试验获得康乃馨最佳的热风干燥条件：温度80℃、风速4.0m/s、装载量6.2kg/m2。

2.2.2 微波干燥。微波干燥[14]是一种干燥花材的新方法，特点是时间短，不需别的媒体。微波干燥过程中，水的极性分子在高频电磁场中通过变化电磁场的频率使极性方向反复变化，进而形成剧烈的分子运动并产生热量，水分受热气化，从而实现物料的干燥，微波干燥的方法适合于含水量多、柔软且薄的花材。

由于干燥时间极短、设备简单，微波干燥在平面压花材料的制备中倍受瞩目，很快成为平面压花材料制备的首选干燥方法。梁凌云等[15]以月季花为试验材料，通过试验发现，微波连续加热不适合干燥切花月季，故选择微波间歇加热干燥，通过考察不同加热时间和不同间歇时间对花材失水速率和品质的影响，确认最佳工艺为：微波加热10s、间歇45s。Safeena[16]研究了微波炉干燥4个品种玫瑰鲜花，以颜色、外观、纹理和品质等参数作为评价指标，得到不同玫瑰花的微波干燥时间，认为不同品种玫瑰花的微波干燥时间不同，而通过硅胶包埋再微波烘干可以得到更好评价指标的干花。

2.2.3 真空/真空冷冻干燥。真空干燥技术利用低压降低水分沸点的原理，使物料中的水分在低温下蒸发，使得产品在保形保色方面大为改善，为热敏性物料的干燥提供了有利条件，其中氧分压降低，既可避免物料的氧化变质，也可抑制某些细菌的生产繁殖。张新山等[17]在0.085MPa真空状态下，对月季和康乃馨进行不同的干燥处理，发现真空状态下各种处理均明显地缩短了干燥时间，其中以食盐包埋处理效果最为明显，与常压的对比，真空状态下定型膜处理的定型效果有明显改善，真空状态下的处理还有一定的护色效果，但对花材的弹性效果并无明显改善。

真空冷冻干燥是在真空干燥的基础上，预先冻结物料中的水分，使其不经液化而直接升华为水蒸汽，以达到干燥的目的，物料形状在预冷冻结时被固定，水分升华后，固体结构基本保持不变，能最大限度地保持物料原有形状，水中的溶解物质在升华时会随水分析出，这样就避免了物料内部水分向表面迁移时，因所携带的无机盐可能在表面析出而造成表面硬化现象。 Chen等[18]对不同的预冻时间和真空干燥温度对玫瑰和康乃馨干花的颜色、水分含量、花梗和花瓣的皱缩程度进行了比较研究，发现冻干花的寿命由干燥后的水分含量决定，真空干燥温度比预冻时间对干燥花的影响大，较低的真空干燥温度更能保持花的原色，较高的真空干燥温度使干花的水分含量较低，花瓣强度较大，但是颜色变化较大。李保国等[19]在采用真空冷冻干燥月季、万寿菊和补血草时，发现采用该技术干燥较大的花朵植株时能够基本保持干燥花的形状、色泽和芳香，冻干后的红色月季花颜色变深，而黄色的万寿菊颜色变淡，紫色的补血草颜色基本不变，但是也发现干花植株整体变脆，容易折断和破碎。李凌云等[20]在对月季和康乃馨进行冷冻于燥时，发现冻干之后月季和康乃馨的颜色和形状变化不大，认为该法可以最大限度地保形和保色，使花材更具观赏性。谢建松[21]等对洛阳红进行冷冻干燥试验，得到红色系牡丹花的分段真空冷冻干燥工艺为：-30℃预冻2h，真空冷冻干燥34h，干燥过程中加热板不加热，干燥进行至19h左右花材温度上升至0℃，干燥进行至28h左右逐渐升高干燥仓内压力至34h升至200Pa。朱文学等[22]在对牡丹花进行真空冷冻研究时，发现牡丹花冷冻干燥前应进行预处理和预冷冻，用10%的柠檬酸和无水乙醇进行护色和护形，预冷冻采用冰箱慢冻与液氮速冻相结合的方法，干燥的效果更好。郭彦萃[23]通过真空冷冻干燥技术对矢车菊、菊芋、切花菊、非洲菊四种花材进行干燥，在-80℃下分别预冷19～36min后，再经真空冷冻干燥18～36h，可获得观赏性干花。

2.2.4 不同干燥技术的比较研究。对于上述的干燥花新技术，人们针对不同的花材进行对比研究。 梁凌云等[15]对红色切花月季的真空冷冻干燥和微波干燥进行了比较研究，结果表明，运用真空冷冻干燥、微波干燥和护色后的微波干燥法对切花月季进行干燥是可行的，确定真空冷冻干燥中加热板温度为30℃、干燥室压强为40Pa时干燥效果较好，微波干燥花材较佳干燥的工艺为加热时间10s、间歇时间45s，真空冷冻干燥的花材与10%的酒石酸溶液护色后再微波干燥的花材在颜色和外观上接近，后者耗能低、投资少，为干燥鲜花的较佳选择。何叶[24]以月季、洋桔梗和硫华菊为试验材料，运用真空冷冻干燥法、包埋干燥法对其干燥方法进行了研究，通过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，而硫华菊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。宋春芳等[25]研究热风和微波真空干燥的玫瑰花瓣干燥特性曲线和温度变化，发现热风干燥时间长达14 h，对保持玫瑰花瓣的形状和颜色均一效果很差，而微波真空干燥可以很好地保持玫瑰花瓣的形状和颜色，随着微波功率增加，干燥时间大大缩短，微波真空加护色干燥的玫瑰花瓣颜色鲜艳，保存时间长，是理想的玫瑰花瓣干燥方法。

2.2.5 复合干燥技术。由于干燥花要求鲜花在干燥过程不仅达到一定的水分要求，还要在外形、颜色方面保持美观性，为了达到更好地观赏性，将多种干燥法相结合对花材进行干燥，比如将护形护色技术与干燥技术结合起来、将不同的干燥技术结合起来等，以达到更能保证干燥花的品质的目的。兰伟等[26]考察了不同保色方法、预冻方式结合真空冷冻干燥对玫瑰花瓣质量的影响，筛选出将保色处理结合真空冷冻玫瑰花瓣的较优工艺：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，冰箱慢冻4h，液氮速冻5min，最后真空冷冻6h，即可获得花色花形较好的玫瑰花瓣。兰霞[27]等以广州当地红色切花玫瑰为试材，护色处理后结合烘箱（65℃）加热干燥和玻璃干燥箱常温干燥2种干燥方法组合，进行玫瑰干燥花护形、护色的研究。结果表明：在玫瑰干花制作中，干燥方法及护色剂对花材的干燥质量有一定影响。较好的工艺如下：包埋剂选用变色硅胶与脱脂棉、护色剂为5%柠檬酸与甘油（柠檬酸与甘油的比例为1：1）、浸泡时间为5小时、置于干燥箱1天后，干燥花在形态和颜色上与鲜花最接近，最具观赏性。王玉玲[28]等采用烘箱干燥切花月季，研究不同保形剂、不同包埋材料和不同干燥温度、干燥时间对月季干花的保形及干燥效果。认为以20%的蔗糖溶液为保形剂，以变色硅胶、石英砂各一半为干燥包埋材料，置于温度为 60℃的烘箱内干燥 48小时，可获得质量较好的月季干花。王玲玲[29]研究不同介质、不同包埋方法对康乃馨干燥的影响，发现经30%蔗糖浸泡后用河沙包埋再烘烤24h的效果最好，是一种康乃馨干燥花制作的好方法。张晓辛等[30]对菊花在微波-气流组合干燥下的干燥特性与纯气流干燥和微波干燥进行了对比，认为通过采用微波-气流组合干燥工艺技术可使干燥时间缩短到4h内，生产效益大大提高，且干燥后的菊花的品质较优、等级高，市场价格较传统干制的菊花提高了5～10倍。Alka等[31]指出在百日草的干燥中，用沙做干燥介质能保持较好的品质，颜色近原色，花瓣平整不皱缩，但是干燥时间较慢，硅胶做干燥介质，干燥时间较短，且能保持干燥花较好的品质，认为在40℃的沙中干燥30h或在硅胶中干燥24h是制作百日草干燥花的最佳干燥工艺。宋春芳等[32]将微波和真空技术结合起来干燥玫瑰，研究结果表明，真空度越高，物料内水分蒸腾而干燥的速度越快，物料温升越低。随着微波功率增加，干燥时间大大缩短。综合考虑玫瑰干花干燥时间、温度、形态变化和颜色等指标，并与热风干燥相比，选择真空度0.10 MPa，微波功率200W，干燥时间80min为较适宜的干燥条件。Safeena等[33]研究将包埋技术分别结合热风、微波干燥4种荷兰玫瑰，以色泽、外观、纹理作为评价指标，通过对比研究，获得了适合不同玫瑰品种的包埋与热风、微波干燥相结合的最佳条件。

2.2.6 花材干燥的基础研究。近些年，人们的研究侧重于色素在干燥过程中的变化以及如何通过化学法提高花材的颜色、外观等审美感觉，但对于压花材料的干燥过程仍缺乏系统的理论研究，在对压花材料进行干燥时，难以准确地控制压花材料的含水量。因此，以观赏性作为考核指标掌握压花材料含水量的变化规律，研究干燥平衡过程，对过程进行热力学、动力学分析，利用数学模型定量描述压花材料的干燥过程，进行干燥机理研究，这对科学制定干燥时间、调整干燥工艺、提高能效和产能等有着重要的理论及实际意义。

对于干燥过程，不管水分是通过哪种方式散失的，都是由温度差、浓度差和压力差这三种驱动力引起的。早期的干燥动力学模型基本是单一或综合考虑几种移动方式，而忽略掉其他的扩散方式，建立了单一或混合的数学模型，Luikov[34，35]则从不可逆热力学出发全面考虑了这三种因素及其相互间的稱合作用，建立了不可逆热力学模型，指出温度场、湿度场和压力场在干燥过程中互相影响相互制约又相互亲合，共同决定了物料在干燥过程中的升温速率、干燥速率、内部结构变化规律等一系列的干燥特性。将干燥技术和干燥理论用于鲜花的干燥首先要保证鲜花的外形、颜色等美观，其次要考虑干燥的效率，设计适合于干燥花规模生产的干燥设备。实际上，人们在对鲜花的干燥研究中已经意识到对干燥机理研究的重要性，对干燥特性[36，37]、干燥平衡、过程动力学[38]研究有了一定的基础，采用的薄层干燥动力学方程就有多种如Lewis，Page，Henderson-Pabis，Modified-Page，两项指数，Thompson 和Wang and Singh 等。对干燥过程进行优化也有了报道[39，40]，孙淑红等[12]在对牡丹花热风干燥过程的同时，还对力学特性、保色技术及热风干燥特性进行了系统的研究，建立牡丹压花热风干燥神经网络模型。张亚晶[13]在进行康乃馨热风干燥的同时，也研究了康乃馨干燥过程中的薄层干燥特性，并建立了康乃馨薄层干燥的数学模型。Banakar[41]采用数学和人工神经网络对热风干燥玫瑰花瓣进行建模，研究了空气温度和速度的影响，结果证实神经网络建模是最好的，而循环网络在预测水分比方面具有最佳性能。

3 结束语

2013年由国家林业局审定、中国花卉协会编制的《全国花卉产业发展规划（2011- 2020年）》明确提出，加快花卉的深加工是我国今后重点发展的方向之一，因此，要实现干燥花的规模生产，必须获得不同鲜花品种最适合的干燥技术和最优工艺条件。尽管干燥花的研制领域已有较多的技术成果和专利技术，如真空冷冻干燥技术、干燥花护型技术、“永生花”生产技术等，但我国干燥花的研究开发之路任重道远，特别是对于基础理论的研究仍比较缺乏，其次，能够用于规模化生产、经济有效的干燥技术和设备比较缺乏，干燥花的保形保色技术仍有待于进一步提高。由于花材在干燥过程中水分的移动方式比较复杂，确定引起这些运动的内部驱动力，建立传热传质模型，通过模型对花材在干燥过程的含水率进行预测，从而对干燥设备的设计和改进提供基础数据。同时，优化干燥工艺条件，节约干燥时间和降低能耗。研究新的干燥技术，比如变温干燥技术，根据花材中水分的变化规律，不同时间下选择不同干燥温度，最大程度地缩短干燥时间，提高产能。此外加强将各种护形、护色技术与干燥技术相结合，保证干燥花的美观性，从而扩大干燥花的应用加工性能，让干燥花走进千家万户，走向国际。（收稿：2015-05-18）

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