玫瑰花瓣压花材料真空干燥特性及动力学模型

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)华南农业大学园艺学院 作者:谭颖

  采用真空干燥获得玫瑰花瓣压花材料,研究真空度、温度等条件对玫瑰花瓣干燥特性、压花艺术美观性的影响,采用差热-热重(TG-DTG) 分析、扫描电镜对玫瑰花瓣热变化过程、表面微观形态进行表征,建立干燥过程动力学模型并计算动力学参数。结果表明,温度越高,真空度越大,玫瑰花瓣的干燥越快,但温度过高,玫瑰花瓣的艺术美观性下降,在真空度0.1MPa、45℃、30 min 下干燥,可以获得具有较好艺术美感的玫瑰花瓣压花材料。真空干燥下,玫瑰花瓣正面原阵列状的乳突结构和反面的沟回结构逐渐收缩,导致正面乳突腔体塌陷,反面形成浮雕状突起。干燥过程的有效扩散系数为8.119 × 10-9 m2/s,活化能为10.045 kJ /mol,动力学模型可用薄层干燥Wang and Singh 模型来描述。

  压花是利用物理或化学的方法,将植物材料脱水、保色、压制和干燥处理后加工制成平面花材艺术品的过程,在此过程中,要求压花材料的含水量不能超过安全限度,否则极易引起压花材料品质退化,同时还要保证花材的平整性、色泽度等外观指标,因此干燥是一个极为重要的环节,尽管压花技术已有悠久的应用历史,但大多数压花材料的干燥仍沿用传统方法,近十年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、外观等审美感觉等方面,随着干燥技术的发展,微波、真空冷冻干燥等技术虽然得到应用,但对于压花材料的干燥过程仍缺乏系统的科学理论研究,在对压花材料进行干燥时,难以准确地控制压花材料干燥后的含水量。

  因此,研究压花材料的干燥特性并对过程进行动力学研究获得数学模型,利用这些模型来定量地描述其干燥过程,掌握材料含水量随时间的变化规律,这对于压花材料批量加工过程如何根据含水量要求来合理地选择干燥工艺条件、提高干燥效率以及研发相应干燥设备等有着极为重要的理论及应用价值。

  薄层干燥研究是研究干燥特性的理论基础,在部分的农副产品的加工领域已经得到应用,但用于压花材料的干燥研究却不多见。本实验以玫瑰花瓣的真空干燥为研究对象,对其干燥过程、外观和微观形貌变化、热解特性进行研究,确定其薄层干燥过程的数学模型,并计算干燥过程的动力学参数。以此数学模型可预测压花材料真空干燥过程中水分的变化规律,为进一步研究压花材料的真空干燥过程提供实验依据。

1、实验部分

  1.1、材料与仪器

  市售新鲜红色玫瑰花瓣( 平均含水率为78.3%) ,DZ-3B 真空干燥箱( 天津泰斯特) ,干燥板( 孔径4 mm,孔间距8 mm) ,STA449F3 Jupiter (NETZSCH-Gertebau GmbH 德国) ,S-3400N 型扫描电子显微镜(SEM) ( 日本日立公司) 。

  1.2、花瓣的含水率测量

  新鲜玫瑰花经去除雌蕊、花托、多余花瓣,用滤纸擦去花瓣表面水分和散落的花粉,测定花瓣的含水率,然后将花瓣上下两侧依次放上吸水宣纸和薄海绵,使用干燥板将其夹住、压紧,放入干燥箱中,在一定条件下每隔一定时间称量样品,计算花瓣含水率,水分含量按照GB-5009. 3(2003) 方法测定。

  1.3、艺术美观性

  分别从平整度、完整度、褐变程度、色变程度、光泽度等5 个不同方面对干燥后玫瑰花瓣的外观、色泽等进行评分,每项满分10 分。

  1.4、动力学方法

  干燥过程中,可用水分比(MR) 来表示被干燥物料在不同时刻的含水量。定义水分比为某时刻下物料干基含水量与平衡时干基含水量之差和初始物料干基含水量与平衡时干基含水量之差的比值,其表达式为

玫瑰花瓣压花材料真空干燥特性及动力学模型

  式中,Mt是物料干燥t(min) 时刻下的干基含水量(g/g 绝干物料) ,M0和Me分别是初始和干燥达到平衡时物料的干基含水量(g/g 绝干物料) 。由于物料的平衡干基含水量Me难以确定,一般可用物料干燥时的最终干基含水量Mf(g/g 绝干物料) 代替,即

玫瑰花瓣压花材料真空干燥特性及动力学模型

  以MR对干燥时间t 作图即为以水分比表示的干燥曲线。

2、结论

  (1) 温度、真空度对玫瑰花瓣干燥速度的影响较大,温度越高,真空度越大,干燥越快。玫瑰花瓣压花材料的艺术美观性随着温度的升高,逐渐增强,当温度超过45℃后又有减弱的趋势,适合用于压花材料的真空干燥条件是:0.1 MPa、45℃、30 min。

  (2) 玫瑰花瓣的热解过程包括25 ~150℃水分析出阶段、350 ~400℃挥发分析出阶段、450 ~750℃燃烧阶段,因此为了保证玫瑰花瓣的有效成分,干燥温度不宜超过300℃,而为了保证花瓣的美观程度,烘干温度应低于100℃。

  (3) 随着干燥的进行,玫瑰花瓣正面原阵列状的乳突结构逐渐收缩,导致乳突顶端的褶皱变大且间距逐步增大,最后因失水产生中空造成乳状腔体塌陷。花瓣反面的沟回结构发生收缩,高凸部分逐渐萎缩,最后形成浮雕状突起。

  (4) 玫瑰花瓣真空干燥动力学模型可用薄层干燥Wang and Singh 模型来描述,其表达式为MR =0.0004 t2 - 0.0391 t + 0.9961。干燥过程的有效扩散系数为8.119 × 10 -9 m2 /s,活化能为10.045kJ /mol。

  玫瑰花瓣压花材料真空干燥特性及动力学模型为真空技术网首发,转载请以链接形式标明本文首发网址。

  http://www.chvacuum.com/application/vacuumdrying/106744.html

  与 真空冷冻干燥 玫瑰花瓣,干燥动力学模型,真空干燥 相关的文章请阅读:

  真空冷冻干燥http://www.chvacuum.com/application/vacuumdrying/