四環(huán)凍干—山藥的凍干

山藥別名懷山藥、山芋，四川稱(chēng)百苕，湖南叫野百薯，杭州學(xué)名為白藥子。山藥是著(zhù)名的薯蕷科藥用植物。山藥每百克鮮品中含水分82.6g，碳水化合物14.4g、蛋白質(zhì)1.5g，維生素C4mg、胡蘿下素0.02mg，以及鈣、鐵、膽堿、黏液汁、酶、薯芋皂苷等。山藥的黏液富含糖、蛋白質(zhì)，內有消化酵素，可增強人體的消化能力，但易受高溫破壞而喪失其作用。

山藥貯存過(guò)程中要防止發(fā)霉變質(zhì)，傳統貯存方法主要是用硫黃粉熏后，曬干或炭火烘干。

傳統的加工工藝會(huì )造成山藥營(yíng)養成分損失大，而且經(jīng)硫黃熏蒸后，含硫化學(xué)物質(zhì)殘留在產(chǎn)品中，會(huì )引起食品安全問(wèn)題。凍干山藥的目的是得到營(yíng)養豐富，藥效不變，能長(cháng)期貯存運輸的山藥。這種山藥除藥用以外，可用作為保健食品和功能食品的添加劑，制成各種糕點(diǎn)、休閑食品供老人、兒童食用。

近年來(lái)，隨著(zhù)藥用、保健食品和功能食品用量的增加，對山藥原粉的需求量日漸增長(cháng)，尤其是山藥粉出口創(chuàng )匯，更引起有識之士的注意。為保持山藥的藥效和營(yíng)養成分，便于長(cháng)期貯存和運輸。

凍干山藥的目的是得到營(yíng)養豐富新鮮的山藥粉。凍干山藥粉的工藝包括：前處理、預凍、升華干燥、解析干燥和后處理。前處理工序是選取新鮮優(yōu)質(zhì)山藥，經(jīng)清洗和去皮后切片。切好的山藥片直接擺放在凍干箱的擱板上。冷凍、升華干燥和解析干燥全在凍干箱內進(jìn)行。

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預凍可分速凍和慢凍兩種。為使預凍過(guò)程中形成較大冰晶，以便給升華干燥創(chuàng )造良好的傳質(zhì)條件，實(shí)驗中采用慢凍。將厚8mm左右的山藥片鋪放在凍干箱的擱板上，將一電阻溫度計插入山藥片中心，另一電阻溫度計放在擱板表面上，關(guān)上凍干箱門(mén)，啟動(dòng)制冷系統，將山藥片冷凍到共熔點(diǎn)溫度以下（測得山藥共熔點(diǎn)溫度為-18～-20℃），保持一定時(shí)間，預凍即結束。預凍時(shí)間為2.5h，效果較好。

升華干燥時(shí)，將制冷系統切換到水氣凝結器上，待水氣凝結器溫度降至-20℃左右，即可開(kāi)真空泵，對凍干箱抽真空。凍干箱真空度達到20Pa左右即可開(kāi)始加熱，這時(shí)一定要注意控制加熱速率，應保持山藥片內的溫度在共熔點(diǎn)以下，以防止加熱過(guò)快造成制品熔化。實(shí)驗證明，真空度控制在50Pa左右時(shí)，傳熱、傳質(zhì)效果較好，升華速率較快。升華干燥時(shí)間為8h。

為保證產(chǎn)品質(zhì)量，在解析干燥階段擱板溫度不要超過(guò)50℃，山藥片溫度不要超過(guò)40℃。解析干燥時(shí)間為2.5h。曾試驗提高擱板溫度到80℃，以便提高干燥速率，縮短干燥時(shí)間，試驗結果發(fā)現有少量硬結小塊，顏色變黃，似有燒焦現象，造成質(zhì)量下降。實(shí)驗得出較好的凍干曲線(xiàn)如圖6-4所示，總計凍干過(guò)程耗費時(shí)間13h。

山藥凍干的傳熱、傳質(zhì)模型采用傳統的冰界面均勻退卻模型（簡(jiǎn)稱(chēng)URIF模型），如圖6-5所示。圖中Q為傳熱；m為傳質(zhì)；1為干層；2為移動(dòng)冰界面；3為凍結層，4為擱板。由于山藥片是通過(guò)墊一些小薄木片放在擱板上的，與URIF模型中假定下擱板（x=b）處是絕熱的相近似，忽略了下擱板通過(guò)冰界面的冰層的導熱。這種模型可采用直角坐標系來(lái)分析計算。

式中，b為山藥厚度，實(shí)驗中b=0.008m；ρ為冷凍層冰的密度，ρ=800kg/m3；γ為冰升華潛熱，γ=2.8×10⁶J/kg；ε為凍干物料孔隙率，定義為凍干物料孔隙體積與總體積之比，ε=0.7；λ為已干層熱導率，λ=0.03W/（m·℃）［即0.03J/（s·m·℃）］;T_w為干層外表面溫度，T_w=40℃；T_s為升華界面溫度，T_s=-18℃；α為已干層導溫系數，m2/s。

式中，c為已干層比熱容，c=1800J/kg；ρ為已干層密度，ρ=350kg/m3。經(jīng)計算得α=4.7×10^-8m2/s，t=8.09h。計算結果與實(shí)驗值基本相符。

從式(6-4)、式(6-5)計算可知，山藥的鋪放厚度對升華干燥時(shí)間的影響很大。在其他參數相同的情況下，厚度從8mm增加到10mm時(shí)，所需升華干燥時(shí)間從8.09h增加到12.65h。厚度僅增加2mm，升華干燥時(shí)間卻增加了4.5h。厚度從8mm減少到5mm時(shí)，所需升華干燥時(shí)間從8.09h減少到3.17h。厚度減少3mm，時(shí)間卻減少了近5h。此計算值與實(shí)驗結果基本相符。隨著(zhù)厚度的增加，預凍時(shí)間和解析干燥時(shí)間也有所增加，但不如升華干燥時(shí)間增加得多。其主要原因是厚度對傳熱的阻力比傳質(zhì)的阻力小。

為減少傳質(zhì)阻力，可將山藥片放置在帶網(wǎng)的托盤(pán)里，從山藥片的兩側同時(shí)抽除水蒸氣，相當于山藥片的厚度減小1/2，升華干燥時(shí)間縮短1/2，既提高了生產(chǎn)效率，又實(shí)現了節能。

鮮山藥經(jīng)凍干后，不必人工粉碎，自動(dòng)成粉。凍干后的山藥極易吸潮，特別是山藥粉，吸潮后能捏成團，壓成塊，容易變質(zhì)。因此，凍干山藥粉的貯運價(jià)值與凍干后處理密切相關(guān)。通常凍干產(chǎn)品出箱后，應該采用真空包裝或真空充干燥氮氣包裝。在實(shí)驗過(guò)程中沒(méi)有及時(shí)真空包裝的凍干山藥在一夜之間就回潮了。采用磨口玻璃瓶，瓶中放入袋裝干燥劑后存放，效果很好。