四環凍干—山藥的凍干

山藥別名懷山藥、山芋，四川稱百苕，湖南叫野百薯，杭州學名為白藥子。山藥是著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，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。

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

傳統的加工工藝會造成山藥營養成分損失大，而且經硫黃熏蒸后，含硫化學物質殘留在產品中，會引起食品安全問題。凍干山藥的目的是得到營養豐富，藥效不變，能長期貯存運輸的山藥。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、休閑食品供老人、兒童食用。

近年來，隨著藥用、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，尤其是山藥粉出口創匯，更引起有識之士的注意。為保持山藥的藥效和營養成分，便于長期貯存和運輸。

凍干山藥的目的是得到營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質山藥，經清洗和去皮后切片。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行。

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預凍可分速凍和慢凍兩種。為使預凍過程中形成較大冰晶，以便給升華干燥創造良好的傳質條件，實驗中采用慢凍。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，關上凍干箱門，啟動制冷系統，將山藥片冷凍到共熔點溫度以下（測得山藥共熔點溫度為-18～-20℃），保持一定時間，預凍即結束。預凍時間為2.5h，效果較好。

升華干燥時，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，即可開真空泵，對凍干箱抽真空。凍干箱真空度達到20Pa左右即可開始加熱，這時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以下，以防止加熱過快造成制品熔化。實驗證明，真空度控制在50Pa左右時，傳熱、傳質效果較好，升華速率較快。升華干燥時間為8h。

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

山藥凍干的傳熱、傳質模型采用傳統的冰界面均勻退卻模型（簡稱URIF模型），如圖6-5所示。圖中Q為傳熱；m為傳質；1為干層；2為移動冰界面；3為凍結層，4為擱板。由于山藥片是通過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，忽略了下擱板通過冰界面的冰層的導熱。這種模型可采用直角坐標系來分析計算。

式中，b為山藥厚度，實驗中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。經計算得α=4.7×10^-8m2/s，t=8.09h。計算結果與實驗值基本相符。

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，所需升華干燥時間從8.09h增加到12.65h。厚度僅增加2mm，升華干燥時間卻增加了4.5h。厚度從8mm減少到5mm時，所需升華干燥時間從8.09h減少到3.17h。厚度減少3mm，時間卻減少了近5h。此計算值與實驗結果基本相符。隨著厚度的增加，預凍時間和解析干燥時間也有所增加，但不如升華干燥時間增加得多。其主要原因是厚度對傳熱的阻力比傳質的阻力小。

為減少傳質阻力，可將山藥片放置在帶網的托盤里，從山藥片的兩側同時抽除水蒸氣，相當于山藥片的厚度減小1/2，升華干燥時間縮短1/2，既提高了生產效率，又實現了節能。

鮮山藥經凍干后，不必人工粉碎，自動成粉。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。因此，凍干山藥粉的貯運價值與凍干后處理密切相關。通常凍干產品出箱后，應該采用真空包裝或真空充干燥氮氣包裝。在實驗過程中沒有及時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。