山藥干燥技術研究進展

摘 要：山藥是我國傳統的藥食兩用植物，采收具有季節性，且含水量高，不易貯藏。干制是山藥加工的重要方式之一，能夠有效降低水分活度，減少營養成分損失，從而延長產品貨架期，并提高附加值。本文總結了近年來山藥干燥加工領域的研究進展，分析了山藥常見的預處理技術（滲透脫水、燙漂、冷凍、微波等）和干制技術（熱風干燥、熱泵干燥、微波干燥、真空冷凍干燥等），以及這些技術對山藥理化特性、營養成分等的影響，并對干燥技術的發展趨勢進行展望，以期為山藥干燥加工領域的理論研究和產業化發展提供科學依據和技術支持。

關鍵詞：山藥;干燥技術;預處理;加工

中圖分類號：TS255.36 文獻標志碼：A 文章編號：1008-1038（2025）03-0028-07

DOI：10.19590/j.cnki.1008-1038.2025.03.006

Research Progress of Yam Drying Technology

TANG Baichuan1， HUAI Yuxiao1， FENG Yu1， HAN Yu1， LU Xiaoming1，2*

（1. College of Food Science and Engineering， Shandong Agricultural University， Tai’an 271018， China;

2. Key Laboratory of Food Nutrition and Healthy in Shandong Province， Tai’an 271018， China）

Abstract： Yam is a traditional medicine and edible resource in China， with a seasonal harvesting period. Fresh yam has a high moisture content， which is difficult to store. Drying is one of the important methods of yam processing， as it effectively reduces water activity， minimizes nutrient loss， extends product shelf life and enhances its added value. This article summarized the recent research progress in the field of yam drying and processing， with a focus on analyzing common pretreatment techniques （such as osmotic dehydration， blanching， freezing， and microwave treatment） and drying methods （including hot air drying， heat pump drying， microwave drying， and vacuum freeze-drying）. It also examined the effects of these techniques on the physicochemical properties and nutritional components of yams. Furthermore， the article provided an outlook on future development trends， aiming to offer scientific basis and technical support for theoretical research and industrial development in the field of yam drying and processing.

Keywords： Yam; drying technology; pretreatment; processing

山藥（Dioscorea opposite Thunb.）是薯蕷科薯蕷屬草本植物的根莖，是我國衛生健康委公布的藥食同源物質之一。山藥富含蛋白質、多糖、黃酮、酚苷類、甾醇等營養和功能成分，具有降血糖、抗氧化、抗腫瘤、抗炎癥、增強免疫力、治療腹瀉等生理功能[1-2]。

我國山藥栽培范圍廣泛，主要分布在河南、河北、東北三省等地，2023年我國山藥總產量為1 098.7萬t。山藥的高含水量會促進生化反應，提高微生物活性，導致山藥腐爛。此外，山藥皮薄且收獲季節集中，在運輸和貯藏過程中容易受到損傷[3]，不耐貯藏，造成一定損失。因此，山藥深加工是提高其商業價值及營養價值的有效途徑。

山藥干燥不僅能延長其保質期，便于貯存和運輸，還能保留營養成分，提高經濟價值，對推動山藥產業發展和保障食品安全具有重要意義。不同的預處理方法和干燥技術都會使干燥物料的成分及品質發生變化。預處理在山藥干燥領域應用廣泛，常用的預處理方法有滲透脫水、漂燙、冷凍、微波處理等[4]，多用于抑制干燥過程中物料發生褐變、減少營養成分流失及縮短干燥時間等。山藥常見的干燥技術有熱風干燥、熱泵干燥、微波干燥等，聯合干燥技術也逐步應用于山藥干燥領域。預處理聯合干燥技術能夠縮短干燥時間，提高干燥效率，降低能耗，同時更好地保留山藥的色澤、口感和營養成分，改善產品質量，具有較高的經濟效益和良好的應用前景。本文總結了近幾年山藥預處理及干燥技術方面的研究和進展，以期為山藥干燥技術開發提供理論依據。

1 山藥干燥的預處理方法

預處理技術是一種在干燥前采用物理、化學或生物方法對物料進行處理的手段，旨在通過改變物料的微觀結構和理化特性，達到提升干燥效率、保留營養成分、延長保質期以及改善產品外觀等目的[5]。該技術能夠有效解決傳統干燥過程中存在的耗時長、品質不佳等問題，為干燥工藝的優化提供重要支持。預處理和干燥技術相結合可以顯著提高果蔬干燥效率，保持產品色澤，減少營養成分損失，改善產品品質[6-7]。

1.1 滲透脫水預處理

滲透脫水（osmotic dehydration，OD）預處理是將果蔬放入高滲透壓的溶液中，使水分從低濃度向高濃度進行溶質轉移的操作[8]。常用的滲透溶液多為可以有效提高產品抗氧化水平的糖溶液和鹽溶液。OD預處理是果蔬干燥前使用最廣泛的預處理方法之一，成本低、操作簡單、節能，同時具有抑制產品褐變，保留果蔬的組織結構、風味顏色及營養物質等特點[9-10];能有效減少水分含量、延長保質期，但也會產生營養流失、質地改變、風味干擾、處理時間長、成本高以及環境影響等問題。

傳統的OD預處理方式為浸硫，關注點主要集中在硫殘留超標及危害等方面。在硫殘留量符合國家標準的同時，選擇合適的濃度對山藥進行預處理，是一種較好的預處理方法，具有操作簡單、來源廣泛及護色效果好等優點。Srikanth等[11]發現，隨著熱風干燥溫度（40、50、60、70 ℃）的升高，偏亞硫酸OD預處理有利于提高山藥粉的堆積密度、發泡能力、乳化能力和乳化穩定性。Li等[12]研究以5%鹽溶液為滲透溶液的超聲輔助OD預處理對山藥脈沖流化床微波冷凍干燥的影響，結果發現，Page模型成功擬合干燥曲線，OD預處理后干燥產品具有良好的色澤和質地，澀味和酸味降低，抗氧化能力提高。

1.2 燙漂預處理

燙漂（blanching，BC）是果蔬前處理手段之一[13]，通常以熱水或蒸汽為介質，在短時間內鈍化果蔬的過氧化物酶和多酚氧化酶等的活性，并殺滅果蔬表面的有害微生物。BC預處理可以減少果蔬因酶促褐變導致的顏色劣變、氣味變化及營養成分損失等問題，同時可以消除細胞內部的空氣，提高傳質和傳熱效率，但處理溫度較高會破壞物料組織結構，導致營養損失，此外，BC處理會浪費水資源[14-15]。

Rodriguez等[16]通過研究BC對熱風干燥山藥粉品質屬性的影響，發現BC對山藥粉的熱性能和糊化性能有顯著影響，山藥粉膠體穩定性顯著提高。Wang等[17]發現微波冷凍干燥過程中BC預處理可以提高山藥的孔隙率和復水率，但與OD預處理相比，BC預處理后得到的干燥產品氣孔形狀不規則。不同預處理方法得到的網孔結構會導致產品不同的質構和復水率，因此預處理方法應根據實際需要進行選擇。

1.3 超聲預處理

超聲（ultrasound，US）是指利用超聲波在液體介質中引發空化作用和海綿效應等一系列效應，改變果蔬的細胞組織變化，進而提高果蔬干燥效率和品質[18-19]。研究顯示，經US預處理后原料的干燥時間明顯縮短，能耗顯著降低，產品的性狀也明顯改變[20]。

Wang等[17]探討微波冷凍干燥過程中US預處理對山藥孔隙的影響時發現，與OD、BC相比，US預處理可獲得最高的孔隙率，且樣品的網孔結構呈均勻的海綿狀。隨著超聲波技術在食品干燥中的應用受到廣泛關注，發現US輔助其他預處理技術對物料進行干燥，可以提高干燥效率，改善產品品質[21]。劉秋華等[22]將US輔助OD預處理技術用于鐵棍山藥熱泵干燥前處理，發現Weibull distribution模型能較好地模擬US聯合OD預處理山藥的熱泵干燥過程，熱風干燥后的產品的丁香酸和槲皮素含量較高，分別為35.7、28.3 μg/g DW，DPPH自由基及·OH自由基清除能力均較強，分別為58.5%和65.5%。

1.4 微波預處理

微波（microwave，MW）穿透力強，可直接加熱到物料內部，使物料內外同時升溫，在達到快速滅酶的同時減少營養物質的損失。MW預處理不僅可以縮短干燥時間，提高干燥效率，而且適用于工業的自動化和連續化生產，制備出更高質量的干燥產品。

徐俐等[23]通過對比MW和BC預處理對山藥干燥品質的影響，發現MW預處理后干燥產品的蛋白質、還原糖、總糖和淀粉保存率達91.2%～94.6%，而BC預處理僅有50%～73%。Abano等[24]通過研究微波預處理對山藥熱風干燥動力學和品質的影響，發現微波處理山藥進行熱風干燥的有效水分擴散系數從1.05×10-8 m2/s增加到2.00×10-8 m2/s，表明微波輔助干燥可以提高山藥的傳熱傳質過程，從而提高山藥干燥產品的質量。

1.5 其他預處理

除了上述提到的預處理技術外，預凍預處理、凍融預處理、高壓脈沖電場預處理等方法在果蔬干燥中也有廣泛應用。預凍是真空冷凍干燥過程的重要步驟，果蔬的凍結過程或冰晶形態對真空冷凍干燥果蔬品質有顯著影響。凍融預處理是通過增加細胞壁通透性和塌陷細胞壁結構來提高干燥速率的操作，是近幾年興起的一種新型的預處理方式，逐漸被應用于果蔬干制領域。高壓脈沖電場預處理有利于減小凍干產品形狀的改變程度，降低皺縮率。因此，不同預處理方式會使原料組成和結構發生不同的變化。

2 山藥干燥技術

2.1 熱風干燥技術

熱風干燥技術是根據介質傳熱原理，風機將熱空氣送入烘箱或干燥室內，將熱量傳遞給物料，使物料表面水分受熱氣化，達到干燥的目的。楊兆艷等[25]采用正交試驗，研究山藥粉熱風干燥的工藝條件，發現厚度4 mm的山藥片，護色處理后在60 ℃干燥箱中干燥8 h，得到的山藥粉中水分為6.76%，多糖含量為0.113 g/g，淀粉含量為0.187 g/g，VC含量為1.67 mg/g，且香氣濃郁，流動性好，顏色為正常白色。徐馨等[26]采用低場核磁共振和差式量熱掃描技術，測定山藥在熱風干燥過程中的水分狀態及遷移規律，發現在干燥過程中，山藥的熱風干燥溫度不宜超過100 ℃。

熱風干燥技術操作簡單、生產方便，是一種經濟、實用、節能的干燥技術，但是干燥效率較低，同時由于過度加熱及熱空氣的氧化作用會導致產品質量降低。通過優化工藝參數或改進其設備結構可以提高熱效率，也可聯合其他干燥技術，優勢互補，提高干燥效率。

2.2 熱泵干燥技術

熱泵干燥的原理是利用制冷劑吸熱和放熱，將濕熱空氣變成低溫干空氣，從而完成干燥[27]。盧素珊等[28]采用熱泵干燥技術對陽春長山藥進行干燥試驗，確定最佳工藝參數為山藥切片厚度6 mm、干燥溫度60 ℃、干燥時間3～4 h，可獲得較好的山藥產品。李書華等[29]通過正交試驗得到懷山藥片熱泵干燥較優工藝參數為風溫40 ℃、風速3.0 m/s、切片厚度5 mm，在該工藝條件下產品復水率為86%，多糖得率為12.1%，感官評分為85分。李麗等[30]發現干燥溫度比切片厚度對山藥熱泵干燥的速率影響更大，Page模型可用于描述山藥熱泵干燥過程變化。

對于一些熱敏性產品干燥時，熱泵干燥技術具有能耗低、產品質量高、干燥條件溫和、干燥參數易控制及環境友好等優點[31]，可在較低溫度下對物料進行干燥，并使物料的最終含水率降到極低水平。但是熱泵干燥具有不適合連續作業、干燥時間長及干燥中后期速度慢等缺點。

2.3 微波干燥技術

微波加熱屬于一種內部生熱的加熱方式，依靠微波段電磁波將能量傳播到被加熱物體內部，降低物料中的水分，使物料整體同時升溫，達到對濕物料干燥的目的。Xiao[32]發現微波干燥山藥片的彈性和咀嚼性均高于熱泵干燥山藥片，硬度和黏結性并無顯著差異，但在70 ℃下微波干燥山藥片的亮度和白度低于新鮮樣品和熱泵干燥的山藥片。徐晚秀等[33]采用微波干燥技術對山藥進行干燥，發現溫度60 ℃且物料厚5 mm時干燥效果更好。任廣躍等[34]對鮮切懷山藥片的微波干燥工藝參數進行優化，得到最佳工藝參數為微波功率600 W、單位質量微波功率8 W/g、切片厚度5 mm，此條件下多糖得率達到15.292%。

微波干燥通過促進熱量和水分的同向傳遞，顯著提高了干燥速率，縮短了干燥時間[35]。該方法能夠較好地保持物料的原始形態、色澤和營養成分，同時降低產品含水率，有利于長期貯藏和遠距離運輸[36]。然而，微波干燥對物料初始水分含量較為敏感，且在大規模工業化應用中存在一定局限性。此外，由于微波的高頻振動特性，可能導致物料局部過熱，出現焦糊或產生異味，因此需要精確控制干燥工藝參數，以確保產品質量。

2.4 紅外干燥技術

遠紅外加熱原理是當被加熱物體中的固有振動頻率和射入該物體的遠紅外線頻率一致時，就會產生強烈的共振，使物體中的分子運動加劇，溫度迅速升高。張樂道等[37]發現遠紅外干燥制得的懷山藥片溶出性強于熱風干燥。周四晴等[38]運用低場核磁共振波譜分析和成像分析技術發現，山藥片在紅外干燥過程中干燥速率呈現短暫快速上升后逐漸下降的趨勢，Page模型能很好擬合其干燥過程。孟建升等[39]發現中短波紅外干燥能夠穿透山藥片，直接與水分耦合，溫度升高迅速，有利于水分向外遷移，但所得山藥片色澤較差。

紅外干燥的傳熱效率高于對流傳熱和傳導傳熱，顯著優勢在于遠紅外輻射具有較強的穿透能力，能夠同時對物料的內部和外部進行加熱，而不僅限于表層。研究表明，紅外干燥可將干燥時間縮短至蒸汽或熱風干燥的10%～20%，是一種高效、加熱均勻、節能且操作簡便的干燥方式。然而，由于紅外干燥設備昂貴、能耗較大、運行成本高[40]，在一定程度上限制了其廣泛應用。

2.5 噴霧干燥技術

噴霧干燥技術的基本原理是霧化產生10～100 μm的霧滴，霧滴具有巨大表面積，與熱空氣接觸，瞬間（0.01～0.04 s）發生熱質交換，使絕大部分水分迅速蒸發氣化并被干燥介質帶走。劉艷等[41]以山藥為原料，通過正交試驗優化山藥固體飲料噴霧干燥工藝，確定最佳工藝條件為助干劑含量8%、進風溫度180 ℃、物料固液比1∶4（g/mL）、霧化器轉速20 000 r/min，此條件下出粉率為20.15%，固體飲料的堆積密度為0.574 6 g/mL，水分含量為4.89%。

噴霧干燥具有干燥效率高、可連續運行、滿足大規模工業生產的需求等顯著優點，同樣也存在能耗高、設備較大、結構較復雜、易粘壁、投資大等缺點[42]。

2.6 真空冷凍干燥技術

真空冷凍干燥是濕物料凍結后在真空條件下完成升華脫水的操作過程。馬麗娜等[43]發現5～6 mm的鮮切山藥片共晶點為-20 ℃，共熔點為-18 ℃，復水率可達83.27%，口感較好，顏色潔白。趙叢枝等[44]通過響應面分析法得到山藥粉真空冷凍干燥的最優工藝：物料厚度5.0～5.5 mm、加熱板溫度50 ℃、干燥室壓力40 Pa，在該工藝下凍干能耗為（19.27±0.05） kW·h。

真空冷凍干燥技術能有效維持產品的原始形態，減少體積收縮，同時在干燥過程中隔絕樣品與氧氣的接觸，顯著降低褐變風險。然而，該技術存在干燥周期長、能耗高、效率低等問題。與其他干燥技術相比，真空冷凍干燥技術在保持食品品質方面具有顯著優勢。因此，研究真空冷凍干燥技術、優化干燥過程中的參數等對提高真空冷凍干燥效率具有重大意義。

2.7 聯合干燥技術

聯合干燥技術是將多種干燥方法組合且分階段使用完成物料干燥的技術[45]。聯合干燥技術將單一干燥技術的優勢相結合，可以有效提高干燥速率和產品質量，節約能源。聯合干燥技術將豐富食品加工領域干燥方式，提高產品品質，逐漸成為食品工業領域的研究熱點[46]。

孟照峰等[47]利用熱泵干燥和高壓電場干燥技術聯合干燥山藥，發現熱泵-高壓電場聯合干燥山藥片是降速干燥過程，聯合干燥相對于單熱泵干燥降低干燥溫度5 ℃左右，電壓大于90 kV，可有效提升山藥片總酚含量，Page模型更符合干燥實驗數據的規律，擬合效果最優。Wang等[48]采用響應面法優化微波耦合熱風干燥山藥的工藝，優化后的工藝參數為熱風速度2.5 m/s，熱風溫度61.7 ℃，切片厚度8.5 mm，單位質量微波功率5.9 W/g，復水比和總糖含量預測值分別為1.90 g/g和5.74 g/100 g。葉曉夢等[49]通過探究冷凍干燥-微波真空聯合干燥工藝，確定冷凍干燥4.5 h后再進行微波真空干燥，鐵棍山藥外觀保持良好，無塌陷及皺縮現象。

3 展望

3.1 預處理方式將更加優化

山藥干燥預處理技術是山藥干燥的重要環節，直接影響山藥的干燥效率、產品質量和營養價值。減少營養物質損失是優化預處理工藝和開發新技術的關鍵，需深入研究水溶性維生素、礦物質和多酚類等營養物質的流失機制，開發低能耗、低污染、保留營養成分的預處理技術。產品質量的提升涉及色澤、質地和復水性的優化，通過研究漂燙和護色技術可有效防止褐變，并改善干燥后的口感。綠色環保是未來發展的核心方向，針對預處理過程中產生的廢水、廢料及化學殘留，需開發環保型預處理技術，并探索廢水廢料的資源化利用途徑。山藥干燥預處理技術的研究應注重技術創新與工藝優化，實現高效、節能、環保的預處理過程，同時最大限度地保留山藥的營養價值和感官品質，為山藥加工業的可持續發展提供技術支撐。

3.2 新型干燥技術將不斷被應用

山藥作為經濟效益較高的作物，近年來種植面積和產量持續增長，為提升其附加值、消化過剩產能，山藥加工產品尤其是山藥干制品的市場前景廣闊。山藥干燥技術的研究重點主要集中在提高干燥效率、保留營養成分、改善產品質量以及實現綠色環保等方面。通過優化干燥參數（如溫度、濕度、風速）以及結合新型干燥技術（如熱泵干燥、真空冷凍干燥、微波干燥）來縮短干燥時間、降低能耗是干燥效率提升的核心目標之一。然而，山藥中的多糖、皂苷、維生素等功能成分在干燥過程中易受熱降解或氧化損失，因此需要深入研究不同干燥條件對這些成分的影響，并開發低溫干燥或保護性干燥技術。此外，產品質量的改善也是研究重點，包括干燥后山藥的色澤、質地、復水性和風味等感官特性及減少褐變、硬化等問題。減少干燥過程中的能源消耗和環境污染，開發節能設備以及廢熱回收技術，同時探索太陽能干燥等可再生能源的應用是未來干燥技術發展的重要方向。通過引入智能控制系統和傳感器技術，實現干燥過程的精準控制和實時監測，可顯著提高生產效率和產品一致性。此外，針對不同品種山藥的特性，研究適應性更強的干燥技術，以滿足多樣化需求。

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收稿日期：2024-09-24

基金項目：山東省重點研發計劃-鄉村振興科技創新提振行動計劃項目（2023TZXD034）

第一作者簡介：唐百川（2004—），女，在讀本科，專業為食品質量與安全

*通信作者簡介：盧曉明（1986—），女，副教授，博士，主要從事園產品加工研究工作