热风干燥对山药片品质特性的影响

骆 航，孙兴力，刘金凤

（永州职业技术学院，湖南 永州 425100）

山药为薯蓣科薯蓣属多种植物根茎的统称，营养价值极高，为世界性的粮食作物之一。我国是山药的原产地之一，有数千年的人工栽培历史，应用范围广泛，不仅可作为主副食来食用，还可以作为中药材使用。中医学认为，山药具有补脾养胃、生津益肺、补肾涩精的功效[1]，可用于治疗脾虚久泻、慢性肠炎、慢性胃炎、肺虚咳喘、糖尿病、遗精和遗尿滞下等症[2]。现代药理研究也表明，山药具有调节免疫、抗氧化、抗衰老、降血糖、抗肿瘤等作用。可见山药具有较高的食用和药用价值，经济开发潜力巨大。

新鲜山药由于含有较高水分，在储藏方面对条件有较高要求，储藏不当容易导致块茎发芽、失重、腐烂、褐变等一系列质量变化[3-4]。一直以来在山药的流通环节，为了储藏和运输的方便，通常都会通过一定的方式对山药进行加工处理，以提高其商品利用价值。最常见的方式是将山药制成干燥切片或干燥后进一步磨成粉末。除了自然晒干、风干和烘干等传统方法，目前，农产品干燥的各种方法如热风干燥法[5-6]、微波干燥法[7]、真空冷冻干燥法[8]及微波—热风混合干燥[9]等均能将山药干燥，得到较好的成品，但是很多新干燥技术对设备要求高，需要投入巨大资金和成本，影响了大规模推广应用。而热风干燥技术具有操作简单、能耗小、成本低的特点[10]，依然是我国农产品及中药材生产加工中最常用的一种干燥方式[11-12]。就山药的干燥工艺而言，各地区多根据经验进行，尚无统一标准，这也导致了山药干品品质的良莠不齐。本试验通过烘箱模拟山药片热风干燥过程，并研究了不同层数对其品质的影响，旨在为传统热风干燥山药的规模化应用提供相关依据和技术支持。

1 材料和方法

1.1 仪器及材料

主要仪器：BT125D 电子分析天平（德国Sartorius 公司），101 型电热鼓风干燥箱（东莞市豪邦设备公司），温度探头传感器（上海祥树实业公司），X-rite Color I5 色差计（美国爱色丽公司），SNB-2 黏度计（北京满仓科技公司）；试验材料：山药，购于当地市场，选择粗细均匀，大小适中，无病虫害、霉变、机械损伤的柱形新鲜山药。

1.2 试验方法

1.2.1 山药片含水率测定方法 初始含水率参照GB/T 5009.3—2016[13]所列有关食品含水率测定标准进行测试。湿基含水率（Mw）和干基含水率（Md）的测定按以下公式计算：

式中：mt为t 时山药的质量（g）；md为干燥后干物质的质量（g）。

式中：M0初始湿基含水率（%）；Mt贮藏湿基含水率（%）；Δt干燥时间（h）

式中：m0初始干基含水率（%）；mt贮藏干基含水率（%）；Δt干燥时间（h）

1.2.2 干燥层厚度试验 选取新鲜山药削皮后，45 ℃角斜切成0.5 cm 厚度，将未经护色处理的山药片堆叠分成1，3，5，7，9 层分别放入烘箱，并分别设干燥时间为12，19，28，41，41 h，设定温度50 ℃进行干燥试验，并以贮藏湿基含水率10%以下为干燥终点。同一时间启动温、湿度讯号传送器与记录器，每10 min 记录大气与烘箱内温、湿度变化情形。每隔1 h 取出样本称质量。

1.2.3 褐变程度的测定 将山药片干燥成品充分粉碎后，以色差计测定干燥样本的L、a、b 值。并由L、a、b 值计算白色度，作为干燥制品褐变程度的指标。白色度（W.I.）计算公式如下：

式中：L 为亮度值，100 为全白，0 为全黑；a 为红绿值，大表示趋向红色，小表示趋向绿色；b 为黄蓝值，大表示趋向黄色，小表示趋向蓝色。

1.2.4 体积变化 体积测量方法采用排液法测量山药片的体积，以体积指标V（%）表示，其公式为：

式中：Vt为干燥后的体积；V0干燥前的体积。

1.2.5 复水后变化试验 取干燥后的山药片于室温下在足量清水中浸泡4 h 后，按以下公式计算质量复水率和体积复水率：

式中：Rf为质量复水率（%）；m1为复水沥干后的质量（g）；m2为干燥前的质量（g）；Rv 体积复水率（%）；v1为复水后的体积；v2为干燥后的体积。

1.2.6 黏度测定 取干燥后的山药片，加入4 倍的蒸馏水，用搅拌机绞碎打汁1 min，再利用黏度计，并选择适当的转子及转速进行测量，连续检测5 min，所测数据再换算成实际黏度值。

2 结果与分析

2.1 不同干燥层数干燥试验结果

中华人民共和国国家中医药管理局（82）药储字第17 号文件规定，作为中药的山药其安全含水率为12%～17%，结合实际情况，本试验将贮藏湿基含水率小于10%时设定为干燥终点。由表1可知，干燥1，3，5，7，9 层，湿基平均干减率分别为4.85%/h，3.19%/h，2.25%/h，1.49%/h，1.51%/h，干基平均干减率分别为17.91%/h，11.88%/h，8.42%/h，5.60%/h，5.90%/h，两种平均干减率均表明，干燥层数愈小，其平均干减率越大；而相邻干燥层湿、干基平均干减率差值呈非线性缩小趋势，湿基平均干减率差值分别为1.66%/h，0.94%/h，0.76%/h，-0.02%/h，干基平均干减率差值6.03%/h，3.46%/h，2.82%/h，-0.30%/h，这表明干减率变化在1，3，5，7 层有极大的差异，而7 层与9 层差异不显著。

由表1也可知，1 层干燥的时间比3 层干燥的时间快7 h，而1 层干燥的湿基和干基平均干减率比3 层大，分别为1.66%/h，6.03%/h。

表1 山药片不同干燥层数干燥试验结果

2.2 不同堆叠厚度山药片的干燥特性

由图1、图2可知，干燥时堆叠层数愈少，含水率下降速率愈快，所需干燥时间愈短，而不同层数湿基含水率之差随干燥时间增加而增加，在12 h 时不同层数之差最大，1 层干燥样本的湿基含水率最小，为9.24%，9 层干燥样本的湿基含水率最大，为59.12%，差值49.88 个百分点；干基含水率也有相同的变化趋势，但差距在9 h 达最大，此时1 层干燥样本的干基含水率最小，为24.58%，9 层干燥样本的干基含水率最大，为173.71%，差值达148.13 个百分点。

图1 50 ℃下不同层数的山药片湿基含水率

图2 50 ℃下不同层数的山药片干基含水率

2.3 干燥后的外观分析

1，3 层样本外观相近，无明显褐变情况；5，7，9 层的样本，山药片中心部分均出现较严重的黄褐色，在外观上已无法达到质量的要求，其厚度不适合实际生产选用。出现此种现象，是因山药具有黏液，在重力作用下层数愈多使得片与片之间的吸附过于紧密，导致热风无法进入其中，未能有效将山药片的水分蒸发，造成山药片外缘达到干燥，但其中心部分仍含有较多水分，而随着干燥时间的延长，进而发生了较严重的褐变反应而导致明显变色。

2.4 质量指标分析

将外观合格的1，3 层样本进行质量分析，其结果见表2。

由表2可知，在色泽方面，山药片1 层干燥白色度较佳为86.4，而3 层干燥白色度为85.7；在体积指标方面，1 层干燥为43.44%，优于3 层干燥 的42.60%，但此两项在变异数分析无显著差异。体积复水率1 层、3 层分别为72.87%，70.76%，1 层较3 层增加2.11 个百分点；质量复水率分别为151.55%，147.58%，1 层较3 层增加3.97 个百分点，两项品质指标经在变异数分析无显著差异。在黏度方面，干燥层数1 层与3 层的黏度值分别为45.50，44.00 cp，无显著差异。但相同条件下对新鲜山药片黏度进行测试，发现新鲜山药片样本黏度值超出其测量适用范围。当增加搅拌蒸馏水达8 倍时，获得新鲜山药片的黏度值为60.00 cp，表明干燥作业的热风使得山药片的黏度减小。

表2 50 ℃下不同层数的山药片干燥试验质量分析评定结果

3 讨论

本试验设定0.5 cm 厚度的山药片及恒定温度50 ℃，风速0.4 m/s 下进行的热风干燥试验。以上条件的设定是基于相关研究经验：山药的干燥发生在降速阶段，干燥速率与切片厚度成反比，与温度成正比[14]，且切片厚度较大时，容易而引起物料开裂；但切片厚度过小，物料表面也会因收缩过快而导致干后严重卷曲、焦化和结壳。康晓鸥等[15]通过单因素试验得到山药干燥最佳切片厚度为0.5 cm。陈艳珍等[16]研究认为，怀山药片在热风干燥中较高的风温和风速将影响怀山药片的干燥品质，感官评分会随着风温和风速的增加而呈下降趋势，但达到一定风温后干燥速率变化就不显著，且过高风温或风速均使干燥速率有所下降，并认为干燥温度选择50～65 ℃最为合适。李晖等[17]利用热泵干燥研究山药的干燥工艺，运用正交分析法，得出山药干燥最佳温度为50 ℃。

山药干制品的品质主要从色泽、复水性、黏度等方面来评价品质优良，特别是色泽可直观反应干制品褐变程度，随着干燥时间的延长酶促及非酶促褐变产生的褐色素积累越多，将导致风味、营养成分的变化，使产品质量下降[18]，所以为了减少褐变，一般干燥前，会先对山药片进行护色处理。本试验从另一方面验证在干制时如果能够控制好温度和山药片的片层厚度，无须护色也能够解决在山药干制过程中的变色问题。至于护色后的山药片与干燥层数的品质相关性有待进一步探讨。

本试验结果表明，干燥层厚度3 层与1 层干燥后的山药样本质量并无显著差异，而从干燥作业的生产效率来看，1 层干燥的湿基和干基平均干减率较3 层干燥大，且干燥时间快7 h。但是1 层干燥如要达到3层干燥的产量，在使用相同之干燥设备下，须费时36 h，即3 次干燥作业才能完成，比3 层干燥之干燥时间多17 h，因此，综合干燥的效率与品质，3 层干燥作业即能最大程度保证山药片干品质量，又能使产率最大化，值得在实际生产中推广应用。