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山药干燥技术研究进展

泰然健康网
2025-07-22 03:04

摘要：山药是我国传统的药食两用植物，采收具有季节性，且含水量高，不易贮藏。干制是山药加工的重要方式之一，能够有效降低水分活度，减少营养成分损失，从而延长产品货架期，并提高附加值。本文总结了近年来山药干燥加工领域的研究进展，分析了山药常见的预处理技术（渗透脱水、烫漂、冷冻、微波等）和干制技术（热风干燥、热泵干燥、微波干燥、真空冷冻干燥等），以及这些技术对山药理化特性、营养成分等的影响，并对干燥技术的发展趋势进行展望，以期为山药干燥加工领域的理论研究和产业化发展提供科学依据和技术支持。

关键词：山药;干燥技术;预处理;加工

中图分类号：TS255.36 文献标志码：A 文章编号：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

山药（Dioscorea opposite Thunb.）是薯蓣科薯蓣属草本植物的根茎，是我国卫生健康委公布的药食同源物质之一。山药富含蛋白质、多糖、黄酮、酚苷类、甾醇等营养和功能成分，具有降血糖、抗氧化、抗肿瘤、抗炎症、增强免疫力、治疗腹泻等生理功能[1-2]。

我国山药栽培范围广泛，主要分布在河南、河北、东北三省等地，2023年我国山药总产量为1 098.7万t。山药的高含水量会促进生化反应，提高微生物活性，导致山药腐烂。此外，山药皮薄且收获季节集中，在运输和贮藏过程中容易受到损伤[3]，不耐贮藏，造成一定损失。因此，山药深加工是提高其商业价值及营养价值的有效途径。

山药干燥不仅能延长其保质期，便于贮存和运输，还能保留营养成分，提高经济价值，对推动山药产业发展和保障食品安全具有重要意义。不同的预处理方法和干燥技术都会使干燥物料的成分及品质发生变化。预处理在山药干燥领域应用广泛，常用的预处理方法有渗透脱水、漂烫、冷冻、微波处理等[4]，多用于抑制干燥过程中物料发生褐变、减少营养成分流失及缩短干燥时间等。山药常见的干燥技术有热风干燥、热泵干燥、微波干燥等，联合干燥技术也逐步应用于山药干燥领域。预处理联合干燥技术能够缩短干燥时间，提高干燥效率，降低能耗，同时更好地保留山药的色泽、口感和营养成分，改善产品质量，具有较高的经济效益和良好的应用前景。本文总结了近几年山药预处理及干燥技术方面的研究和进展，以期为山药干燥技术开发提供理论依据。

1 山药干燥的预处理方法

预处理技术是一种在干燥前采用物理、化学或生物方法对物料进行处理的手段，旨在通过改变物料的微观结构和理化特性，达到提升干燥效率、保留营养成分、延长保质期以及改善产品外观等目的[5]。该技术能够有效解决传统干燥过程中存在的耗时长、品质不佳等问题，为干燥工艺的优化提供重要支持。预处理和干燥技术相结合可以显著提高果蔬干燥效率，保持产品色泽，减少营养成分损失，改善产品品质[6-7]。

1.1 渗透脱水预处理

渗透脱水（osmotic dehydration，OD）预处理是将果蔬放入高渗透压的溶液中，使水分从低浓度向高浓度进行溶质转移的操作[8]。常用的渗透溶液多为可以有效提高产品抗氧化水平的糖溶液和盐溶液。OD预处理是果蔬干燥前使用最广泛的预处理方法之一，成本低、操作简单、节能，同时具有抑制产品褐变，保留果蔬的组织结构、风味颜色及营养物质等特点[9-10];能有效减少水分含量、延长保质期，但也会产生营养流失、质地改变、风味干扰、处理时间长、成本高以及环境影响等问题。

传统的OD预处理方式为浸硫，关注点主要集中在硫残留超标及危害等方面。在硫残留量符合国家标准的同时，选择合适的浓度对山药进行预处理，是一种较好的预处理方法，具有操作简单、来源广泛及护色效果好等优点。Srikanth等[11]发现，随着热风干燥温度（40、50、60、70 ℃）的升高，偏亚硫酸OD预处理有利于提高山药粉的堆积密度、发泡能力、乳化能力和乳化稳定性。Li等[12]研究以5%盐溶液为渗透溶液的超声辅助OD预处理对山药脉冲流化床微波冷冻干燥的影响，结果发现，Page模型成功拟合干燥曲线，OD预处理后干燥产品具有良好的色泽和质地，涩味和酸味降低，抗氧化能力提高。

1.2 烫漂预处理

烫漂（blanching，BC）是果蔬前处理手段之一[13]，通常以热水或蒸汽为介质，在短时间内钝化果蔬的过氧化物酶和多酚氧化酶等的活性，并杀灭果蔬表面的有害微生物。BC预处理可以减少果蔬因酶促褐变导致的颜色劣变、气味变化及营养成分损失等问题，同时可以消除细胞内部的空气，提高传质和传热效率，但处理温度较高会破坏物料组织结构，导致营养损失，此外，BC处理会浪费水资源[14-15]。

Rodriguez等[16]通过研究BC对热风干燥山药粉品质属性的影响，发现BC对山药粉的热性能和糊化性能有显著影响，山药粉胶体稳定性显著提高。Wang等[17]发现微波冷冻干燥过程中BC预处理可以提高山药的孔隙率和复水率，但与OD预处理相比，BC预处理后得到的干燥产品气孔形状不规则。不同预处理方法得到的网孔结构会导致产品不同的质构和复水率，因此预处理方法应根据实际需要进行选择。

1.3 超声预处理

超声（ultrasound，US）是指利用超声波在液体介质中引发空化作用和海绵效应等一系列效应，改变果蔬的细胞组织变化，进而提高果蔬干燥效率和品质[18-19]。研究显示，经US预处理后原料的干燥时间明显缩短，能耗显著降低，产品的性状也明显改变[20]。

Wang等[17]探讨微波冷冻干燥过程中US预处理对山药孔隙的影响时发现，与OD、BC相比，US预处理可获得最高的孔隙率，且样品的网孔结构呈均匀的海绵状。随着超声波技术在食品干燥中的应用受到广泛关注，发现US辅助其他预处理技术对物料进行干燥，可以提高干燥效率，改善产品品质[21]。刘秋华等[22]将US辅助OD预处理技术用于铁棍山药热泵干燥前处理，发现Weibull distribution模型能较好地模拟US联合OD预处理山药的热泵干燥过程，热风干燥后的产品的丁香酸和槲皮素含量较高，分别为35.7、28.3 μg/g DW，DPPH自由基及·OH自由基清除能力均较强，分别为58.5%和65.5%。

1.4 微波预处理

微波（microwave，MW）穿透力强，可直接加热到物料内部，使物料内外同时升温，在达到快速灭酶的同时减少营养物质的损失。MW预处理不仅可以缩短干燥时间，提高干燥效率，而且适用于工业的自动化和连续化生产，制备出更高质量的干燥产品。

徐俐等[23]通过对比MW和BC预处理对山药干燥品质的影响，发现MW预处理后干燥产品的蛋白质、还原糖、总糖和淀粉保存率达91.2%～94.6%，而BC预处理仅有50%～73%。Abano等[24]通过研究微波预处理对山药热风干燥动力学和品质的影响，发现微波处理山药进行热风干燥的有效水分扩散系数从1.05×10-8 m2/s增加到2.00×10-8 m2/s，表明微波辅助干燥可以提高山药的传热传质过程，从而提高山药干燥产品的质量。

1.5 其他预处理

除了上述提到的预处理技术外，预冻预处理、冻融预处理、高压脉冲电场预处理等方法在果蔬干燥中也有广泛应用。预冻是真空冷冻干燥过程的重要步骤，果蔬的冻结过程或冰晶形态对真空冷冻干燥果蔬品质有显著影响。冻融预处理是通过增加细胞壁通透性和塌陷细胞壁结构来提高干燥速率的操作，是近几年兴起的一种新型的预处理方式，逐渐被应用于果蔬干制领域。高压脉冲电场预处理有利于减小冻干产品形状的改变程度，降低皱缩率。因此，不同预处理方式会使原料组成和结构发生不同的变化。

2 山药干燥技术

2.1 热风干燥技术

热风干燥技术是根据介质传热原理，风机将热空气送入烘箱或干燥室内，将热量传递给物料，使物料表面水分受热气化，达到干燥的目的。杨兆艳等[25]采用正交试验，研究山药粉热风干燥的工艺条件，发现厚度4 mm的山药片，护色处理后在60 ℃干燥箱中干燥8 h，得到的山药粉中水分为6.76%，多糖含量为0.113 g/g，淀粉含量为0.187 g/g，VC含量为1.67 mg/g，且香气浓郁，流动性好，颜色为正常白色。徐馨等[26]采用低场核磁共振和差式量热扫描技术，测定山药在热风干燥过程中的水分状态及迁移规律，发现在干燥过程中，山药的热风干燥温度不宜超过100 ℃。

热风干燥技术操作简单、生产方便，是一种经济、实用、节能的干燥技术，但是干燥效率较低，同时由于过度加热及热空气的氧化作用会导致产品质量降低。通过优化工艺参数或改进其设备结构可以提高热效率，也可联合其他干燥技术，优势互补，提高干燥效率。

2.2 热泵干燥技术

热泵干燥的原理是利用制冷剂吸热和放热，将湿热空气变成低温干空气，从而完成干燥[27]。卢素珊等[28]采用热泵干燥技术对阳春长山药进行干燥试验，确定最佳工艺参数为山药切片厚度6 mm、干燥温度60 ℃、干燥时间3～4 h，可获得较好的山药产品。李书华等[29]通过正交试验得到怀山药片热泵干燥较优工艺参数为风温40 ℃、风速3.0 m/s、切片厚度5 mm，在该工艺条件下产品复水率为86%，多糖得率为12.1%，感官评分为85分。李丽等[30]发现干燥温度比切片厚度对山药热泵干燥的速率影响更大，Page模型可用于描述山药热泵干燥过程变化。

对于一些热敏性产品干燥时，热泵干燥技术具有能耗低、产品质量高、干燥条件温和、干燥参数易控制及环境友好等优点[31]，可在较低温度下对物料进行干燥，并使物料的最终含水率降到极低水平。但是热泵干燥具有不适合连续作业、干燥时间长及干燥中后期速度慢等缺点。

2.3 微波干燥技术

微波加热属于一种内部生热的加热方式，依靠微波段电磁波将能量传播到被加热物体内部，降低物料中的水分，使物料整体同时升温，达到对湿物料干燥的目的。Xiao[32]发现微波干燥山药片的弹性和咀嚼性均高于热泵干燥山药片，硬度和黏结性并无显著差异，但在70 ℃下微波干燥山药片的亮度和白度低于新鲜样品和热泵干燥的山药片。徐晚秀等[33]采用微波干燥技术对山药进行干燥，发现温度60 ℃且物料厚5 mm时干燥效果更好。任广跃等[34]对鲜切怀山药片的微波干燥工艺参数进行优化，得到最佳工艺参数为微波功率600 W、单位质量微波功率8 W/g、切片厚度5 mm，此条件下多糖得率达到15.292%。

微波干燥通过促进热量和水分的同向传递，显著提高了干燥速率，缩短了干燥时间[35]。该方法能够较好地保持物料的原始形态、色泽和营养成分，同时降低产品含水率，有利于长期贮藏和远距离运输[36]。然而，微波干燥对物料初始水分含量较为敏感，且在大规模工业化应用中存在一定局限性。此外，由于微波的高频振动特性，可能导致物料局部过热，出现焦糊或产生异味，因此需要精确控制干燥工艺参数，以确保产品质量。

2.4 红外干燥技术

远红外加热原理是当被加热物体中的固有振动频率和射入该物体的远红外线频率一致时，就会产生强烈的共振，使物体中的分子运动加剧，温度迅速升高。张乐道等[37]发现远红外干燥制得的怀山药片溶出性强于热风干燥。周四晴等[38]运用低场核磁共振波谱分析和成像分析技术发现，山药片在红外干燥过程中干燥速率呈现短暂快速上升后逐渐下降的趋势，Page模型能很好拟合其干燥过程。孟建升等[39]发现中短波红外干燥能够穿透山药片，直接与水分耦合，温度升高迅速，有利于水分向外迁移，但所得山药片色泽较差。

红外干燥的传热效率高于对流传热和传导传热，显著优势在于远红外辐射具有较强的穿透能力，能够同时对物料的内部和外部进行加热，而不仅限于表层。研究表明，红外干燥可将干燥时间缩短至蒸汽或热风干燥的10%～20%，是一种高效、加热均匀、节能且操作简便的干燥方式。然而，由于红外干燥设备昂贵、能耗较大、运行成本高[40]，在一定程度上限制了其广泛应用。

2.5 喷雾干燥技术

喷雾干燥技术的基本原理是雾化产生10～100 μm的雾滴，雾滴具有巨大表面积，与热空气接触，瞬间（0.01～0.04 s）发生热质交换，使绝大部分水分迅速蒸发气化并被干燥介质带走。刘艳等[41]以山药为原料，通过正交试验优化山药固体饮料喷雾干燥工艺，确定最佳工艺条件为助干剂含量8%、进风温度180 ℃、物料固液比1∶4（g/mL）、雾化器转速20 000 r/min，此条件下出粉率为20.15%，固体饮料的堆积密度为0.574 6 g/mL，水分含量为4.89%。

喷雾干燥具有干燥效率高、可连续运行、满足大规模工业生产的需求等显著优点，同样也存在能耗高、设备较大、结构较复杂、易粘壁、投资大等缺点[42]。

2.6 真空冷冻干燥技术

真空冷冻干燥是湿物料冻结后在真空条件下完成升华脱水的操作过程。马丽娜等[43]发现5～6 mm的鲜切山药片共晶点为-20 ℃，共熔点为-18 ℃，复水率可达83.27%，口感较好，颜色洁白。赵丛枝等[44]通过响应面分析法得到山药粉真空冷冻干燥的最优工艺：物料厚度5.0～5.5 mm、加热板温度50 ℃、干燥室压力40 Pa，在该工艺下冻干能耗为（19.27±0.05） kW·h。

真空冷冻干燥技术能有效维持产品的原始形态，减少体积收缩，同时在干燥过程中隔绝样品与氧气的接触，显著降低褐变风险。然而，该技术存在干燥周期长、能耗高、效率低等问题。与其他干燥技术相比，真空冷冻干燥技术在保持食品品质方面具有显著优势。因此，研究真空冷冻干燥技术、优化干燥过程中的参数等对提高真空冷冻干燥效率具有重大意义。

2.7 联合干燥技术

联合干燥技术是将多种干燥方法组合且分阶段使用完成物料干燥的技术[45]。联合干燥技术将单一干燥技术的优势相结合，可以有效提高干燥速率和产品质量，节约能源。联合干燥技术将丰富食品加工领域干燥方式，提高产品品质，逐渐成为食品工业领域的研究热点[46]。

孟照峰等[47]利用热泵干燥和高压电场干燥技术联合干燥山药，发现热泵-高压电场联合干燥山药片是降速干燥过程，联合干燥相对于单热泵干燥降低干燥温度5 ℃左右，电压大于90 kV，可有效提升山药片总酚含量，Page模型更符合干燥实验数据的规律，拟合效果最优。Wang等[48]采用响应面法优化微波耦合热风干燥山药的工艺，优化后的工艺参数为热风速度2.5 m/s，热风温度61.7 ℃，切片厚度8.5 mm，单位质量微波功率5.9 W/g，复水比和总糖含量预测值分别为1.90 g/g和5.74 g/100 g。叶晓梦等[49]通过探究冷冻干燥-微波真空联合干燥工艺，确定冷冻干燥4.5 h后再进行微波真空干燥，铁棍山药外观保持良好，无塌陷及皱缩现象。

3 展望

3.1 预处理方式将更加优化

山药干燥预处理技术是山药干燥的重要环节，直接影响山药的干燥效率、产品质量和营养价值。减少营养物质损失是优化预处理工艺和开发新技术的关键，需深入研究水溶性维生素、矿物质和多酚类等营养物质的流失机制，开发低能耗、低污染、保留营养成分的预处理技术。产品质量的提升涉及色泽、质地和复水性的优化，通过研究漂烫和护色技术可有效防止褐变，并改善干燥后的口感。绿色环保是未来发展的核心方向，针对预处理过程中产生的废水、废料及化学残留，需开发环保型预处理技术，并探索废水废料的资源化利用途径。山药干燥预处理技术的研究应注重技术创新与工艺优化，实现高效、节能、环保的预处理过程，同时最大限度地保留山药的营养价值和感官品质，为山药加工业的可持续发展提供技术支撑。

3.2 新型干燥技术将不断被应用

山药作为经济效益较高的作物，近年来种植面积和产量持续增长，为提升其附加值、消化过剩产能，山药加工产品尤其是山药干制品的市场前景广阔。山药干燥技术的研究重点主要集中在提高干燥效率、保留营养成分、改善产品质量以及实现绿色环保等方面。通过优化干燥参数（如温度、湿度、风速）以及结合新型干燥技术（如热泵干燥、真空冷冻干燥、微波干燥）来缩短干燥时间、降低能耗是干燥效率提升的核心目标之一。然而，山药中的多糖、皂苷、维生素等功能成分在干燥过程中易受热降解或氧化损失，因此需要深入研究不同干燥条件对这些成分的影响，并开发低温干燥或保护性干燥技术。此外，产品质量的改善也是研究重点，包括干燥后山药的色泽、质地、复水性和风味等感官特性及减少褐变、硬化等问题。减少干燥过程中的能源消耗和环境污染，开发节能设备以及废热回收技术，同时探索太阳能干燥等可再生能源的应用是未来干燥技术发展的重要方向。通过引入智能控制系统和传感器技术，实现干燥过程的精准控制和实时监测，可显著提高生产效率和产品一致性。此外，针对不同品种山药的特性，研究适应性更强的干燥技术，以满足多样化需求。

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收稿日期：2024-09-24

基金项目：山东省重点研发计划-乡村振兴科技创新提振行动计划项目（2023TZXD034）

第一作者简介：唐百川（2004—），女，在读本科，专业为食品质量与安全

*通信作者简介：卢晓明（1986—），女，副教授，博士，主要从事园产品加工研究工作