冻干技术对山药营养成分的影响

摘 要：冻干技术具有低温冻结与真空升华的作用机制，能避免高温对山药中营养成分的破坏，但其在应用过程中也面临一些挑战，如营养成分损失风险、感官品质下降以及生产效率与成本问题。基于此，本文提出优化预处理与加工流程、精确控制冻干参数、引入护色工艺与抗结剂、改进包装与贮藏条件以及选用高效节能的冻干设备和优化生产流程等对策建议，以期提高山药冻干产品的品质，满足消费者的健康需求，同时推动山药产业的可持续发展。

关键词：山药；冻干技术；营养成分；优化策略

Effect of Freeze Drying Technology on the Nutritional Content of Yam

ZHAO Xiaomin， WEN Yuanyuan

（Shandong College of Traditional Chinese Medicine， Yantai 264100， China）

Abstract： Freeze drying technology has the mechanism of low-temperature freezing and vacuum sublimation， which can avoid the destruction of nutrients in yam by high temperature， but it also faces some challenges in the application process， such as the risk of nutrient loss， the degradation of sensory quality， and the production efficiency and cost problems. Based on this， this paper puts forward countermeasures and suggestions such as optimizing the pretreatment and processing process， accurately controlling the lyophilization parameters， introducing color protection technology and anti-caking agent， improving the packaging and storage conditions， selecting high-efficiency and energy-saving freeze-drying equipment and optimizing the production process， in order to improve the quality of yam freeze-dried products， meet the health needs of consumers， and promote the sustainable development of the yam industry.

Keywords： yam; freeze drying technology; nutrients; optimization strategy

冻干技术是一种将物料在低温下冻结，在真空环境中使冰晶直接升华为水蒸气的干燥方法。其原理主要基于水的三相变化，在冻干过程中，物料被快速冻结至共晶点以下，形成稳定的冰晶结构，然后在真空环境中，冰晶直接升华为水蒸气，实现物料的干燥。由于整个冻干过程在低温下进行，能够最大限度地保留物质的生物活性和营养成分。山药作为一种药食同源物质，富含多种营养成分，如蛋白质、碳水化合物、维生素等，以及山药多糖、薯蓣皂苷等活性成分，对人体健康具有诸多益处。本文分析冻干技术对山药营养成分的影响，对于提高山药产品的品质、满足消费者健康需求，以及推动山药产业的可持续发展具有重要意义[1-2]。

1 山药冻干技术对营养成分的影响

1.1 营养成分保留情况

采用冻干技术处理山药，能够有效保留其主要营养成分如蛋白质、碳水化合物、脂肪和膳食纤维等。蛋白质是山药中的重要营养成分，其在冻干过程中的变性程度远低于传统热风干燥，能保留更多的蛋白质活性。碳水化合物作为主要能量来源，在冻干过程中也得以稳定保留，可为冻干山药提供良好的口感和能量价值。脂肪和膳食纤维在山药中的含量相对较低，其在冻干过程中不易发生氧化或降解。此外，维生素与矿物质是山药中不可或缺的微量营养成分，对于人体健康具有重要意义[3]。以维生素C为例，其是一种易受热破坏的水溶性维生素，在冻干过程中，由于低温环境的保护，维生素C的损失能够得到有效控制。钙、铁等矿物质在冻干过程中也能够保持稳定，不易发生流失或变性。这些营养成分的保留，为冻干山药提供了丰富的营养价值和健康效益。

此外，山药中还富含多种活性成分，如山药多糖、薯蓣皂苷等，因此具有多种生物活性，对人体健康有积极的影响。在冻干过程中，可有效避免高温和氧化的影响，因此这些活性成分在冻干后仍然可以保持较高的活性水平[4]。例如，山药多糖是一种重要的免疫调节剂，其在冻干过程中的保留情况对于提高冻干山药的免疫调节功能具有重要意义；薯蓣皂苷作为山药中的另一种重要活性成分，在冻干过程中的有效保留可为冻干山药提供更多的健康效益。

1.2 影响机制

冻干技术可以有效保留山药中的营养成分，这主要得益于其低温冻结与真空升华的作用机制。在低温冻结阶段，山药中的水分被迅速冻结成冰晶，避免因水分流动而导致的营养成分流失，且低温环境可以减缓生物化学反应的速率，进一步确保营养成分的稳定性。在真空升华阶段，冰晶直接在真空环境中升华为水蒸气，避免了传统干燥方式中因高温导致的营养成分破坏，在保持营养成分的同时，还能够保持山药的原有色泽、风味和形态。

与传统干燥方式相比，冻干技术在营养成分保留方面具有显著优势。例如，传统热风干燥在高温下进行，容易导致山药中营养成分的破坏和流失；真空干燥虽然在较低温度下进行，但由于其仍然需要一定的温度来驱动水分蒸发，也会对营养成分造成一定的影响。冻干技术在低温下进行，避免了液态水的存在，可以更好地保持山药中营养成分的稳定性和活性。此外，冻干技术还可以使冻干山药保持原有的色泽、风味和形态，在口感和外观上更加接近新鲜山药，应用前景广阔。

2 山药冻干技术面临的挑战

2.1 营养成分损失风险

2.1.1 预处理与加工过程中的损失

山药冻干技术在应用过程中，尽管能最大限度地保留营养成分，但仍面临预处理与加工过程中营养成分损失的风险。预处理阶段（如清洗、去皮、切片等）若操作不当，则可能导致山药中的部分营养成分流失或受机械损伤而破坏。例如，维生素C等水溶性维生素处于水溶液状态时很容易流失；山药多糖等活性成分在机械处理过程中容易被破坏。此外，加工过程中的温度、湿度等条件控制不当，也会加速营养成分的降解或氧化，进而导致冻干山药的营养价值下降。

2.1.2 冻干参数控制不当导致的损失

冻干参数的选择对于冻干山药的营养成分保留至关重要[5]。在实际操作中，由于设备性能、操作经验等因素的限制，冻干参数的控制存在一定的难度。例如，冻结速度过慢会导致冰晶过大，可能会破坏山药的细胞结构，影响营养成分的保留；而升华速度过快会导致山药表面干燥过快，形成硬壳，阻碍内部水分的升华，影响冻干效果。此外，冻干过程中的温度波动也会对营养成分的稳定性造成不利影响。

2.2 感官品质下降

冻干技术在应用过程中可能会导致产品的感官品质下降。①色泽方面，由于冻干过程中水分的升华，山药的原有色泽会发生变化，如变暗、变黄等，影响产品的外观品质。②形状方面，冻干过程中山药会发生收缩或变形，导致产品形状不一致，影响消费者的购买意愿。③口感方面，冻干山药的质地会变得酥脆或坚硬，与新鲜山药的软糯口感存在差异，可能会影响部分消费者的食用体验。

2.3 生产效率与成本问题

冻干技术的应用还需要专业的冻干设备支持，但相关设备成本较高，运行过程中还存在能源消耗、设备维护等方面的费用。对于中小企业，设备投资与运行成本可能会成为限制冻干技术广泛应用的关键因素。

冻干技术的生产效率与产能也是制约其广泛应用的重要因素。由于冻干过程需要在低温下进行，且需要较长的升华时间，冻干周期相对较长，导致山药冻干产品的生产效率较低，难以满足大规模生产的需求。此外，冻干设备的产能有限，无法在短时间内处理大量的山药原料，限制了冻干山药产品的产量和市场供应量。

3 优化策略

3.1 提高营养成分保留率

3.1.1 优化预处理与加工流程

为提高山药冻干产品中营养成分的保留率，优化预处理与加工流程是关键。①在预处理阶段，需尽量减少山药与水的接触时间，避免营养成分随水流失。例如，采用快速清洗和高效去皮技术，减少山药在水中的浸泡时间。②切片厚度要均匀，避免因厚度不均导致的干燥不均和营养成分损失。③在加工过程中，通过严格控制温度、湿度等条件，避免其对营养成分的破坏。

3.1.2 精确控制冻干参数

精确控制冻干参数对于提高山药冻干产品中营养成分的保留率至关重要。根据山药的特性和冻干设备的性能，合理设置冻结速度、升华速度、温度等参数。例如，冻结速度需适中，避免冰晶过大对细胞结构的破坏；升华速度需控制在一定范围内，确保山药内部水分的充分升华和营养成分的稳定保留。此外，通过对冻干过程中的温度进行严格控制，能够有效避免温度波动对营养成分稳定性的影响。

3.2 改善产品感官品质

3.2.1 引入护色工艺与抗结剂

为改善山药冻干产品的感官品质，可引入护色工艺和抗结剂。护色工艺能够有效保持山药的原有色泽，避免冻干过程中色泽的变化和暗淡。例如，采用天然色素或抗氧化剂进行护色处理，提高产品的外观品质。抗结剂能够防止山药在冻干过程中发生粘连和结块，保持产品的形状和口感。通过合理选择和使用护色工艺和抗结剂，能够提升山药冻干产品的感官品质。

3.2.2 改进包装与贮藏条件

包装和贮藏条件对于保持山药冻干产品的感官品质同样重要。①采用密封性好、透光性低的包装材料，能够有效避免产品因受潮、氧化和光照导致的品质下降。②控制贮藏环境的温度和湿度，能够保持产品的稳定性，延长产品的保质期。③改进包装和贮藏条件，能够确保山药冻干产品在运输和销售过程中保持良好的感官品质。

3.3 降低生产成本与提高效率

3.3.1 选用高效节能的冻干设备

为降低冻干山药的生产成本，提高生产效率，需选用高效节能的冻干设备，降低能源消耗的同时提高设备效率。同时还要考虑设备的自动化程度和操作简便性，减少人工成本，提高生产效率。

3.3.2 优化生产流程与规模化管理

优化生产流程和实现规模化管理也是降低冻干山药生产成本和提高生产效率的重要措施。①对生产流程进行全面梳理和优化，可以消除不必要的环节和浪费，提高生产过程的顺畅性和效率。②加强生产过程的监控和管理，可确保产品质量的稳定性和一致性。③实现规模化管理，提高生产效率、降低生产成本，推动山药冻干技术的广泛应用和发展。

4 结语

冻干技术作为一种先进的食品加工技术，在保持产品原有营养成分方面具有显著优势。通过优化预处理与加工流程、精确控制冻干参数、改善感官品质以及降低生产成本与提高效率等措施，能够提升冻干山药的品质和市场竞争力。随着科技的不断进步和消费者对健康食品需求的不断增加，冻干技术有望在山药加工领域发挥更加重要的作用，为山药产业的可持续发展注入新的活力。

参考文献

[1]陈晨，陈勇.食用菌冻干技术及其冻干产品的开发与应用[J].食药用菌，2023，31（1）：28-32.

[2]张桂芝，吴小禾，黄裕豪，等.冻干技术在火龙果加工上的应用[J].现代食品，2021（15）：92-95.

[3]李云捷，付华军，于博，等.中国花茶营养功能分析及主要加工工艺研究进展[J].保鲜与加工，2019，19（5）：207-210.

[4]樵玉祥，张娜，杨晓鸿.中药冻干技术在当归加工中的应用与质量控制研究[J].中国食品，2024（12）：131-133.

[5]吴雨豪，吕瑞玲，周建伟，等.真空冷冻干燥技术在果蔬类食品加工中的应用现状[J].包装工程，2023，44（7）：85-95.