全 文 ：《现代食品科技》 Modern Food Science and Technology Vol.22 No.4(总 90)
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文章篇号:1007-2764(2006)04-0118-038

炭布香芋真空冷冻干燥工艺研究

林捷，蒋妲，林晓静，谭健模，李远志
(华南农业大学食品学院，广东广州510642)
摘要：以炭步香芋为试材，分别对熟和生的香芋片的真空冷冻干燥工艺进行了研究。结果表明：生炭步香芋的共晶点为-23~-25℃，
共融点为-17~-21℃；熟炭步香芋的共晶点为-13~-17℃，共融点为-11~-15℃；预冻温度应低于-26℃；生香芋片的冻干过程为加热升华
319min，解析 81min；熟香芋片的冻干过程为加热升华 302min，解析 89min。全过程真空度恒定为 60Pa，冷阱表面温度设置为-40~-45℃，
热水罐温度高于加热板温度 5~10℃；在以上条件下得到的冻干香芋片基本保持原有的色、香、味、形。
关键词：炭步香芋；真空冷冻干燥
Investigation of Vacuum Freeze Drying Process of Tanbu’s taro
Lin Jie, Jiang Da, Lin Xiao-jing, Tan Jian-mo, Li Yuan-zhi
(College of Food Science, South China Agric. Univ., Guangzhou 510642, China)
Abstract: Vacuum freeze drying technique of TanBu’s taro was investigated. Results showed that the eutectic arrest temperature and the
co-melting point temperature of raw TanBu’s taro were -23~-25 and℃ -17~-21 respectively℃ , while the above-mentioned temperatures of the
cooked TanBu’s taro were -13~ -17 and℃ -11~ -15 respectively. ℃ Pre-freeze temperature should be under -26 . ℃ In the freeze drying process
of raw Tanbu’s taro, the subliming time is 319min, and the resolving time is 81min. In the freeze drying process of cooked Tanbu’s taro, the
subliming time is 302 min, and the resolving time is 89min. 60Pa vacuum, -40~-45 of condenser and 65℃ ~70 of water heater were kept for ℃
the whole process. Freeze-dried with the above parameters, TanBu’s taro keeps practically the previous color, scent, taste and shape.
Keywords: Tanbu’s taro; Vacuum Freeze drying

香芋学名 Eolocasia esculenta schott，属天南星科
芋属，为多年生单子宿根性草本植物，是热带亚太地
区重要块茎类作物之一。我国香芋资源极为丰富，香
芋品种很多，其营养物质为蛋白质、脂肪、碳水化合
物、膳食纤维、磷、铁、Vc 等。炭步香芋是广东省
名优农产品，品种大，整体松化,芋肉粗细适中,香气浓
郁，余味好，营养丰富。炭步香芋产量很高，平均每
667ｍ2产量达 2025.2kg[1]。但鲜香芋的季节性和地域
性都较强，病虫害、发霉腐烂、发芽等使贮藏保鲜的
鲜香芋损失很大。近年来，我国出口的香芋多数以半
成品原料的形式，如冷冻香芋片或是冷冻芋泥。其缺
点是运输成本较高，从而大大制约了香芋的种植和深
加工。采用生产真空冷冻干燥工艺，使香芋的色、香、
味、营养和形态均可得到很好的保存，而且口感松脆、
复水性好，销售成本较低，为打开国际市场开辟了新
的途径。
收稿日期：2006-06-15
广东省科技厅(编号2004B40101014)和华南农业大学科技推广基金资助项目。
作者简介：林捷，高级实验师，主要从事食品教学与科研工作，
通讯作者：李远志教授
本项目以香芋为材料，研究其真空冷冻干燥的控
制参数，得出生产真空冷冻干燥炭步香芋片的最优工
艺条件。
1 材料、设备与方法
1.1 材料
市售优质炭步香芋，选择个体完整，无虫咬、霉
变，横切面为灰白色，有明显紫色槟榔花纹的香芋。
1.2 设备
FD-P3(II)型真空冷冻干燥机(广州瑞欣机电设备
工程公司)，超低温冰柜(海尔)，精密天平（梅特乐），
切片机，万能表，低温温度计，快速水分测定仪等。
1.3 方法
1.3.1 共晶点与共融点的测定方法
采用电阻法，万能表的正负极分别插入香芋块相
隔一定距离的两端，待温度计降至 0℃之后即开始测
量并作记录，当物料中游离水完全冻结时，所溶电解
质离子固定于某一位置而不能移动，物料失去导电性，
表现为电阻突升高，此温度即为“共晶点”；共融点的
测定原理与共晶点的测定原理相同，冻结物料温度上
DOI:10.13982/j.mfst.1673-9078.2006.04.038
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升过程中，到达某一温度时电阻突然减小，此温度即
为“共融点”。
1.3.2 水分含量测定方法
红外快速水分测定法：红外线快速水分测定仪，
采用热解重量原理设计的，水分测定仪在测量样品重
量的同时，红外加热单元和水分蒸发通道快速干燥样
品，在干燥过程中，水分仪持续测量并即时显示样品
丢失的水分含量百分比，干燥程序完成后，最终测定
的水分含量值被锁定显示，耗时较短。
2 工艺流程及操作要点
2.1 真空冷冻干燥香芋的基本工艺流程
新鲜农产品→挑选→清洗→去皮→切片→预处理→预冷→
速冻→真空冷冻干燥→整理→检验→包装→产品
2.2 操作要点
切片：香芋清洗、去皮后，切成 5×5×0.5cm大小。
预处理：生香芋片用护色液处理 1min 后，然后
立即放入凉水冷却；熟香芋片，大火蒸 8min 后，放
凉至 15℃。
预冻：预冻至共晶点温度 5~10℃以下，预冻的速
度控制在每分钟下降 4℃为宜。
真空干燥：依据预冻结要求温度查相对的真空
度，并在该真空度下通过升华和解析两个干燥阶段使
香芋含水量降至 5％以下。将冷阱预冷至预冻结温度
下，打开干燥仓门，装入香芋片，关上仓门，启动真
空，当真空度达到 70Pa时，开始加热。
整理与包装：物料出仓后在空调室及时进行的质
量检查，称重，真空包装或充氮包装。
3 结果与讨论
3.1 共晶点和共融点测定
香芋片的共晶点和共融点测定采用电阻法测定。
0
5
10
15
20
25
30
7 4 1 -2 -5 -8 -1
1
-1
4
-1
7
-2
0
-2
3
温度/℃
电
阻
/m
Ω

图1 生碳步香芋片的共晶点测定
0
5
10
15
20
25
30
35
40
-2
1
-1
9
-1
7
-1
5
-1
3
-1
1 -9 -7 -5 -3 -1
温度/℃
电
阻
/m
Ω

图2 生碳步香芋片的共熔点测定
0
5
10
15
20
25
30
3 0 -3 -6 -9 -12 -15
温度/℃
电
阻
/m
Ω

图3 熟碳步香芋片的共晶点测定
0
5
10
15
20
25
30
-15 -12 -9 -6 -3 0
温度/℃
电
阻
/m
Ω

图4 生碳步香芋片的共熔点测定
由图 1可看出，随着游离水分的不断冻结，可移
动离子减少，生香芋片的电阻不断增大，在-11℃时开
始加速升高，在-23~-25℃时陡然升高，说明生香芋片
中绝大多数游离水分被冻结了。此温度范围就是生香
芋片的共晶点。
由图 2可知，物料升温过程的电阻变化规律与降
温过程的变化规律相似，即生香芋片的共融点为
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-17~-21℃，所以升华时物料冰晶的温度不能超过此温
度。
同样，由图 3和图 4，可得知熟香芋片的共晶点
是-13~-17℃，共融点是-11~-15℃。熟香芋片的共晶点
和共融点温度较生香芋片有明显升高，可能是在香芋
的蒸煮过程中细胞中的水分分布发生了的变化，一方
面生香芋片中部分被淀粉固定的水份在蒸煮过程中被
游离出来，另一方面蒸汽中的水分在淀粉糊化时进入
做到淀粉胶束，样品中水分增加的同时，存在形式也
较为独立。
3.2 冷却温度对冻干产品外观的影响
由表 1可见，生香芋片在 25℃下进入速冻，对冻
干后样品没有明显影响；熟香芋片在预冻前，必须将
温度缓慢降低至 15℃以下后迅速低温冻结，否则，由
于蒸煮后游离水增加，内部的水分结冰速度过快，冰
晶过大，香芋表面会出现明显的裂纹，在冻干初期，
易发生无定型区的结构破坏，食品结构崩塌；而且在
0~10℃停留时间过长，会引起淀粉老化现象，影响成
品的口感和营养。
表1 冷却温度对香芋片表面的影响
生香芋片 熟香芋片 温度
( )℃ 冻结后 冻干后 冻结后 冻干后
25 有浅裂纹 有细裂纹 有明显裂纹 不能保持完整
20 无异样 无异样 有裂纹较浅 呈龟背状裂纹
15 无异样 无异样 有浅裂纹 有细裂纹
10 无异样 无异样 无异样 无异样,有部分淀粉老化
5 无异样 无异样 无异样 无异样,有明显淀粉老化
3.3 预冻温度对冻干产品外观的影响
冻结温度和冻结速率对于物料中水分生成的晶体数
量、大小、形状有直接关系。一般来讲，冻结温度越
低，冻结速率越快，形成的晶核数量越多，晶粒越细，
冻干产品质量好，但是冻干过程慢；相反，如果冻结
速度慢，晶核数量少，晶粒大，冻干时间短[2]。
图 1和图 2 可看出，生熟、香芋片在冷冻时，-11℃
时开始，电阻增大的速度明显加快，说明-11℃~-23℃
是生香芋片冰晶形成的主要温度段，这与大多数冰晶
体在-1~-5℃之间形成[3],大约有 80%水分结冰的观点
有所出入，这主要是因为炭步香芋中主要成分是淀粉，
其含量超过 61％，而水分含量较低，只有 31％左右[1]。
一般来说预冻温度应低于共晶点 5~10 ℃ [2]，在速冻
时应使样品温度迅速通过-11℃~-23℃的温度范围，然
而由于香芋的架构主要以支链淀粉的胶束为主，冰晶
的颗粒略大，不会影响整体的结构。所以，生香芋片
的预冻温度应低于-30℃，熟香芋片的预冻温度应低于
-26℃（见表 2）。
表2 预冻温度对熟香芋片的影响
生香芋片 熟香芋片 温度
( )℃ 冻结后 冻干后 冻结后 冻干后
-18 ＋＋ ＋＋＋ ＋＋ ＋＋＋
-22 ＋ ＋＋ － ＋＋
-26 ＋ ＋ － －
-30 － － － －
-34 － － － －
注：表内－、＋、＋＋、＋＋＋、为样品表面龟裂程度的目
测结果，分别表示无裂纹、轻度裂纹、明显裂纹、严重龟裂。
3.4 真空度的确定
从热力学数据表查知共晶区下限-30℃下水的饱
和蒸汽压为 46.68Pa,即在高于此真空度条件下可以直
接升华除去水分。实际操作中冻干仓真空度设 60～
70Pa；当样品中水分接近升华完全时，冻干仓内真空
度陡然上升，则停止冻干。
3.5 炭步香芋在冻干机上的干燥曲线
食品是由对食品所含水分的冻结率的要求所决
定的，通常香芋片在冻干过程中，升华是最关键环节,
目的是除去样品中全部水分的 90%左右，最低温度不
应高于预冻结要求温度。升华后进入解析阶段,目的是
除去，在解析干燥阶段，食品最低温度是由对食品残
余含水量的要求所决定的，最高温度只要不造成产品
热变性即可。
由图 5、图 6可以看出,温度曲线表明物料从冷冻
室移到干燥室过程中有一个温度回升过程,随着抽真
空的进行,温度又很快回落。在升华阶段物料水分减少
得较快且带走升华热,所以物料温度上升慢；在解析阶
段,加热隔板的供热使物料温度上升较快,当物料温度
接近加热隔板温度时,其水分含量逐渐达到动态平衡,
冻干结束。
实验结果显示，生香芋片的升华阶段为 319min，
解析阶段大约为 81min；熟香芋片的升华阶段为
302min，解析阶段大约为 89min。两个样品的冻干曲
线明显不同，生香芋片在升华和解析阶段，随着水分
的散失，品温均匀上升，这与张会坡等对板栗的冻干
曲线较为相同[4]；而熟香芋片在 0~134min品温停留在
-30℃左右，140min时突破 0℃，但品温仍然上升缓慢，
直到 285min时，品温才快速上升，然后在 391min时
接近隔板温度。主要原因是由于香芋片在蒸煮过程中，
淀粉糊化，水分进入不可逆地进入淀粉微晶间隙，导
致样品中含水量大幅度增加，所以升华阶段延长。采
用红外线水分测定仪测定，冻干后香芋的水分含量为
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3~4％。
由于冻干过程中，真空机组只是抽去不可凝结汽
体(食品中析出、设备表面析出、泄漏进的空汽)和极
少量的水蒸汽。因此，仓内真空度主要由加热板加热
功率和冷阱表面温度共同决定。所以，冻干过程中实
际控制的最主要参数是加热板加热功率和冷阱表面温
度[7]。由于本试验中预冻结温度设定为-30℃，所以冷
阱表面温度设置为-40~-45℃；升华阶段加热板温度设
为 50~60℃，解析阶段设为 70℃；热水罐温度高于加
热板温度 5~10℃。
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
100
0 29 67 93 12
2
16
4
20
4
24
5
28
0
34
2
38
5
时间/min
温
度
/℃

图5 炭步生香芋片的真空冷冻干燥曲线
注:从线条中段计,从上至下分别代表热水罐温度、搁板温
度、物料温度、冷凝器温度。
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
100
0 25 58 80 10
1
13
5
15
7
17
8
21
0
24
5
27
2
30
1
33
1
35
6
39
5
时间/（min）
温
度
/(
℃
)

图6 炭步熟香芋片真空冷冻干燥曲线
注:从线条中段计,从上至下分别代表热水罐温度、搁板温
度、物料温度、冷凝器温度。
4 结论
采用电阻法测定分别测定了生、熟香芋片的共晶
点和共融点。生香芋片的共晶点是-23~-25℃，共融点
是-17~-21℃；熟香芋片的共晶点是-13~-17℃，共融点
是-11~-15℃。淀粉的糊化使香芋片的共晶点和共融点
明显下降。
生熟、香芋片在速冻时，-11℃时开始，电阻增大
的速度明显加快，说明-11℃~-23℃是生香芋片冰晶形
成的主要温度段，所以，在速冻时应使温度迅速通过
-11℃~-23℃的温度范围，然而香芋的架构主要以淀粉
的胶束为主，冰晶的颗粒略大，不会影响整体的结构。
所以，预冻温度只需低于共晶点 5℃左右即可。即生
香芋片的预冻温度低于-30℃，熟香芋片的预冻温度低
于-26℃速冻前的预冷温度对生香芋片冻干后样品没
有明显影响；熟香芋片在预冻前，必须将温度缓慢降
低至 15℃以下后迅速低温冻结，同时不能在 0~10℃
停留时间过长，否则会引起冻干后样品变形或淀粉老
化，影响成品的外观、口感和营养。
在实际冻干工艺中预冻结温度设定为-30℃；冷阱
表面温度设置为-40~-45℃；升华阶段加热板温度设为
50~60℃，解析阶段设为 70℃；热水罐温度高于加热
板温度 5~10℃；真空度控制在 60Pa，可以得到保持
原有的色、香、味、形产品。
参考文献
[1] 张会坡,张子德,陈志周等.板栗真空冷冻干燥工艺研究[J].
食品与机械,2005(3):27～31.
[2] 李远志,罗树灿,薛子光.真空冷冻干燥荔枝果肉工艺研究
[J].食品与机械,2003(2):17~18.
[3] 谢国山,王立业.真空冷冻干燥技术在食品工业上的应用[J].
化工装备技术,2002,23(5):1~4.
[4] 陈俊标,梁武元,陈永传. 香芋品种品质研究初报[J].广东农
业科学,2004增刊:57~587.
[5] 高福成主编.速冻食品[M].北京:中国轻工业食品出版
社,1998.17~18
[6] 王益强,孙萍,刘鲁建.真空冷冻干燥对食品质量的影响[J].
莱阳农学院学报,2003,20(2):149~153.
[7] 张颜民,徐光,童建民.食品真空冷冻干燥过程工艺参数分
析[J]. 真空与低温,1999,5(3):180~185