怀山药(Chinese yam)为薯蓣科(Dioscoreaceae)多年生食药同源食物,位居我国“四大怀药”之首,其富含黏液多糖、皂苷、多酚氧化酶、淀粉、尿囊素、粘液蛋白和铁、钙、锌等多种营养素,素有“怀参”之称。由于怀山药黏液多糖、淀粉、水分含量较高,在存储过程中易腐烂变质,实施干燥处理可使其含水量处于安全范围内,进而保证怀山药的营养品质。传统干燥技术存在除湿方式单一、除湿效果差、产品品质下降等问题。针对这些问题,本课题设计并搭建了基于涡流管制冷常压冷冻干燥试验台(包括空气压缩机系统、涡流管制冷系统、干燥箱及PLC控制系统)。以涡流管作为制冷源,为干燥处理提供对流换热介质,使得干燥箱内物料水分升华,受到涡流管冷气端气流场控制,兼有冷冻干燥高品质和对流干燥低成本的优点。为提高怀山药干燥品质,解决其加工与保鲜问题,促进怀山药产业的发展,本文采用常压冷冻干燥方法对怀山药的干燥特性及干燥品质进行探索与研究。主要结论如下:1、搭建了一套涡流管制冷常压冷冻干燥装置,选用怀山药等物料作为冻干试验材料,以涡流管为制冷源,对物料的冻干规律进行试验研究,分别考察了涡流管进口压力、物料厚度、给热模式、物料种类及形状等因素对干燥过程的影响;在干燥处理过程中,物料性质及内部结构对干燥速率影响较大。通过适当减小物料厚度和采用对流辐射耦合变温给热模式均可提高干燥速率。干燥室内温度略高于物料三相点温度时,涡流管制冷常压冷冻干燥过程仍可进行。对怀山药而言,当冷气流率μ为0.4~0.5,进口压力为0.3 MPa时,制冷效率最佳。2、为获取高品质怀山药干制品,采用微波辅助真空冷冻干燥技术对怀山药进行干燥处理,并对其干燥特性及干燥品质进行评价。以物料切片厚度、真空度、微波功率为试验因素,以复水率、多糖得率及色泽L值为试验指标,考查干燥条件对怀山药干制品质量的影响;采用线性加权法,将多目标综合优化,确定干燥工艺的最佳参数组合。结果表明:各因素对综合指标的影响主次为:切片厚度>真空度>微波功率。在切片厚度为5 mm、真空度为100 Pa、微波功率为3.75 W的条件下,微波辅助真空冷冻干燥怀山药切片达到安全含水率0.12g/g(d.b)时所需干燥时间为150 min,干燥耗能为7875.9 k J/kg。同时制得的干制品品质优良,复水性好,色泽洁白,多糖损失少,其复水率、色泽L值和多糖得率分别为95.6%、92.90、18.97%。3、为获得较优的怀山药干燥方法,以干制品质量(复水性、收缩率、色泽、硬度、多糖得率、抗氧化性)和干燥能耗为评定指标,比较常压冷冻干燥、微波辅助真空冷冻干燥、真空冷冻干燥、真空干燥以及热泵干燥5种高品质干燥方式对怀山药切片干燥特性和干燥品质的影响。结果表明:采用常压冷冻干燥和微波辅助真空冷冻干燥方法制得干制品品质最接近于真空冷冻干燥技术,并且干燥能耗分别仅为冷冻干燥的28.8%、36.9%。常压冷冻干燥、真空冷冻干燥及微波辅助真空干燥干燥后品质均优于热泵干燥和真空干燥。因此,从干燥品质和能耗两个方面综合考虑,常压冷冻真空冷冻干燥处理不仅能提高怀山药干燥速率,而且在保证干燥品质的前提下减少了干燥能耗。4、通过三因素二次通用旋转组合试验,以新鲜怀山药为原料,进行常压冷冻干燥试验,建立多糖得率,皂苷得率,复水率的回归方程并进行显著性检验。获得了怀山药常压冷冻干燥质量衰退控制最佳操作工艺参数:当干燥温度为-5℃、进口压力为0.3 MPa、切片厚度为10 mm时,其多糖得率最高(12.11%);当干燥温度为-10℃、进口压力为0.6 MPa、切片厚度为2 mm时,皂苷得率最高(0.59%);当干燥温度为-5℃、进口压力为0.45 MPa、切片厚度为2 mm时,复水率最高(93.76%)。