四环冻干—人参冻干的工艺

人参直空冷冻干燥的工艺流程包括前处理、预冻、升华干燥、解析干燥、后处理。

在人参冻干前，将人参洗净、整形，选直径相当的人参、在人参上用银针穿孔。实验表明，这样处理的人参干燥好，外形美观，干燥时间短，节省能源。

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根据测得的人参共晶点温度为-15℃、搁板温度控制在0~-25℃，安验证明，当温度高于此值时，冻干人参的表面有鼓泡、抽沟、收缩等不可逆现象。预冻时间与人参直径大小有关，与冻干机性能有关。实验中选用的是直径 30mm 左右六年生圆参，经多次实验观察，将人参从室温(约为15℃)降到-20℃左右，人参的预冻时间为 3~4h，效果较好。

人参在升华干燥过程中，由于需要不断补充升华潜热，在保持升华界面温度低于共晶点温度的条件下，不断供给热量。随着干燥层的增厚，热阻增加，供给的热量也应有所增加。这时应注意人参的已冻干部分的温度必须低于人参的崩解温度，否则，产品将会熔化报废。实验认为人参的崩解温度在+50℃左右。

人参的升华干燥时间受许多因素的影响，是一个传热、传质同时进行的复杂过程。在此过程中，传热处于控制地位，干燥时，人参冻干过程的状态模型如图6-2所示。热量从加热器传至人参表面以对流和辐射为主，因此，压强对传热量有影响。从人参表面到升华界面热量以热传导形式传入。

干燥过程中的传热传质具有相似的物理机理，热传导的推动力是温度差，传质的驱动力是压强差传质符合Fick 定律：

式中，G为扩散速率；D 为扩散系数；M 为冰晶的摩尔质量；T_m为人参的升华界面温度；R为普适气体常数。

干燥过程中的传热、传质过程是相互影响的，随着升华的进行，多孔干燥层的增长，不仅要降低传质的效率，而且也延缓了冰界面上升华水蒸气逸出的速率。

根据上述分析，可建立起人参真空冷冻干燥的数学模型，再经数学推导，可整理出升华阶段所需要的时间t为19.2h，经实验测得，升华干燥时间为 20~22h 比较合适。

在升华干燥结束后，人参内部的毛细管壁还吸附了一部分水，这些水分是没冻结的，这些吸附水的吸附能量高，如果不给予足够的热量，它们不能解吸出来，因此这个阶段的物料温度应足够高，人参的最高温度是 50℃。为使水蒸气有足够的推动力逸出，应在人参内外形成较大的压差。因此，这阶段箱内应该有较高真空度。解吸干燥时间控制在8h左右较好。

干燥结束后，应立即进行充氮或真空包装，因干燥后的人参吸水性强，应防止产品吸潮而变质。

根据以上的分析、计算、实验，得出人参冷冻真空干燥的工艺曲线如图6-3 所示。

上述冻干曲线是直径约为 30mm 的六年生人参的典型工艺曲线。对于不同大小的人参和不同性能的冻干机，冻干工艺曲线是有变化的，不能生搬硬套，应根据具体情况修正。为提高人参的冻干速率，还常采用预冻前用银针穿孔法。这里进一步研究一下影响人参冻干的因素。

人参经过前处理后，分别放在冻干室的搁板与搁板上的竹帘之上，然后进行冻结、干燥处理。在干燥相同时间后取出观察，直接放在搁板上的人参，在靠近搁板侧抽缩已干，另一侧则未干透，折之不易断，断面上有糊精存在。放于竹帘上的人参干燥，外形好看，和鲜参相差不大，折断有脆声，断面蜂窝状且洁白。造成这种现象的原因是人参的热导率近于绝热材料，直接放于搁板上，与搁板接触侧受热量大，热量传不上去，造成这部分冰晶融化，产生抽沟现象，而人参上部受热少，整个人参的热量分布不均匀，干燥速率亦不均匀。放于竹帘上靠对流和辐射供热量，四周热流均匀，分布在人参上的温度均匀，传热传质都比较均匀，所以干燥效果好。

不同直径大小的人参，干燥时所需升华时间不同，随着半径的增大，时间呈平方曲线上升，因为人参的直径越大，所含冰的体积越大，不考虑人参长度影响，体积与半径r的平方成正比，由此可见，进行人参冷冻干燥时，需要选择直径相当的人参同时干燥，不然在相同的升华时间内，有的已干燥完毕，有的升华还未完成，造成质量差异或不必要的能耗升高。因此，干燥不同直径的人参时，应调整升华阶段时间，选用不同的冻干曲线。

人参冻干时的传质过程是水蒸气从冰表面升华，通过已干燥层的孔道，向真空室内逸出的过程。因此，冷冻界面与真空室内压差△P越大，则水蒸气的逸出速率越快。但真空室内压强太低，对于空间热对流不利，传给人参的热量减少，升华速率下降。如果真空室内的压强太高，△P减小，传给人参的热量增多，会造成界面融化，干燥失败。权衡传热、传质的平衡关系，经过实验，冻干人参时冻干箱内的压强选择在 13~133Pa 之间为好。采用循环压力法可提高人参的冻干速率。

升华过程中产生的大量水蒸气是由水汽冷凝器排出的，水汽冷凝器的表面温度直接影响着冻干室内的真空度，影响人参的干燥速率。实验发现，水汽冷凝器的表面温度与升华界面的温度有关。水蒸气的流动取决于这两个温所对应的饱和蒸汽压力之差，降低水汽冷凝器表面的温度可以提高水蒸气的凝结速率，但是会增大设备的能耗和成本。实践证明水汽冷凝器表面温度取一30℃是经济可行的。

采用冷冻真空干燥技术加工的活性人参，经鉴定，活性参无论在质量和外形上都优于用传统方法加工的红参、生晒参、糖参等制品。在低温条件下加工而成的活性参，其组织细胞内含物保留较完整，可利用度较高。将活性参用低浓度醇白酒或蒸留水浸泡，待具活性的细胞吸收水分后，可恢复鲜参状。由于活性参是在冷冻真空低温条件下脱水干燥的，鲜参所含酶未遭破坏，服用后易于消化吸收，可发挥更大的药效。采用冷冻真空干燥加工的活性参与烘干参成分对比见表 6-1.