氣流式超微粉碎條件對板栗超微粉粒度影響

付春宇,常學東,高海生

(河北科技師范學院食品科技學院,河北秦皇島,066600)

超微粉碎,是將各種物質粉碎成直徑約小于 20μm的微粒,由于加工條件的優化,并且加工的產品是在低溫、干燥、密封的條件下獲得,從而避免了營養成分的流失和變化,避免了污染,同時也對物料進行了最大限度的利用,給制造新型食品提供了極為便利的工藝條件[1]。超微粉碎技術提高原料中有效成分的溶出,并利于機體對食品營養成分的吸收[2]。超微粉碎技術的逐步成熟,為食品加工的進一步深入發展提供了技術支持。目前,國內外板栗粉加工和應用有一些報道。技術方面重點主要集中在褐變控制和普通的粗粉碎工藝及設備上,且取得了一定進展。但由于產品的粒度較大,其生理功能和人體對營養成分的吸收率較低,最終產品的質構和口感較差。同時,現代化的高新技術在板栗加工中應用甚少[3,4]。國外板栗粉在市場上的應用較多,但其加工在國外也并未形成規?；?例如意大利、韓國等國家對板栗的應用主要是生產板栗粉,生產方法是制成整栗干后通過反復磨碎制得。傳統栗干產區Pimonte,Tuscanyt和 Calabrica等在干制房內用悶火烘烤加工栗干,這過程需 15～20 h[5,6],韓國的 Ahn等試驗,人工控制通風干燥加工整栗干(不護色)[5]。這種加工栗粉的生產工藝耗時長,加工效率低。不過,板栗粉在國外市場上十分暢銷。對板栗超微粉研究是板栗加工業的一種新手段、新思路,它對于傳統工藝、配方的改進、新產品的開發將產生推動作用。本試驗利用正交旋轉組合試驗設計,對氣流式粉碎機制備超微板栗粉工藝條件進行探究,確定最優工藝。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

新鮮京東板栗,購于遵化市。試驗前于冰箱低溫保存。

1.2 主要儀器設備

QLM-80K氣流粉碎設備:浙江上虞市和力粉體有限公司;ZM1超級離心研磨機:Retsch GmbH＆Co.KG;多用粉碎機:上海新浙旺機電制造有限公司;激光衍射粒度分析儀:Distribution Analyzer LA-920。

1.3 試驗方法

1.3.1 試驗技術路線 材料處理→切碎烘干→粉碎→篩分→再烘干→氣流超微粉碎→粒度分析。

1.3.2 超微粉碎粒度影響因素分析

1.3.2.1 單因素試驗 分別對進料粒度、工質壓力、篩選頻率等因素進行單因素試驗,測得在各因素不同因素下氣流超微粉碎的粒度分布,并對其進行分析。

1.3.2.2 三因素二次回歸正交旋轉組合試驗 氣流粉碎時進料粒度、工質壓力、篩選頻率是顯著影響板栗粉粒度的主要因素。為此,采用三因素二次回歸正交旋轉組合試驗設計[7],研究在多因素控制下板栗粉粒度的變化規律,因素水平及其編碼(表 1)。

2 結果與討論

2.1 單因素試驗分析

分別對氣流超微粉碎的進料粒度、工質壓力、篩選頻率、進料次數等幾個因素進行單因素試驗,試驗表明,板栗粉的粒度受超微粉碎時進料粒度、工質壓力、篩選頻率 3個因素影響明顯(圖 1,圖 2,圖 3)。

表 1 因素水平編碼

圖 1 超微粉碎平均粒度與進料粒度的關系

圖 2 超微粉碎平均粒度與分選頻率的關系

圖 3 超微粉碎平均粒度與工質壓力的關系

2.2 板栗粉超微粉碎二次回歸正交旋轉組合設計及試驗分析

對板栗粉超微粉碎實驗進行二次回歸正交旋轉組合設計[7](表 2)。對表 2的數據進行回歸分析,得到回歸模型為:Y=11.535 44+1.624 55 Z1-0.283 81 Z2-0.347 22 Z3+1.711 36+1.233 55+0.806 55-2.315 03 Z1Z2-2.354 73 Z1Z3+0.105 27 Z2Z3,剔除不顯著因素和不顯著交互作用,得到氣流超微粉碎板栗粉粒度隨進料粒度、工質壓力、篩選頻率變化的標準回歸模型為:Y=11.535 44+1.624 55 Z1+1.711 36+1.233 55+0.806 55-2.315 03 Z1Z2。

對模型的擬合性和顯著性進行檢驗,結果表明,模型擬合是合適的,回歸方程是顯著的,表明此模型可用于定量描述板栗粉粒度隨進料粒度、工質壓力、篩選頻率變化的規律[8]。

2.3 影響板栗粉粒度的單因素效應分析

將回歸方程中的任意兩個因素固定在 0水平,得到 Y1=11.535 44+1.624 55 Z1+1.711 36Y2=11.535 44-0.283 81 Z2+1.233 55,Y3=11.535 44-0.347 22 Z3+0.806 55。

對 Yi求 Zi的一階偏導數,并令其等于 0。當 Z1=-0.475(相當于進料粒度為 0.098 mm)時超微板栗粉的粒度有一個峰值,高于或低于此值,粒度均減小。當 Z2=0.115(相當于篩選頻率 25.575Hz)時,板栗粉的粒度有一峰值,高于或低于 25.575 Hz時,粒度都增大。當 Z3=0.215(相當于工質壓力為 76.075kg /cm2)時,板栗粉的粒度有一峰值,高于或低于 76.075kg /cm2時,粒度都增大。

表 2 板栗粉超微粉碎二次回歸正交旋轉組合設計試驗數據

2.4 影響板栗粉粒度各因素的最佳組合

分別對回歸方程求偏導,并令其等于 0,得如下方程組:

解之得:Z1=0.165,Z2=-0.058,Z3=0.439。即:進料粒度為 0.101 mm,篩選頻率為 24.7 Hz,工質壓力為 72.81kg/cm2時,板栗粉氣流超微粉碎粒度最細。

2.5 驗證試驗

按照上述采用的三因素二次回歸正交旋轉組合試驗設計得到的標準回歸模型分析得到的板栗氣流式超微粉碎最佳工藝,進行試驗,得到板栗粉氣流超微粉碎粒度為10.108 5μm。其粒度分布如圖 4所示。試驗結果與表 2中其他數據對比可知其粒度分布比較理想,粒度為10.108 5μm,小于表 2中粒度,與理論分析得到粒度最細的結論一致。

圖 4 最優工藝板栗超微粉粒度分

3 結論與討論

結果表明超微粉碎的板栗粉粒度對進料粒度、篩選頻率、工質壓力的回歸模型為:Y=11.535 44+1.624 55 Z1-0.283 81 Z2-0.347 22 Z3+1.711 36+1.233 55+0.806 55-2.315 03 Z1Z2-2.354 73 Z1Z3+0.105 27 Z2Z3,影響板栗粉粒度各因素的最佳組合為:進料粒度為 0.101mm,篩選頻率為 24.7Hz,工質壓力為 72.81kg/cm2。通過驗證試驗得到此工藝下板栗超微粉粒度為 10.108 5μm,與理論分析得到粒度最細的結論一致。此工藝可以作為板栗的超微粉碎工藝技術進行推廣應用。本研究采用的正交旋轉組合試驗設計得到標準數學模型,從而確定最優工藝這一統計分析方法分析結果理想,為此類工藝優化的試驗提供了思路。

本試驗僅從粒度角度對氣流式超微粉碎條件對板栗超微粉產品影響加以分析討論,而未涉及板栗營養及成分損失的研究,在今后的試驗中有待進一步深入。

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(責任編輯:石瑞珍)