洋蔥粉微切、真空干燥工藝研究

彭 濤，殷 欣，路宏科，馬文錦，劉 琦，張懷予，金 明，陳興葉

(1.甘肅省輕工研究院，甘肅蘭州730000; 2.甘肅農業大學，甘肅蘭州730070)

洋蔥(Allium epa L.)是百合科蔥屬二年生草本植物，又名玉蔥、蔥頭［1］。研究發現，洋蔥含有硫化物、類黃酮、苯丙素酚類、甾體皂苷類、含氯化合物、前列腺素類和多糖等多種成分，具有消炎抑菌、防癌抗癌、利尿止瀉及降血糖、降血脂、降膽固醇、降血壓、抗血小板凝聚、預防心腦血管病、抗氧化、美容等多種生理功效［2］。由于洋蔥具有適應性強、耐貯藏、運輸等特點，在全國分布廣泛，云南、四川、山東、甘肅、內蒙古、黑龍江和吉林是主產區［3］。2011年甘肅洋蔥種植面積約為2.90萬hm2［4］，鮮蔥總產量約292萬t，交易量占全國的81%。洋蔥作為甘肅河西地區主要農作物，目前主要用于鮮售，但由于種植面積的擴大，市場供應量大幅增加，貯藏能力、加工能力與生產能力嚴重脫節，致使價格明顯降低，因此需尋求更有效的加工途徑，在解決洋蔥銷售問題的同時提高洋蔥的附加值。本研究以金昌當地優質洋蔥為原料，通過微切、真空低溫干燥技術將其加工成膳食纖維保存完好、營養物質損失小、零添加劑的高質量洋蔥粉，從而促進洋蔥加工產業鏈的發展，為甘肅省洋蔥產業的發展提供重要技術支撐和實踐參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

洋蔥 充分成熟，產于甘肅省金昌市;蘆丁標準品 分析純，＞99.0%，南京蘇朗醫藥科技開發有限公司;槲皮素標準品 分析純，＞99.00%，成都曼斯特生物科技有限公司;維生素A標準品、維生素E標準品 上海安譜科學儀器有限公司;甲醇、乙醇 分析純，天津市津海化工有限公司;乙腈 色譜純，天津市津海化工有限公司。

MJ103-5真空低溫干燥連續干燥機 上海敏杰機械有限公司;URSCHEL Com ltrol1700型微切機 尤索公司;AR2140型電子分析天平 奧豪斯國際貿易有限公司;高效液相色譜 美國安捷倫公司;濕度計 上海精密儀器儀表有限公司;HR-L鼠籠式破碎機 鄭州恒冉機械設備有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 全纖維洋蔥粉加工工藝流程及操作要點 原料→去皮→破碎→微切→濃縮→真空干燥→檢驗→包裝→成品

原料挑選:選用無霉爛變質的成熟洋蔥，要求表面無機械傷、病蟲害或凍僵現象。去皮:采用機械去皮。初磨:將切塊原料采用鼠籠破碎機磨碎成3mm左右小粒。微切:URSCHEL Com ltrol1700型微切機，設定微切轉速。濃縮:采用刮板式濃縮機，將原料濃縮為粘稠漿料，設定濃縮度。低溫真空連續干燥:將濃縮后的漿料打入真空干燥機，設定干燥溫度和真空度。粉碎:按客戶要求干燥后的物料經水環式粉碎機粉碎。包裝:為防潮，產品立即包裝入庫。

1.2.2 真空五段干燥溫度的確定 五段干燥溫度中，根據生產工藝要求及后續粉碎工段的技術要求確定干燥初始溫度為38℃、干燥末端溫度為5℃，其它3段溫度通過響應面分析方法予以確定。

以3段溫度為自變量，洋蔥粉綜合評價值為響應值，進行三因素三水平的響應面分析實驗，實驗因素水平見表1。

表1 響應面實驗因素水平表Table1 Factors and levels of response surface experiments

1.2.3 原料微切粒度、物料干燥前濃縮度和干燥真空度的確定

1.2.3.1 單因素實驗 原料去皮、初磨(用鼠籠破碎機磨碎成3mm左右小粒)后，在微切設備轉速(7000、8000、9000、10000、11000 r/m in)、物料干燥前濃縮度(35%、40%、45%、50%、55%)和干燥真空度(11、15、19、23、29mbar)中其他因素不變的前提下，對其中一個單因素設定不同水平，以成品洋蔥粉感官評價得分為指標進行單因素實驗。

1.2.3.2 響應面優化 在單因素實驗基礎上，以微切轉速、原料濃縮度、干燥真空度為自變量，以感官評價得分和蘆丁、槲皮素、維生素E、維生素A含量作為指標，進行響應面分析實驗，因素水平見表2。

表2 響應面分析實驗因素水平表Table2 Factors and levels of response suface experiments

1.2.4 評價方法

1.2.4.1 蘆丁含量測定［5］、槲皮素含量測定［6］、維生素A測定、維生素E測定［7］均采用高效液相色譜法測定。

1.2.4.2 感官評價方法 洋蔥粉感官鑒評采用加權評分法，即:依各項品質因子主次地位所確定的最高分對樣品進行標度(評分)法，總分100分。組織10人依次對外觀、香氣、色澤、滋味進行評定打分，去掉一個最高分和一個最低分，平均值為感官評定的結果，評分規則見表3。

1.2.5 綜合評價方法 綜合評價值為實驗指標結果相加總和，即綜合評價=蘆丁含量+VE含量+VA含量+槲皮素含量+感官指標值。

1.2.6 數據處理 單因素方差分析采用IBM SPSS Statistics數據處理軟件，響應面分析采用 Design-Expert 8.0.6設計軟件。

2 結果與分析

2.1 洋蔥粉5段干燥溫度的確定

以干燥各段溫度(除去初始溫度及末端溫度)為自變量，根據中心復合實驗設計原理，以上述三個因素為自變量，洋蔥粉綜合評價值為響應值，進行三因素三水平的響應面分析實驗。

通過Design-Expert 8.0.6設計優化實驗，以蘆丁、VE、VA、槲皮素含量和感官評價的綜合分數為評價指標。響應面結果見表4、圖1。

由圖1可知，微切洋蔥粉真空低溫五段干燥最佳工藝條件為:2段干燥溫度34.97℃，3段干燥溫度30.06℃，4段干燥溫度24.95℃，根據設備實際操作需要，設定五段干燥溫度分別為38、35、30、25、5℃。

2.2 原料微切轉速、物料干燥前濃縮度和干燥真空度的確定

2.2.1 單因素實驗

2.2.1.1 微切轉速對產品感官指標的影響 微切轉速對洋蔥感官指標的影響見圖2。

表3 洋蔥粉感官評價評分標準Table3 Grading standard for onion powder sensory evaluation

表4 響應面分析實驗結果Table4 Results of response surface experiments

圖1 真空低溫五段干燥溫度確定結果Fig.1 Result of five drying temperature in vacuum low-temperature

圖2 微切轉速對洋蔥粉感官指標的影響Fig.2 Effect ofmicrocut speed on the sensory evaluation

由圖2可知，微切粒度隨微切轉速增大而減小，而微切轉速在9000 r/m in時，洋蔥感官評價達到最大值，故確定微切轉速為8000、9000、10000 r/m in進行響應面分析。

2.2.1.2 原料濃縮度對洋蔥粉感官指標的影響 原料濃縮度對洋蔥感官指標的影響見圖3。

圖3 原料濃縮度對洋蔥感官指標的影響Fig.3 Effect of concentration of raw materials on the sensory evaluation

由圖3表明，原料濃度在35%～45%之間時，隨著原料濃度的增加，洋蔥粉感官評價得分不斷提高，原料濃度在45%～55%之間時，隨著原料濃度的增加，洋蔥粉感官評價得分遞減，即當原料濃度為45%時洋蔥粉感官指標達到最佳，故確定40%、45%和50%進行響應面分析。

2.2.1.3 干燥真空度對洋蔥粉感官指標的影響 干燥真空度對洋蔥粉感官指標的影響見圖4。

由圖4可以看出，洋蔥粉感官評價得分隨著干燥真空度的提高呈現先提高后下降的趨勢，并于23mbar時洋蔥粉感官指標達到最佳，故選擇15、23、28mbar進行響應面分析。

2.2.2 響應面優化

2.2.2.1 響應面分析結果 響應面結果見表5。

2.2.2.2 回歸方程的建立與分析 洋蔥粉感官指標值的變化對微切轉速、干燥真空度以及濃縮度的標準回歸方程為:

表5 響應面分析實驗結果Table5 Result of response surface design

表6 ANOVA分析結果Table6 Results of ANOVA analysis

圖4 干燥真空度對洋蔥粉感官指標的影響Fig.4 Effect of drying vacuum on the sensory evaluation

洋蔥粉綜合評價值=+95.96+1.01A+1.04B+0.82C-1.5AB-0.43AC+0.47BC-16.16A2-10.30B2-4.48C2

式中:自變量A為微切轉速(r/m in)、B為干燥真空度(mbar)、C為原料濃縮度(%)。ANOVA分析結果見表6。

由表6可以看出，該模型的p＜0.0001說明所得回歸方程極顯著，失擬檢驗=0.1702＞0.05不顯著，說明此回歸模型較理想，可信度高。由表7可以看出，因變量與所考察自變量之間的線性關系顯著(R2=0.9990)表明所建立的模型可以用來解釋99.90%的相應變化;模型調整確定系數，矯正擬合度= 0.9978，說明該模型能解釋99.78%響應值的變化，擬合程度較好;信噪比為78.833＞4，說明實驗精度很高。綜合以上分析得知，該模型能準確的模擬微切轉速、干燥真空度及濃縮度三個因素對洋蔥粉綜合評價值的影響，該模型與實際情況擬合較好，可用于表征各參數對洋蔥粉綜合評價值的影響。

表7 ANOVA分析Table7 Analysis of variance

2.2.2.3 響應面圖分析 根據模型繪制三維曲面圖及等高線圖見圖5～圖7。

圖5 微切轉速和干燥真空度交互作用對洋蔥粉綜合評價值的影響Fig.5 Effect ofmicrocut speed and drying vacuum on the comprehensive evaluation value of onion powder

圖6 微切轉速和濃縮度交互作用對洋蔥粉綜合評價值的影響Fig.6 Effect ofmicrocut speed and concentrated hydrolysates on the comprehensive evaluation value of onion powder

圖7 干燥真空度和濃縮度交互作用對洋蔥粉綜合評價值的影響Fig.7 Effect of drying vacuum and concentrated hydrolysates on the comprehensive evaluation value of onion powder

由圖5～圖7可知，微切轉速B的等高曲線較陡峭，即為影響洋蔥粉綜合評價值變化的最顯著因素;干燥真空度A次之;濃縮度C對其影響最小，即3個因素對洋蔥粉綜合評價值的影響顯著性從大到小依次為:干燥真空度＞微切轉速＞濃縮度。

2.2.2.4 響應面數學模型尋優與驗證 通過對洋蔥粉綜合指標的二次多項數學模型解逆矩陣，洋蔥粉最佳工藝參數為:微切轉速9028.27 r/m in，干燥真空度23.25mbar，濃縮度45.94%，并得到在該工藝條件下，洋蔥粉的綜合評價預測值為96.0388，將該響應面優化實驗結果進行驗證實驗，驗證性實驗結果見表9。

表9 驗證實驗結果Table9 The result of verification test

由表9可以看出，驗證實驗測得洋蔥粉綜合評價值平均值為96.92%，綜合評價高于響應面綜合評價預測值，證明響應面實驗確定的微切轉速9000.00 r/min，干燥真空度23.00mbar，濃縮度50%時，制得的洋蔥粉綜合評價值最高，由此判斷三元二次多項式回歸模型可應用于研究微切、真空干燥洋蔥粉的制備。

2.3 市售洋蔥粉與本工藝洋蔥粉營養成分對比

市售洋蔥粉與本工藝洋蔥粉營養成分對比見表10。

表10 洋蔥粉營養成分對比結果Table1 0 Result of comparison in nutritional components

由表10可以看出，本工藝所制洋蔥粉比市售噴霧干燥法生產的洋蔥粉蘆丁含量高26倍，槲皮素含量高42倍，VE、VA含量也高出一倍左右。

3 結論

3.1 在單因素實驗基礎上，采用響應面法結合設備實際情況，確定出全纖維洋蔥粉生產的最佳工藝條件為:在5段干燥溫度分別為38、35、30、25、5℃，微切轉速9000 r/m in(即顆粒直徑0.00127mm)，原料干燥真空度為23mbar，原料干燥前濃縮度50%的條件下，洋蔥粉產品中蘆丁含量達到0.57mg/g，槲皮素含量達到4.03mg/g，VE含量達到0.65mg/g，VA含量達到0.40mg/g，充分保留了洋蔥中的有效成分且感官指標最佳，產品綜合指標達到最優。

3.2 產品充分利用金昌當地優質資源洋蔥，研制生產出綠色、營養的洋蔥粉，該產品的研發，縮減了傳統加工環節、促進了洋蔥加工產業和地方經濟的發展，為企業、社會創造更多經濟效益。

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