響應面試驗優化甘薯渣流化床干燥工藝

田俊青，馬小涵，趙 丹，趙天天，張 磊，尹旭敏，曾志紅，劉 雄,*

（1.西南大學食品科學學院，重慶 400715；2.重慶師范大學生命科學學院，重慶 401331；3.重慶市農業科學院，重慶 401329）

響應面試驗優化甘薯渣流化床干燥工藝

田俊青1，馬小涵1，趙 丹1，趙天天1，張 磊2，尹旭敏3，曾志紅3，劉 雄1,*

（1.西南大學食品科學學院，重慶 400715；2.重慶師范大學生命科學學院，重慶 401331；3.重慶市農業科學院，重慶 401329）

甘薯渣在傳統干燥時，易發生黏結、結塊的現象，為了改善這種狀態，本研究以甘薯渣為原料，采用Box-Behnken優化試驗研究流化床甘薯渣單位面積加載量、床層溫度、空氣流量3 個因素對甘薯渣干燥時間和甘薯渣粒度綜合評分的影響，并對流化床干燥甘薯渣的工藝條件進行了優化。結果表明：對流化床干燥甘薯渣綜合評分的影響大小順序為單位面積加載量＞空氣流量＞床層溫度，從回歸模型中得到最佳工藝參數為單位面積加載量5 264 g/m2、空氣流量52.73 m3/h、床層溫度51.33 ℃，此條件下綜合評分預測值為0.790，驗證實驗結果預測精度為93.60%。與傳統干燥方式相比，干燥時間縮短，流化床干燥制得的樣品20 目過篩率82.3%，堆積密度為0.446 g/m L，密度明顯提高25.8%；硬度485.382 g，且硬度明顯減小；掃描電鏡中顆粒內部空隙增大，樣品松散，可減小粉碎成本。本研究結果為工業化干燥、延長保存時間及其深加工生產提供理論依據。

甘薯渣；流化床；干燥；綜合評分；品質

甘薯，又名甜薯、地瓜、番薯、白薯、紅薯等，它具有產量高、用途廣、適應性強等優點，是重要的糧食作物，我國的甘薯種植面積和產量都居世界前列[1]。甘薯中含有豐富的淀粉，不僅應用于食品工業深加工，而且在造紙、紡織、醫藥及養殖業等領域均有所應用[2]，而甘薯加工后會產生大量的副產物——甘薯渣，甘薯渣營養成分豐富，含有淀粉、膳食纖維、果膠、蛋白質等主要物質[3]。王賢等[4]利用甘薯渣同步糖化發酵生產酒精；董向艷等[5]利用甘薯渣膳食纖維中的纖維素和果膠制備纖維寡糖和果膠寡糖；趙華等[6]利用復合益生菌固態發酵法改善甘薯渣營養價值；陸紅佳等[7]利用甘薯渣提取納米纖維素，發現薯渣納米纖維素能有效降低SD雄性大鼠體質量，提高其腸道健康。近年來對甘薯渣的研究主要集中在成分利用上，對其干燥方式研究較少，鮮濕狀態的甘薯渣水分含量大，難以長期保存，當將濕甘薯渣以傳統烘干、曬干等方式干燥時，干燥效率低且干燥過程中容易發生黏結、結塊的現象，且結塊體積大、硬度大，增加了微細化和貯藏的成本。甘薯加工產生大量濕甘薯渣，干燥與堆積存放困難，直接被當作廢棄物處理，造成嚴重的環境污染與資源浪費[8]。

隨著甘薯淀粉工業的發展，越來越多的甘薯渣亟待開發與利用，由于濕甘薯渣保存周期短和傳統干燥方式的缺陷，干燥方式越來越重要，干燥可以降低產品質量、減少貯藏和運輸成本并延長貯藏期[9]，作為工業化生產的重要方式，已被廣泛應用。常見的干燥方式有微波干燥、冷凍干燥、熱風干燥[10-12]。微波干燥速率快、產品品質均勻，但成本較高；冷凍干燥的產品有較好的品質，但是干燥時間長、處理量小、成本高；熱風干燥應用范圍廣、操作簡單、處理量大，其中滾筒干燥的表面溫度較高，一些制品會因過熱而呈現不正常的顏色，導致品質下降。流化床干燥物料時，氣流與干燥介質接觸面積大、溫度分布均勻、干燥時間短、具有較高的傳熱系數、可實現低溫條件下達到快速干燥的效果[13-17]，考慮到干燥效率、干燥處理量、干燥產品的松散度和粒度、附加成本、工業化程度及其產品品質，本研究選擇流化床干燥方式處理甘薯渣[18]。

實驗選用傳統干燥方式（電熱恒溫鼓風干燥）將濕甘薯渣水分質量分數降到60%，再用流化床干燥至質量不再變化，研究不同單位面積加載量、空氣流量、床層溫度因素條件下甘薯渣流化床干燥特性，以20 目過篩率、干燥時間為評價指標，對甘薯渣流化床干燥工藝進行響應面分析，最終得到生產甘薯渣的最佳組合條件，在此條件下進行粒度、密度、硬度、掃描電子顯微鏡分析，并與傳統干燥方式作對比，以期為甘薯渣的長期保存、深加工與利用提供基礎研究和參考。

1 材料與方法

1.1 材料

濕甘薯渣（初始含水量80.12%），采購自重慶市北碚區農貿市場。

1.2 儀器與設備

LG-100B型流化床干燥裝置 浙江中控科教儀器設備有限公司；DHG-9240A電熱恒溫鼓風干燥箱 上海一恒科學儀器有限公司；JA2004型電子天平 上海精科天平儀器廠；LZB-50型空氣流量計 余姚工業自動化儀表廠；HY-B型回轉振蕩器 江蘇省金壇市醫療儀器廠；TA-XT2i質構分析儀 英國Stable M icro Systems公司；S-4800掃描電子顯微鏡 日本日立公司。

1.3 方法

1.3.1 干燥工藝

1.3.1.1 干燥工藝流程

濕甘薯渣→除雜→膠體磨3 次→電熱鼓風干燥箱（單位面積加載量5 300 g/m2，床層溫度52 ℃）→干燥至水分質量分數60%～65%→流化床干燥→過20 目篩→稱質量→成品

1.3.1.2 單因素試驗

分別考察單位面積加載量、床層溫度、空氣流量3 個試驗因素對甘薯渣流化床干燥特性的影響，以時間、過篩率為綜合評價指標進行單因素試驗。

將物料甘薯渣放入流化床，控制流化床床層溫度50 ℃，空氣流量為50 m3/h時，改變單位面積加載量分別為2 400、4 000、5 600、7 200、8 800 g/m2時，對甘薯渣進行干燥處理，考察加載量對甘薯渣干燥特性的影響。

將物料甘薯渣放入流化床，控制流化床床層溫度50 ℃，單位面積加載量4 000 g/m2，改變空氣流量為30、40、50、60、70 m3/h時，對甘薯渣進行干燥處理，考察空氣流量對甘薯渣干燥特性的影響。

將物料甘薯渣放入流化床，控制流化床空氣流量50 m3/h，單位面積加載量4 000 g/m2，改變流化床床層溫度為30、40、50、60、70 ℃時，對甘薯渣進行干燥處理，考察溫度對甘薯渣干燥特性的影響。

1.3.1.3 響應面優化試驗

對單因素試驗結果進行顯著性分析，選擇對薯渣綜合評分影響較大的因素條件，以綜合評分為響應值，對流化床干燥甘薯渣的條件進行優化，采用Box-Behnken試驗設計，運用Design-Expert 8軟件，建立數學回歸模型，進行數據分析，其因素與水平設計見表1。

表1 Box-Behnken試驗因素與水平Tab le 1 Factors and levels used for Box-Behnken design

1.3.1.4 相同條件下傳統干燥甘薯渣

利用響應面分析優化的流化床干燥甘薯渣的最佳組合條件，用電熱鼓風干燥箱在相同條件下，將甘薯渣烘干，考察20 目過篩率、堆積密度、硬度、掃描電鏡等指標并與流化床干燥薯渣的性質進行對比。

1.3.2 主要指標檢測

1.3.2.1 水分測定

原料初始水分測定按GB 5009.3—2010《食品中水分的測定》。

1.3.2.2 含水率測定

實驗過程中每隔1 m in采集一次樣品稱質量，利用含水率的測定確定流化床干燥時間，按公式（1）計算。

式中：mt為干燥t m in甘薯渣的質量/g；m0為甘薯渣干質量/g；Wt為甘薯渣干燥t m in的含水率/%。

1.3.2.3 過篩率測定

將流化床干燥后的甘薯渣過20 目篩10 m in，粒徑為20 目以下顆粒為目標粒徑，按公式（2）計算。

式中：W1為過篩率/%；m1為目標粒徑總質量/g；m2為過篩甘薯渣總質量/g。

1.3.2.4 干燥時間的確定

甘薯渣含水率的測定結合105 ℃恒溫干燥確定所需時間，直至甘薯渣含水率不大于5%時干燥結束，記錄干燥時間/m in。

1.3.2.5 堆積密度測定

分別取傳統干燥和流化床干燥后的甘薯渣樣品，轉移樣品至100 m L量筒中，并稱質量，把量筒固定于回轉振蕩器上，設定振動頻率為100 次/m in，直到緊密堆積，體積不再變化為止，測定5 次取平均值[19]。

1.3.2.6 硬度測定

質構儀測定參數：測前速率2.00 mm/s，測中速率0.5 mm/s，測后速率5.00 mm/s，壓縮比50%，2 次壓間隔時間5 s，負載類型auto20，探頭類型P0.5，測定時環境溫度20～25 ℃，樣品為直徑3 mm的干燥甘薯渣顆粒。

1.3.2.7 掃描電子顯微鏡分析

分別取傳統干燥和流化床干燥后的甘薯渣樣品，分別用導電膠固定在載樣臺上，對樣品進行5 m in噴金處理，利用掃描電子顯微鏡對樣品進行觀察和拍照。

1.3.2.8 綜合指標分析

本實驗為多指標實驗，為求兼有質優、生產率高的較佳工藝，采用加權綜合評分，因各指標的量綱不同，先變換成無量綱參數，再在平等數量級條件下計算綜合加權評分值。由于過篩率指標越大越好，時間越小越好，故進行組內總評分評價，選取綜合評分高的進行優化試驗，具體時間評分值、過篩率評分值和綜合評分的計算分別見公式（3）～（5）：

式中：ymax和ymin分別為各組指標數值的最大值和最小值；yi為第i組試驗所得數據；Y1為時間評分值；Y2為過篩率評分值；λ1為時間加權評分系數，λ2為過篩率加權評分系數；在實際評價過程中，其大小正負要視指標的性質和側重程度而定，只要確保λ1+λ2=1.0即可[20-21]。

干燥的目的不僅僅為了速率快、效率高，更需注重干燥甘薯渣的品質，故干燥后甘薯渣過篩率應該作為重要評價指標，其次為時間，所以在優先保證甘薯渣粒度最小的前提下，兼顧干燥效率，確定各個指標加權值，兩者權重分別為λ1=0.2，λ2=0.8。

1.4 數據處理

采用Origin、Excel 2007和SPSS 22.0對實驗數據進行作圖及統計分析，差異顯著性（P＜0.05）用不同字母表示，采用Design-Expert 8.6軟件對響應面試驗得到的數據進行線性回歸和方差分析。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 單位面積加載量對干燥特性的影響

由表2可知，評分隨著單位面積加載量的增大不斷升高后降低，當單位面積加載量為2 400～5 600 g/m2時，綜合評分顯著增大（P＜0.05），當單位面積加載量為5 600～8 800 g/m2時，綜合評分顯著減小（P＜0.05），且加載量為4 000 g/m2和7 200 g/m2時，綜合評分并沒有顯著性差異（P＞0.05）。這是因為當單位面積加載量較小時，氣流速度雖然已經超過臨界流速（最小流化速度），但物料較少容易被氣流吹成一條溝壑，造成溝流和死床現象[22]，甘薯渣流化不完全，重新黏結，導致結塊現象發生，從而降低了甘薯渣的過篩率和綜合評分。隨著單位面積加載量增大到5 600 g/m2，氣流速度與臨界流速相同，受熱均勻，流化狀態明顯[23]，顆粒間空隙較大，甘薯渣開始被空氣吹起并懸浮在床層中作自由運動，顆粒間相互碰撞、混合[24]，甘薯渣間空隙增大，受熱總面積隨之增大，散熱均勻，質量較小的顆粒懸浮在上方，較大的顆粒在床層下方。當單位面積加載量高于5 600 g/m2時，氣流速度低于臨界流速，顆粒間空隙較小，熱交換效率較低，也有可能是因為單位面積加載量大，導致濕薯渣料層厚度越大，熱風的通透性越差，從而影響了甘薯渣與熱風的熱交換，進而影響熱風與甘薯渣的接觸面積，接觸面積減小，甘薯渣之間發生黏結現象，內部水分向外部遷移的速率減小，導致黏結成塊狀大顆粒。當單位面積加載量在5 600 g/m2時，綜合評分最高，選擇單位面積加載量4 000、5 600、7 200 g/m2做最佳工藝篩選實驗。

表2 單位面積加載量對流化床干燥甘薯渣的綜合評分Table 2 Effect of material loading per unit area on the response

2.1.2 空氣流量對干燥特性的影響

考察流量在30～70 m3/h時對流化床干燥甘薯渣綜合評分的影響，由表3可知，綜合評分隨著流量的增大先不斷升高后降低，當流量為50 m3/h時，綜合評分達到最大值，當空氣流量為30～50 m3/h時，綜合評分顯著增大（P＜0.05），當50～60 m3/h時，綜合評分顯著減小（P＜0.05），但20 目過篩率沒有顯著性差異（P＞0.05），當流量為50～70 m3/h時，考慮時間因素，綜合評分具有顯著性差異。這是因為當空氣流量很小時，氣流速度小于臨界流速，固體顆粒處于靜止狀態，甘薯渣間空隙較小，易發生黏結現象。隨著空氣流量的增大，氣流速度增大，床層的壓降也增大，當氣流速度等于臨界流速時，此時增加的壓降剛好平衡床層顆粒的重力，床層開始膨脹而流化[22]，氣體通過顆粒間隙流過床層，導致甘薯渣之間分散，不發生黏結現象。當50～70 m3/h時，隨著空氣流量的增大，氣流速度大于臨界流速，且增加的壓降大于平衡床層顆粒的重力，流化逐漸完全，也可能是因為空氣流量越大，加速濕甘薯渣熱交換，縮短干燥時間，結果顯示對于甘薯渣的粒徑沒有顯著性影響，但考慮時間因素，綜合評分有顯著性。從表3可以看到，當空氣流量在50 m3/h時，綜合評分最高，故選擇空氣流量在40、50、60 m3/h做最佳工藝篩選實驗。

表3 空氣流量對流化床干燥甘薯渣的綜合評分Table 3 Effect of air flow rate on the response

2.1.3 床層溫度對干燥特性的影響

考察溫度在30～70 ℃時對流化床干燥甘薯渣綜合評分的影響，由表4可知，綜合評分隨著床層溫度的增大先不斷升高后降低，當床層溫度為50 ℃時，綜合評分達到最大值，當床層溫度為30～50 ℃時，綜合評分顯著增大（P＜0.05），當床層溫度為50～70 ℃時，綜合評分顯著減小（P＜0.05），當溫度為40 ℃和60 ℃時，20 目過篩率沒有顯著性差異（P＞0.05），考慮時間因素，綜合評分具有顯著性差異（P＜0.05）。這是因為溫度越高，甘薯渣的傳熱傳質阻力越小，故達到干燥終點的時間越短[25]。隨著溫度的升高，水分遷移速率與水分蒸發速率逐漸達到平衡[26]，當高于50℃左右時，物料表面水分迅速蒸發，內部擴散慢于水分蒸發，導致表面呈僵硬狀態，甘薯渣容易發生黏結情況，導致過篩率下降。而繼續加熱溫度高于65 ℃時，能聞到甘薯渣明顯的焦味，可能是物料中淀粉發生糊化，也可能是物料表面呈僵硬狀態，熱量無法進入內部，吸收熱量較大，表面實際溫度增大，發生燒焦現象，嚴重影響甘薯渣的品質[27]。甘薯渣的干燥受溫度的影響較大，溫度越高，所提供的熱量越大，干燥時間明顯低于不同加載量和流量下的干燥時間[28]，當溫度50 ℃時，綜合評分最高，故選擇溫度40、50、60 ℃做最佳工藝篩選實驗。

表4 床層溫度對流化床干燥甘薯渣的綜合評分Table 4 Effect of tem perature on the response

2.2 響應面試驗結果

在單因素試驗結果基礎上，采用Box-Behnken試驗設計，設計三因素三水平共17 個試驗，其中12 個分析因素試驗，5 個零點試驗，優化流化床干燥甘薯渣綜合評分的工藝條件。設計的試驗方案及結果見表5。

2.3 回歸模型的建立和方差分析

使用響應面分析法對表5中數據進行多元回歸擬合，得到單位面積加載量、空氣流量、床層溫度相關回歸系數，其回歸方程為：

綜合評分＝0.76-0.10A+0.083B+0.050C-0.056AB+0.072AC+0.050BC-0.26A2-0.19B2-0.18C2

進一步對回歸方程進行分析，所得的方差分析結果見表6。

由表6可知，回歸二次方程模型的P值小于0.01（顯著），而失擬項P值大于0.152 2（不顯著），說明正交試驗結果與數學模型擬合程度良好，可用此模型來分析和預測流化床干燥甘薯渣綜合評分工藝條件。決定系數R2值為0.992 5，與校正決定系數R2Adj值為0.980 0相近，表明流化床干燥甘薯渣綜合評分與實測值有較好的擬合度，試驗的可靠性和精確度比較好。同時，由表6的F值大小可知，3 個因素對流化床干燥甘薯渣綜合評分的影響大小順序為單位面積加載量＞空氣流量＞床層溫度。單位面積加載量、空氣流量、床層溫度對流化床干燥甘薯渣綜合評分的影響極顯著，單位面積加載量和床層溫度、空氣流量和床層溫度、單位面積加載量和空氣流量的交互作用顯著；二次項中單位面積加載量和空氣流量對流化床干燥甘薯渣綜合評分的影響均極顯著。

2.4 因素間交互作用結果

綜合分析圖1、3可知，綜合評分隨流量的升高出現先增大后輕微減小的趨勢，原因是空氣流量越大，加速濕甘薯渣熱交換，隨著氣體通過顆粒間隙流過床層，導致甘薯渣之間分散，不發生黏結現象，繼續增大流量對響應值無顯著性差異；分析圖1、2可知，在試驗水平范圍內，綜合評分隨單位面積內加載量的升高出現先增大后減小的趨勢，原因是單位面積加載量大，熱風的通透性變差，從而影響了甘薯渣與熱風的熱交換，進而使熱風與甘薯渣的接觸面積減小，甘薯渣之間發生黏結現象，導致黏結成塊狀大顆粒，從而使響應值減小；由圖2、3可知，綜合評分隨溫度的增大先升高后減小，說明過高的溫度不利于甘薯渣的綜合評分，物料表面水分迅速蒸發，內部擴散慢于水分蒸發，導致表面呈僵硬狀態，繼續升高溫度，熱量無法進入內部，吸收熱量較大，表面實際溫度升高，黏結現象嚴重，從而影響綜合評分。

表5 Box-Behnken試驗設計及結果Tab le 5 Box-Behnken design arrangement w ith experimental resu lts

表6 回歸模型方差分析Table 6 Analysis of variance of regression equation

圖1 單位面積加載量和空氣流量的交互作用對綜合評分的響應面圖Fig. 1 Response surface plot showing the interactive effects of material loading per unit area and air flow rate on the response

圖2 單位面積加載量和床層溫度的交互作用對綜合評分的響應面圖Fig. 2 Response surface p lot show ing the interactive effects of material loading per unit area and tem perature on the response

圖3 空氣流量和床層溫度的交互作用對綜合評分的響應面圖Fig. 3 Response surface p lot show ing the interactive effects of air fl ow rate and tem perature on the response

2.5 最佳工藝的確定與驗證

利用Design-Expert 8.0軟件進行分析，從上述回歸模型方差分析表中求得最佳工藝條件為單位面積加載量5 264 g/m2、空氣流量52.73 m3/h、床層溫度51.33 ℃，此條件下綜合評分預測值為0.790。在工業生產中為了便于實踐操作，對優化條件的參數取整后修正為單位面積加載量5 300 g/m2，空氣流量50 m3/h，床層溫度52 ℃。為檢驗響應面模型的可靠性，按上述最佳工藝條件重復 3 次實驗，對流化床干燥甘薯渣的時間、過篩率進行綜合評分。驗證實驗結果表明，在修正的最佳工藝條件下，綜合評分預測值為0.740±0.090，預測精度為93.60%，再次證明回歸模型的準確性。

以此確定傳統干燥的工藝參數為單位面積加載量5 300 g/m2、床層溫度52 ℃，置于電熱鼓風干燥箱中，加熱到質量不再變化為止，考察20目過篩率，堆積密度、硬度、掃描電鏡等指標。

2.6 流化床干燥甘薯渣的性質

2.6.1 相同工藝條件下2 種干燥方式甘薯渣性質對比

表7 不同干燥方式所得甘薯渣性質對比Table 7 Com parison of sweet potato residue properties w ith different drying methods

由表7可知，在2.5節所得最佳工藝條件下2 種干燥方式在過篩率、堆積密度、硬度等指標具有顯著性差異，說明經過流化床干燥處理后，可以有效的改善甘薯渣黏結現象，使其具有較小的粒度；堆積密度明顯提高25.8%，說明流化床干燥方式可以制得密度較大的甘薯渣樣品，這種方式使其粒度減小，從而增加其堆積密度；甘薯渣的硬度明顯減小，干燥甘薯渣硬度降低可有效減少甘薯渣微細化的粉碎的工業化成本，為甘薯渣的工業化生產及長期保存提供依據，甘薯渣中纖維素、淀粉所占比例較大[29-31]，工業上也可擴大再生產，使甘薯渣得到充分利用。

2.6.2 相同工藝條件下2 種干燥方式甘薯渣掃描電鏡對比分別用20 目以下的甘薯渣樣品進行掃描電鏡分析，考察甘薯渣表面結構[32]。由圖4可知，掃描電鏡明顯可以觀察到樣品中的淀粉顆粒，傳統干燥的樣品，表面結構致密，淀粉被夾雜在其中，而流化床干燥的甘薯渣，結構松散，較多淀粉裸露在表面。說明流化床方式在短時間內干燥的樣品，可以達到結構松散的效果，這可能是因為水分遷移較快且散失均勻，導致顆粒內部有空隙產生，使干燥后樣品松散，而傳統干燥方式則需要長時間干燥，以至于水分無法均勻散失，導致甘薯渣黏結聚集，粒徑變大。

圖4 傳統干燥（a/b）和流化床干燥（c/d）甘薯渣掃描電鏡圖Fig. 4 Scanning electron m icrographs of sweet potato residue processed by traditional drying method (a/b) and fl uidized bed drying method (c/d)

3 結 論

本實驗研究了在不同單位面積加載量、床層溫度、空氣流量，以干燥所用時間、過篩率為綜合評價指標進行單因素試驗，考察對甘薯渣的干燥特性的影響，在單因素試驗結果的基礎上，采用Box-Behnken試驗設計以流化床甘薯渣單位面積加載量、床層溫度、空氣流量3個因素為自變量，綜合評分為響應值，進行響應面優化實驗，得出流化床干燥甘薯渣綜合評分的影響因素大小順序為單位面積加載量＞空氣流量＞床層溫度，從回歸模型中求得最佳工藝參數為單位面積加載量5 264 g/m2、空氣流量52.73 m3/h、床層溫度51.33 ℃，此條件下綜合評分預測值為0.790，驗證實驗結果預測精度為93.60%。

本實驗將流化床運用到干燥甘薯渣中，通過針對甘薯渣容易黏結、結塊、不易破碎現象的分析，以干燥所用時間、過篩率為綜合評價指標，對其密度、硬度、掃描電子顯微鏡圖進行分析，并與傳統干燥方式相比，可知在最佳工藝條件下流化床干燥制得的樣品20 目過篩率82.3%，提高72.8%；堆積密度為0.446 g/m L，明顯提高25.8%；甘薯渣樣品硬度為485.382 g，明顯減小82.6%；掃描電子顯微鏡圖顯示樣品結構松散較均勻，淀粉裸露在表面，說明經過流化床干燥后可以制得粒徑小、密度大、硬度小且結構松散的甘薯渣顆粒，同時微細化的甘薯渣可作為膳食纖維的主要來源，添加在食品中，增加其口感及飽腹感。本研究結果為甘薯渣的長期保存、深加工與資源的利用提供一定基礎研究與參考，也為甘薯渣的干燥方式提供理論依據。

[1] 郁志芳, 夏志華, 陸兆新. 鮮切甘薯酶促褐變機理的研究[J]. 食品科學,2005, 26(5): 54-59.

[2] 王秀穎, 徐軒, 孫悅學. 甘薯加工與綜合利用[J]. 園藝與種苗,2015(3): 64-67. DOI:10.16530/j.cnki.cn21-1574/s.2015.03.025.

[3] MEI X, MU T H, HAN J J. Composition and physicochem ical properties of dietary fiber extracted from residues of 10 varieties of sweet potato by a sieving method[J]. Journal of Agricultural and Food Chem istry, 2010, 58(12): 7305-7310. DOI:10.1021/jf101021s.

[4] 王賢, 張苗, 木泰華. 甘薯渣同步糖化發酵生產酒精的工藝優化[J]. 農業工程學報, 2012, 28(14): 256-261. DOI:10.3969/j.issn.1002-6819.2012.14.039.

[5] 董向艷, 李靜梅, 石波, 等. 甘薯淀粉加工廢渣制備復合寡糖的條件優化及其活性評價[J]. 中國農業科學, 2014, 47(15): 3044-3057.DOI:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.15.014.

[6] 趙華, 王雪濤, 湯加勇, 等. 復合益生菌固態發酵改善甘薯渣營養價值的研究[J]. 動物營養學報, 2015, 27(4): 1191-1198. DOI:10.3969/j.issn.1006-267x.2015.04.024.

[7] 陸紅佳, 張磊, 劉金枝, 等. 納米甘薯渣纖維素對高脂膳食大鼠腸道內環境及形態的影響[J]. 食品科學, 2015, 36(5): 172-178.DOI:10.7506/spkx1002-6630-201505033.

[8] 韓俊娟. 甘薯膳食纖維及果膠的提取工藝研究[D]. 北京: 北京林業大學, 2008: 13.

[9] FALADE K O, SOLADEM I O J. Modelling of air drying of fresh and blanched sw eet potato slices[J]. International Journal of Food Science & Technology, 2010, 45(2): 278-288. DOI:10.1111/j.1365-2621.2009.02133.x.

[10] ZHANG Z F, FAN S H, ZHENG Y L, et al. Purple sweet potato color attenuates oxidative stress and inflammatory response induced by D-galactose in mouse liver[J]. Food & Chem ical Toxicology, 2009, 47(2): 496-501.DOI:10.1016/j.fct.2008.12.005.

[11] 湯富蓉. 紫色甘薯全粉加工關鍵技術的研究[D]. 成都: 西華大學,2011: 4-30.

[12] YANG J, GAD I R L. Effec ts o f steam ing and dehyd ration on anthocyanins, antioxidant activity, total phenols and co lor characteristics of purple-fl eshed sweet potatoes[J]. American Journal of Food Technology, 2003, 3(4): 1331-1353.

[13] NAZGHELICHIA T, AGHBASHLOAB M, KIANMEHRA M H, et al.Prediction of energy and exergy of carrot cubes in a fluidized beddryer by artificial neural networks[J]. Drying Technology, 2011, 29(3): 295-307. DOI:10.1080/07373937.2010.494237.

[14] 涂行浩, 李坤, 張弘, 等. 響應面試驗優化漂白紫膠流化床干燥工藝[J]. 食品科學, 2017, 38(2): 233-239. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201702037.

[15] AKBARI H, KARIM I K, LUNDIN M, et al. Optim ization of baker’s yeast drying in industrial continuous fluidized bed dryer[J]. Food and Bioproducts Processing, 2012, 90(1): 52-57. DOI:10.1016/j.fbp.2010.12.005.

[16] 萬忠民, 馬佳佳, 鞠興榮, 等. 流化床和薄層熱風干燥對稻谷品質的影響[J]. 食品科學, 2014, 35(6): 6-11. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201406002.

[17] YAZDANPANAG N, LANGRISH T A G. Fast crystallization oflactose and milk powder in fluidized bed dryer/crystallizer[J]. Dairy Science and Technology, 2011, 91(3): 323-340. DOI:10.1007/s13594-011-0015-8.

[18] M URTHY Z V P, JOSH I D. Fluid ized bed d rying o f Aon la(Emblica officinalis)[J]. Drying Technology, 2007, 25(5): 883-889.DOI:10.1080/07373930701370290.

[19] 王靜, 楊秀芳, 鄒新武, 等. 茶與茶制品緊密堆積密度測定方法研究[J]. 中國茶葉加工, 2014(4): 25-26; 31-32. DOI:10.15905/j.cnki.33-1157/ts.2014.04.009.

[20] 杜雙奎, 李志西. 食品試驗優化設計[M]. 北京: 中國輕工業出版社,2011: 126-127.

[21] 張越, 丁超, 楊國峰, 等. 基于多品質指標的響應面試驗優化稻谷流化床干燥工藝[J]. 食品科學, 2016, 37(16): 54-62. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201616009.

[22] 潘永康. 現代干燥技術[M]. 北京: 化學工業出版社, 2006: 181-186.

[23] DEPYPERE F, PIETERS J G, DEWETTINCK K. CFD analysis of air distribution in fluidized bed equipment[J]. Powder Technology, 2004,145(3): 176-189. DOI:10.1016/j.pow tec.2004.06.005.

[24] VARITH J, DIJKANARUKKUL P, ACHARIYAV IRIYA A, et al. Combined m icrowave-hot air drying of peeled longan[J].Journal of Food Engineering, 2007, 81(2): 459-468. DOI:10.1016/j.jfoodeng.2006.11.023.

[25] 李星琪, 陳厚榮. 藍莓熱風干燥特性及數學模型[J]. 農產品加工,2016, 411: 9-13. DOI:10.16693/j.cnki.1671-9646(X).2016.07.003.

[26] PéREZ-ALONSO C, CRUZ-OLIVARES J, RAMíREZ A, et al.Moisture diff usion in allspice (Pimenta dioica L. M erril) fruits during fluidized bed drying[J]. Journal of Food Processing & Preservation,2011, 35(3): 308-312. DOI:10.1111/j.1745-4549.2009.00457.x.

[27] ROKNUL A S M, ZHANG M, MUJUMDAR A S, et al. A comparative study of four drying methods on drying time and quality characteristics of stem Lettuce slices (L)[J]. Drying Technology, 2014, 32(6): 657-666. DOI:10.1080/07373937.2013.850435.

[28] 張緒坤, 祝樹森, 黃儉花, 等. 用低場核磁分析胡蘿卜切片干燥過程的內部水分變化[J]. 農業工程學報, 2012, 28(22): 282-287.DOI:10.3969/j.issn.1002-6819.2012.22.039.

[29] MEI X, MU T H, HAN J J. Com position and physicochem ical propertiesof dietary fiber extracted from residues of 10 varieties of sweet potatoby a sieving method[J]. Journal of Agricultural and Food Chem istry, 2010, 58: 7305-7310. DOI:10.1021/jf101021s.

[30] 周虹, 張超凡, 黃光榮. 甘薯膳食纖維的開發應用[J]. 湖南農業科學,2003(1): 55-56. DOI:10.16498/j.cnki.hnnykx.2003.01.028.

[31] 劉達玉, 黃丹, 李群蘭. 酶堿法提取薯渣膳食纖維及其改性研究[J].食品研究與開發, 2005, 26(5): 63-66.

[32] 蓋春慧. 薯渣中生物質資源循環利用的化學工藝研究[D]. 廣州:華南理工大學, 2010: 6.

Optim ization of Fluidized Bed Drying of Sweet Potato Residue by Response Surface Methodology

TIAN Junqing1, MA Xiaohan1, ZHAO Dan1, ZHAO Tiantian1, ZHANG Lei2, YIN Xum in3, ZENG Zhihong3, LIU Xiong1,*
(1. College of Food Science, Southwest University, Chongqing 400715, China;2. College of Life Science, Chongqing Normal University, Chongqing 401331, China;3. Chongqing Academy of Agricultural Sciences, Chongqing 401329, China)

Adhesion and agglomeration easily occur during the traditional drying process of sweet potato residue. In order to improve this phenomenon, the process parameters for the fluidized bed drying of sweet potato residue, i.e., material loading per unit area, bed temperature, air flow rate, were optimized using response surface methodology w ith a Box-Behnken design. The weighted average of dimensionless drying time and granularity was used as response variable. The results showed that the response was influenced in decreasing order by material loading per unit area, air flow rate and bed temperature. The optimal conditions obtained from the regression model were as follows: loading capacity, 5 264 g/m2; air flow rate, 52.73 m3/h; and bed temperature, 51.33 ℃. Under these conditions, the predicted response value was 0.790, and the validation experiments showed a prediction accuracy of up to 93.60%. Compared w ith traditional drying method, the time required for fluidized bed drying was shortened. Additionally, 82.3% of the dried product could pass through a 20-mesh sieve,bulk density of the sample was 0.446 g/m L, which was significantly increased by 25.8%, and hardness was 485.382 g, which was significantly reduced. Under scanning electron microscopy, it was observed that the fluidized bed dried product exhibited particles w ith larger internal voids and had a looser structure, leading to reduced comm inution cost. This study may provide a theoretical basis for industrial drying, prolongation of the storage time and intensive processing of sweet potato residue.

sweet potato residue; fluidized bed; drying; weighted average; qualityTIAN Junqing, MA Xiaohan, ZHAO Dan, et al. Optimization of fluidized bed drying of sweet potato residue by response surface methodology[J]. Food Science, 2017, 38(22): 224-230. (in Chinese w ith English abstract)

10.7506/spkx1002-6630-201722034. http://www.spkx.net.cn

10.7506/spkx1002-6630-201722034

TS205.1

A

1002-6630（2017）22-0224-07

田俊青, 馬小涵, 趙丹, 等. 響應面試驗優化甘薯渣流化床干燥工藝[J]. 食品科學, 2017, 38(22): 224-230. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201722034. http://www.spkx.net.cn

2017-03-31

重慶市科委民生專項一般項目（cstc2015shmszx0367）；重慶市社會事業與民生保障科技創新專項（cstc2015shms-ztzx0113；cstc2015shms-ztzx80013）

田俊青（1990—），男，碩士研究生，研究方向為食品化學與營養學。E-mail：415308095@qq.com

*通信作者：劉雄（1970—），男，教授，博士，研究方向為碳水化合物功能與利用、食品營養學。E-mail：liuxiong848@hotmail.com