響應(yīng)面法優(yōu)化獼猴桃胡蘿卜復(fù)合果蔬粉噴霧干燥工藝

葉雙雙，楚文靖*，姜薇，趙磊

1. 黃山學(xué)院生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院（黃山 245041）；2. 黃山學(xué)院旅游學(xué)院（黃山 245041）

水果和蔬菜是人體維生素、礦物質(zhì)、膳食纖維和植物化學(xué)物的重要來源。果蔬水分多，季節(jié)性強(qiáng)，較易在貯藏、運輸和銷售過程中腐爛變質(zhì)。將新鮮果蔬直接加工成果蔬粉，是近幾年出現(xiàn)的一種新趨勢[1]。果蔬粉具有水分含量低，貯藏穩(wěn)定性好，綜合利用率高，營養(yǎng)豐富等特點，能夠滿足人們對果蔬多樣化、方便化和功能化趨勢的需求，具有廣闊的開發(fā)前景。

噴霧干燥具有干燥速度快、產(chǎn)品品質(zhì)好、工藝簡單、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點，是目前食品工業(yè)最常用的果蔬粉制備技術(shù)之一。有較多文獻(xiàn)報道噴霧干燥法生產(chǎn)復(fù)合果蔬粉，如西瓜胡蘿卜復(fù)合粉[2]、核桃粕紅棗復(fù)合粉[3]、葛根核桃肽復(fù)合粉[4]等。獼猴桃富含VC、糖、酸和酚類物質(zhì)等營養(yǎng)成分和功能性成分，對人體健康具有重要作用[5]。胡蘿卜具有較高的營養(yǎng)價值和保健功能，享有“小人參”的美譽(yù)[6]。獼猴桃胡蘿卜復(fù)合粉噴霧干燥的研究還鮮見報道。試驗通過單因素試驗及響應(yīng)面設(shè)計試驗，以復(fù)合果蔬粉得率為指標(biāo)，探討進(jìn)料濃度、噴霧干燥機(jī)進(jìn)口溫度、進(jìn)風(fēng)量對得粉率的影響，優(yōu)化獼猴桃胡蘿卜復(fù)合粉噴霧干燥的工藝參數(shù)，為獼猴桃胡蘿卜噴霧干燥果蔬粉的開發(fā)利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 原料與試劑

胡蘿卜、獼猴桃（黃山市屯溪區(qū)陽湖農(nóng)貿(mào)市場）；食品級麥芽糊精（河南萬邦實業(yè)有限公司）。

1.2 儀器與設(shè)備

ADL-311噴霧干燥器（YAMATO科技有限公司）；HX-PB9636破壁料理機(jī)（奧克斯集團(tuán)有限公司）；AD500S-P實驗室分散均質(zhì)機(jī)（上海昂尼儀器儀表有限公司）；熱風(fēng)干燥機(jī)（YAMATO科技有限公司）；AR124CN電子天平（奧豪斯儀器有限公司）；DZ500/2S型真空封口機(jī)（上海青葩食品包裝機(jī)械有限公司）；80-2離心機(jī)（金壇市杰瑞爾電器有限公司）。

1.3 試驗方法

1.3.1 工藝流程

原料挑選→清洗→切分→與一定質(zhì)量的水混合→打漿→添加助干劑→均質(zhì)→過濾→噴霧干燥→真空包裝→成品

1.3.2 操作要點

1) 原料挑選及預(yù)處理

選擇成熟度良好、無病蟲害、無機(jī)械損傷的胡蘿卜和綠心獼猴桃。去皮后用流動水清洗，切分成塊，塊狀大小約2 cm×2 cm×2 cm。切塊后胡蘿卜放置于沸水中軟化2～3 min，瀝干備用。

2) 混合打漿

根據(jù)前期預(yù)試驗結(jié)果，將獼猴桃與胡蘿卜按質(zhì)量比2∶1混合，并加入一定比例的純凈水，于破壁機(jī)中打漿2 min。

3) 添加助干劑

根據(jù)文獻(xiàn)資料[7-9]和前期預(yù)試驗結(jié)果，選擇麥芽糊精為助干劑，添加量為打漿后漿液質(zhì)量的6%。

4) 噴霧干燥

以進(jìn)料濃度、進(jìn)口溫度和進(jìn)風(fēng)量為因素，對處理好的果蔬料液進(jìn)行噴霧干燥。

1.3.3 得粉率的計算[10-11]

式中：Y為得粉率，%；m1為噴霧干燥后得到的干粉質(zhì)量，g；m2為獼猴桃和胡蘿卜的質(zhì)量，g；m3為麥芽糊精質(zhì)量，g。

1.3.4 噴霧干燥單因素試驗

1) 進(jìn)料濃度的確定

準(zhǔn)確配比10%，15%，20%，25%和30%濃度的獼猴桃胡蘿卜混合漿液，并加入漿液質(zhì)量6%的麥芽糊精為助干劑，在進(jìn)風(fēng)口溫度140 ℃，進(jìn)風(fēng)量0.31 m3/min下進(jìn)行噴霧干燥，計算復(fù)合果蔬粉的得粉率。

2) 進(jìn)風(fēng)口溫度的確定

在進(jìn)料濃度20%，進(jìn)風(fēng)量0.31 m3/min條件下，分別在進(jìn)風(fēng)口溫度120，130，140，150和160 ℃下進(jìn)行噴霧干燥，計算復(fù)合果蔬粉的得粉率。

3) 進(jìn)風(fēng)量的確定

在進(jìn)料濃度20%，進(jìn)口溫度140 ℃條件下，分別在進(jìn)風(fēng)量為0.08，0.12，0.19，0.31和0.43 m3/min下進(jìn)行噴霧干燥，計算復(fù)合果蔬粉的得粉率。

1.3.5 響應(yīng)面試驗設(shè)計

在單因素試驗結(jié)果基礎(chǔ)上，選取進(jìn)料濃度（A）、進(jìn)口溫度（B）和進(jìn)風(fēng)量（C）3個因素為自變量，以噴霧干燥得粉率為響應(yīng)值，采用響應(yīng)面試驗設(shè)計對獼猴桃胡蘿卜復(fù)合果蔬粉噴霧干燥工藝進(jìn)行優(yōu)化。響應(yīng)面試驗因素與水平見表1。

表1 Box-Behnken因素水平表

1.3.6 數(shù)據(jù)處理

每組試驗3次重復(fù)，結(jié)果取其平均值。采用Design-Expert 8.0軟件進(jìn)行響應(yīng)面試驗設(shè)計、數(shù)據(jù)分析和作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗結(jié)果與分析

2.1.1 進(jìn)料濃度對得粉率的影響

進(jìn)料濃度與噴霧干燥得粉率的關(guān)系如圖1所示，隨著進(jìn)料濃度逐漸增加，噴霧干燥得粉率逐漸增加，進(jìn)料濃度20%時，得粉率達(dá)到最大值23.5%左右。隨著進(jìn)料濃度繼續(xù)增大，得粉率又隨之下降，進(jìn)料濃度為25%時，得粉率下降到22%左右。

圖1 進(jìn)料濃度對得粉率的影響

2.1.2 進(jìn)口溫度對得粉率的影響

進(jìn)口溫度與得粉率的關(guān)系如圖2所示，進(jìn)口溫度120～140 ℃時，溫度升高，得粉率也隨之增大，進(jìn)口溫度140 ℃時，噴霧干燥得粉率達(dá)到最大，達(dá)到20.1%。隨著進(jìn)口溫度繼續(xù)增大，得粉率又逐漸下降，進(jìn)口溫度160 ℃時，由于進(jìn)口溫度過高，大量料液糊化而黏附在壁上形成黃褐色殘渣，此時得粉率只有10%左右。

圖2 進(jìn)口溫度對得粉率的影響

2.1.3 進(jìn)風(fēng)量對得粉率的影響

進(jìn)風(fēng)量與得粉率的關(guān)系如圖3所示，從曲線圖可以看出，進(jìn)風(fēng)量增大，噴霧干燥得粉率隨之增大，達(dá)到峰值后又開始下降。得粉率峰值19.6%出現(xiàn)在進(jìn)風(fēng)量0.31 m3/min處，而進(jìn)風(fēng)量增大到0.43 m3/min時，得粉率下降18.8%。

圖3 進(jìn)風(fēng)量對得粉率的影響

2.2 響應(yīng)面試驗結(jié)果與分析

2.2.1 回歸模型的建立及方差分析

響應(yīng)面法優(yōu)化獼猴桃胡蘿卜復(fù)合果蔬粉噴霧干燥工藝的試驗設(shè)計與結(jié)果見表2。

對表2數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到得粉率Y與進(jìn)料濃度（A）、進(jìn)口溫度（B）、進(jìn)風(fēng)量（C）3個因素之間的二次多項回歸模型方程：Y=24.82+1.81A-0.11B-0.13C+0.000AB+0.12AC+0.13BC-4.74A2-1.83B2-0.91C2。

表2 響應(yīng)面試驗設(shè)計與結(jié)果

由表3可知，該模型極顯著（p＜0.01），失擬項不顯著，模型相關(guān)系數(shù)（R2=0.942 7）較高，說明模型與實際擬合程度較好，模型可以對獼猴桃胡蘿卜復(fù)合果蔬粉的噴霧干燥工藝進(jìn)行分析和預(yù)測。一次項A、B、C，二次項A2、B2、C2差異極顯著（p＜0.01），說明進(jìn)料濃度，進(jìn)口溫度和進(jìn)風(fēng)量對獼猴桃胡蘿卜復(fù)合果蔬粉的得率影響極顯著。F值可以反映出各因素對試驗指標(biāo)的重要性，F(xiàn)值越大，表明對試驗指標(biāo)的影響越大[12-13]。結(jié)合表3可知，對獼猴桃胡蘿卜復(fù)合果蔬粉得粉率影響程度大小順序為：進(jìn)料濃度＞進(jìn)口溫度＞進(jìn)風(fēng)量。

表3 獼猴桃胡蘿卜復(fù)合噴霧干燥回歸模型方差分析表

2.2.2 各因素間交互作用的影響

由圖4～圖6可知，進(jìn)料濃度、進(jìn)口溫度和進(jìn)風(fēng)量對獼猴桃胡蘿卜復(fù)合果蔬粉得粉率的影響不是簡單的線性關(guān)系，具有交互作用。2個變量之間交互作用的強(qiáng)弱可以從等高線的形狀判斷，橢圓形表示2個變量間交互作用較強(qiáng)，圓形則表示較弱[14]。3個變量兩兩交互時，其中1個變量不變，隨著另外2個變量增加，得粉率呈現(xiàn)先上升，達(dá)到一定值時又下降趨勢。其中，進(jìn)料濃度與進(jìn)風(fēng)量交互作用較強(qiáng)，進(jìn)料濃度與進(jìn)口溫度，進(jìn)口溫度與進(jìn)風(fēng)量交互作用相對較弱。

圖4 進(jìn)料濃度（A）與進(jìn)口溫度（B）交互作用的等高線圖和響應(yīng)面

圖6 進(jìn)口溫度（B）與進(jìn)風(fēng)量（C）交互作用的等高線圖和響應(yīng)面

2.3 驗證性試驗

由Design-Expert 8.0軟件分析得到，響應(yīng)面值最大時，對應(yīng)的最佳條件為：進(jìn)料濃度21%、進(jìn)口溫度139.67 ℃、進(jìn)風(fēng)量0.30 m3/min，得粉率24.998 2%。為了方便實際操作，對試驗條件進(jìn)行簡化，選取進(jìn)料濃度20%，進(jìn)口溫度140 ℃，進(jìn)風(fēng)量0.31 m3/min開展試驗，得粉率為24.1%，與預(yù)測值基本相符。試驗結(jié)果表明響應(yīng)面法優(yōu)化獼猴桃胡蘿卜復(fù)合果蔬粉噴霧干燥工藝可行。

3 結(jié)論

以新鮮獼猴桃和胡蘿卜為原料，以進(jìn)料濃度、進(jìn)口溫度、進(jìn)風(fēng)量為影響因素，以得粉率為響應(yīng)值，進(jìn)行獼猴桃胡蘿卜復(fù)合果蔬粉噴霧干燥工藝的響應(yīng)面分析，并建立回歸方程。結(jié)合生產(chǎn)實際得到最佳工藝條件為：進(jìn)料濃度20%，進(jìn)口溫度140 ℃，進(jìn)風(fēng)量0.31 m3/min。在此條件下得粉率達(dá)24.1%，所得的獼猴桃胡蘿卜復(fù)合果蔬粉色澤呈橙黃色，細(xì)膩均勻，分散性好，保留果蔬原有香味。