響應面法優化沙棘鮮果渣干燥工藝

張春媛，張 娜，邢金香

(山西省林業和草原科學研究院，山西 太原 030012)

中國是沙棘種植、加工大國，沙棘作為藥食同源的中藥材之一，具有抗氧化、增強免疫力之功效。每年有大量的沙棘果用于生產果汁或榨油，在沙棘果中占有較大比重的加工副產物皮、核、籽、渣，含有豐富的黃酮類化合物、有機酸、礦物質等營養成分，由于成本和干燥的原因，被直接當做廢棄垃圾或通過填埋來處理，造成了資源的極大浪費。為了充分利用沙棘資源，對沙棘果渣進行干燥尤為重要。為此，筆者選用自主研發的鮮果渣自動干燥機對沙棘鮮果渣進行不同干燥溫度、裝樣量和出風口濕度的干燥試驗，并進行響應面優化，以期為沙棘果渣干燥提供理論依據，從而確保沙棘產業的健康、可持續發展。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

材料：沙棘果渣、藍莓果渣，購買于呂梁野山坡食品有限責任公司。

儀器：鮮果渣自動干燥機(自主研發)、電子天平、干燥器。

1.2 試驗方法

1.2.1 單因素試驗

1.2.1.1 不同溫度干燥試驗

采用自主研發的鮮果渣自動干燥機，分別以50 ℃， 60 ℃，70 ℃，80 ℃對沙棘鮮果渣進行干燥試驗。鮮果渣重量均為50 kg，含水率為46.5%.

1.2.1.2 不同裝樣量干燥試驗

采用自主研發的鮮果渣自動干燥機，干燥溫度設定為70 ℃，進樣量分別為50 kg，80 kg，100 kg，120 kg，對沙棘鮮果渣進行干燥試驗。鮮果渣的含水率為52.7%.

1.2.1.3 不同出風口濕度干燥試驗

采用自主研發的沙棘果渣自動干燥機，干燥溫度設定為70 ℃，進樣量為100 kg，出風口濕度分別為9%，12%，15%，18%，對沙棘鮮果渣進行干燥試驗。鮮果渣的含水率為56.7%.

1.2.2 響應面試驗

在單因素試驗的基礎上，由罐內溫度、裝樣量、出風口濕度3個因素對干燥后沙棘果渣含水率進行3因素3水平響應面試驗優化研究，用Design Expert 8.06軟件對含水率進行二次多元回歸模型擬合分析。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗

2.1.1 不同溫度干燥試驗

不同溫度沙棘鮮果渣干燥試驗結果見表1.

表1 不同溫度沙棘鮮果渣干燥試驗

由表1可知，干燥溫度越高，干燥時間越短。當干燥溫度為50 ℃時，干燥時間較長，需耗時225 min才能達到規定要求(含水率為8%～12%)。當干燥溫度為60 ℃時，干燥時間為120 min，果渣顏色正常，呈黃色。當干燥溫度為70 ℃時，干燥時間為90 min，果渣顏色仍屬正常。當干燥溫度為80 ℃時，干燥時間較短，僅80 min，但觀察發現，果渣顏色明顯發暗，呈黃褐色。可能是干燥溫度過高，熱敏性物質維生素C遭到破壞所致。故干燥溫度為70 ℃最合適。

2.1.2 不同處理量干燥試驗

不同處理量沙棘鮮果渣干燥試驗結果見表2.

由表2可知，干燥溫度為70 ℃時，干燥時間與處理量成正相關，處理量越大干燥時間越長。當處理量為100 kg時，果渣干燥處理量達到了33.33 kg/h.而繼續加大處理量，其干燥處理量有所下降。且干燥時間太長，會使沙棘果渣中一些營養成分的結構被破壞，造成活性成分損失。因此，處理量選擇100 kg最合適。

2.1.3 不同出風口濕度干燥試驗

不同出風口濕度沙棘鮮果渣干燥試驗結果見表3.

由表3可知，出風口濕度為15%和18%時，干燥后果渣含水率相對較高。而出風口濕度為9%時，干燥后果渣含水率為5.63%，過于干燥。出風口濕度為12%時，干燥后果渣含水率為7.12%，達到干燥后含水率要求，且果渣干燥處理量達到了33.33 kg/h.因此，出風口濕度為12%比較合適。

2.2 沙棘干燥干燥工藝參數優化

2.2.1 響應面試驗設計

采用3因素3水平(罐內溫度：60 ℃，70 ℃，80 ℃；裝樣量：80 kg，100 kg，120 kg；出風口濕度：10%，12%，15%)進行響應面分析，采用軟件Design Expert 8.06處理分析數據，共17組試驗，試驗設計及結果見第10頁表4.

表4 試驗設計與結果

利用Design Expert 8.06軟件對表1的數據進行多元回歸擬合分析，得出含水率對罐內溫度(A)、裝樣量(B)、出風口濕度(C)的二次多項回歸模型為：含水率=7.19-0.20A-0.11B-0.026C-0.14AB+0.54AC+0.34BC+1.87A2+0.68B2+0.29C2.

2.2.2 模型的建立及其顯著性檢驗

對該二次多元回歸模型進行方差分析，結果如表5.

由表5方差分析可知，F回歸=143.84>F0.05=6.94，P<0.05，說明回歸方程顯著.F失擬=0.508 60.05，表明失擬不顯著.說明該方程試驗擬合情況較好，誤差較小，可以用該回歸方程對試驗結果進行分析。由單因素F值可知單因素對含水率的影響順序為A>B>C，即罐內溫度>裝樣量>出風口濕度；由P值可知，二次型A2,B2和C2均對測定多酚提取量的試驗結果顯著；交互項BC和AC顯著，而AB不顯著。

表5 回歸模型方差分析

2.2.3 兩因素間的交互影響

罐內溫度與裝樣量、罐內溫度與出風口濕度、裝樣量與出風口濕度之間交互作用的三維空間響應面圖和等高線圖，如第11頁圖1.

由圖1可知，罐內溫度與出風口濕度、裝樣量與出風口濕度等高線圖的形狀是橢圓形，說明這幾個因素之間的交互作用顯著。而罐內溫度與裝樣量等高線圖的形狀是圓形，說明這兩個因素交互作用不顯著。

圖1 不同因素之間的等高線和響應面圖

對回歸方程進行分析，求出其沙棘果渣含水率理論最佳值為7.18%，其所對應的最佳干燥參數為：罐內溫度70 ℃，裝樣量102 kg，出風口濕度12%.

2.3 試驗驗證

為了驗證模型結果的可靠性，在得到的最優條件下進行3次平行試驗，沙棘果渣含水率為7.23%，7.15%，7.20%，平均得率為7.19%，與理論值相差0.14%，說明該模型得到的工藝參數準確可靠。

3 結論

通過單因素和響應面試驗，探討了罐內溫度、裝樣量、出風口濕度對沙棘果渣干燥的影響；得出最佳的干燥工藝參數為：罐內溫度70 ℃，裝樣量102 kg，出風口濕度12%，得到的沙棘果渣含水率為7.18%.