淮山全粉噴霧干燥工藝優(yōu)化研究

1、淮山全粉噴霧干燥工藝優(yōu)化研究張麗茹 李清明 趙小梅 舒青青 蘇小軍 熊興耀 湖南農(nóng)業(yè)大學食品科技學院湖南省作物種質(zhì)創(chuàng)新與 資源利用重點實驗室湖南省植物功能成分利用協(xié)同 創(chuàng)新中心中國農(nóng)業(yè)科學院蔬菜花卉研究所摘要：為了改善淮山全粉的噴霧干燥效果，優(yōu)化噴霧干燥工藝，采用響應面法優(yōu)化噴 霧干燥條件，分析了不同進風溫度、進料流量和固液比對產(chǎn)品品質(zhì)的影響規(guī)律。 結(jié)果表明：當進風溫度為170°c,進料流量為15m l/min,固液比為1 ：1.5,在 此優(yōu)化條件下得到的淮山粉水分含量為3. 89%.吸水性為078g/g、溶解度為 27. 34%.堆積密度為0. 87g/m l,產(chǎn)品綜合評價得分最高

2、，通過響應而優(yōu)化得到 的噴霧干燥工藝能有效應用于淮山全粉加工。關鍵詞：淮山；噴霧干燥;全粉;作者簡介：張麗茹（1990-），女，碩士，研究方向為農(nóng)產(chǎn)品加工及貯藏工程。作者簡介：李清明（1973-），男，博士，副教授，研究方向為農(nóng)產(chǎn)品加工及貯 藏工程，通信地址:410128湖南長沙市芙蓉區(qū)湖南農(nóng)業(yè)大學食品科技學院， e-mail:13787295041163. com。收稿日期：2017-03-22基金：湖南省重點研發(fā)計劃項冃（2016nk2113）optimization of spray drying technology in processing chinese yam flourzha

3、ng liru li qingming zhao xiaomei shuqing-qing su xiaojun xiong xingyaocollege of food science and technology, hunanagricultuml university; the institute ofvegetables and flowers, chinese academy ofagriculture sciences;abstract：in order to establish the spray drying technology of chinese yam flour, t

4、he effects of inlet air temperature, feed flow and reitio of solid to water on the physicochemical properties of chinese yam flour were analyzed by response surface methodology. results showed that the qualities of the product were best under the optimal processing parameters of inlet temperature170

5、°c, feed flow 15 m l/min and ratio of sol id to water1 : 1.5.undcr this optimized process condition, the moisturc content of yam flour is 3. 89%, water absorption index is 0. 78 g/g, solubility is 27. 34%, bulk density is 0. 87 g/m l. thus it can be concluded that it is possible to produce yam

6、flour efficiently with the technology of spray dry ing.keyword：chinese yam; spray drying; flour;received： 2017-03-220引言淮山(dioscarcaopposita)屬薯禎屬(dioscarca),是熱帶地區(qū)人民的重要 主食1-2?；瓷皆谖覈幨惩词澄?營養(yǎng)豐富，含有豐富的多糖、尿囊素、 黃酮等多種活性成分，具有提高機體免疫、抗衰老、抗突變、抗氧化、抗腫瘤、 降血糖等牛理功效3-4,深受消費者青睞。但由于鮮淮山含水量高，易腐爛， 不耐貯藏，為解決淮山的貯藏和周年供應的問題，常將

7、淮山干制成片或淮山粉 巨1。目前主要是采用淮山片熱風干燥后粉碎的加工工藝，但熱風干燥過程極易 褐變,嚴重影響產(chǎn)品品質(zhì)回。噴霧干燥技術(shù)已在龍眼粉£21、枸杞固、香蕉粉 等多種果蔬全粉加工中應用回，蘇小軍等利用噴霧干燥制得的淮山粉10-12,能較好地保持淮山原有的碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪、氨基酸、礦物質(zhì)等營養(yǎng)成 分，且沖調(diào)性好。蘇小軍等研究了不同干燥方式對淮山全粉品質(zhì)的影響曲，發(fā) 現(xiàn)噴霧干燥的淮山全粉品質(zhì)較好，口所需干燥吋間短，生產(chǎn)效率高、成本低。但 目前研究都是以單一品質(zhì)指標或產(chǎn)量為考察指標進行工藝優(yōu)化，不能全面地反 應優(yōu)化后的淮山全粉品質(zhì)。為此，本文基于模糊評價方法，以水分含量、堆積

8、密 度、吸水性、溶解度等為考察對象，采用響應面試驗設計，考察進風溫度、進料 流量、固液比對淮山全粉噴霧干燥的影響，優(yōu)化淮山全粉噴霧干燥工藝，為利用 噴霧干燥生產(chǎn)高品質(zhì)淮山全粉提供技術(shù)支撐吐臣1。1試驗材料與方法1.1試驗材料1.1.1原料淮山，購于湖南雙峰金土地農(nóng)業(yè)合作社。1.1. 2主要儀器和設備fi1-1500噴霧干燥設備（上海高機生物公司有限公司）；diig-9246電熱恒溫鼓風 干燥箱（上海精宏實驗設備有限公司）；x12m52打漿機（美的集團有限公司）。1. 2試驗方法1.2.1單因素試驗設計溶解度是衡量全粉沖調(diào)性的一個重要指標，為此，本文以溶解度作為考察指標, 進行單因素試驗。新鮮淮

9、山經(jīng)清洗打漿后，在進風溫度170°c、排風溫度為85°c、 進料流量為20m l/min固液比為1 ： 1為基本條件，試驗時改變相應條件，分 別考察進風溫度（150190°c）、排風溫度（7595°c）、進料流量（1030 m l/min）和固液比 仃：0、1 ： 0. 5、1 ： 1、1 ： 1. 5、1 : 2）對淮山全粉溶解度的 影響，為響應面試驗設計提供依據(jù)。1.2.2響應面試驗設計根據(jù)單因素試驗結(jié)果，結(jié)合模糊評判，采用采用響應面試驗設計，選取進風溫 度x】、進料流量x2和固液比xs作為獨立變量，以產(chǎn)品水分含量£、堆積密度丫2、 吸水性

10、仏、溶解度y/乍為響應值，將單因素試驗中選出的最佳值編碼為0水平, 試驗的因素編碼水平表見表lo獨立變量編碼值-1.6818-10進風溫度rc162165170進料流車/ml-min101215固液比1 ：11 : 1.21 ：1.51. 3測定方法水分含量采用直接干燥法測定。吸水性和溶解度參考iwuoha的方法測定16; 堆積密度參照鐘芳的方法測定11zl1.4綜合評價方法采用模糊評判的方法來判定，設定各項指標權(quán)重為水分含量20%、吸水性20%、 溶解度40%、堆積密度20%180各指標的隸屬度函數(shù)分別為： 水分含量的隸屬度函數(shù):i； =0(0.08-x 収=int 10.015y =5i

11、jv吸水性的隸屬度函數(shù)：溶解度的隸屈度函數(shù):0.016堆積密度的隸屬度函數(shù):2試驗結(jié)果與分析2. 1單因素試驗結(jié)果分析考察了進風溫度、排風溫度、進料流量和固液比對淮山全粉溶解度的影響，結(jié)果 見圖1。不同大寫字母表示存在顯著差異（p0.05） o從圖1可以看出，各因素 對溶解度均有顯著影響，隨著進風溫度和排風溫度的升高，溶解度呈先降低后 升高趨勢，吸水性逐漸升高，分別在進風溫度為170°c和排風溫度為90°c時溶 解度達到最大值。溶解度隨進料流量的增大呈先增大后變小的趨勢，在進料流量 15m l/min時達到最大值。淮山打漿時易產(chǎn)生大量的泡沫，加水量增加，可以降 低漿料粘度，

12、改善噴霧效果，但同吋也會增加水分蒸發(fā)量，從而對溶解度產(chǎn)生 影響。因此，本研究選用選取進風溫度、進料流量和固液比作為獨立變量，進行 響應面試驗研究。rc a abbc160170180進風溫度/兀190(a)進風溫度ab ec圖1各因素對淮山全粉溶解度的影響下載原圖2. 2響應面優(yōu)化試驗結(jié)果與分析2. 2.1回歸模型的建立及顯著性分析采用design-expert. v8. 0. 6. 1軟件進行數(shù)據(jù)分析得到試驗設計及結(jié)果如表2、 表3所示。采用design-expert. v8. 0. 6. 1軟件對表1數(shù)據(jù)進行分析，得到水分含量£、吸 水性丫2、溶解度丫3、堆積密度人和綜合評分丫5

13、的模型如下：丫廠3 89962+0. 20356x.+0. 32418x2-0. 16768x.-0. 45500x.v0. 19500xj -0. 20000x 2x3+o. 3 0 3 3 3xi+0 1159 5x2+0. 1 7 9 5 9x3, r=0. 9210y2=0. 76413-0. 024726x-0. 24154x2+& 80009x3-0. 091500xn+0. 041500xk+0. 010 5oox2x3, r=0. 8316y,3=27. 31023-0. 16938x(+0. 035810x2-0. 37473x3-0. 17125xa+0. 0437

14、50x.x.-0. 69625 x2x3-1.48202x-0. 9287 1x2-1. 29110x3, r=0. 9160yt=0. 86578+0. 014695x-0. 017332x2+5. 29898x3-0. 015850xj.+0. 014750xk+0. 01 8650x2x3-0. 026374x1. 50125x2-0. 032526x.3, r=0. 9487y汙4. 19+0. 079x-0. 034x2+0. 000x3+0. 10xn+0. oooxj3-o. 050x2x3-0. 27x-0. 025x2 -0. 2ox3, r=0. 8128由表3可知，進風溫

15、度xi對堆積密度百和對吸水性丫2有顯著影響，對其他指標 影響不顯著;進料流量x?對堆積密度百有極顯著影響，對水分含量y.有顯著影響; 固液比x：,對吸水性仏影響顯著;交互項xk對水分含量y1和吸水性y2有極顯著影 響，對堆積密度百有顯著影響;xx對吸水性丫2和堆積密度百有顯著影響;x2x3對 堆積密度人有顯著影響;平方項也對水分含量百有顯著影響，對其他4項指標 均有極顯著影響;平方項x22對吸水性丫3有極顯著影響;平方項x.32對吸水性丫2、吸 水性y,和堆積密度百有極顯著影響。從以上分析可知，不同的評價指標有不同 的回歸方程，各因素對產(chǎn)品評價指標影響程度、顯著性以及有無交互作用也各不 相同，

16、因此有必要采用模糊評判來解決工藝參數(shù)的多目標優(yōu)化問題。run&&3-1-1161-112-11201113-1-191一111-1161114-1.68180191.6818080-1.6e201.68100040010015001800170021002300500因素p值”值”值yp 10.10150.04530.54960.01x20.01490.07110.89860.0c0.17040.49140.019720.310.0100< 0.00010.64240.030.21890.02180.90520.04x2x30.20800.52930.07530.010.

17、0141< .0001< 0.(0.29870.00300.730.11750.0002< 0.(model0.01030.00050.0003< 0.(表3各回歸模型方差分析下載原表2. 2.2響應面分析與工藝優(yōu)化進風溫度、進料流量和i古i液比等三因素對產(chǎn)品綜合評價的影響的響應面圖見圖2 （圖中坐標均為編碼值）。將綜合評分進行響應面分析，得到進風溫度、進料流量和固液比等三因素對綜合 評分影響的響應面圖見圖2。在本試驗條件下，進料流量對淮山全粉的綜合評價 影響不顯著，綜合評價隨進風溫度和固液比呈先增大后降低的趨勢。2. 3最適工藝條件的確定根據(jù)綜合評價方程，利用響應面分

18、析得出最優(yōu)方案為:進風溫度170°c,進料流 量12. 63m l/min,固液比1 ：1.53。根據(jù)優(yōu)化條件進行了驗證試驗，為了操作方 便，采用進風溫度為170°c,進料流量為15 m l/min,固液比為1 ： 15。得到 的淮山粉水分含量3. 89%、吸水性0. 78 g/g、溶解度27. 34%、堆積密度0. 87 g/m l,預測值與實測值的相對誤差低于4%,說明依據(jù)響應面所建立的模型，可用 于淮山全粉噴霧干燥過程的控制和預測。4.34.24j4.03.93.83.61.000.00-0.500.50-0.50l000.00(a)x、x2對丫5的影響1.000.5

19、04.24.14.03.938產(chǎn)3-73.60.00 一050-1.00,心比 -1.00-0.501.000.00圖2進風溫度、進料流量和固液比等三因素對產(chǎn)品綜合評分的影響下載原圖3結(jié)論本研究選擇水分含量、吸水性、溶解度和堆積密度等作為評價指標，建立隸屬度 函數(shù)，采用模糊評判對淮山品品質(zhì)進行評價，并構(gòu)建了淮山片綜合評分的回歸 方程:ys=4. 19+0. 079x-0. 034x2+0. loxn-o. 050x2x3-0. 27x-0. 025x2-0. 20x3, r 為0.812&該模型可用于淮山全粉噴霧干燥過程的控制和預測。優(yōu)化后的工藝 參數(shù)為：固液比為1 ： 1. 5,進風

20、溫度為170°c,進料流量為15 m l/mino在此優(yōu) 化條件下得到的淮山粉水分含量為3. 89%、吸水性為0. 78 g/g、溶解度為27. 34%、 堆積密度為0. 87 g/m lo參考文獻1 hsu c l, chen w, weng y m, el al. chemical composition, physical properties, and antioxidant activities of yam flours as affected by different drying methodsj. food chemistry, 2003, 83 (1) :85-9

21、2.2 badmus a a, raji a 0, akinoso r.effect of process parameters on work in dex, milling eff icie ncy and some tech no logical properties of yam flour using attrition mil 1jfood and bioprocess technology, 2013, 6(1) : 160-168.3 劉麗旋，楊碧敏，張婷婷，等淮山的化學成分和藥理作用研究進展j包 裝與食品機械,2015, 33 (1) : 46-50.4 孫鋒，谷文英，丁霄霖

22、.山藥粗多糖的提取工藝j食品與生物技術(shù)學報， 2006, 25 (3) :84-8&5 mestres c, dorthe s, akissoe n, et al. prediction of sensorial properties (color and taste) of amala, a paste from yam chips flour of west africa, through flour biochemical propertiesjplant foods for human nutrition, 2004, 59 (3) :93-99.6 張鐘，馮麗嬌.鮮切淮山片護色工藝與無