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(nóng)業(yè)大學(xué)，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(fā)現(xiàn)，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(yù)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(yīng)性強(qiáng)、耐貯藏、運(yùn)輸?shù)忍攸c(diǎn)，在全國分布廣泛，云南、四川、山東、甘肅、內(nèi)蒙古、黑龍江和吉林是主產(chǎn)區(qū)［3］。2011年甘肅洋蔥種植面積約為2.90萬hm2［4］，鮮蔥總產(chǎn)量約292萬t，交易量占全國的81%。洋蔥作為甘肅河西地區(qū)主要農(nóng)作物，目前主要用于鮮售，但由于種植面積的擴(kuò)大，市場供應(yīng)量大幅增加，貯藏能力、加工能力與生產(chǎn)能力嚴(yán)重脫節(jié)，致使價(jià)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(shí)提高洋蔥的附加值。本研究以金昌當(dāng)?shù)貎?yōu)質(zhì)洋蔥為原料，通過微切、真空低溫干燥技術(shù)將其加工成膳食纖維保存完好、營養(yǎng)物質(zhì)損失小、零添加劑的高質(zhì)量洋蔥粉，從而促進(jìn)洋蔥加工產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，為甘肅省洋蔥產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供重要技術(shù)支撐和實(shí)踐參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

洋蔥 充分成熟，產(chǎn)于甘肅省金昌市;蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品 分析純，＞99.0%，南京蘇朗醫(yī)藥科技開發(fā)有限公司;槲皮素標(biāo)準(zhǔn)品 分析純，＞99.00%，成都曼斯特生物科技有限公司;維生素A標(biāo)準(zhǔn)品、維生素E標(biāo)準(zhǔn)品 上海安譜科學(xué)儀器有限公司;甲醇、乙醇 分析純，天津市津?；び邢薰?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(xù)干燥機(jī) 上海敏杰機(jī)械有限公司;URSCHEL Com ltrol1700型微切機(jī) 尤索公司;AR2140型電子分析天平 奧豪斯國際貿(mào)易有限公司;高效液相色譜 美國安捷倫公司;濕度計(jì) 上海精密儀器儀表有限公司;HR-L鼠籠式破碎機(jī) 鄭州恒冉機(jī)械設(shè)備有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

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

原料挑選:選用無霉?fàn)€變質(zhì)的成熟洋蔥，要求表面無機(jī)械傷、病蟲害或凍僵現(xiàn)象。去皮:采用機(jī)械去皮。初磨:將切塊原料采用鼠籠破碎機(jī)磨碎成3mm左右小粒。微切:URSCHEL Com ltrol1700型微切機(jī)，設(shè)定微切轉(zhuǎn)速。濃縮:采用刮板式濃縮機(jī)，將原料濃縮為粘稠漿料，設(shè)定濃縮度。低溫真空連續(xù)干燥:將濃縮后的漿料打入真空干燥機(jī)，設(shè)定干燥溫度和真空度。粉碎:按客戶要求干燥后的物料經(jīng)水環(huán)式粉碎機(jī)粉碎。包裝:為防潮，產(chǎn)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(jù)生產(chǎn)工藝要求及后續(xù)粉碎工段的技術(shù)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(yīng)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(jià)值為響應(yīng)值，進(jìn)行三因素三水平的響應(yīng)面分析實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)因素水平見表1。

表1 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn) 原料去皮、初磨(用鼠籠破碎機(jī)磨碎成3mm左右小粒)后，在微切設(shè)備轉(zhuǎn)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(gè)單因素設(shè)定不同水平，以成品洋蔥粉感官評價(jià)得分為指標(biāo)進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)。

1.2.3.2 響應(yīng)面優(yōu)化 在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，以微切轉(zhuǎn)速、原料濃縮度、干燥真空度為自變量，以感官評價(jià)得分和蘆丁、槲皮素、維生素E、維生素A含量作為指標(biāo)，進(jìn)行響應(yīng)面分析實(shí)驗(yàn)，因素水平見表2。

表2 響應(yīng)面分析實(shí)驗(yàn)因素水平表Table2 Factors and levels of response suface experiments

1.2.4 評價(jià)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(jià)方法 洋蔥粉感官鑒評采用加權(quán)評分法，即:依各項(xiàng)品質(zhì)因子主次地位所確定的最高分對樣品進(jìn)行標(biāo)度(評分)法，總分100分。組織10人依次對外觀、香氣、色澤、滋味進(jìn)行評定打分，去掉一個(gè)最高分和一個(gè)最低分，平均值為感官評定的結(jié)果，評分規(guī)則見表3。

1.2.5 綜合評價(jià)方法 綜合評價(jià)值為實(shí)驗(yàn)指標(biāo)結(jié)果相加總和，即綜合評價(jià)=蘆丁含量+VE含量+VA含量+槲皮素含量+感官指標(biāo)值。

1.2.6 數(shù)據(jù)處理 單因素方差分析采用IBM SPSS Statistics數(shù)據(jù)處理軟件，響應(yīng)面分析采用 Design-Expert 8.0.6設(shè)計(jì)軟件。

2 結(jié)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(jù)中心復(fù)合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，以上述三個(gè)因素為自變量，洋蔥粉綜合評價(jià)值為響應(yīng)值，進(jìn)行三因素三水平的響應(yīng)面分析實(shí)驗(yàn)。

通過Design-Expert 8.0.6設(shè)計(jì)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，以蘆丁、VE、VA、槲皮素含量和感官評價(jià)的綜合分?jǐn)?shù)為評價(jià)指標(biāo)。響應(yīng)面結(jié)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(jù)設(shè)備實(shí)際操作需要，設(shè)定五段干燥溫度分別為38、35、30、25、5℃。

2.2 原料微切轉(zhuǎn)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(shí)驗(yàn)

2.2.1.1 微切轉(zhuǎn)速對產(chǎn)品感官指標(biāo)的影響 微切轉(zhuǎn)速對洋蔥感官指標(biāo)的影響見圖2。

表3 洋蔥粉感官評價(jià)評分標(biāo)準(zhǔn)Table3 Grading standard for onion powder sensory evaluation

表4 響應(yīng)面分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table4 Results of response surface experiments

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

圖2 微切轉(zhuǎn)速對洋蔥粉感官指標(biāo)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(zhuǎn)速增大而減小，而微切轉(zhuǎn)速在9000 r/m in時(shí)，洋蔥感官評價(jià)達(dá)到最大值，故確定微切轉(zhuǎn)速為8000、9000、10000 r/m in進(jìn)行響應(yīng)面分析。

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

圖3 原料濃縮度對洋蔥感官指標(biāo)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(shí)，隨著原料濃度的增加，洋蔥粉感官評價(jià)得分不斷提高，原料濃度在45%～55%之間時(shí)，隨著原料濃度的增加，洋蔥粉感官評價(jià)得分遞減，即當(dāng)原料濃度為45%時(shí)洋蔥粉感官指標(biāo)達(dá)到最佳，故確定40%、45%和50%進(jìn)行響應(yīng)面分析。

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

由圖4可以看出，洋蔥粉感官評價(jià)得分隨著干燥真空度的提高呈現(xiàn)先提高后下降的趨勢，并于23mbar時(shí)洋蔥粉感官指標(biāo)達(dá)到最佳，故選擇15、23、28mbar進(jìn)行響應(yīng)面分析。

2.2.2 響應(yīng)面優(yōu)化

2.2.2.1 響應(yīng)面分析結(jié)果 響應(yīng)面結(jié)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(biāo)值的變化對微切轉(zhuǎn)速、干燥真空度以及濃縮度的標(biāo)準(zhǔn)回歸方程為:

表5 響應(yīng)面分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table5 Result of response surface design

表6 ANOVA分析結(jié)果Table6 Results of ANOVA analysis

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

洋蔥粉綜合評價(jià)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(zhuǎn)速(r/m in)、B為干燥真空度(mbar)、C為原料濃縮度(%)。ANOVA分析結(jié)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(yàn)=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(guān)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(yīng)變化;模型調(diào)整確定系數(shù)，矯正擬合度= 0.9978，說明該模型能解釋99.78%響應(yīng)值的變化，擬合程度較好;信噪比為78.833＞4，說明實(shí)驗(yàn)精度很高。綜合以上分析得知，該模型能準(zhǔn)確的模擬微切轉(zhuǎn)速、干燥真空度及濃縮度三個(gè)因素對洋蔥粉綜合評價(jià)值的影響，該模型與實(shí)際情況擬合較好，可用于表征各參數(shù)對洋蔥粉綜合評價(jià)值的影響。

表7 ANOVA分析Table7 Analysis of variance

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

圖5 微切轉(zhuǎn)速和干燥真空度交互作用對洋蔥粉綜合評價(jià)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(zhuǎn)速和濃縮度交互作用對洋蔥粉綜合評價(jià)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(jià)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(zhuǎn)速B的等高曲線較陡峭，即為影響洋蔥粉綜合評價(jià)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(gè)因素對洋蔥粉綜合評價(jià)值的影響顯著性從大到小依次為:干燥真空度＞微切轉(zhuǎn)速＞濃縮度。

2.2.2.4 響應(yīng)面數(shù)學(xué)模型尋優(yōu)與驗(yàn)證 通過對洋蔥粉綜合指標(biāo)的二次多項(xiàng)數(shù)學(xué)模型解逆矩陣，洋蔥粉最佳工藝參數(shù)為:微切轉(zhuǎn)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(jià)預(yù)測值為96.0388，將該響應(yīng)面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表9。

表9 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table9 The result of verification test

由表9可以看出，驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)測得洋蔥粉綜合評價(jià)值平均值為96.92%，綜合評價(jià)高于響應(yīng)面綜合評價(jià)預(yù)測值，證明響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)確定的微切轉(zhuǎn)速9000.00 r/min，干燥真空度23.00mbar，濃縮度50%時(shí)，制得的洋蔥粉綜合評價(jià)值最高，由此判斷三元二次多項(xiàng)式回歸模型可應(yīng)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(yǎng)成分對比

市售洋蔥粉與本工藝洋蔥粉營養(yǎng)成分對比見表10。

表10 洋蔥粉營養(yǎng)成分對比結(jié)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(chǎn)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(jié)論

3.1 在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，采用響應(yīng)面法結(jié)合設(shè)備實(shí)際情況，確定出全纖維洋蔥粉生產(chǎn)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(zhuǎn)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(chǎn)品中蘆丁含量達(dá)到0.57mg/g，槲皮素含量達(dá)到4.03mg/g，VE含量達(dá)到0.65mg/g，VA含量達(dá)到0.40mg/g，充分保留了洋蔥中的有效成分且感官指標(biāo)最佳，產(chǎn)品綜合指標(biāo)達(dá)到最優(yōu)。

3.2 產(chǎn)品充分利用金昌當(dāng)?shù)貎?yōu)質(zhì)資源洋蔥，研制生產(chǎn)出綠色、營養(yǎng)的洋蔥粉，該產(chǎn)品的研發(fā)，縮減了傳統(tǒng)加工環(huán)節(jié)、促進(jìn)了洋蔥加工產(chǎn)業(yè)和地方經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，為企業(yè)、社會創(chuàng)造更多經(jīng)濟(jì)效益。

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