響應面法優(yōu)化獼猴桃胡蘿卜復合果蔬粉噴霧干燥工藝

葉雙雙，楚文靖*，姜薇，趙磊

1. 黃山學院生命與環(huán)境科學學院（黃山 245041）；2. 黃山學院旅游學院（黃山 245041）

水果和蔬菜是人體維生素、礦物質、膳食纖維和植物化學物的重要來源。果蔬水分多，季節(jié)性強，較易在貯藏、運輸和銷售過程中腐爛變質。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之一。有較多文獻報道噴霧干燥法生產(chǎn)復合果蔬粉，如西瓜胡蘿卜復合粉[2]、核桃粕紅棗復合粉[3]、葛根核桃肽復合粉[4]等。獼猴桃富含VC、糖、酸和酚類物質等營養(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[6]。獼猴桃胡蘿卜復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面設計試驗，以復合果蔬粉得率為指標，探討進料濃度、噴霧干燥機進口溫度、進風量對得粉率的影響，優(yōu)化獼猴桃胡蘿卜復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 儀器與設備

ADL-311噴霧干燥器（YAMATO科技有限公司）；HX-PB9636破壁料理機（奧克斯集團有限公司）；AD500S-P實驗室分散均質機（上海昂尼儀器儀表有限公司）；熱風干燥機（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（上海青葩食品包裝機械有限公司）；80-2離心機（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→與一定質量的水混合→打漿→添加助干劑→均質→過濾→噴霧干燥→真空包裝→成品

1.3.2 操作要點

1) 原料挑選及預處理

選擇成熟度良好、無病蟲害、無機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)前期預試驗結果，將獼猴桃與胡蘿卜按質量比2∶1混合，并加入一定比例的純凈水，于破壁機中打漿2 min。

3) 添加助干劑

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

4) 噴霧干燥

以進料濃度、進口溫度和進風量為因素，對處理好的果蔬料液進行噴霧干燥。

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量，g；m2為獼猴桃和胡蘿卜的質量，g；m3為麥芽糊精質量，g。

1.3.4 噴霧干燥單因素試驗

1) 進料濃度的確定

準確配比10%，15%，20%，25%和30%濃度的獼猴桃胡蘿卜混合漿液，并加入漿液質量6%的麥芽糊精為助干劑，在進風口溫度140 ℃，進風量0.31 m3/min下進行噴霧干燥，計算復合果蔬粉的得粉率。

2) 進風口溫度的確定

在進料濃度20%，進風量0.31 m3/min條件下，分別在進風口溫度120，130，140，150和160 ℃下進行噴霧干燥，計算復合果蔬粉的得粉率。

3) 進風量的確定

在進料濃度20%，進口溫度140 ℃條件下，分別在進風量為0.08，0.12，0.19，0.31和0.43 m3/min下進行噴霧干燥，計算復合果蔬粉的得粉率。

1.3.5 響應面試驗設計

在單因素試驗結果基礎上，選取進料濃度（A）、進口溫度（B）和進風量（C）3個因素為自變量，以噴霧干燥得粉率為響應值，采用響應面試驗設計對獼猴桃胡蘿卜復合果蔬粉噴霧干燥工藝進行優(yōu)化。響應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，結果取其平均值。采用Design-Expert 8.0軟件進行響應面試驗設計、數(shù)據(jù)分析和作圖。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果與分析

2.1.1 進料濃度對得粉率的影響

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

圖1 進料濃度對得粉率的影響

2.1.2 進口溫度對得粉率的影響

進口溫度與得粉率的關系如圖2所示，進口溫度120～140 ℃時，溫度升高，得粉率也隨之增大，進口溫度140 ℃時，噴霧干燥得粉率達到最大，達到20.1%。隨著進口溫度繼續(xù)增大，得粉率又逐漸下降，進口溫度160 ℃時，由于進口溫度過高，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 進口溫度對得粉率的影響

2.1.3 進風量對得粉率的影響

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

圖3 進風量對得粉率的影響

2.2 響應面試驗結果與分析

2.2.1 回歸模型的建立及方差分析

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

對表2數(shù)據(jù)進行分析，得到得粉率Y與進料濃度（A）、進口溫度（B）、進風量（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 響應面試驗設計與結果

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合果蔬粉的噴霧干燥工藝進行分析和預測。一次項A、B、C，二次項A2、B2、C2差異極顯著（p＜0.01），說明進料濃度，進口溫度和進風量對獼猴桃胡蘿卜復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的重要性，F(xiàn)值越大，表明對試驗指標的影響越大[12-13]。結合表3可知，對獼猴桃胡蘿卜復合果蔬粉得粉率影響程度大小順序為：進料濃度＞進口溫度＞進風量。

表3 獼猴桃胡蘿卜復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，進料濃度、進口溫度和進風量對獼猴桃胡蘿卜復合果蔬粉得粉率的影響不是簡單的線性關系，具有交互作用。2個變量之間交互作用的強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，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，達到一定值時又下降趨勢。其中，進料濃度與進風量交互作用較強，進料濃度與進口溫度，進口溫度與進風量交互作用相對較弱。

圖4 進料濃度（A）與進口溫度（B）交互作用的等高線圖和響應面

圖6 進口溫度（B）與進風量（C）交互作用的等高線圖和響應面

2.3 驗證性試驗

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

3 結論

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