全 文 ：响应曲面法优化雪莲果果粉喷雾干燥工艺研究
卢亚婷 ,罗仓学　(陕西科技大学 ,陕西西安 710021)
摘要　[目的 ]对雪莲果果粉喷雾干燥工艺进行优化。 [方法]选取料液固形物含量(A)、进料流量(B)、进风温度(C)3个影响雪莲果果
粉喷雾干燥感官品质的主要因素进行 3因素 3水平响应面试验设计;建立雪莲果果粉喷雾干燥感官评定标准;通过 DesignExpert软件
对试验数据进行方差分析和回归分析 ,进而预测出最优的雪莲果果粉喷雾干燥工艺 ,对回归模型的精度及优化工艺的可行性进行验证 ,
并对雪莲果果粉的理化指标和微生物指标进行检测。 [结果 ]利用DesignExpert软件进行二次多元回归拟合 ,得到雪莲果果粉喷雾干燥
产品感官评分预测值(Y)对编码自变量 A、B和 C的二次多项回归方程为:Y=85.40+2.75A-1.13B-3.13C-0.75AB-1.75AC-8.50
BC-4.20A2 -4.45B2 -10.95C2。利用DesignExpert得到优化的喷雾干燥工艺为:料液固形物含量 37.27%,进料流量 18.93ml/min,进
风温度 156.14℃。 3次重复试验的最大相对误差为 3.34%,证明应用响应曲面法得到的回归模型的精度较高 ,优化的雪莲果果粉喷雾
干燥工艺是可行的。 [结论]该研究为雪莲果的深加工提供了参考依据。
关键词　雪莲果;喷雾干燥;响应曲面法
中图分类号　S375　　文献标识码　A　　文章编号　0517-6611(2010)31-17429-03
OptimizationoftheSprayDryingTechniqueofSmalanthussonchifoliusPowderwithResponseSurfaceMethodology
LUYa-tingetal　(ShaanxiUnivercityofScienceandTechnology, Xi anshaanxi710021)
Abstract　[ Objective] ThespraydryingtechnologyofSmalanthussonchifoliuspowderwasoptimizedthroughtheexperiment.[ Method]
Threefactors:thecontentofsolid(A)inliquid, theflowingrateoffeed(B)andtheairtemperatureatinlet(C), affectingthesensoryquality
ofspraydriedSmalanthussonchifoliuspowderwasanalyzedwiththeexperimentaldesignofresponsesurfacewith3factorsat3 levels.The
standardofthesensoryevaluationofspray-driedpowderwasestablishedandtheoptimalspraydryingprocessofthepowdercouldbepredic-
tedthroughthevarianceandregressionanalysisofthetestdatawithDesignExpertsoftware.Theaccuracyoftheregressionmodelandthefea-
sibilityoftheoptimizationprocesscouldbevalidated.Thephysic-chemicalandmicrobialindicatorsweredetected.[ Results] Bymeansof
theDesignExpertsoftware, thequadraticregressionequationwas:Y=85.40+2.75A-1.13B-3.13C-0.75AB-1.75AC-8.50BC-4.20
A2 -4.45B2 -10.95C2 , inwhich, thepredictedsensoryvaluewasYandthecodingvariablewasA, BandC, respectively.Andtheoptimal
spraydryingprocesswasasfolows:thecontentofsolidwas37.27%;thefeedingflow, 18.93ml/minandtheairtemperatureatinlet, 156.14
℃.In3times tests, themaximumrelativeerrorwas3.34%, inwhichitwasprovedtheregressionmodelbasedontheresponsesurfacemeth-
odologywaswithahighprecisionandtheoptimizedtechniquewasfeasible.[ Conclusion] Throughthestudyareferenceforthedeepprocess-
ingofSmalanthussonchifoliusproductswasprovided.
Keywords　Smalanthussonchifolius;Spraydrying;ResponseSurfaceMethodology
作者简介　卢亚婷(1979-),女 ,陕西户县人 ,硕士研究生 , 研究方向:
农产品深加工。
收稿日期　 2010-08-12
　　雪莲果(Smalanthussonchifolius)又称雪莲薯 、亚龙果或
亚贡 ,为菊科多年生草本植物。雪莲果富含水溶性膳食纤
维 、果寡糖及 20多种人体必需的氨基酸和钙 、铁 、钾 、硒等矿
物质和微量元素 ,具有润肠通便 、降低血脂 、增强人体免疫
力 、控制胆固醇和糖尿病 、促进人体新陈代谢等功效 [ 1-2] 。
然而 ,雪莲鲜果不耐储存和运输的弊端严重限制了其食用价
值的充分发挥 。由于果粉贮存期限长 、应用范围广 ,因此研
究雪莲果果粉的干燥工艺将对拓宽雪莲果功用 、延伸雪莲果
价值 、进一步发展雪莲果果粉系列产品具有极其重要的意
义 。目前 ,工业化的果粉干燥方法主要有热风干燥 、真空干
燥 [ 3]和喷雾干燥 [ 4-5] 。笔者结合雪莲果的特性 ,权衡经济 、
方便 、易操作 、可控性等因素 ,利用响应曲面法优化了雪莲果
果粉的喷雾干燥工艺 ,旨在为雪莲果的深加工提供参考。
1　材料与方法
1.1　材料与设备
1.1.1　材料。新鲜雪莲果(市售);β -环糊精(陕西礼泉化
工有限实业公司),食用级。
1.1.2　设备 。MA50远红外水分快速测定仪(德国塞多利
斯);DS-1高速组织捣碎机(上海标本模型厂);RGLW01-5顺
流立式离心喷雾干燥塔(陕西昌太实业有限公司);JMS-50
胶体磨(廊坊通用机械制造有限公司);RE-52A旋转蒸发仪
(上海亚荣);GYB40-10S高压均质机(上海东华高压均质机
厂);蠕动泵(保定兰格)。
1.2　方法
1.2.1　工艺流程。原料→清洗→去皮→破碎 、打浆→胶磨
→浓缩→均质→喷雾 、干燥→果粉 。
1.2.2　操作要点。
1.2.2.1　原料选择。选择成熟度达八成以上无虫害 、剔除
霉烂或无霉烂的雪莲果。
1.2.2.2　清洗去皮。用流动水清洗泥沙 ,不锈钢刀具去皮 、
切块后 ,在盛有护色液的不锈钢容器中浸泡约 40 min,取出
后用清水冲洗。
1.2.2.3　浓缩 。胶磨后的浆液测定浓度后根据试验设计方
案的要求进行真空低温浓缩 ,浓缩过程中添加微量的消泡
剂 ,以防止大分子发泡而降低浓缩效率。
1.2.2.4　均质 。综合考虑增大营养物质释放量和避免多酚
类物质氧化 [ 6] ,该试验均质压力选用 25MPa,均质 1次。
1.2.3　试验设计。将雪莲果原料经过清洗去皮 、浓缩 、均质
等处理后 ,进行喷雾干燥工艺研究 。在前期单因素试验的基
础上 ,选取料液固形物含量(A)、进料流量(B)、进风温度
(C)3个影响雪莲果果粉喷雾干燥感官品质的主要因素进行
3因素 3水平响应面试验设计 ,试验因素水平及编码见表 1。
通过 DesignExpert软件对试验数据进行方差分析和回归分
析 ,预测雪莲果果粉喷雾干燥的最优工艺参数 。
1.2.4　感官评定。利用德尔菲法 ,选择 10名相关人员组成
评价小组 ,最终确定的雪莲果果粉喷雾干燥产品感官评定的
安徽农业科学 , JournalofAnhuiAgri.Sci.2010, 38(31):17429-17431, 17458 责任编辑　张杨林　责任校对　卢瑶
4个指标为色泽 、质感 、气味和挂壁情况。将各试验结果 4项
指标的分值相加 ,即为各试验方案的综合分值。具体评价标
准及分值见表 2。
表 1　因素水平及编码
Table1　Codesandlevelsoffactors
水平
Level
料液固形物含量(M/M)(A)∥%Solidcontentinsolution
进料流量(B)ml/minFeedingflow
进风温度(C)∥℃Inlettemperature
-1 30 18 150
0 35 20 160
1 40 22 170
表 2　感官评定标准
Table2　Thesensoryevaluationstandards
分值
Score
色泽Colourandluster
质感Qualitysense
气味Smell
挂壁情况Wal-clingproperty
21～ 25 淡黄色 细腻 无异味 不粘壁
16～ 20 黄色 稍细腻 稍有异味 稍粘壁
11～ 15 暗黄色 稍粗糙 有异味 粘壁
6～ 10 褐黄色 粗糙 异味稍浓 严重粘壁
0～ 5 褐色 粗糙,黏结 异味浓 不成功
1.2.5　理化指标测定。水分含量参照 GB/T5497-2003测
定;还原糖含量参照 GB/T5009.7-2003测定;流动性参照
林弘通 [ 7]的方法测定 ,具体方法如下:固定漏斗使其保持垂
直 ,漏斗嘴(直径为 1cm)离桌面高度为 8 cm左右 ,桌面铺
放一张干净的白纸 ,把 40g果粉从漏斗加入 ,测定雪莲果果
粉在白纸上所形成锥形的底部直径 ,用直径的大小来判别
雪莲果果粉流动性的大小 。直径越大 ,雪莲果果粉的流动
性越好 。
1.2.6　微生物指标测定。主要检测细菌 、大肠杆菌和致病
菌的数目。
2　结果与分析
2.1　感官评价结果　每个试验均以 500 ml料液为准 ,料液
温度均为(35±2)℃,所有试验依次完成 ,响应面试验设计及
感官评价结果见表 3。
2.2　回归方程和方差分析　利用 DesignExpert软件对表 3数
据进行二次多元回归拟合 ,得到雪莲果果粉喷雾干燥产品感官
评分预测值(Y)对编码自变量 A、B和 C的二次多项回归方程:
Y=85.40+2.75A-1.13B-3.13C-0.75AB-1.75AC-
8.50BC-4.20A2 -4.45B2 -10.95C2 (1)
对回归模型的方差分析结果表明 ,回归模型达到极显
著水平(P≤0.000 1),而误差项不显著 ,说明回归方程与实
际情况吻合很好 ,可以用以预测雪莲果果粉喷雾干燥产品
感官评分值;进风温度 、料液固形物含量 、进料流量与进风
温度交互作用 、料液固形物含量的二次项 、进料流量的二次
项 、进风温度的二次项对感官评分的影响极显著;进料流
量 、料液固形物含量与进风温度交互作用对产品的感官评分
影响显著。
2.3　交互作用分析　利用 DesignExpert软件对表 3数据进
行二次多元回归拟合 ,所得到的二次回归方程的响应面及其
等高线见图 1 ～ 3。
表 3　响应面试验设计及感官评价结果
Table3　Experimentaldesignofresponsesurfacemethodologyandthe
resultsofsensoryevaluation
试验号
TestNo.
料液固形物含量(A)%Solidcontentinsolution
进料流量(B)ml/minFeedingflow
进风温度(C)∥℃Inlettem-perature
感官评分实际值Actualsensoryscore
感官评分预测值Sensoryscore
1 30.00 20.00 170.00 67.00 65.98
2 35.00 20.00 160.00 85.00 85.27
3 35.00 20.00 160.00 85.00 85.27
4 30.00 20.00 150.00 69.00 68.76
5 35.00 20.00 160.00 85.00 85.27
6 30.00 18.00 160.00 73.00 74.25
7 35.00 22.00 150.00 63.00 63.39
8 40.00 22.00 160.00 79.00 77.50
9 35.00 18.00 150.00 84.00 82.64
10 30.00 22.00 160.00 74.00 73.50
11 35.00 20.00 160.00 86.00 85.27
12 40.00 20.00 170.00 68.00 67.98
13 35.00 22.00 170.00 73.00 74.11
14 35.00 18.00 170.00 60.00 59.36
15 40.00 18.00 160.00 81.00 81.25
16 40.00 20.00 150.00 77.00 77.76
17 35.00 20.00 160.00 86.00 85.27
　　由图 1可知 ,当进料流量保持不变时 ,随着料液固形物
含量的不断增高 ,感官评分值先呈逐渐增大的趋势 ,且当料
液固形物含量达到某一值时感官评分值达到极大值 ,然后 ,
随着料液固形物含量的继续增加感官评分值逐渐减小。同
注:进风温度为 160℃。
Note:Theinlettemperaturewas160℃.
图 1　料液固形物含量与进料流量对感官评分影响的响应曲面和等高线
Fig.1　Responsesurfaceandcontoursfortheefectofsolidcontentinsolutionandfeedingflowonthesensoryevaluation
样 ,当料液固形物含量保持不变时 ,感官评分值随进料流量 的升高也先呈现增大的趋势 ,达到极大值后逐渐减小。当进
17430 　　　　　　　　　　安徽农业科学　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2010年
料流量在 18 ～20ml/min范围内 ,料液固形物含量在 30% ～
36%范围内 ,感官评分值与进料流量和料液固形物含量均成
正相关关系。
　　由图 2可知 ,当进风温度保持不变时 ,感官评分值随着
料液固形物含量的增加先呈增大的趋势 ,且当料液固形物含
量达到某一值时 ,感官评分值达到极大值 ,然后 ,随着料液固
形物含量的继续增加 ,感官评分值又开始逐渐减小。同样 ,
当料液固形物含量恒定时 ,感官评分值随进风温度的升高也
呈现先增大的趋势 ,达到极大值后逐渐减小。当料液固形物
含量在 30%～ 36%范围内 ,进风温度在 150 ～ 162 ℃范围内 ,
感官评分值与料液固形物含量和进风温度均成正相关关系。
注:进料流量为 21ml/min。
Note:Thefeedingflowwas21ml/min.
图 2　料液固形物含量与进风温度对感官评分影响的响应曲面和等高线
Fig.2　Responsesurfaceandcontoursfortheefectofsolidcontentinsolutionandinlettemperatureonthesensoryevaluation
　　由图 3可知 ,当进料流量保持不变时 ,感官评分值随进
风温度的升高先呈现缓慢增大的趋势 ,且当进风温度达到一
定值时感官评分值达到极大值 ,然后 ,感官评分值随着进风
温度的继续升高又开始逐渐减小。同样 ,当进风温度恒定
时 ,感官评分值随进料流量的升高也呈现先增大的趋势 ,达
到极大值后逐渐减小。当进风温度在 160 ～ 170 ℃范围内 ,
进料流量在 19～ 22ml/min内 ,感官评分值与进料流量和进
风温度均成负相关关系。
注:料液固形物含量为 35%。
Note:Thesolidcontentinsolutionwas35%.
图 3　进风温度与进料流量对感官评分影响的响应曲面和等高线
Fig.3　Responsesurfaceandcontoursfortheeffectofinlettemperatureandfeedingspeedonthesensoryevaluation
2.4　雪莲果果粉喷雾干燥工艺的优化　由试验得到的回归
方程及方差分析结果 ,利用 DesignExpert得到优化的喷雾干
燥工艺为:料液固形物含量 37.27%,进料流量 18.93
ml/min,进风温度 156.14 ℃。
2.5　优化工艺的验证　采用优化后的工艺进行了 3次重复
试验 ,通过试验结果与回归方程预测结果的比较 ,对回归模
型的精度及优化工艺的可行性进行了验证 ,并对雪莲果果粉
的理化指标和微生物指标进行了检测。
2.5.1　模型验证。由表 4可知 , 3次重复试验的最大相对误
差为 3.34%,证明应用响应曲面法得到的回归模型的精度较
高 ,优化的雪莲果果粉喷雾干燥工艺是可行的 。
表 4　验证试验结果
Table4　Theresultsofverifyingexperiment
试验号
TestNo.
色泽 Colour
标准Standard 分值Score
质感 Quality
标准Standard 分值Score
气味 Smel
标准Standard 分值Score
挂壁情况分植Wal-clingproperty
标准Standard 分值Score
实际分值Actualscore 相对误差∥%Relativeerror
1 淡黄色 23 稍细腻 18 稍有异味 18 不粘壁 25 84.00 3.34
2 黄色 20 细腻 23 稍有异味 18 不粘壁 25 86.00 1.04
3 淡黄色 23 细腻 23 无异味 25 粘壁 18 89.00 2.42
(下转第 17458页)
17431　38卷 31期　　　　　　　　　　　　　　　　　卢亚婷等　响应曲面法优化雪莲果果粉喷雾干燥工艺研究
的根皮含微量生物硷 、强心甙及 0.2%的挥发油 。叶含强心
甙 0.228%、挥发油 0.1%及少量皂甙。根皮入药具有滋补强
壮 , 祛风化湿 、活血化疲 、强筋骨和健胃利尿之功效 。可用
于治疗风寒湿痒 、腰膝疼痛 、身体虚弱 , 还可治疗神经衰弱 、
充血性心力衰竭 、高血压 、冠心病和心绞痛等。短梗五加的
茎及果皮中活性成分与根相同(表 3),但含量高于根 ,药理
作用亦较根强 。因此 ,用茎叶和果实代根入药 ,保护和扩大
了药源。此外 ,五加中还含有 1, 2甲氧基香豆素 、东食若内
醋 、异嗦皮陡和原儿草酸等 ,具有延缓疲劳和神经元老化 、提
升心肌细胞代谢 、提高身体组织利用氧的能力 、益智安神 、消
炎 、调血压 、降血脂和抗肿瘤等功效 [ 5] 。
表 3　短梗五加活性成分含量
Table3　ActivecomponentscontentinAcanthopanaxsessiliflorus
Seem. %
部位
Parts
总黄酮
Totalflavonoids
总皂甙
Totalsaponins
根皮 1.48 0.76
茎皮 1.29 1.66
果皮 1.65 0.43
平均 1.47 0.95
2.3　经济价值　短梗五加为多年生木本植物 ,生长周期长 ,
食用嫩茎可连续采摘 10年 ,成本为 15 000元 /hm2 ,产值
30 000元 ,纯收入 15 000元。每 7 kg的嫩叶可加工 1 kg茶 ,
每 1 hm2 产嫩叶 2 250 kg,成本 60元 /kg,加工售价 400
元 /kg,纯收入达 4 005元 /hm2 。鲜果售价 6元 /kg,按每 1
hm2栽种 7 500株市场计算 , 3年后可采鲜果 7 500 kg,每年的
产值达 45 000元。随树龄增长 ,根皮 、茎皮 、果皮以药材价格
出售 ,加上种子 、种苗价格等 ,短梗五加发展空间大 、市场竟
争力强 ,市场开发前景广阔 [ 5] 。
3　资源分布及人工种植
短梗五加主要分布于长白山及其余脉 ,生长于针阔混交
林内 、林缘 、灌木丛内及溪流附近 ,在黑龙江 、吉林 、辽宁等省
山区及朝鲜半岛均可见。自然贮量不足 1亿株 ,已被列为濒
危植物 ,丹东农科院特种植物所经多年针对性研究 ,已成熟
完善了短梗五加的人工繁殖及栽培技术 ,大面积的人工种植
技术得已推广 ,在农民增收和资源保护方面起到了重要作
用。 2009年短梗五加引种西北地区 ,经过 1年驯化 ,可在宁
夏银川平原正常生长。
4　短梗五加的资源保护及建议
(1)加强种质资源研究 , 建立自然保护区 。植物资源为
再生资源 ,只有合理利用 ,才能永续不断。植物种源 、植被资
源是生态系统的核心 ,合理开发利用植物资源是保护生态平
衡的关键。因此开展种质资源调查与分类 ,在一些资源条件
好 、种类丰富的地方建立自然保护区 ,使其得到长期发展 ,对
稀少 、价值高 、可利用的品种进行逐年移植驯化。
(2)加大科技投入。运用先进的科技手段 ,通过组织培
养 、添加激素等手段提高扦插成活率 ,增加植株数量 。亦可
采用无土栽培 、建立日光温室反季种植短梗五加 ,运用先进
的保鲜技术延长成品的贮藏期 、保质期 ,提高其在市场上的
竞争力 。建立商品化种苗繁育基地 ,形成一套完备的育苗技
术体系 。
(3)扩大栽培面积 ,增加产量。随着设施农业的不断进
步和完善 ,可模拟不同的生态条件 ,尽量保持其野生的特性 ,
以满足短梗五加生长发育的环境条件进行人工反季栽培。
(4)做好产品深加工技术研究。随着商品经济的发展和
外贸出口的需要 ,短梗五加的加工技术在原有的晾晒 、盐渍 、
炒食 、酒类加工 、饮料加工等基础上 ,应注重开发其保健价
值 ,根据其药用组分 ,利用现代技术将其加工成系列功能食
品 , 使其综合功能得到更大的发挥 。
(5)依靠科技 ,合理采收。无论是野生资源还是人工种
植种类 ,采收时应在科技部门 、科技人员的指导下 ,科学采
收 ,保证资源的可持续利用。不能盲目 、破坏性地采摘 。
参考文献
[ 1] 李同华 ,魏为民 ,陈淑范.刺五加的经济价值及其生物技术研究 [ J] .农
业与技术, 2008, 28(2):57-59.
[ 2] 杨坡,孙宝俊,刘娥 ,等.短梗五加食药用价值及开发利用 [ J].中国野
生植物资源 , 2006, 25(2):43-44.
[ 3] 梁永海.刺五加发酵乳饮料的生产工艺 [ J].食品与生物技术学报,
2007, 26(2):34-37.
[ 4] 冯翠芹 ,李强,顾利文.刺五加果汁保健饮料的研制 [ J].酿酒 , 2005, 32(4):90.
[ 5] 刘凤华.短梗五加的利用价值及市场开发前景 [ J] .生物学通报, 2007,
42(6):14-16.
(上接第 17431页)
2.5.2　理化指标。水分含量 5.62%±0.30%,总糖含量
12.60%±1.00%,流动性(9.40±0.20)cm。
2.5.3　微生物指标 。菌落总数(≤100cfu/ml);大肠杆菌≤
3 MPN/100 ml;致病菌不得检出。
3　结论
在前期单因素试验的基础上 ,选取料液固形物含量 、进
料流量 、进风温度 3个影响雪莲果果粉喷雾干燥感官品质
的主要因素进行了 3因素 3水平响应面试验设计;建立了
雪莲果果粉喷雾干燥感官评定标准;通过 DesignExpert软
件对试验数据进行了方差分析和回归分析 ,进而预测出了
最优的雪莲果果粉喷雾干燥工艺。采用优化后的工艺进行
了 3次重复试验 ,通过试验结果与回归方程预测结果的比
较 ,对回归模型的精度及优化工艺的可行性进行了验证 ,并
对雪莲果果粉的理化指标和微生物指标进行了检测。该研
究通过响应曲面法最终优化出的雪莲果果粉喷雾干燥工艺
为:料液固形物含量 37.27%,进料流量 18.93 ml/min,进风
温度 156.14℃。
参考文献
[ 1] 钱林,丁长河,李里特,等.雪莲果的化学组分及其功能特性 [ J] .食品
研究与开发 , 2006(6):179-180, 188.
[ 2] 刘坚,李静威,兰海 ,等.雪莲果不同部位的营养成分分析 [ J].草业学
报, 2009(4):236-240.
[ 3] 陈晓燕 ,张敏.余甘子(橄榄)果粉制作工艺研究 [ J].食品科技, 2002
(11):56-58.
[ 4] 熊曼萍 ,王训斌 ,周蓉.纯天然柑橘(橙)果粉的研制 [ J] .食品工业科
技, 2006(10):137-138.
[ 5] 刘华敏 ,解新安 ,丁年平.喷雾干燥技术及在果蔬粉加工中的应用进展
[ J].黑龙江医药 , 2006, 19(2):120-123.
[ 6] 齐典,金哲雄.植物多酚在保健食品方面的应用[ J].黑龙江医药, 2006,
19(2):120-122.
[ 7] 林弘通(日).乳粉制造工程[ M] .北京:北京轻工业出版社, 1987.
17458 　　　　　　　　　　安徽农业科学　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2010年