全 文 ： 喷雾干燥制备核桃分心木速溶粉及冲调
性分析
张妍1，高蕾 1，王正红 2，阿迪拉·阿迪力 1，王文君 1，杨海燕 1*
（1. 新疆农业大学食品科学与药学学院，新疆 乌鲁木齐 830052；
（2. 新疆阿布丹食品开发有限公司，新疆 乌鲁木齐 830052）
摘 要：本试验以核桃分心木为原料，从喷雾干燥条件参数与分心木速溶粉冲调性的角度出发，先采用单
因素实验研究了喷雾进风口温度、进料流量及热风流量对核桃分心木速溶粉润湿性、分散性、水分含量及
颗粒大小的影响，并选择进口温度、进料速度、热风流量 3 个因素，以润湿性及分散性为响应值进行响应
面优化实验。选择喷雾进风口温度为 170℃，进料流量为 1.8 L/h，热风流量为 35m3/h ，为喷雾干燥制备
核桃分心木速溶粉的最优参数。采用上述实际操作参数重新制作核桃分心木速溶粉样品进行实验，实际测
得润湿性为 13.2s，分散性为 5.8s，与模型预测值相符。
关键词： 核桃分心木；喷雾干燥；冲调特性；润湿性；分散性

Study on the Spray Drying Technology of Walnut diaphragm Powder and the Influence on Fast
Dissolvability
Zhang Yan1,Gao Lei1,Wang Zhenghong2, Adila Adili 1, Wang Wenjun 1,Yang Haiyan1*
(1. College of Food Engineering, Xinjiang Agriculture University, Urumqi Xinjiang 830052;
(2. Xinjiang ABU Dan food development co., LTD, Urumqi Xinjiang 830052)
Abstracted: The aim of this study was to develop a walnut diaphragm processing system and provide a reliable
method of preparing raw materials for high-value walnut diaphragm products. This experiment took the view of
operating parameters of spray drying and fast dissolvability of walnut diaphragm powder. At first, did research on
the effect of the air inlet temperature and feed flow rate, the hot air flow rate on walnut diaphragm powder’s
wetting property, dispersibility, moisture content and grain size by single factor experiment. Then selected the air
inlet temperature and feed flow rate, the hot air flow rate as three factors, wetting property, dispersibility factor as
response, finished the response surface optimization experiments. The results showed that when the air inlet
temperature was 170 ℃,feed flow rate was 1.8L/h and hot air flow rate was 35m3/h. The walnut diaphragm
powder obtained under such conditions was the best in flavor and instant solubility.
中图分类号：TS201.1            文献标志码：A      文章编号： 
新疆核桃产量居全国前列，新疆核桃分心木，俗称核桃隔膜，是胡桃科植物胡桃果核的干燥木质
隔膜，味涩气微[1]；常用于治疗遗精、遗尿、带下等症[2]，维吾尔医也有记载用于治疗肾虚[3-4]。研究
表明，分心木中含有总黄酮[5-6]、多糖[7]、总皂苷[8]等生物活性物质，这些生物活性物质具有一定的抗
癌[9]、抗病毒[10-11]、抗炎症[12]抑菌效果[13-14]。
目前市场上出售的核桃分心木产品以原料为主，少有高附加值商品，食用方式以开水冲泡为主，
难以食用且不方便携带。果蔬粉是目前一种良好的深加工产品[15]，开发核桃分心木速溶粉可以拓宽核
桃分心木的应用范围并且延长新疆核桃产业产业链。
                                                              
收稿日期：2014-10-01
基金项目：自治区研究生教育创新计划科研创新项目(XJGRI2015088) 
作者简介：张妍 (1991—)，女，硕士研究生，研究方向为功能性油脂及其粕的综合利用。E‐mail：
249439765@qq.com 
*通信作者：杨海燕 (1962—)，女，教授，博士，研究方向为农产品精深加工与综合利用。E‐mail：
yanghaiyan163@163.com 
 
2016-05-23
1
网络出版时间：2016-06-07 14:28:07
网络出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/11.2206.TS.20160607.1428.070.html
 
喷雾干燥过程有物料受热时间短、较好保留产品营养成分及风味、便于储存运输等优点[16-17]，是
目前工业上最实用的干燥方式。
粉体在复水时会发生润湿、下沉、分散、溶解等过程[18-19]，以上过程是交叉混合连续进行的，因
此在试验过程中不能以单一指标来衡量粉体的冲调性能。本文研究了喷雾干燥条件对核桃分心木速溶
粉润湿性和分散性等单一指标的影响，并深入讨论其交互关系，从整体角度研究了喷雾干燥工艺对核
桃分心木速溶粉的冲调性能的影响，进而对喷雾干燥工艺参数进行优化。

1 材料与方法

1.1 试验材料
核桃分心木：为新疆阿布丹食品科技有限公司提供。
1.2 试验设备
AL204-1C 梅特勒电子天平，尼岛机电(上海)有限责任公司；101A 型数显电热鼓风干燥箱，
天津市美特斯科技有限公司；TD25–WS 型离心机，江苏金坛医疗器械有限公司；R2003KB
旋转蒸发器，陕西省恒博生物科技有限公司；DZKW-4 型数显恒温热水浴锅，江西省正东矿
山机械制造有限公司；FW-100 万能粉碎机，北京市永光明医疗仪器有限公司；OPD-8 高速离
心喷雾干燥剂，上海大川原干燥设备有限公司；标准分析筛，新乡市雷蒙特机械有限公司。
1.3 试验方法
1.3.1 工艺流程 
核桃分心木→烘干、粉碎（过 80 目筛）→酶解水浴浸提→离心澄清→复合调配→浓缩→高压
均质→喷雾干燥→包装 
1.3.2 喷雾干燥工艺参数的研究[20]
在大量预试验的基础上，选择试验中效果较好的喷雾干燥参数点，以这些参数点为基础上下浮
动取点，通过单因素试验，确定合适的干燥参数。
1.3.2.1 喷雾进口温度的确定
在热风流量为 30m3/h，喷雾进料流量 1.8L/h，料液浓度 20%的条件下，分别选择进风温度
150℃、160℃、170℃、180℃、190℃进行喷雾干燥，考察喷雾干燥工艺适应性，测定粉体冲调特性。
1.3.2.2 喷雾热风流量的确定
在喷雾进料流量 1.8L/h，进口温度 170℃，料液浓度 20%的条件下，分别选择热风流量为
20m3/h、25 m3/h、30 m3/h、35 m3/h、40 m3/h 的进行喷雾干燥，考察喷雾干燥工艺适应性，测定粉体
冲调特性。
1.3.2.3 喷雾进料流量的确定
在热风流量为 30m3/h，进口温度 170℃，料液浓度 20%的条件下，分别选择喷雾进料流量为
1.5L/h、1.8L/h、2.1L/h、2.3L/h、2.6L/h 进行喷雾干燥，考察喷雾干燥工艺适应性，测定粉体冲调特
性。
1.3.3 响应面试验设计 根据单因素结果，采用 3 因素三水平响应面试验对喷雾干燥工艺进行优化，
因素表见表 1。

表 1 响应面试验因素水平设计
Table 1 Factors and levels used in Response surface central composite design

水平
因素
进风口温度/(℃) 物料流量/（L/h） 热风流量/（m3/h）
1 160 1.5 30
2 170 1.8 35
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2
 
3 180 2.1 40
1.3.4 粉体冲调特性的测定[18]
由于核桃分心木速溶茶溶解度差异不明显,本次试验以润湿性、分散性为考察指标进行测定。
1.3.4.1 润湿性的测定
准确称取 1g 核桃分心木喷雾干燥粉，置于盛有 50mL 50℃去离子水的烧杯中，从粉体放入烧杯
时开始计时，记录粉体全部浸润的时间，即为润湿时间。
1.3.4.2 分散性的测定
将盛有 50mL 去离子水的烧杯置于磁力搅拌器上（转速 500r/min），准确称取 1g 核桃分心木速
溶粉，均匀快速分散于水中，记录粉体全部分散于水中所用的时间，即为分散时间。
1.4 数据分析
响应面法（Response Surface Methodology，RSM）是采用多元二次回归方程拟合响应项与响应
值之间的函数关系，以解决多变量问题的一种统计方法[21]。与正交试验设计法相比，响应面法具有试
验周期短，回归方程精确度高，利于研究多因素间交互作用等优点。目前，该分析方法已广泛应用于
食品工业[22]。

2 结果与分析

2.1 进口温度对核桃分心木速溶粉冲调特性的影响 进口温度对核桃分心木速溶粉冲调特性的影响见
表 2。

表 2.进风口温度对核桃分心木速溶茶冲调特性的影响
Table 2 Effect of the air inlet temperature on fast dissolvability
进风口温度
（℃）
水分含量
（%）
颗粒大小
（目数）
润湿性
（S）
分散性
（S）
150 8.27 0.5±0.05 17.2 4.7
160 6.01 0.45±0.05 16.8 4.2
170 5.45 0.4±0.05 15.3 3.8
180 4.52 0.4±0.05 16.3 4.0
190 3.84 0.35±0.05 19.0 4.1

由表 2 可知，随着进风口温度升高，粉体水分含量和颗粒大小呈现下降趋势，润湿时间和分散
时间呈现出先减小后增加的趋势。造成这种现象的原因是：在喷雾干燥过程中，雾滴在干燥时分为等
速干燥和降速干燥两个阶段，进风口温度越高，干燥室温度越高，进入降速干燥阶段就越早，对应的
粉体干燥越充分。进风口温度较低时，物料还未充分干燥就发生碰撞，形成较大颗粒，从而增加粉体
润湿时间和分散时间；相反，进风口温度高，物料干燥速度快，形成小颗粒。有研究表明，当进风口
温度过低时，物料干燥不充分，出现黏壁现象；进风口温度过高时，物料表面蒸发过快，造成粉体表
面硬化而内部水分尚未充分蒸发扩散，出现回潮现象，使得物料粘附在塔壁上[17]。因此，控制适当的
进风口温度是喷雾干燥工艺的重要环节，过高或过低的进风口温度都会使得粉体润湿性和分散性变
差，对粉体冲调性造成影响。结果表明：喷雾进风口温度为 170℃时，获得粉体冲调特性较为理想。
2.2 进料流量对核桃分心木速溶粉冲调特性的影响 进料流量对核桃分心木速溶粉冲调特性的影响见
表 4。


表 3.进料流量对核桃分心木速溶茶冲调特性的影响
Table 3 Effect of flow rate on fast dissolvability
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3
 
进料流量
（L/h）
水分含量
（%）
颗粒大小
（mm）
润湿性
（S）
分散性
（S）
1.5 2.21 0.25±0.05 7.9 5.6
1.8 3.26 0.25±0.05 13.5 5.2
2.1 4.87 0.35±0.05 15.5 4.9
2.3 6.33 0.35±0.05 18.7 5.5
2.6 8.04 0.4±0.05 21.0 5.8

由表 3 可知，随着进料流量增加，粉体水分含量、颗粒增大，润湿时间逐步增加，分散时间呈先
减小后增加趋势。造成这种现象的原因是：物料流量过大时，物料干燥不完全，获得的产品有部分是
以黏流状态粘结在一起的，从而含水量高、粉体颗粒增大。在较小进料流量条件下，获得粉体水分含
量低、粉体颗粒小，粉体形态细小，使得粉体润湿性和分散性并不好；在较大进料流量条件下，获得
粉体颗粒大、粉体水分含量高，易结块，获得粉体的润湿性和分散性都较为不理想。结果表明，控制
喷雾进料流量在 1.8L/h 时，核桃分心木速溶粉的润湿性和分散性均较理想。
2.3 热风流量对核桃分心木速溶粉冲调性的影响 热风流量对核桃分心木速溶粉冲调性的影响见表4。

表 4. 热风流量对核桃分心木速溶粉冲调性的影响
Table 4 Effect of the air outlet temperature on fast dissolvability
热风流量
（m3/h）
水分含量
（%）
颗粒大小
（mm）
润湿性
（S）
分散性
（S）
20 6.50 0.45±0.05 20.7 7.4
25 5.21 0.40±0.05 19.9 6.7
30 4.74 0.40±0.05 18.9 6.2
35 3.97 0.35±0.05 18.2 5.1
40 5.53 0.40±0.05 20.0 6.9

由表 4 可知，随着热风流量的增大水分含量呈现先降低后升高的趋势，颗粒大小、润湿时间、分
散时间呈现先减小后增大的趋势。造成这种现象的原因是：当热风流量在 20 m3/h-35 m3/h 之间时，物
料形成的雾滴在干燥室内停留时间长，干燥粉末未被及时带走，与新喷出的雾滴粘附在一起，致使产
品颗粒较大、水分含量较高、润湿性和分散性较差，严重时会出现黏壁现象；随着热风流量的增大，
物料液滴逐渐被充分干燥，颗粒逐渐减小、水分含量逐渐降低，当热风流量大于 40m3/h 时，由于风
速过大，物料形成的雾滴在干燥塔内停留的时间过短，使得物料不能完全干燥时就被带出干燥室，温
度急剧下降的条件下致使颗粒变大、水分含量增加、润湿性和分散性变差。结果表明，控制热风流量
在 35 m3/h 时，核桃分心木速溶粉的润湿性和分散性较为理想。
2.4 响应面筛选试验结果
2.4.1 响应面显著性分析
在单因素实验的基础上，选取对核桃分心木速溶粉速溶特性指标有显著影响的进风口温度(A)、
进料流量(B)和热风流量(C)3 个因素，采用响应面分析法对其进行优化，利用 Design-Expert.V8.0.6 软
件进行实验设计、数据处理及模型的建立，实验方案及结果见表 5。

表5 响应面实验设计方案及结果
Table 5 The design and result of response surface experiment
实验号 A B C R1 润湿性(s) R2 分散性(s)
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4
 
1 -1 -1 0 15.5 9.5
2 1 -1 0 16.8 10.3
3 -1 1 0 18.3 13.6
4 1 1 0 15.5 8
5 -1 0 -1 16.4 10.9
6 1 0 -1 15.6 7.5
7 -1 0 1 16.8 11.8
8 1 0 1 15 6.9
9 0 -1 -1 14.5 10.4
10 0 1 -1 16.6 11.4
11 0 -1 1 16.5 13.4
12 0 1 1 15.8 10.8
13 0 0 0 13.3 5.8
14 0 0 0 12.9 6.1
15 0 0 0 12.8 5.2
16 0 0 0 13.2 5
17 0 0 0 13 5.7

由回归分析结果得到核桃分心木速溶粉润湿性(R1)预测值对进风口温度(A)、进料流量(B)、热风
流量(C)3个因素的二次多项回归方程如下：
R1=13.04-0.51A+0.36B-1.03AB-0.70BC+1.79 A2+1.69 B2+1.12C2
对上述响应面回归模型进行方差分析，分析结果见表7、表8。

表6 响应面回归模型方差分析结果-R1润湿性
Table 6 The results of variance analysis for the regression model of response surface -R1
方差来源 平方和 自由度 均方 F 值 Pr>F 显著性
模型 43.98 9 4.89 60.06 <0.0001 **
A 2.10 1 2.10 25.83 0.0014 **
B 1.05 1 1.05 12.92 0.0088 **
C 0.12 1 0.12 1.54 0.2551 -
AB 4.20 1 4.20 51.65 0.0002 **
AC 0.25 1 0.25 3.07 0.1231 -
BC 1.96 1 1.96 24.09 0.0017 **
A2 13.53 1 13.53 166.29 <0.0001 **
B2 15.97 1 15.97 128.42 <0.0001 **
C2 5.26 1 5.26 64.63 <0.0001 **
残差 0.57 7 0.081
失拟项 0.40 3 0.13 3.08 0.1527 -
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5
 
误差 0.17 4 0.043
总变异 44.55 16
注：**表示差异极显著（p<0.01），*表示差异显著（p<0.05），-表示差异不显著（p>0.05）。

从表6可知，建立的回归模型显著性检验结果中，A、B、AB、BC、A2、B2、C2项的影响极显著，
其余项则对核桃分心木速溶粉冲调特性无显著影响。回归模型的诊断分析表明，各因素的F值可以反
应出对试验响应值的重要性，F值越大，表明该因素对响应值的影响越大，由各因素对响应值影响程
度分析可得影响核桃分心木速溶粉冲调特性的主次因素均为：进口温度>进料流量>热风流量，说明各
因素对核桃分心木速溶粉润湿性的影响并非简单的线性关系。此外，回归模型中的相关系数
R2=0.9872，Adj R2=0.9708，模型的信噪比(Adeq R2)为24.616，一般认为模型的可接受信噪比大于4，
说明模型的拟合度和可信度较高；变异系数(C.V.%)越小说明试验可靠性越高，本试验的变异系数为
1.88，说明试验可靠性良好。
由回归分析结果得到核桃分心木速溶粉分散性(R2)预测值对进风口温度(A)、进料流量(B)、热风
流量(C)3个因素的二次多项回归方程如下：
R2=5.56-1.64A-1.60AB+1.28A2+3.51B2+2.43C2

表 7 响应面回归模型方差分析结果- R2
Table 7 The results of variance analysis for the regression model of response surface -R2
方差来源 平方和 自由度 均方 F 值 Pr>F 显著性
模型 128.14 9 14.24 22.97 0.0002 **
A 21.45 1 21.45 34.60 0.0006 **
B 5.000E-003 1 5.000E-003 8.065E-003 0.9310 -
C 0.91 1 0.91 1.47 0.2647 -
AB 10.24 1 10.24 16.52 0.0048 **
AC 0.56 1 0.56 0.91 0.3725 -
BC 3.24 1 3.24 5.23 0.0561 -
A2 6.93 1 6.93 11.17 0.0124 **
B2 51.80 1 51.80 83.56 <0.0001 **
C2 24.91 1 24.91 40.19 0.0004 **
残差 4.34 7 0.62
失拟项 3.53 3 1.18 5.79 0.0614 -
误差 0.81 4 0.20
总变异 132.48 16
注：**表示差异极显著（p<0.01），*表示差异显著（p<0.05），-表示差异不显著（p>0.05）。

表8中，回归方程系数显著性检验结果表明，A、AB、A2、B2、C2项的影响极显著，其余项则对
核桃分心木速溶粉无显著影响。回归模型中，相关系数R2=0.9672，Adj R2=0.9251，模型的信噪比(Adeq
R2)为13.335，说明模型的拟合度和可信度较高；其变异系数为8.79，说明试验可靠性良好。
综合上述单因素实验和响应面分析法对核桃分心木速溶粉冲调特性进行优化分析，得最优参数如
下：喷雾进风口温度为173.04℃，进料流量为1.81L/h，热风流量为34.85m3/h，得到其润湿性的预测值
为13.0521s，分散性为5.16781s。
2.4.2 各因素之间的交互作用
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6
 
为了更直观地反映响应因素对核桃分心木速溶粉润湿性及分散性的影响，对获得的回归模型进行
响应面曲线图分析得到A（进风口温度）B（进料流量）及B（进料流量）C（热风流量）交互作用较
显著，并得其相应响应面曲线图1-图3。

图1 进风口温度和进料流量对润湿性影响的响应面曲线图
Fig.1 Response surface graph of the effect of inlet temperature and flow rate on wetting property


图2 进料流量和热风流量对润湿性影响的响应面曲线图
Fig.2 Response surface graph of the effect of flow rate and hot air flow rate on wetting property
从图1中可以看出，当热风流量为35m3/h 不变时，核桃分心木速溶粉的润湿性随进料流量的增加
而降低，当进风口温度从160℃增加到180℃时，核桃分心木的润湿性先升高后降低，响应面呈现的曲
线弧度也较明显，因此AB交互作用对核桃分心木速溶粉的润湿性有影响；图2说明，核桃分心木速溶
粉的润湿性响应面呈现一个凹面，在进风口温度控制在170℃时，进料流量控制在1.7-1.9L/h的范围内，
核桃分心木速溶粉的润湿性较好，由曲线图可直观看出AB交互作用比AC交互作用对核桃分心木速溶
粉润湿性影响大。

图3 进风口温度和进料流量对分散性影响的响应面曲线图
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7
 
Fig.3 Response surface graph of the effect of inlet temperature and flow rate on dispersion property
图 3 说明，核桃分心木速溶粉的分散性响应面呈现较一个较均匀的凹面，核桃分心木的分散性随
进风口温度和进料流量的增加而减小，说明 AB 交互作用对核桃分心木速溶粉分散性影响大，然而
AC、BC 两项交互作用并不是很显著。
2.5 最佳提取条件的确定及验证试验
根据核桃分心木速溶粉润湿性和分散性模型的二次回归方程，利用 Design Expert8.0.6 软件对喷
雾干燥核桃分心木速溶粉反应工艺条件进行优化，润湿性、分散性为响应值，喷雾进风口温度为
173.04℃，进料流量为 1.81L/h，热风流量为 34.85m3/h，得到其润湿性的预测值为 13.0521s，分散性
为 5.16781s。但为了实际可操作性，结合优化分析参数选择喷雾进风口温度为 170℃，进料流量为 1.8
L/h，出风温度为 70℃，为喷雾干燥制备核桃分心木速溶粉的最优参数。王艳梅等人[23]利用分光光度
法测得核桃分心木中总黄酮含量为 6.259%。本试验工艺条件下制备的核桃分心木速溶粉的总黄酮含
量为 11.630%。润湿性为 14.2s，分散性为 5.8s，与预测值非常接近，这表明采用该工艺参数可靠。

3 结论

通过对各因素对响应值影响程度分析可得影响喷雾干燥核桃分心木速溶粉润湿性及分散的因素
从大到小依次为：进风口温度、进料流量、出风温度。响应面分析法对核桃分心木速溶粉冲调特性进
行优化分析，得最优参数如下：喷雾进风口温度为 173.27℃，进料流量为 1.79L/h，热风流量为
34.85m3/h ，得到其润湿性的预测值为 13.0246s，分散性为 5.62306s。实际操作参数选择：喷雾进风
口温度为 170℃，进料流量为 1.8 L/h，热风流量为 35m3/h ，为喷雾干燥制备核桃分心木速溶粉的最
优参数。采用上述实际操作参数重新制作核桃分心木速溶粉样品进行实验，实际测得润湿性为 13.2s，
分散性为 5.8s，与预测值非常接近，这表明采用该工艺参数可靠。


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