食品科学论文喷雾干燥条件对奶粉水分影响

　　这篇食品科学论文通过分析，流化床热风温度对奶粉水分含量的影响最大，其次是流化床冷风温度，再次是干燥塔进风温度，干燥塔排风温度对奶粉水分含量的影响最小。 通过响应面分析得到的结果，可以为企业的生产提供一个技术参考，使水分含量控制在一个既有利于经济效益又保证质量的范围内，从而为企业创造更多的价值。

　　《食品科学》创刊于1980年，由中国商业联合会主管，北京市食品研究所主办，《食品科学》编辑部编辑出版的国内外公开发行的月刊。《食品科学》主要刊载国内外食品行业的高新技术和新的研究开发成果，体现了国内食品行业的前沿科研成果，代表了食品行业中的领先学术水平，具有文献记录和标志的作用。是国内最具影响的专业杂志之一。

　　摘要：水分含量对奶粉质量至关重要，同时也对企业的效益影响很大。本文根据中心组合(Box-Behnken)试验设计原理采用四因素三水平的响应取面分析法对喷雾干燥条件和水分含量的相互关系进行分析。运用Design expert v8.0响应面软件对数据进行多元回归拟合，得到响应值水分含量的回归方程。结果表明：流化床热风温度对奶粉水分含量的影响最大，其次是流化床冷风温度，再次是干燥塔进风温度，干燥塔排风温度对奶粉水分含量的影响最小。

　　关键词：水分含量 奶粉 喷雾干燥 响应面

　　新鲜奶粉的营养价值很高，而要保证其营养价值长期储存而不变，保质期就是一个衡量指标，它的长短主要取决于奶粉中水分含量的高低，现在生产奶粉广泛应用的是浓缩和干燥技术。奶粉生产过程中，奶粉的水分含量是奶粉质量控制的关键因素，并且具有很重要的经济意义。水分含量过高，奶粉的质量会受到影响;水分含量过低，会增加生产能耗。即水分高有利于经济效益而不利于质量，水分低有利于质量而不利于效益。从生产厂家角度出发，既要考虑产品质量，又要考虑效益。因此，控制奶粉水分含量达到最佳值，对一个企业意义重大[1-3]。本文主要探讨了喷雾干燥条件对奶粉水分含量的影响，旨在为企业控制水分含量提供理论指导。

　　1材料与方法

　　1.1材料与设备

　　原料奶为当地牧场鲜奶，喷雾干燥塔 3.0T和流化床M0001SHB均为利乐公司的设备。

　　1.2试验方法

　　1.2.1水分含量的测定[4]

　　取干燥好的小皿，放入天平上，准确记录其质量M1，另准确称取3-5g样品于小皿中，准确记录小皿和样品质量M2，将样品和小皿放入恒温干燥箱干燥30min，之后取出称干燥后的小皿和样品总重M3，则样品中水的含量X为：

　　X=

　　1.2.2响应曲面试验的设计

　　本试验在物料浓度为50%的基础上，根据Box-Behnken中心组合试验[5]设计原理，以奶粉水分含量为响应值，选择干燥塔进风温度、干燥塔排风温度、流化床热风温度和流化床冷风温度为试验因素，运用Design Expert v8. 0软件设计四因素三水平的响应曲面试验，因素编码及水平见表1。

　　表1 响应面试验因素水平表

　　因素 编码水平

　　-1 0 +1

　　流化床热风温度/℃ 56.5 61.75 67

　　流化床冷风温度/℃ 19.6 20 20.4

　　干燥塔进风温度/℃ 165.8 170.6 175.4

　　干燥塔排风温度/℃ 90.5 92.5 94.5

　　2结果与分析

　　2.1响应面实验方案及结果

　　采用Design expert v8.0响应面设计软件进行试验设计，产生了29 个试验，试验方案及结果如表2所示。

　　表2 响应面试验方案及结果

　　试验号 A B C D 水分含量/%

　　1 0 0 0 0 2.32

　　2 0 -1 0 -1 2.57

　　3 0 0 0 0 2.36

　　4 0 1 -1 0 2.34

　　5 1 0 1 0 2.4

　　6 0 0 1 -1 2.59

　　7 0 -1 1 0 2.38

　　8 0 1 1 0 2.6

　　9 -1 0 -1 0 2.37

　　10 1 1 0 0 2.35

　　11 1 0 -1 0 2.3

　　12 0 0 0 0 2.47

　　13 -1 1 0 0 2.59

　　14 0 0 0 0 2.46

　　15 -1 0 0 1 2.42

　　16 -1 0 1 0 2.67

　　17 0 0 0 0 2.4

　　18 0 -1 0 1 2.2

　　19 1 0 0 -1 2.37

　　20 0 0 1 1 2.39

　　21 0 1 0 1 2.53

　　22 0 0 -1 1 2.32

　　23 -1 0 0 -1 2.54

　　24 0 0 -1 -1 2.28

　　25 0 1 0 -1 2.36

　　26 1 -1 0 0 2.29

　　27 0 -1 -1 0 2.35

　　28 -1 -1 0 0 2.45

　　29 1 0 0 1 2.29

　　由Design expert v8.0响应面软件对表2数据进行多元回归拟合，得到响应值水分含量的回归方程为：

　　Y=88.487+0.38357A-16.01514B+0.70503C+0.043787D-0.011905AB-0.01984AC+0.001905AD+ 0.037760BC+0.11250BD -0.014323CD

　　式中：

　　A—流化床热风温度 B—流化床冷风温度 C—干燥塔进风温度 D—干燥塔排风温度

　　对模型进行方差分析，结果见表3。

　　表3 回归模型方差分析

　　来源 平方和 自由度 均方 F值 P 显著性

　　模型 0.35 10 0.035 16.22 0.05)。由表3可知，四因素对水分含量的影响是A>B>C>D，既流化床热风温度>流化床冷风温度>干燥塔进风温度>干燥塔排风温度，流化床热风温度对奶粉水分含量的影响最大。

　　2.2响应面分析

　　利用Design Expert v8.0软件对表2数据进行处理，所得响应曲面见图1～图4。由此可对任何两个因素交互影响下的水分含量进行分析与评价，以确定其相互关系。

　　由图1可知，当干燥塔进风温度很低时(某一定值)，随着流化床冷风温度的升高，奶粉的水分含量逐渐降低;当干燥塔进风温度很高时(某一定值)，随着流化床冷风温度的升高，奶粉的水分含量反而快速上升。故流化床冷风温度和干燥塔进风温度对水分含量的交互影响显著。

　　由图2可知，当干燥塔排风温度很低时(某一定值)，随着流化床冷风温度的降低，奶粉的水分含量逐渐升高;当干燥塔排风温度很高时(某一定值)，随着流化床冷风温度的降低奶粉的水分含量反而快速下降。故流化床冷风温度和干燥塔排风温度对水分含量的交互影响显著。

　　由图3可知，当固定干燥塔进风温度在一很低值时，干燥塔排风温度越低，奶粉的水分含量越低，但趋势很缓慢;当干燥塔排风温度固定在某一很高值时，随着干燥塔排风温度的升高，奶粉的水分含量会增加，而且迅速增加。因此干燥塔进风温度和干燥塔排风温度对水分含量的交互影响显著。

　　由图4可知，干燥塔进风温度不变时，流化床热风温度越低，奶粉的水分含量越高;但当流化床热风温固定时，无论干燥塔进风温度升高还是降低，奶粉的水分含量都几乎保持不变;所以说当固定流化床热风温到某一定值时，水分含量几乎不受进风温度的影响。因此干燥塔进风温度和流化床热风温对水分含量的交互影响一般显著。

　　图1 流化床冷风温度和干燥塔进风温度对奶粉水分含量影响响应面图

　　图2 流化床冷风温度和干燥塔排风温度对奶粉水分含量影响响应面图

　　图3 干燥塔进风温度和干燥塔排风温度对奶粉水分含量影响响应面图

　　图4 流化床热风温度和干燥塔进风温度对奶粉水分含量影响响应面图