摘要：水分含量對奶粉質(zhì)量至關(guān)重要，同時(shí)也對企業(yè)的效益影響很大。本文根據(jù)中心組合（Box-Behnken）試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理采用四因素三水平的響應(yīng)取面分析法對噴霧干燥條件和水分含量的相互關(guān)系進(jìn)行分析。運(yùn)用Design expert v8.0響應(yīng)面軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合，得到響應(yīng)值水分含量的回歸方程。結(jié)果表明：流化床熱風(fēng)溫度對奶粉水分含量的影響最大，其次是流化床冷風(fēng)溫度，再次是干燥塔進(jìn)風(fēng)溫度，干燥塔排風(fēng)溫度對奶粉水分含量的影響最小。

關(guān)鍵詞：水分含量 奶粉 噴霧干燥 響應(yīng)面

中圖分類號：TS251 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-5336（2014）24-0000-00

新鮮奶粉的營養(yǎng)價(jià)值很高，而要保證其營養(yǎng)價(jià)值長期儲存而不變，保質(zhì)期就是一個(gè)衡量指標(biāo)，它的長短主要取決于奶粉中水分含量的高低，現(xiàn)在生產(chǎn)奶粉廣泛應(yīng)用的是濃縮和干燥技術(shù)。奶粉生產(chǎn)過程中，奶粉的水分含量是奶粉質(zhì)量控制的關(guān)鍵因素，并且具有很重要的經(jīng)濟(jì)意義。水分含量過高，奶粉的質(zhì)量會受到影響；水分含量過低，會增加生產(chǎn)能耗。即水分高有利于經(jīng)濟(jì)效益而不利于質(zhì)量，水分低有利于質(zhì)量而不利于效益。從生產(chǎn)廠家角度出發(fā)，既要考慮產(chǎn)品質(zhì)量，又要考慮效益。因此，控制奶粉水分含量達(dá)到最佳值，對一個(gè)企業(yè)意義重大[1-3]。本文主要探討了噴霧干燥條件對奶粉水分含量的影響，旨在為企業(yè)控制水分含量提供理論指導(dǎo)。

1材料與方法

1.1材料與設(shè)備

原料奶為當(dāng)?shù)啬翀鲺r奶，噴霧干燥塔 3.0T和流化床M0001SHB均為利樂公司的設(shè)備。

1.2試驗(yàn)方法

1.2.1水分含量的測定[4]

取干燥好的小皿，放入天平上，準(zhǔn)確記錄其質(zhì)量M1，另準(zhǔn)確稱取3-5g樣品于小皿中，準(zhǔn)確記錄小皿和樣品質(zhì)量M2，將樣品和小皿放入恒溫干燥箱干燥30min，之后取出稱干燥后的小皿和樣品總重M3，則樣品中水的含量X為：

X=

1.2.2響應(yīng)曲面試驗(yàn)的設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)在物料濃度為50%的基礎(chǔ)上，根據(jù)Box-Behnken中心組合試驗(yàn)[5]設(shè)計(jì)原理，以奶粉水分含量為響應(yīng)值，選擇干燥塔進(jìn)風(fēng)溫度、干燥塔排風(fēng)溫度、流化床熱風(fēng)溫度和流化床冷風(fēng)溫度為試驗(yàn)因素，運(yùn)用Design Expert v8. 0軟件設(shè)計(jì)四因素三水平的響應(yīng)曲面試驗(yàn)，因素編碼及水平見表1。

表1 響應(yīng)面試驗(yàn)因素水平表

因素編碼水平

-10+1

流化床熱風(fēng)溫度/℃56.561.7567

流化床冷風(fēng)溫度/℃19.62020.4

干燥塔進(jìn)風(fēng)溫度/℃165.8170.6175.4

干燥塔排風(fēng)溫度/℃90.592.594.5

2結(jié)果與分析

2.1響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)方案及結(jié)果

采用Design expert v8.0響應(yīng)面設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)，產(chǎn)生了29 個(gè)試驗(yàn)，試驗(yàn)方案及結(jié)果如表2所示。

表2 響應(yīng)面試驗(yàn)方案及結(jié)果

試驗(yàn)號ABCD水分含量/%

100002.32

20-10-12.57

300002.36

401-102.34

510102.4

6001-12.59

70-1102.38

801102.6

9-10-102.37

1011002.35

1110-102.3

1200002.47

13-11002.59

1400002.46

15-10012.42

16-10102.67

1700002.4

180-1012.2

19100-12.37

2000112.39

2101012.53

2200-112.32

23-100-12.54

2400-1-12.28

25010-12.36

261-1002.29

270-1-102.35

28-1-1002.45

2910012.29

由Design expert v8.0響應(yīng)面軟件對表2數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合，得到響應(yīng)值水分含量的回歸方程為：

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—流化床熱風(fēng)溫度 B—流化床冷風(fēng)溫度 C—干燥塔進(jìn)風(fēng)溫度 D—干燥塔排風(fēng)溫度

對模型進(jìn)行方差分析，結(jié)果見表3。

表3 回歸模型方差分析

來源平方和自由度均方F值P顯著性

模型0.35100.03516.22< 0.0001**

A-流化床熱風(fēng)溫度0.09410.09443.36< 0.0001**

B-流化床冷風(fēng)溫度0.01810.0188.520.0091**

C-干燥塔進(jìn)風(fēng)溫度0.04610.04621.130.0002**

D-干燥塔排風(fēng)溫度0.04910.04922.880.0001**

AB0.002510.00251.160.2962

AC0.010010.01004.630.0452*

AD0.001610.00160.740.4007

BC0.02110.0219.740.0059**

BD0.03210.032150.0011**

CD0.07610.07635.02< 0.0001**

殘差0.039180.0022

失擬項(xiàng)0.0250140.00180.540.8276

純誤差0.01440.0034

總誤差0.3928

R2= 0.9001 Radj2= 0.8446

注：**表示極顯著差異，P<0.01；*表示顯著差異，P<0.05

由表3可以看出，實(shí)驗(yàn)選用的模型P值小于0.0001，所以表明該模型極顯著，可以用來進(jìn)行響應(yīng)值預(yù)測。失擬項(xiàng)P=0.8276大于0.05，既在a=0.05水平上不顯著，說明回歸模型與實(shí)際情況模擬很好，無失擬因素存在，可以用回歸方程代替實(shí)驗(yàn)真實(shí)點(diǎn)對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。模型的R2= 0.9001，Radj2= 0.8446，說明該模型能解釋90.01%的響應(yīng)值，僅有總變異的9.99%不能用此模型來解釋，說明該模型擬合程度良好。用此模型對噴霧干燥條件進(jìn)行優(yōu)化是合適的。

該模型中可以看出，A、B、C、D、BC、BD、CD對奶粉水分含量的影響高度顯著（p <0.01），AC交互作用影響一般顯著（p<0.05），AB和AD交互作用影響不顯著（P>0.05）。由表3可知，四因素對水分含量的影響是A>B>C>D，既流化床熱風(fēng)溫度>流化床冷風(fēng)溫度>干燥塔進(jìn)風(fēng)溫度>干燥塔排風(fēng)溫度，流化床熱風(fēng)溫度對奶粉水分含量的影響最大。

2.2響應(yīng)面分析

利用Design Expert v8.0軟件對表2數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，所得響應(yīng)曲面見圖1～圖4。由此可對任何兩個(gè)因素交互影響下的水分含量進(jìn)行分析與評價(jià)，以確定其相互關(guān)系。

由圖1可知，當(dāng)干燥塔進(jìn)風(fēng)溫度很低時(shí)（某一定值），隨著流化床冷風(fēng)溫度的升高，奶粉的水分含量逐漸降低；當(dāng)干燥塔進(jìn)風(fēng)溫度很高時(shí)（某一定值），隨著流化床冷風(fēng)溫度的升高，奶粉的水分含量反而快速上升。故流化床冷風(fēng)溫度和干燥塔進(jìn)風(fēng)溫度對水分含量的交互影響顯著。

由圖2可知，當(dāng)干燥塔排風(fēng)溫度很低時(shí)（某一定值），隨著流化床冷風(fēng)溫度的降低，奶粉的水分含量逐漸升高；當(dāng)干燥塔排風(fēng)溫度很高時(shí)（某一定值），隨著流化床冷風(fēng)溫度的降低奶粉的水分含量反而快速下降。故流化床冷風(fēng)溫度和干燥塔排風(fēng)溫度對水分含量的交互影響顯著。

由圖3可知，當(dāng)固定干燥塔進(jìn)風(fēng)溫度在一很低值時(shí)，干燥塔排風(fēng)溫度越低，奶粉的水分含量越低，但趨勢很緩慢；當(dāng)干燥塔排風(fēng)溫度固定在某一很高值時(shí)，隨著干燥塔排風(fēng)溫度的升高，奶粉的水分含量會增加，而且迅速增加。因此干燥塔進(jìn)風(fēng)溫度和干燥塔排風(fēng)溫度對水分含量的交互影響顯著。

由圖4可知，干燥塔進(jìn)風(fēng)溫度不變時(shí)，流化床熱風(fēng)溫度越低，奶粉的水分含量越高；但當(dāng)流化床熱風(fēng)溫固定時(shí)，無論干燥塔進(jìn)風(fēng)溫度升高還是降低，奶粉的水分含量都幾乎保持不變；所以說當(dāng)固定流化床熱風(fēng)溫到某一定值時(shí)，水分含量幾乎不受進(jìn)風(fēng)溫度的影響。因此干燥塔進(jìn)風(fēng)溫度和流化床熱風(fēng)溫對水分含量的交互影響一般顯著。

圖1 流化床冷風(fēng)溫度和干燥塔進(jìn)風(fēng)溫度對奶粉水分含量影響響應(yīng)面圖

圖2 流化床冷風(fēng)溫度和干燥塔排風(fēng)溫度對奶粉水分含量影響響應(yīng)面圖

圖3 干燥塔進(jìn)風(fēng)溫度和干燥塔排風(fēng)溫度對奶粉水分含量影響響應(yīng)面圖

圖4 流化床熱風(fēng)溫度和干燥塔進(jìn)風(fēng)溫度對奶粉水分含量影響響應(yīng)面圖

3結(jié)語

（1）通過分析，流化床熱風(fēng)溫度對奶粉水分含量的影響最大，其次是流化床冷風(fēng)溫度，再次是干燥塔進(jìn)風(fēng)溫度，干燥塔排風(fēng)溫度對奶粉水分含量的影響最小。

（2）通過響應(yīng)面分析得到的結(jié)果，可以為企業(yè)的生產(chǎn)提供一個(gè)技術(shù)參考，使水分含量控制在一個(gè)既有利于經(jīng)濟(jì)效益又保證質(zhì)量的范圍內(nèi)，從而為企業(yè)創(chuàng)造更多的價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2014-11-14

作者簡介：賈超（1989—），男，漢族，黑龍江綏化人，碩士，研究方向：乳品工程。