張麗霞,周劍忠,黃開(kāi)紅,單成俊

(江蘇農(nóng)科院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所,江蘇南京 210014)

黑莓粉噴霧干燥工藝實(shí)驗(yàn)研究

張麗霞,周劍忠,黃開(kāi)紅＊,單成俊

(江蘇農(nóng)科院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所,江蘇南京 210014)

研究了噴霧干燥法生產(chǎn)黑莓粉的加工工藝,對(duì)影響噴霧干燥效果和黑莓粉產(chǎn)品品質(zhì)的因素進(jìn)行了考察。通過(guò)對(duì)黑莓粉噴霧干燥出粉率和水分含量影響最大的幾個(gè)主要指標(biāo)的單因素實(shí)驗(yàn),選取了幾個(gè)主要影響因素進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),對(duì)黑莓粉噴霧干燥工藝參數(shù)優(yōu)化,結(jié)果表明:入料流量是主要的影響因素,其次是入料溫度、入料濃度和進(jìn)風(fēng)溫度。最佳工藝參數(shù)為入料濃度 40%,入料流量 60mL/min,入料溫度 50℃,進(jìn)風(fēng)溫度 200℃時(shí),在此條件下所得產(chǎn)品出粉率最高,為 16.5%,所得產(chǎn)品品質(zhì)良好。

黑莓粉,噴霧干燥,工藝優(yōu)化,出粉率

黑莓 (blackberry)原產(chǎn)于北美洲,為薔薇科懸鉤子屬(Rubus)多年生藤本植物,由于果實(shí)柔嫩多汁,香味宜人,口感獨(dú)特,被譽(yù)為“黃金水果”,具有很高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和藥用價(jià)值。黑莓富含維生素,氨基酸種類齊全,另外還含有鋅、硒等多種礦物質(zhì)和其他微量元素,VC含量高于蘋果和柑橘,且花色苷含量很高,而多酚類化合物在體內(nèi)通過(guò)發(fā)揮抗氧化作用,可以降低心臟病、癌癥和其他慢性病的發(fā)生率[1]。黑莓的漿果皮薄多汁,采摘時(shí)容易碰破果皮發(fā)生霉?fàn)€,常溫保存一般達(dá)不到 24h,極不耐貯運(yùn)、貯藏,因此黑莓的損耗率非常大。如何提高黑莓儲(chǔ)藏期,降低儲(chǔ)存損失,成為研究的熱點(diǎn)。噴霧干燥適合富含熱敏性營(yíng)養(yǎng)素的果蔬汁的加工,由于干燥過(guò)程物料受熱時(shí)間短、料溫低,果蔬的營(yíng)養(yǎng)與風(fēng)味能很好地保留,而且制品顆粒度小而均勻,有很好的分散性和速溶性[2]。噴霧干燥技術(shù)曾被用于苦瓜、南瓜、蓮藕、番茄等的干燥[3-6],此外對(duì)草莓、荔枝等離心噴霧干燥工藝也有所研究[7-8],但應(yīng)用噴霧干燥技術(shù)在黑莓粉加工方面的研究還沒(méi)有見(jiàn)到報(bào)道。黑莓屬于熱敏性生物物料,加熱時(shí)易使其活性物質(zhì)變性,損失營(yíng)養(yǎng)成分,噴霧干燥時(shí)間短,干燥溫度相對(duì)較低,可利用其保持黑莓活性物質(zhì)的生物活性;另一方面,黑莓中含糖量較高,在進(jìn)行噴霧干燥時(shí)易粘結(jié),通過(guò)合適的干燥條件如溫度、料液濃度的改變可減少或避免粘結(jié)現(xiàn)象,因而需對(duì)黑莓干燥工藝進(jìn)行研究,以獲得營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高、產(chǎn)品質(zhì)量好的黑莓粉。本文就黑莓粉的噴霧干燥工藝及工藝條件對(duì)黑莓粉質(zhì)量的影響進(jìn)行了研究,以期為黑莓粉的生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

黑莓 江蘇溧陽(yáng)黑莓生產(chǎn)基地;麥芽糊精、麥芽糖醇、異麥芽低聚糖、β-環(huán)糊精、可溶性淀粉、CMC均為分析純。

LPG-5型離心式噴霧干燥機(jī) 常州振興干燥設(shè)備廠;DZG-6050真空干燥箱 上海森信實(shí)驗(yàn)儀器有限公司;ALC-210.2精密電子天平 德國(guó)賽多利斯股份有限公司;打漿機(jī)(HR1707) 珠海飛利浦家庭電器有限公司;高壓均質(zhì)機(jī) 上海東華高壓勻漿廠;真空濃縮設(shè)備、阿貝折光儀 上海光學(xué)儀器廠。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 工藝流程

1.2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 影響黑莓出粉率、黑莓粉的水分含量及黑莓粉的物性因素主要有:助干劑、入料 (黑莓漿)濃度、入料流量、入料溫度、進(jìn)風(fēng)溫度和出風(fēng)溫度等。清洗后的黑莓經(jīng)榨汁及濃縮后,用膠體磨細(xì)化,然后均質(zhì)形成料液,先進(jìn)行主要參數(shù)的單因素實(shí)驗(yàn),以考察其對(duì)噴霧干燥出粉率和水分含量的影響,進(jìn)而選定對(duì)出粉率影響最大的幾個(gè)主要因素進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn),以取得較好的干燥工藝方案。噴霧干燥效果以出粉率為指標(biāo),正交實(shí)驗(yàn) L9(34)因素水平表見(jiàn)表 1。

表 1 L9(34)正交實(shí)驗(yàn)因素水平表

1.2.3 檢測(cè)方法 出粉率的測(cè)定:噴霧干燥后稱量,直接測(cè)出粉率;水分含量的測(cè)定:真空干燥法,稱取樣品 3g,在溫度 60℃、真空度 93～98kPa下真空干燥至恒重;可溶性固形物的測(cè)定:采用阿貝折光儀測(cè)定;流動(dòng)性的測(cè)定:固定漏斗使其保持鉛直,漏斗嘴(直徑為 1cm)離桌面高度為 10cm左右,桌面鋪放一張干凈的白紙,把 50g黑莓粉從漏斗加入,測(cè)定黑莓粉在白紙上所形成錐形的底部直徑,用直徑的大小來(lái)判別黑莓粉流動(dòng)性的大小。直徑越大,黑莓粉的流動(dòng)性越好[9];潤(rùn)濕性的測(cè)定:在直徑為 15cm的培養(yǎng)皿中加入 50mL水(25℃),然后加入 5g黑莓粉,測(cè)定黑莓粉完全被水潤(rùn)濕的時(shí)間;感官指標(biāo):由 10名有經(jīng)驗(yàn)的專家對(duì)多個(gè)樣品進(jìn)行評(píng)價(jià)。對(duì)色澤、口感、風(fēng)味、組織形態(tài) 4個(gè)指標(biāo)進(jìn)行觀看和品嘗綜合評(píng)價(jià);微生物指標(biāo):平板涂布法,參見(jiàn)文獻(xiàn)[10]。

2 結(jié)果與分析

2.1 助干劑對(duì)黑莓噴霧干燥品質(zhì)的影響

黑莓為含糖量高的水果,其含糖占總固形物的80%左右,很難直接進(jìn)行噴霧干燥,因此需要在黑莓果漿中添加一定的助干劑。實(shí)驗(yàn)選擇的助干劑有: β-環(huán)糊精、麥芽糊精、異麥芽糖醇和可溶性淀粉。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表 2所示。

表 2 助干劑對(duì)黑莓粉品質(zhì)的影響

由表 2可以看出,選用不同的助干劑噴霧效果不同。β-環(huán)糊精、麥芽糊精作助干劑所得黑莓粉,含水量低,出粉率高,流動(dòng)性和潤(rùn)濕性較好,干燥效果好于異麥芽糖醇和可溶性淀粉。這可能是由于它們的水溶性較好,噴霧干燥形成的液滴大小均勻、含水也均勻,液滴干燥徹底的原因。

2.2 料液中固形物和助干劑比例對(duì)出粉率和水分含量的影響

固形物和助干劑比例對(duì)出粉率和水分含量的影響,結(jié)果如表 3所示。從表 3可以看出,黑莓固形物相對(duì)含量低時(shí)出粉率較高,含水量較低,噴霧效果較好。但是,黑莓固形物含量太低,其感官品質(zhì)就差,顏色較淡。因此,在確定不發(fā)生粘壁現(xiàn)象,又能保證黑莓粉有很好的品質(zhì)和風(fēng)味、有較好的噴霧效果的前提下,黑莓固形物與助干劑的最佳比例為 2∶3。

表 3 固形物和助干劑比例對(duì)噴霧干燥出粉率和水分含量的影響

2.3 入料濃度對(duì)出粉率和含水量的影響

料液的入料濃度不僅影響噴霧干燥的效果,還影響噴霧干燥生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)成本。入料前對(duì)料液進(jìn)行適當(dāng)?shù)臐饪s可使成本大大降低。此外,對(duì)于同一物料,噴霧干燥時(shí)濃度高有助于形成大的干燥顆粒粒徑,稍大的粒徑有利于改善噴霧干燥后黑莓粉的流動(dòng)性和分散性,減少黑莓粉溶解時(shí)的結(jié)團(tuán)現(xiàn)象,提高黑莓粉的速溶性[11]。入料濃度對(duì)出粉率和水分含量的影響,結(jié)果如表 4所示。

表 4 入料濃度對(duì)噴霧干燥出粉率和水分含量的影響

由表 4可以看出,在濃度為 25%～40%范圍內(nèi),隨著入料濃度的增大,黑莓粉的出粉率增大,含水量變小,但是,當(dāng)濃度超過(guò) 45%時(shí),出粉率降低,含水量變大。這主要是因?yàn)闈舛忍?使得料液噴出速度降低的緣故。由于料液流速偏小,進(jìn)風(fēng)溫度偏低,使得出粉率很低。可見(jiàn)該參數(shù)對(duì)噴霧干燥出粉率的影響是較大的。

2.4 入料流量對(duì)出粉率和含水量的影響

入料流量對(duì)出粉率和水分含量的影響如表 5所示。由表 5可以看出,隨入料流量的增大,出粉率增高,含水量降低。但是,當(dāng)流量超過(guò) 50mL/min時(shí),出粉率又有下降的趨勢(shì),其原因可能是由于過(guò)慢的入料流量會(huì)使霧滴變小,由于漩渦負(fù)壓作用容易粘在噴頭上。但是流量過(guò)大,霧滴變大,使其來(lái)不及干燥就徹底被粘到干燥室的壁上?？梢?jiàn)該參數(shù)對(duì)噴霧干燥出粉率的影響比較顯著。

2.5 入料溫度對(duì)出粉率和含水量的影響

入料溫度對(duì)出粉率和水分含量的影響如表 6所示。由表 6可以看出,隨著入料溫度的升高,黑莓粉的含水量越來(lái)越小,但是總的來(lái)說(shuō)影響不是很大。

表 5 入料流量對(duì)出粉率和含水量的影響

表 6 入料溫度對(duì)出粉率和含水量的影響

2.6 進(jìn)風(fēng)溫度對(duì)出粉率和含水量的影響

進(jìn)風(fēng)溫度是噴霧干燥加工黑莓粉時(shí)熱量的主要來(lái)源,霧滴若要在噴霧干燥室內(nèi)干燥完全就需要足夠高的溫度以提供熱量。進(jìn)風(fēng)溫度對(duì)出粉率和水分含量的影響如表7所示。

表 7 進(jìn)風(fēng)溫度對(duì)出粉率和含水量的影響

由表7可以看出,隨著溫度的升高,黑莓粉含水量逐漸降低,而出粉率呈先增加后減少的趨勢(shì)。這是因?yàn)檫M(jìn)風(fēng)溫度越高,霧化液滴與熱空氣充分接觸后,霧滴的干燥速度越快,故所得產(chǎn)品越干燥。當(dāng)溫度高于180℃時(shí),噴霧干燥的效果比較理想,但是當(dāng)溫度超過(guò)200℃的時(shí)候開(kāi)始出現(xiàn)焦糊味,黑莓芳香味大大減少。因此,進(jìn)風(fēng)溫度對(duì)干燥效果的影響是顯著的。

2.7 正交實(shí)驗(yàn)

正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表 8。

表 8 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果與極差分析表

由表 8可以看出,極差 R值從大到小順序?yàn)? RB>RC>RA>RD,說(shuō)明各因素對(duì)實(shí)驗(yàn)指標(biāo)影響的重要性從強(qiáng)到弱順序?yàn)?入料流量 >入料溫度 >入料濃度 >進(jìn)風(fēng)溫度,入料流量對(duì)取代度的影響最大。最佳工藝為A3B3C1D3。以該最優(yōu)組合為工藝參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),得到黑莓粉噴霧干燥的出粉率為16.5%,與正交實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的得粉率中最大的一組相比,出粉率提高了 11.5%。

2.8 黑莓粉產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)

理化指標(biāo):含水量為 3.25%,流動(dòng)性 9.4cm,潤(rùn)濕性為 160s。

感官指標(biāo):色澤深紅色,具有黑莓特有的香味,在 50℃、80%相對(duì)濕度下不吸潮;沖飲口感細(xì)膩、無(wú)糊狀感、無(wú)結(jié)塊現(xiàn)象,分散時(shí)間 <30s。

微生物指標(biāo):菌落總數(shù) 50個(gè)/g,大腸菌群未檢出。致病菌未檢出。

3 結(jié)論

實(shí)驗(yàn)研究了黑莓粉噴霧干燥工藝,通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)確定了麥芽糊精為最佳的助干劑,入料流量是主要的影響因素,其次是入料溫度、入料濃度和進(jìn)風(fēng)溫度,通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)確定最佳的噴霧干燥工藝條件為入料濃度 40%、入料流量 60mL/min、入料溫度50℃、進(jìn)風(fēng)溫度 200℃。在此條件下所得黑莓粉出粉率為 16.5%,產(chǎn)品品質(zhì)良好:理化指標(biāo):水分含量3.25%,流動(dòng)性 9.4cm,潤(rùn)濕性 160s;感官指標(biāo):色澤深紅色,具有黑莓特有的香味,在 50℃、80%相對(duì)濕度下不吸潮;沖飲口感細(xì)膩、無(wú)糊狀感、無(wú)結(jié)塊現(xiàn)象,分散時(shí)間 <30s;微生物指標(biāo):菌落總數(shù) 50個(gè)/g,大腸菌群未檢出,致病菌未檢出。

[1]SanchezMoreno C,LarrauriJ A,SorrentiV,et al.Free radical scavenging capacity and inhibition of lipid oxidation of wines, grape juices and related polyphenolic constituents[J].Food Research,1999,32:407-412.

[2]劉廣文,噴霧干燥實(shí)用技術(shù)大全[M].北京:中國(guó)輕工業(yè)出版社,2001:3-10.

[3]湯慧民,熊華,熊小青,等 .干燥工藝對(duì)苦瓜粉品質(zhì)的影響[J].食品與發(fā)酵工業(yè),2005,31(4):92-94.

[4]許春英,喬長(zhǎng)晟,賈士儒,等 .天然南瓜粉生產(chǎn)工藝及關(guān)鍵技術(shù)的研究[J].食品科學(xué),2007,28(1):377-380.

[5]劉建學(xué) .全藕粉噴霧干燥工藝實(shí)驗(yàn)研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2006,22(9):229-331.

[6]田龍,王慶林,闡云超,等 .番茄噴霧干燥及真空冷凍干燥制粉工藝研究[J].食品科學(xué),2007,28(5):100-103.

[7]王澤南,范方宇,王華,等 .草莓粉噴霧干燥工藝參數(shù)及助干劑配料的研究[J].食品工業(yè)科技,2006,27(9):117-119.

[8]黃卉,劉欣,趙力,等 .超噴霧干燥荔枝固體飲料制備工藝及配方研究[J].食品與發(fā)酵工業(yè),2006,32(10):160-164.

[9]Reyes Carmona J,Yousef G G,Martinez Peniche R A,et al. Antioxidant capacity of fruit extracts of blackberry(Rubus sp) produced in different climatic regions[J].Food Science,2005,70 (7):497-503.

[10]范秀容,沈萍 .微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)方法[M].北京:高等教育出版社,1980:58-76.

[11]Walton D E,Mumford C J.Spray dried productscharacterization of particle morphology[J].Trans Ichem E,1999, 77(1):21-38.

Exper im ental study on spray drying of blackberry powder

ZHANG L i-x ia,ZHOU Jian-zhong,HUANG Ka i-hong＊,SHAN Cheng-jun
(Institute of Farm Product Processing,Jiangsu Academy ofAgricultural Sciences,Nanjing 210014,China)

In this p ap e r,the sp ray d rying technology of b lackbe rry p owde r was s tud ied.Based on s ing le fac tor exp e r im ents of m a jor p a ram e te rs s trong ly affec ting on the p owde r extrac tion ra teand m ois turecontent,an orthogona l exp e r im entwas des igned to op t im ize the p rocess ing cond itions of sp ray d rying of b lackbe rry p owde r. The result showed tha t:feed ing ra te of b lackbe rry p as te was the m os t imp ortant fac tor of sp ray d rying p rocess ing, then the feed ing temp e ra ture,feed ing concentra tion and inle t a ir temp e ra ture.The op t im um p a ram e te rs we re as follow ing:feed ing concentra tion40%,feed ing ra te60mL/m in,feed ing temp e ra ture50℃,inle t a ir temp e ra ture 200℃,resp ec tive ly.Unde r the op t im ized cond itions,the p owde r extrac tion ra te was highes t(16.5%),and the qua lities of b lackbe rry p owde rwe re good.

b lackbe rry p owde r;sp ray d rying;technology op t im iza tion;p owde r extrac tion ra te

TS255.36

B

1002-0306(2010)04-0266-03

2009-06-26 ＊通訊聯(lián)系人

張麗霞 (1979-),女,碩士,助理研究員,研究方向:食品生物技術(shù)。

江蘇省農(nóng)業(yè)科技自主創(chuàng)新基金(0130110816)。