張 崟，王 衛(wèi)，歐全文，黃 梅

(成都大學肉類加工四川省重點實驗室，四川成都610106)

骨素是畜禽骨經(jīng)高壓蒸煮、過濾等工序制得的畜禽骨提取物，常用于制備肉味香精香料，但風味較差。為了提高其呈味效果，常采用酶法改良，并經(jīng)干燥處理以獲得最終的肉味香精香料［1］。干燥工藝對產(chǎn)品的營養(yǎng)、色香味有很大影響，如果選擇不當，不僅會影響產(chǎn)品品質(zhì)，而且還會增加生產(chǎn)成本［2-3］。常用的液態(tài)食品干燥技術有噴霧干燥、冷凍干燥、電磁波干燥等，其中以噴霧干燥應用最為廣泛［4-5］。這主要是因為噴霧干燥具有設備簡單、操作成本低、處理量大的優(yōu)點，適合大規(guī)模連續(xù)化生產(chǎn)［6-7］。因此，國內(nèi)外對噴霧干燥技術的應用研究較多。如固體飲料［8］、果蔬粉［9］、球藻粉［10］等產(chǎn)品的噴霧干燥，功能性因子的微膠囊化處理［11］，以及甜玉米酶解液的噴霧干燥等［12］。骨素類香精香料具有廣闊的市場前景，不僅在國內(nèi)眾多知名食品企業(yè)廣泛使用，而且在日本、東南亞及西方國家均有很大的消費量。但是，目前市場上銷售的骨素類香精香料多以半固態(tài)形式流通。這既不利于產(chǎn)品運輸，也不利于產(chǎn)品的長期保藏。為了降低產(chǎn)品貯運成本，延長保藏期，本文探討了噴霧干燥技術在固態(tài)的粉狀骨素類香精香料制備中的應用。以骨素酶法改良的酶解液為樣品，采用響應面法探討了骨素酶解液的噴霧干燥工藝，以期建立合理、高效的骨素酶解液噴霧干燥工藝，避免其中的有效物質(zhì)在干燥過程中過分揮發(fā)，甚至變性，為工業(yè)化生產(chǎn)固態(tài)的粉狀骨素類香精香料產(chǎn)品提供技術借鑒。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

木瓜蛋白酶 購于北京奧博星生物技術有限責任公司，酶活50 萬U/g;檸檬酸與磷酸氫二鈉 均為分析純。

SHA-CA 水浴恒溫振蕩器 金壇市金南儀器制造有限公司;YC-015 實驗型噴霧干燥機 上海雅程儀器設備有限公司;PHS-2F 雷磁pH 計 上海精科實業(yè)有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 骨素提取 將清洗干凈的豬骨，經(jīng)破碎機破碎成塊，然后加入到提取罐進行高溫高壓(0.1MPa，121℃)煮制提取4h，將提取液過濾、靜置后采用油水分離機分離得到骨素。

1.2.2 酶解條件［13］固定料液比1∶10(g/mL)，用磷酸鹽緩沖調(diào)節(jié)pH4，添加8750U/g 木瓜蛋白酶，置于SHA-CA 水浴鍋，在溫度60℃下酶解時間5h。酶解后取上清液，用TGL-16G 離心機在4000r/min 下離心5min，所得上清液用于噴霧干燥。

1.2.3 色度的分析 利用計算機視覺技術獲取干燥后樣品的真彩色圖片［14］，通過MATLAB 編程計算出圖像的RGB 色空間，再將其轉換為L、a、b 色空間。將干燥后樣品的L、a、b 值與酶解液的L、a、b 相比較，以樣品的L、a、b 是否接近酶解液的L、a、b 判斷噴霧干燥對酶解液品質(zhì)的影響。樣品的L、a、b 越接近酶解液的L、a、b，說明噴霧干燥過程引起的酶解液變性程度越小。L 值表示樣品的亮度，a 值表示綠色(-a)到紅色(+ a)，b 值表示藍色(-b)到黃色(+b)。

1.2.4 感官評分 由經(jīng)過培訓的15 名感官評價員組成感官評定小組，分別對骨素酶解液噴霧干燥粉的香氣和顏色進行感官評價，并按照表1 對干粉的香氣和顏色打分［15］。

表1 骨素酶解液噴霧干燥粉的感官評分標準Table 1 Sensory analysis standard of spray dried powder of bone extract hydrolysate liquid

1.2.5 單因素實驗 對影響噴霧干燥效果的3 個主要因素(風速、進料量及進風溫度)分別作單因素實驗，以確定各因素對噴霧干燥效果有重要影響的區(qū)域，以便進行響應面實驗方案設計。單因素設計方案見表2。

表2 單因素實驗因素水平Table 2 Experiment design for single factor experiments

1.2.6 響應面設計 采用3 因素、5 中心、5 響應、15次實驗的Hartley 法設計實驗，對酶解液噴霧干燥工藝條件進行分析和優(yōu)化。響應面因素編碼及因素水平見表3。

表3 響應面因素編碼及因素水平Table 3 Coded level of experiment factors of response surface

1.2.7 數(shù)據(jù)處理與分析 利用EXCEL 2003 對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，并繪圖。利用SAS 9.0 進行響應面實驗方案設計，并對實驗結果進行擬合優(yōu)化。

2 結果與討論

2.1 單因素實驗

2.1.1 風速對噴霧干燥效果的影響 樣品在噴霧干燥過程中變質(zhì)的主要特征之一是變色［16］。為了確保骨素酶解液在噴霧干燥過程中較少變質(zhì)，本文以酶解液的色度為對照，將干燥后酶解液干粉的色澤與對照是否相近作為判斷噴霧干燥工藝有效性的依據(jù)。

在進料量45mL/min，進風溫度150℃時，風速對酶解液噴霧干燥粉色度(L、a、b)的影響見圖1。圖1顯示，與風速30、50、70、80m/s 相比，對照的L 值、b值與圖中風速50、70m/s 時所得干粉的L 值，b 值相近。計算L 值、b 值的相對誤差，得出相對于對照樣品，風速50、70m/s 時L 值的相對誤差分別為2.47%、16.07%;風速50、70m/s 時b 值的相對誤差分別為8.67%、72.74%。因此，風速為50m/s 時所得干粉的L 值，b 值與對照最接近。圖1 中風速為50m/s 時樣品的a 值雖然與對照相差較大，但是由于酶解液的顏色偏黃色，所以a 值并非影響樣品色度的關鍵值，忽略不計。因此，最終選擇30～70m/s 作為響應面實驗設計時風速的變化范圍。

圖1 風速對噴霧干燥效果的影響Fig.1 Effect of wind velocity on spray dry processing of bone extract hydrolysate liquid

2.1.2 進風溫度對噴霧干燥效果的影響 在進料量45mL/min，風速50m/s 時，進風溫度對酶解液噴霧干燥粉色度的影響見圖2。圖2 顯示，與各進風溫度相比，對照的L 值、b 值與圖中進風溫度為150、200℃時所得干粉的L 值，b 值相近。計算L 值、b 值的相對誤差，得出相對于對照樣品，溫度150、200℃時L值的相對誤差分別為2.14%、1.85%;溫度150℃、200℃時b 值的相對誤差分別為3.74%、3.24%。因此，進風溫度為200℃時所得干粉的L 值、b 值與對照最接近。因此，最終選擇150～300℃作為響應面實驗設計時進風溫度的變化范圍。

表4 響應面實驗方案及實驗結果Table 4 Response surface program and experiment results

圖2 進風溫度對噴霧干燥效果的影響Fig.2 Effect of inlet air temperature on spray dry processing of bone extract hydrolysate liquid

2.1.3 進料量對噴霧干燥效果的影響 在進風溫度200℃，風速50m/s 時，進料量對酶解液噴霧干燥粉色度的影響見圖3。圖3 顯示，與各進料量相比，對照的L 值、b 值與圖中進料量為45、50、60mL/min 時所得干粉的L 值、b 值相近。計算L 值、b 值的相對誤差，得出相對于對照樣品，進料量45mL/min 時L、b 值的相對誤差分別為3.66%、15.45%;進料量50mL/min 時L、b 值的相對誤差分別為4.70%、39.27%;進料量60mL/min 時L、b 值的相對誤差分別為5.56%、2.79%。比較相對誤差可知，進料量60mL/min 時，樣品的L 值與對照最接近。考慮到進料量45 和50mL/min 時，樣品的L 值均與對照較接近。因此，為了盡可能多的包含有效信息，放寬進料量的取值范圍，最終選擇40～70mL/min 作為響應面實驗設計時進料量的變化范圍。

圖3 進料量對噴霧干燥效果的影響Fig.3 Effect of feeding rate on spray dry processing of bone extract hydrolysate liquid

2.2 優(yōu)化實驗

2.2.1 實驗方案及結果 在單因素實驗確定的各因素變化范圍基礎上，通過響應面實驗設計對酶解液的噴霧干燥工藝進行優(yōu)化。響應面實驗設計方案及實驗結果見表4。

表4 顯示，實驗的響應值除了色度L 值、a 值、b值外，還有樣品的風味(FLAVOR)和色澤(COLOR)評分。這樣設計實驗的目的在于確保通過響應面實驗方案獲得的工藝參數(shù)的可靠性。將儀器測定和感官分析相結合，以起到相互驗證的效果。

2.2.2 擬合分析 對表4 中各響應值分別進行擬合分析，所得擬合結果的顯著性見表5。表5 顯示，通過擬合建立的L 值、a 值、b 值、風味、色澤的擬合模型的p 值分別為0.80、0.16、0.03、0.0016、0.0504。由于pL=0.80 ＞0.05、pa=0.16 ＞0.05，pCOLOR=0.0504 ＞0.05，而pb=0.03 ＜0.05、pFLAVOR=0.0016 ＜0.05。因此，通過擬合建立的L 值、a 值及色澤與風速、進料量、進風溫度的模型不顯著(p ＞0.05)，而b 值和風味(FLAVOR)與風速、進料量、進風溫度的模型顯著(p ＜0.05)，能有效體現(xiàn)風速、進料量、進風溫度對產(chǎn)品品質(zhì)的影響。因此，以建立的b 值和風味的模型為噴霧干燥工藝優(yōu)化的依據(jù)。

表5 各相應值的擬合模型的顯著性分析Table 5 Significant Analysis of Relativity Model for All Responses

表6 擬合模型在預測b 值和風味時的有效性驗證Table 6 Effectiveness of relativity model in predicting the b value and flavor

建立的b 值和風味的模型見式(1)、式(2)。式(1)、式(2)在工業(yè)應用中具有重要意義，不僅可用于獲取骨素酶解液的最優(yōu)噴霧干燥工藝，而且可根據(jù)具體的響應值，通過解方程獲取需要的工藝參數(shù)。這對調(diào)節(jié)產(chǎn)品品質(zhì)及自動化控制非常重要。

2.2.3 擬合模型驗證 為了證明建立的b 值和風味的數(shù)學模型的有效性，以便為酶解液噴霧干燥工藝優(yōu)化及工業(yè)實際應用奠定堅實基礎，對所得模型的有效性進行了驗證。所得驗證結果見表4。

表4 中b 值的實測值和計算值的相對誤差顯示，相對誤差值均小于10%;表4 中風味的實測值和計算值的相對誤差顯示，相對誤差值均小于2%。由此可知，建立的風速、進料量、進風溫度與b 值和風味的數(shù)學模型，在預測骨素酶解液的噴霧干燥工藝中具有一定可靠性。

2.2.4 優(yōu)化結果 為了確保最終的優(yōu)化工藝能有效地避免酶解液在噴霧干燥過程中的變質(zhì)，以對照的b值(9.6768)為優(yōu)化目標，對酶解液的噴霧干燥工藝進行優(yōu)化。

通過單獨對b 值優(yōu)化，所得優(yōu)化噴霧干燥工藝為風速86.63m/s，進料量60.00mL/min，進風溫度118.93℃。此時，酶解液干粉的b 值(9.6215)最接近對照的b 值(9.6768)。

通過單獨對b 值和其他響應值共同優(yōu)化，所得優(yōu)化噴霧干燥工藝與對b 值的優(yōu)化結果相同，即風速 86.63m/s，進 料 量 60.00mL/min，進 風 溫 度118.93℃。在此工藝下，所得酶解液干粉的風味得分3.8636 分，色澤得分3.2898 分。對照表1 可知，所得干粉的肉味明顯(3.8636≈4)，色澤為黃色。由此可知，該噴霧干燥工藝使樣品中的呈味物質(zhì)得到了較多保留，樣品的顏色也與酶解液的色澤接近(淡黃色)。因此，選擇風速86.63m/s，進料量60.00mL/min，進風溫度118.93℃為骨素酶解液的最優(yōu)噴霧干燥工藝。

骨素酶解液工藝優(yōu)化的響應面見圖4。圖4 顯示，優(yōu)化所得酶解液的噴霧干燥工藝(風速86.63m/s，進料量60.00mL/min，進風溫度118.93℃)并非響應面的極值點。這主要是因為該優(yōu)化工藝是按照目標值限值優(yōu)化得到的工藝參數(shù)，即通過確定響應值后建立的優(yōu)化工藝，因此會出現(xiàn)這種現(xiàn)象。由此可見，建立的b 值和風味的數(shù)學模型可用于按照既定的響應值確定工藝參數(shù)的可行性。

3 結論

圖4 b 值和風味的響應面圖Fig.4 Response surfaces of b value and flavor

通過單因素實驗分析了風速、進料量、進風溫度對骨素酶解液噴霧干燥工藝的影響，在此基礎上采用響應面法，建立了骨素酶解液的L 值、a 值、b 值及風味、色澤與風速、進料量、進風溫度的數(shù)學模型。模型的顯著性顯示，骨素酶解液的b 值及風味與風速、進料量、進風溫度間的數(shù)學模型具有顯著性(p ＜0.05)，驗證性實驗結果表明，所得模型具有一定可靠性。在擬合模型基礎上，對骨素酶解液的噴霧干燥工藝進行了目標優(yōu)化，結果發(fā)現(xiàn)，風速86.63m/s，進料量60.00mL/min，進風溫度118.93℃為骨素酶解液的最優(yōu)噴霧干燥工藝。此時酶解液干粉的風味得到了較好保留，色澤破壞少。

［1］張杰.骨素精粉的制備及其補鈣效果的研究［D］.吉林:吉林大學，2011:7-18.

［2］徐小東，崔政偉.食品真空干燥裝置及其進展［J］.輕工機械，2000(1):1-3.

［3］Ratti C.Hot air and freeze-drying of high-value foods a review［J］.Journal of Food Engineering，2001，49(4):311-319.

［4］黃立新，周瑞君，Mujumdar A S.噴霧干燥的研究進展［J］.干燥技術與設備，2009，7(5):195-198.

［5］Straatsma J，Houwelingen G V，Steenbergen A E，et al.Spray drying of food products:1.Simulation model［J］.Journal of Food Engineering，1999，42:67-72.

［6］陳福泉，張本山.噴霧干燥法制備非晶顆粒態(tài)玉米淀粉［J］.食品與發(fā)酵工業(yè)，2009(9):35-38.

［7］ZHOU X，CHEN S，YU Z.Effects of spray drying parameters on the processing of a fermentation liquor［J］. Biosystems Engineering，2004，88(2):193-199.

［8］王麗娟，王明力，高曉明，等.噴霧干燥技術在固體飲料中的研究現(xiàn)狀［J］.貴州農(nóng)業(yè)科學，2010，38(1):155-157.

［9］劉華敏，解新安，丁年平.噴霧干燥技術及在果蔬粉加工中的應用進展［J］.食品工業(yè)科技，2009，30(2):304-308.

［10］謝明，王偉良，黃建科，等.基于響應面分析法的小球藻藻粉噴霧干燥工藝優(yōu)化［J］.食品工業(yè)科技，2012，33(6):263-266.

［11］孫肖明，霍學芹.噴霧干燥工藝制備大豆異黃酮微膠囊的研究［J］.食品研究與開發(fā)，2011，32(11):97-100.

［12］李春梅，遲玉杰，王丹.甜玉米酶解液噴霧干燥工藝的研究［J］.食品工業(yè)科技，2012，33(13):257-261.

［13］張崟，王衛(wèi)，張佳敏，等.響應面法和正交實驗對骨素酶解工藝優(yōu)化的比較［J］.食品研究與開發(fā)，2012，33(7):53-56.

［14］Du C J，Sun D W.Correlating shrinkage with yield，water content and texture of pork ham by computer vision［J］.Journal of Food Process Engineering，2005(28):219-232.

［15］胡云紅.酶解蛋白液噴霧干燥工藝研究［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學，2009，37(30):148-149.

［16］鄭傳祥.板栗干燥特性實驗研究［J］.食品工業(yè)科技，2000，21(5):8-10.