黑莓粉噴霧干燥工藝實驗研究

張麗霞,周劍忠,黃開紅,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驗研究

張麗霞,周劍忠,黃開紅＊,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,對影響噴霧干燥效果和黑莓粉產(chǎn)品品質(zhì)的因素進行了考察。通過對黑莓粉噴霧干燥出粉率和水分含量影響最大的幾個主要指標的單因素實驗,選取了幾個主要影響因素進行正交實驗設(shè)計,對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、入料濃度和進風溫度。最佳工藝參數(shù)為入料濃度 40%,入料流量 60mL/min,入料溫度 50℃,進風溫度 200℃時,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,由于果實柔嫩多汁,香味宜人,口感獨特,被譽為“黃金水果”,具有很高的營養(yǎng)價值和藥用價值。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,采摘時容易碰破果皮發(fā)生霉爛,常溫保存一般達不到 24h,極不耐貯運、貯藏,因此黑莓的損耗率非常大。如何提高黑莓儲藏期,降低儲存損失,成為研究的熱點。噴霧干燥適合富含熱敏性營養(yǎng)素的果蔬汁的加工,由于干燥過程物料受熱時間短、料溫低,果蔬的營養(yǎng)與風味能很好地保留,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有見到報道。黑莓屬于熱敏性生物物料,加熱時易使其活性物質(zhì)變性,損失營養(yǎng)成分,噴霧干燥時間短,干燥溫度相對較低,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,在進行噴霧干燥時易粘結(jié),通過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,因而需對黑莓干燥工藝進行研究,以獲得營養(yǎng)價值高、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黑莓粉質(zhì)量的影響進行了研究,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 常州振興干燥設(shè)備廠;DZG-6050真空干燥箱 上海森信實驗儀器有限公司;ALC-210.2精密電子天平 德國賽多利斯股份有限公司;打漿機(HR1707) 珠海飛利浦家庭電器有限公司;高壓均質(zhì)機 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 實驗方法

1.2.1 工藝流程

1.2.2 實驗設(shè)計 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、進風溫度和出風溫度等。清洗后的黑莓經(jīng)榨汁及濃縮后,用膠體磨細化,然后均質(zhì)形成料液,先進行主要參數(shù)的單因素實驗,以考察其對噴霧干燥出粉率和水分含量的影響,進而選定對出粉率影響最大的幾個主要因素進行正交實驗,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,正交實驗 L9(34)因素水平表見表 1。

表 1 L9(34)正交實驗因素水平表

1.2.3 檢測方法 出粉率的測定:噴霧干燥后稱量,直接測出粉率;水分含量的測定: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;可溶性固形物的測定:采用阿貝折光儀測定;流動性的測定: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,用直徑的大小來判別黑莓粉流動性的大小。直徑越大,黑莓粉的流動性越好[9];潤濕性的測定:在直徑為 15cm的培養(yǎng)皿中加入 50mL水(25℃),然后加入 5g黑莓粉,測定黑莓粉完全被水潤濕的時間;感官指標:由 10名有經(jīng)驗的專家對多個樣品進行評價。對色澤、口感、風味、組織形態(tài) 4個指標進行觀看和品嘗綜合評價;微生物指標:平板涂布法,參見文獻[10]。

2 結(jié)果與分析

2.1 助干劑對黑莓噴霧干燥品質(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,很難直接進行噴霧干燥,因此需要在黑莓果漿中添加一定的助干劑。實驗選擇的助干劑有: β-環(huán)糊精、麥芽糊精、異麥芽糖醇和可溶性淀粉。實驗結(jié)果如表 2所示。

表 2 助干劑對黑莓粉品質(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,流動性和潤濕性較好,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出粉率和水分含量的影響

固形物和助干劑比例對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,黑莓固形物相對含量低時出粉率較高,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噴霧干燥出粉率和水分含量的影響

2.3 入料濃度對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)濟成本。入料前對料液進行適當?shù)臐饪s可使成本大大降低。此外,對于同一物料,噴霧干燥時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性和分散性,減少黑莓粉溶解時的結(jié)團現(xiàn)象,提高黑莓粉的速溶性[11]。入料濃度對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,當濃度超過 45%時,出粉率降低,含水量變大。這主要是因為濃度太高,使得料液噴出速度降低的緣故。由于料液流速偏小,進風溫度偏低,使得出粉率很低?？梢娫搮?shù)對噴霧干燥出粉率的影響是較大的。

2.4 入料流量對出粉率和含水量的影響

入料流量對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,當流量超過 50mL/min時,出粉率又有下降的趨勢,其原因可能是由于過慢的入料流量會使霧滴變小,由于漩渦負壓作用容易粘在噴頭上。但是流量過大,霧滴變大,使其來不及干燥就徹底被粘到干燥室的壁上。可見該參數(shù)對噴霧干燥出粉率的影響比較顯著。

2.5 入料溫度對出粉率和含水量的影響

入料溫度對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越小,但是總的來說影響不是很大。

表 5 入料流量對出粉率和含水量的影響

表 6 入料溫度對出粉率和含水量的影響

2.6 進風溫度對出粉率和含水量的影響

進風溫度是噴霧干燥加工黑莓粉時熱量的主要來源,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。進風溫度對出粉率和水分含量的影響如表7所示。

表 7 進風溫度對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。這是因為進風溫度越高,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。當溫度高于180℃時,噴霧干燥的效果比較理想,但是當溫度超過200℃的時候開始出現(xiàn)焦糊味,黑莓芳香味大大減少。因此,進風溫度對干燥效果的影響是顯著的。

2.7 正交實驗

正交實驗結(jié)果見表 8。

表 8 正交實驗結(jié)果與極差分析表

由表 8可以看出,極差 R值從大到小順序為: RB>RC>RA>RD,說明各因素對實驗指標影響的重要性從強到弱順序為:入料流量 >入料溫度 >入料濃度 >進風溫度,入料流量對取代度的影響最大。最佳工藝為A3B3C1D3。以該最優(yōu)組合為工藝參數(shù)進行驗證實驗,得到黑莓粉噴霧干燥的出粉率為16.5%,與正交實驗中測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

理化指標:含水量為 3.25%,流動性 9.4cm,潤濕性為 160s。

感官指標:色澤深紅色,具有黑莓特有的香味,在 50℃、80%相對濕度下不吸潮;沖飲口感細膩、無糊狀感、無結(jié)塊現(xiàn)象,分散時間 <30s。

微生物指標:菌落總數(shù) 50個/g,大腸菌群未檢出。致病菌未檢出。

3 結(jié)論

實驗研究了黑莓粉噴霧干燥工藝,通過單因素實驗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、入料濃度和進風溫度,通過正交實驗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℃、進風溫度 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:水分含量3.25%,流動性 9.4cm,潤濕性 160s;感官指標:色澤深紅色,具有黑莓特有的香味,在 50℃、80%相對濕度下不吸潮;沖飲口感細膩、無糊狀感、無結(jié)塊現(xiàn)象,分散時間 <30s;微生物指標:菌落總數(shù) 50個/g,大腸菌群未檢出,致病菌未檢出。

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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)。