八月瓜果粉噴霧干燥工藝優(yōu)化及溶解特性研究

肖彥達(dá) 李加興 肖秀鳳 吳 越 馬 浪 周炎輝

（1.吉首大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，湖南 吉首 416000；2.湖南奇異生物科技有限公司，湖南 長沙 410008）

八月瓜（Akebia trifoliata）俗稱三葉木通、白木通、八月炸，為木通科木通屬，廣泛分布于秦嶺以南的山地、平原及東南亞各地［1］。其果肉色澤乳白、風(fēng)味獨特、營養(yǎng)豐富，不僅蛋白質(zhì)、可溶性糖、維生素和有機(jī)酸的含量高，而且氨基酸、礦物質(zhì)元素的種類及含量也很豐富［2］。八月瓜果實具有清熱利濕、活血通脈、行氣止痛等功效，其除鮮食外，還可用于釀酒、制醋或加工果汁、果凍、果脯、飲料等食品，綜合利用前景廣闊［3］。但目前尚未見八月瓜果粉加工的相關(guān)報道。

果品加工成果粉后，其水分含量低、易于保存，能較好保持水果原有品質(zhì)，且二次加工方便、用途廣泛，是一種優(yōu)良的水果深加工方式。果粉的制粉工藝分為濕法和干法兩種，通常采用噴霧干燥、熱風(fēng)干燥、微波干燥、遠(yuǎn)紅外干燥和真空冷凍干燥方式進(jìn)行干制［4］。其中，噴霧干燥是濕法制粉最常用的干燥方式，該法可連續(xù)操作、易于控制、耗時短、適用于工業(yè)化生產(chǎn)，且產(chǎn)品分散性及流動性好［5］。但果漿因含有大量葡萄糖、果糖、果膠等成分而導(dǎo)致粘性較大，較難進(jìn)行噴霧干燥，且噴霧干燥過程中會因果粉的熱塑性和吸濕性而出現(xiàn)結(jié)塊問題［6］。一般加入麥芽糊精、β－環(huán)糊精、卡拉膠等助干劑可解決此難題，而麥芽糊精的效果要優(yōu)于β－環(huán)糊精和卡拉膠［7］。鑒于此，本試驗以八月瓜為原料，采用麥芽糊精為助干劑，利用噴霧干燥法制備八月瓜果粉，優(yōu)化其制備工藝，并分析果粉的溶解特性，以期為八月瓜果粉的生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑

八月瓜：湘西古丈縣壽康八月瓜專業(yè)合作社提供；

麥芽糊精：食品級，市售。

1.1.2 主要儀器設(shè)備

噴霧干燥機(jī)：SD－04型，長沙海凌生物科技有限公司；

均質(zhì)機(jī)：JJ－12L/60型，廊坊市盛通機(jī)械有限公司；

手持式折光儀：WB－2型，成都貝斯達(dá)儀器有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 工藝流程

八月瓜果實→去皮、去籽→果肉打漿→配料→均質(zhì)→噴霧干燥→分析［8］

1.2.2 操作要點 選取無腐爛變質(zhì)、無病蟲害的成熟八月瓜果實，手工去皮、去籽，用高速組織搗碎機(jī)將果肉破碎，采用膠體磨進(jìn)行磨漿，得八月瓜漿液，用折光儀測定其初始固形物含量，并計算加蒸餾水量，調(diào)整八月瓜漿液至所需固形物含量；向八月瓜漿液中加入麥芽糊精作為助干劑［9，10］，并于40MPa條件下進(jìn)行均質(zhì)處理［11］，控制噴霧干燥機(jī)（最大蒸發(fā)水量1 800mL/h，鼓風(fēng)機(jī)干燥空氣流量70m3/h，噴霧系統(tǒng)為0.7mm口徑雙流體噴嘴，噴霧壓力0.3～0.4MPa）的進(jìn)風(fēng)溫度、出風(fēng)溫度進(jìn)行噴霧干燥，即得八月瓜果粉［12－14］。

1.2.3 單因素試驗

（1）麥芽糊精用量對八月瓜果粉得率的影響：設(shè)定八月瓜果漿固形物含量20%，出風(fēng)溫度70℃，進(jìn)風(fēng)溫度150℃，控制麥芽糊精用量分別為果肉質(zhì)量的4%，7%，10%，13%，16%，19%，探討麥芽糊精用量對八月瓜果粉得率的影響。

（2）果漿固形物含量對八月瓜果粉得率的影響：設(shè)定麥芽糊精用量16%，出風(fēng)溫度70℃，進(jìn)風(fēng)溫度150℃，控制八月瓜果漿固形物含量分別為10%，15%，20%，25%，30%，探討果漿固形物含量對八月瓜果粉得率的影響。

（3）進(jìn)風(fēng)溫度對八月瓜果粉得率的影響：設(shè)定八月瓜果漿固形物含量20%，麥芽糊精用量16%，出風(fēng)溫度70℃，控制進(jìn)風(fēng)溫度分別為130，140，150，160，170℃，探討進(jìn)風(fēng)溫度對八月瓜果粉得率的影響。

（4）出風(fēng)溫度對八月瓜果粉得率的影響：設(shè)定八月瓜果漿固形物含量20%，麥芽糊精用量16%，進(jìn)風(fēng)溫度150℃，控制出風(fēng)溫度分別為50，60，70，80，90℃，探討出風(fēng)溫度對八月瓜果粉得率的影響。

1.2.4 正交試驗 在單因素試驗的基礎(chǔ)上，以果粉得率作為評判指標(biāo)，對麥芽糊精用量、果漿固形物含量、進(jìn)風(fēng)溫度、出風(fēng)溫度采用正交試驗進(jìn)行優(yōu)化，以確定噴霧干燥制備八月瓜果粉的最佳工藝。

1.2.5 果粉得率的測定 分別稱量八月瓜果肉、麥芽糊精以及果粉制品的質(zhì)量，按式（1）計算果粉得率。

式中：

R——果粉得率，%；

m1——果粉質(zhì)量，g；

m2——八月瓜果肉質(zhì)量，g；

m3——麥芽糊精質(zhì)量，g。

1.2.6 果粉溶解特性的測定

（1）溶解度的測定：取1g八月瓜果粉于50mL燒杯中，加入10mL蒸餾水（25℃），保持60s，取復(fù)水后的八月瓜果汁1mL于恒重的鋁盒中，放入（105±2）℃的烘箱中干燥約4h，稱重，按式（2）計算其溶解度［15］。

式中：

D——溶解性，%；

m1——八月瓜果粉質(zhì)量，g；

m2——復(fù)水干燥后八月瓜果粉質(zhì)量，g。

（2）流動性的測定：將漏斗固定保持鉛直，漏斗口離桌面高約8cm，桌面放置白紙，將40g八月瓜果粉從漏斗加入，測定自由下落在白紙上所形成錐形的底部直徑，用直徑的大小來判別其流動性的大?。?6］。直徑越大，表示果粉的流動性越好。

（3）溶解時間的測定：取10g八月瓜果粉，加入到盛有100mL水的小燒杯中，水溫為25℃，用玻璃棒輕輕攪拌，測定完全溶解所需要的時間［17］。

2 結(jié)果與討論

2.1 麥芽糊精的用量對八月瓜果粉得率的影響

噴霧干燥過程中，雖然添加麥芽糊精可解決結(jié)塊和粘壁的問題，提高產(chǎn)品得率，但是產(chǎn)品的溶解度和吸濕性均下降，尤其是大量添加麥芽糊精后，產(chǎn)品的口感變差，且果粉的營養(yǎng)、風(fēng)味等天然屬性大幅喪失［18］。由圖1可知，八月瓜果粉得率隨著麥芽糊精添加量的增加而升高，但幅度越來越小。當(dāng)麥芽糊精用量為4%時，粘壁較嚴(yán)重，產(chǎn)品容易結(jié)塊，得率最低，僅為7.3%；當(dāng)麥芽糊精用量增加至16%時，得率較高，達(dá)14.6%。雖然繼續(xù)加大麥芽糊精的使用量（19%）仍能提高得率，但增幅不大，而果粉產(chǎn)品的品質(zhì)卻大幅下降。因此，麥芽糊精的用量控制在16%左右為宜。

圖1 麥芽糊精用量對八月瓜果粉得率的影響Figure 1 Effect of malt dextrin content on Akebia trifoliate fruit powder yield

2.2 果漿固形物含量對八月瓜果粉得率的影響

由圖2可知，八月瓜果粉的得率隨著果漿固形物含量的增加呈先升后降的趨勢，當(dāng)八月瓜果漿固形物含量為20%時，得率達(dá)最大，為13.8%。這是因為固形物含量過低，即物料水分含量太高，易導(dǎo)致產(chǎn)品不能完全干燥而殘留于干燥室底部，使得得率下降；固形物含量過高，易導(dǎo)致噴嘴噴霧不順暢或堵塞，使果粉得率降低［19］。因此，八月瓜果漿固形物含量控制在20%左右為宜。

圖2 果漿固形物含量對八月瓜果粉得率的影響Figure 2 Effect of jam solids content on Akebia trifoliate fruit powder yield

2.3 進(jìn)風(fēng)溫度對八月瓜果粉得率的影響

由圖3可知，當(dāng)進(jìn)風(fēng)溫度＜150℃時，果粉得率隨進(jìn)風(fēng)溫度的升高而增加。這是因為溫度過低，漿狀物料不能充分干燥，果粉產(chǎn)品水分含量仍較高，導(dǎo)致粘壁現(xiàn)象嚴(yán)重，使得產(chǎn)品得率較低，因而升高溫度后得率有所提高。當(dāng)調(diào)整進(jìn)風(fēng)溫度＞150℃時，果粉得率隨溫度的升高反而降低，這是因為溫度過高，物料水分蒸發(fā)速度過快，導(dǎo)致霧滴表面易結(jié)成硬殼，噴頭粘液嚴(yán)重，造成得率下降，并且熱敏物質(zhì)分解損失嚴(yán)重，易產(chǎn)生焦糊現(xiàn)象，得到的果粉質(zhì)量較差，顏色偏黃［20］。因此，進(jìn)風(fēng)溫度控制在150℃左右為宜。

圖3 進(jìn)風(fēng)溫度對八月瓜果粉得率的影響Figure 3 Effect of inlet temperature on Akebia trifoliate fruit powder yield

2.4 出風(fēng)溫度對八月瓜果粉得率的影響

由圖4可知，當(dāng)出風(fēng)溫度＜70℃時，果粉得率隨溫度的升高而增加；當(dāng)出風(fēng)溫度＞70℃時，果粉得率隨溫度升高而降低。這是因為出風(fēng)溫度過高，導(dǎo)致積累在旋風(fēng)分離器處的產(chǎn)品水分含量過低，且產(chǎn)品長時間處于高溫狀態(tài)下，容易發(fā)生焦糖化反應(yīng)，使產(chǎn)品品質(zhì)下降，也容易結(jié)塊，最終導(dǎo)致得率降低；但產(chǎn)品出風(fēng)溫度過低，最終產(chǎn)品的含水量較高，粘壁現(xiàn)象嚴(yán)重，所以果粉得率不高［21］。因此，控制出風(fēng)溫度在70℃左右為宜。

2.5 八月瓜果粉噴霧干燥工藝優(yōu)化

在單因素試驗的基礎(chǔ)上，以麥芽糊精用量、果漿固形物含量、進(jìn)風(fēng)溫度、出風(fēng)溫度為考察因素，進(jìn)行L9（34）四因素三水平正交試驗，以得率作為評價指標(biāo)，優(yōu)化工藝條件參數(shù)。各因素水平取值見表1，正交試驗結(jié)果見表2。

圖4 出風(fēng)溫度對八月瓜果粉得率的影響Figure 4 Effect of outlet temperature on Akebia trifoliate fruit powder yield

表1 L9（34）正交試驗因素水平表Table 1 Factors and level of L9（34）orthogonal test

表2 L9（34）正交試驗設(shè)計與結(jié)果分析Table 2 Results and analysis of L9（34）orthogonal test

由表2可知，對八月瓜果粉得率影響的大小順序依次為C＞B＞A＞D，即進(jìn)風(fēng)溫度＞固形物含量＞麥芽糊精用量＞出風(fēng)溫度，最佳工藝組合為A2B2C2D3，即麥芽糊精用量16%、果漿固形物含量20%、進(jìn)風(fēng)溫度150℃、出風(fēng)溫度75℃。由于最佳工藝組合未出現(xiàn)在正交試驗表中，因此按此組合進(jìn)行3次驗證實驗，測得果粉得率的平均值為15.52%，高于正交試驗的最大值，表明正交試驗優(yōu)化得到的最佳工藝切實可行。

2.6 八月瓜果粉的溶解特性分析

通常果粉的溶解特性與環(huán)狀糊精、卡拉膠等助干劑有關(guān)，助干劑添加越多，果粉產(chǎn)品的速溶性越差［20，21］；同時，也與果品原料特性、物料破碎程度、干燥方式等條件密切相關(guān)［17，22］。本試驗最佳工藝條件下制備的八月瓜果粉的溶解度、溶解時間和流動性的測定結(jié)果見表3。由表3可知，八月瓜果粉的溶解度為56.37%，溶解時間為20.2s，流動性為9.25cm；相比于其他文獻(xiàn)［22－24］報道的果粉溶解特性參數(shù)，八月瓜果粉的流動性稍低于雪蓮果果粉、桑葚果粉，但差異不大；其溶解時間介于真空冷凍干燥和熱風(fēng)干燥制備的桑葚果粉之間，而遠(yuǎn)小于刺梨果粉，這可能是由于刺梨果粉中添加的β－環(huán)狀糊精高達(dá)50%所致。

表3 八月瓜果粉的溶解度、溶解時間和流動性Table 3 The detection results of solubility，dissolution time and mobility

表3 八月瓜果粉的溶解度、溶解時間和流動性Table 3 The detection results of solubility，dissolution time and mobility

“－”表示無數(shù)據(jù)或采用的測定方法與本試驗不同。

名稱 工藝 溶解度/% 溶解時間/s流動性/cm八月瓜果粉 噴霧干燥56.37 20.20 9.25刺梨果粉［23］ 噴霧干燥 － 398.00 －雪蓮果果粉［24］噴霧干燥 － － 9.40桑葚果粉［22］ 熱風(fēng)干燥 － 24.97 9.53桑葚果粉［22］ 真空冷凍干燥 － 16.90 9.81

3 結(jié)論

以麥芽糊精為助干劑，采用噴霧干燥法制備八月瓜果粉，結(jié)果表明進(jìn)風(fēng)溫度對八月瓜果粉得率的影響最大，其次是果漿固形物含量，出風(fēng)溫度的影響最小，最佳工藝條件為麥芽糊精用量16%、果漿固形物含量20%、進(jìn)風(fēng)溫度150℃、出風(fēng)溫度75℃，此條件下八月瓜果粉得率可達(dá)15.52%，噴霧干燥效果最好。制備的八月瓜果粉的溶解度為56.37%，溶解時間為20.2s，流動性為9.25cm，具有較好的溶解性，并帶有八月瓜天然的香味。但噴霧干燥過程對八月瓜果粉營養(yǎng)成分的影響還有待于進(jìn)一步的研究。

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