麥芽糊精對噴霧干燥桃全粉物理性質(zhì)的影響

李 聰 周 沫 畢金峰* 常學(xué)東 寧椿源

（1中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所 農(nóng)業(yè)部農(nóng)產(chǎn)品加工重點實驗室 北京 100193

2河北科技師范學(xué)院 食品科技學(xué)院 河北昌黎 066600）

桃（Amygdalus persica L.）屬于薔薇科、李屬植物，起源于我國西部[1]，其果實營養(yǎng)豐富，具有重要的醫(yī)用和營養(yǎng)價值[2]，深受廣大消費者喜愛。中國是世界上桃的主要生產(chǎn)國，據(jù)FAO統(tǒng)計顯示，2014年中國桃產(chǎn)量達1 242.37萬t，居世界首位[3]。雖然中國桃加工業(yè)有巨大的產(chǎn)量優(yōu)勢，但桃加工量僅占產(chǎn)量的13%左右，與發(fā)達國家相比還有較大差距。此外，桃加工的產(chǎn)品種類也比較單一，主要以桃汁和桃罐頭為主[4-5]。開發(fā)新型桃加工制品，提高桃原料利用率，延伸桃加工產(chǎn)業(yè)鏈，具有重要的社會和經(jīng)濟價值。

隨著果蔬加工行業(yè)的快速發(fā)展，果蔬粉逐漸成為果蔬加工的熱點之一，這是因為它可以應(yīng)用到食品加工的各個領(lǐng)域，不僅能提高產(chǎn)品的營養(yǎng)成分，還能改善產(chǎn)品的色澤和風味，增加產(chǎn)品的種類[6]。而噴霧干燥作為目前食品工業(yè)常用的干燥方式之一，已廣泛應(yīng)用于果蔬粉加工領(lǐng)域[7]。果汁中含有大量小分子糖，主要是葡萄糖和果糖，其易在噴霧干燥過程中造成粉體的粘壁現(xiàn)象，使噴霧干燥難以進行[8]。解決這個問題的方法之一就是在果汁中加入助干劑，降低果汁的黏度，保證干燥過程順利完成[9]。麥芽糊精是最常用的助干劑之一，已被應(yīng)用于多種含糖物料的噴霧干燥，如甘蔗汁[10]、石榴汁[11]、葡萄汁[12]、蘋果汁[13]、橙汁[14]及西瓜汁[15]等。然而，麥芽糊精添加量會對噴霧干燥果蔬粉的水分、色澤、流動性、吸濕性等物理性質(zhì)產(chǎn)生顯著影響。關(guān)于麥芽糊精對噴霧干燥果蔬粉物理性質(zhì)的影響國內(nèi)外已有相關(guān)研究，如Osman等[16]報道了麥芽糊精對噴霧干燥洛神花菠蘿粉的水分含量、溶解性、吸濕性等物理性質(zhì)的影響。Taip等[17]研究了麥芽糊精對噴霧干燥番石榴粉水分含量、粒徑分布、堆積密度及色澤等物理性質(zhì)的影響。迄今關(guān)于麥芽糊精對噴霧干燥桃粉產(chǎn)品物理性質(zhì)的影響尚未報道。

本文旨在研究麥芽糊精對噴霧干燥桃全粉水分含量、色澤、粒徑分布、微觀結(jié)構(gòu)、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、流動行為及水分吸附特性等物理性質(zhì)的影響，為桃粉的規(guī)模化生產(chǎn)提供一些基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

試驗用桃品種為久保，購于北京平谷。原料購回后切片，立即用液氮速凍，于-40℃冷庫中保存；麥芽糊精，孟州市金玉米有限責任公司。

1.2 儀器與設(shè)備

MASTER-α手持折光儀，日本ATAGO公司；Aqualab Pre水活度儀，美國Decagon公司；CM-700D分光測色儀色差計，日本美能達公司；SU8010高分辨冷場發(fā)射掃描電子顯微鏡，日本HITACHI公司；S3500（BWDL）激光粒度分析儀，美國Microtrac有限公司；DSC-Q200差示掃描量熱儀，美國TA儀器公司；FT4多功能粉質(zhì)分析儀，英國Freeman Technology公司；動態(tài)水蒸氣吸附儀，英國SMS公司。JYL-C51V料理機，九陽股份有限公司；JM-80膠體磨，廊坊市通用機械有限公司；JN-02C高壓均質(zhì)機，廣州聚能生物科技有限公司；Labplant SD-Basic實驗室噴霧干燥系統(tǒng)，英國Labplant公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 桃全粉制備工藝流程 桃片→解凍→打漿→加水和麥芽糊精→過膠體磨→均質(zhì)→干燥→成品→密封保存。

具體步驟：將存放于-40℃冷庫中的桃片取出，經(jīng)常溫解凍后打漿 （可溶性固形物含量為8%），在桃漿中按 1∶1（mL/g）的比例加入水（可溶性固形物含量為4%），然后分別加入漿料質(zhì)量4%，8%，12%，16%的麥芽糊精 （可溶性固形物含量依次為 8%，11%，14%，17%），過兩次膠體磨，使糊精和桃漿充分混勻，再經(jīng)高壓均質(zhì)（30 MPa，30℃）后噴霧干燥（進風溫度180℃，進料溫度50℃，進料流量0.80 L/h），最后得到桃全粉成品，密封后于-18℃冰箱中保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3.2 指標測定方法

1）水分含量 直接干燥法[18]。

2）水分活度 使用水分活度儀測定，將桃粉平鋪于樣品測試盒內(nèi)，確保盒底被完全覆蓋。

3）樣品色澤 利用手持色差儀測定，先用標準比色板校準，再將桃粉平鋪于粉體測試盒內(nèi)，依據(jù)CIELAB表色系統(tǒng)測量桃片的明度指數(shù)L、紅綠指數(shù)a及黃藍指數(shù)b，并計算色差值ΔE。

式中，ΔE——樣品的色差值；L、a、b——桃粉的色澤值；L0、a0、b0——鮮桃漿的色澤值。

4）粒徑分布 采用激光粒度分析儀測定桃粉的粒徑及其分布。

5）微觀結(jié)構(gòu) 用離子濺射儀將待測桃粉表面噴金后于掃描電鏡下放大1 000倍觀測。

6）穩(wěn)定性和流動速率變化測試（Stability and Variable Flow Rate） 利用FT4多功能粉質(zhì)分析儀測定，所有測試采用直徑48 mm的葉片和50 mm的容器，每次取樣量60 g。

7）玻璃化轉(zhuǎn)變溫度 （Glass transition Temperature，Tg） 利用差示掃描量熱儀（Differential Scanning Calorimetry，DSC）測定桃粉：采用蒸餾水（熔點 0℃，ΔHm=333.88J/g）和銦（熔點 156.60℃，ΔHm=28.44J/g）對儀器熔融焓ΔHm和溫度進行校正。掃描過程中通入高純氮氣作為載氣，稱取3至4 mg樣品密封于坩堝中，以空坩堝作為對照。DSC掃描程序：待測樣品以20℃/min的速度由20℃降至-70℃，平衡10 min后以20℃/min升至80℃。利用DSC自帶分析軟件TA得到熱流密度曲線，最后分析得出初始點（Tgi）、中點（Tgm）及終點（Tge）的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。

8）吸濕特性及吸附動力學(xué) 利用動態(tài)水分吸附儀（Dynamic Vapour Sorption，DVS Intrinsic）在25℃下測定桃粉。準確稱取25 mg樣品在連續(xù)氣流下達到吸附平衡，相對濕度從0%增到90%，之后以相同的方式降低。

1.4 數(shù)據(jù)分析

通過SPSS 19.0軟件進行單因素方差分析（ANOVA）和Duncan多重比較分析，所有測試均重復(fù)3次，數(shù)據(jù)以平均值±標準差的形式表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 桃全粉的水分含量、水分活度和粒徑分布

4種桃粉的水分含量在2.55%至3.94%之間，且隨著麥芽糊精添加量的增大，桃粉的水分含量降低。在噴霧干燥系統(tǒng)中，料液的水分含量會對生產(chǎn)的粉末的水分含量有明顯的影響[19]。這是因為添加麥芽糊精增大了料液中的可溶性固形物含量，進而減小了用于蒸發(fā)的水分比例。這表明通過增大料液中麥芽糊精的添加量，可以獲得較低水分含量的粉。

水分活度是噴霧干燥粉末的重要指標，因為它可以對粉末的保質(zhì)期產(chǎn)生極大的影響[20]。水分活度與水分含量的不同之處在于：水分含量代表食品中的水組成，而水分活度表示用于參加生物化學(xué)反應(yīng)的游離水的多少。水分活度越高，參加生化反應(yīng)的游離水越多，從而降低食品的保存期。通常情況下，當食品的Aw<0.6時，從微生物學(xué)角度看食品是穩(wěn)定的。由表1可知，噴霧干燥桃全粉的水分活度在0.2以下，這意味著桃全粉處于相對穩(wěn)定的狀態(tài)。此外，數(shù)據(jù)還表明，隨著麥芽糊精添加量的增大，桃全粉的水分活度降低，這與Goula等[21]和Kha等[22]的研究結(jié)果一致。

由表1還可知，不同麥芽糊精添加量的桃粉的平均粒徑范圍為5.01～5.27 μm，添加量最小的桃粉平均粒徑最大，而添加量最大的桃粉平均粒徑最小，其中添加量為8%和12%的兩種桃粉差異不顯著。而這種差異的原因可由粒徑分布圖 （圖1）看出，隨著麥芽糊精添加量的減小，大于50 μm的顆粒體積分布逐漸增大，說明增大麥芽糊精的添加量，可改善桃粉的粒徑分布，使其趨于集中，有利于得到細膩的桃粉。

表1 不同麥芽糊精添加量桃全粉水分含量、水分活度和粒徑D50對比Table1 Comparison of moisture content，water activity and PSD of peach powders with different addition of maltodextrin

圖1 不同麥芽糊精添加量桃全粉的粒徑分布圖Fig.1 Particle size distribution of peach powders with different addition of maltodextrin

2.2 桃全粉微觀結(jié)構(gòu)

不同麥芽糊精添加量對桃粉微觀結(jié)構(gòu)的影響見圖2。當麥芽糊精添加量為4%時，顆粒間的粘連程度比較大，相互作用明顯，粒徑分布不均勻；當麥芽糊精添加量為8%時，顆粒間的粘連效果相較4%時明顯變小，顆粒整體呈球狀，畸形顆粒較少；當麥芽糊精添加量為12%時，顆粒的整體效果圖相較前兩幅更加清晰，細小顆粒增多，可以明顯看到一定數(shù)量小體積的顆粒粘結(jié)在大體積顆粒的表面，且一部分顆粒表面呈凹陷狀態(tài)，這可能是因為液滴在干燥過程中水分快速蒸發(fā)，造成顆粒表面出現(xiàn)收縮塌陷的現(xiàn)象[23，24]；當麥芽糊精添加量為16%時，顆粒間逐漸趨于分散狀態(tài)，顆粒粒徑分布較均勻，大體積顆粒減少，而大部分顆粒表面呈塌陷狀態(tài)。這說明桃粉的表觀結(jié)構(gòu)與麥芽糊精添加量有關(guān)，隨著添加量的增大，顆粒間的粘連程度減輕，粒徑分布會更加均勻。

圖2 不同麥芽糊精添加量桃粉的微觀結(jié)構(gòu)電鏡掃描圖（a-d：4%～16%）Fig.2 Scanning electron microscope images of peach powders with different addition of maltodextrin（a-d：4%～16%）

2.3 桃全粉色澤

色澤是評價噴霧干燥果蔬粉體的重要指標之一，也是感官評價最直觀的指標。在噴霧干燥過程中，麥芽糊精添加量對粉體的色澤有直接的影響。由圖2可以看出，隨著麥芽糊精添加量的增大，4種桃粉的L值增大，與鮮桃漿對比發(fā)現(xiàn)，噴霧干燥桃粉的亮度顯著增大。這說明麥芽糊精添加量越大，粉體顏色越趨向于白色，且高溫會導(dǎo)致粉體顏色的改變[25]。色差值ΔE表示原料干燥前、后色澤的差異，ΔE值越小，干燥后粉體的色澤保留越好。隨著麥芽糊精添加量的增大，ΔE值逐漸增大。麥芽糊精添加量越大，桃粉色澤越淡，與鮮樣的差異就越大，這與陳芳等[25]的研究結(jié)果一致。

2.4 玻璃化轉(zhuǎn)變溫度

在粉末產(chǎn)品中，塌陷、黏性、結(jié)塊和重結(jié)晶現(xiàn)象與產(chǎn)品的無定形基體的橡膠態(tài)有關(guān)。Tg被認為是影響粉末穩(wěn)定性的重要因素[27-29]。水分含量增加會導(dǎo)致完全無定型和部分結(jié)晶食品的Tg降低。

利用TA軟件分析得到升溫過程中桃粉的DSC熱流曲線如圖4所示。樣品在升溫過程中僅出現(xiàn)玻璃化轉(zhuǎn)變，說明樣品中只含非凍結(jié)水，這與畢延娣等[30]利用DSC測定灰棗粉的Tg所得結(jié)論一致。

表2顯示不同麥芽糊精添加量桃粉玻璃化轉(zhuǎn)變的初始點、中點及終點。本文采用曲線的中點即Tgm作為玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的特征值。由表2可看出，隨著麥芽糊精添加量的增大，桃粉水分含量降低，Tgm由47.36℃升高到52.2℃，Tg明顯升高，這與Roos等[31]對麥芽糊精、草莓Tg的研究結(jié)果一致。

2.5 穩(wěn)定性和流動速率

基本流動能（BFE）是指在預(yù)處理后的指定體積粉末中建立一種特定流動模式時所需的能量。在這種特定流動模式中，葉片逆時針向下運動，這是一種對粉末產(chǎn)生壓縮的，相對高應(yīng)力的流動模式。BFE數(shù)值是葉片從粉末上端移動到底部所做的總功。4種桃粉的BFE值差異顯著，且隨著麥芽糊精添加量的增大而減小，說明麥芽糊精加得越多，桃粉越容易流動，這與粒徑分布和掃描電鏡圖的結(jié)論一致。當麥芽糊精添加量增大時，顆粒間的粘結(jié)程度減輕，粒徑分布更加均勻，流動性更好，所需能量降低。穩(wěn)定性指數(shù)（Stability Index，SI）用

圖3 麥芽糊精添加量對桃粉色澤的影響Fig.3 Effects of maltodextrin addition on the color of peach powers

圖4 桃全粉DSC曲線Fig.4 DSC curves of peach power

表2 不同麥芽糊精添加量桃粉的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Table2 Glass transition temperature for peach powders with different addition of maltodextrin

來描述粉末是否隨著測試重復(fù)進行而發(fā)生變化。麥芽糊精添加量分別為8%，12%和16%的桃粉可視為相對穩(wěn)定 （0.9

表3 不同流速下測試參數(shù)對比Table3 Comparison of test parameters at different flow rates

圖5 不同流速下桃粉的基本流動能Fig.5 Basic flow energy of peach powders at different flow rates

2.6 吸濕特性和吸附動力學(xué)

食品的水分吸附被認為是決定其儲存性、穩(wěn)定性、加工和應(yīng)用性能的關(guān)鍵因素[32-33]。在許多情況下，過量的水分吸收導(dǎo)致結(jié)塊、溶解及促進霉菌生長等現(xiàn)象。動態(tài)水分吸附儀（DVS）能在較寬的相對濕度（0%～98%）和溫度下對食品物料的水分吸附動力學(xué)進行實時測量。

圖6顯示4種麥芽糊精添加量桃粉的水分吸附結(jié)果，其中實線表示所需相對濕度，虛線表示由于水分遷移到樣品中或從樣品中遷移出而引起的質(zhì)量變化百分比。當RH小于50%時，4種桃粉的質(zhì)量變化率隨RH變化幅度不大；當RH大于70%時，4種桃粉的平衡含水率隨RH變化幅度明顯增大，且隨著麥芽糊精添加量的增大，桃粉的最終水分吸附量從55%降到42%左右。結(jié)果表明，當RH較低時，4種桃粉的水分吸附量也較小，而當RH較高時，桃粉的水分吸附量明顯增多，且隨著麥芽糊精添加量的增大，桃粉的最終水分吸附量減小。該結(jié)論與Osman等[16]的研究結(jié)果一致，即增大麥芽糊精添加量會降低粉末的水分吸附量，這主要與粉末的水分含量有關(guān)。

圖6 25℃下桃粉的水分吸附動力學(xué)Fig.6 Kinetics of water vapour sorption for peach powders at 25℃

圖7為4種桃粉在25℃下的水分吸附等溫線，實線和虛線分別表示桃粉的吸水和脫水行為?？梢钥闯?，4種桃粉的水分吸附等溫線形狀基本相似，隨著RH的遞增，水分吸附量呈遞增趨勢，且遞增速率逐漸增大。吸附和解吸附等溫線之間水分吸收的差異稱為滯后效應(yīng)。當RH小于50%時，4種桃粉的解吸等溫線均呈直線狀，說明此時被吸收的水分已不可逆地附著在桃粉的表面，不能分離，這可能是其中形成了水合物或者結(jié)晶相的包覆所致。比較大的遲滯效應(yīng)說明桃粉的吸水速率大于脫水速率。雖然增大麥芽糊精的添加量可減小水分吸附量，但并不能改善吸水與脫水所產(chǎn)生的遲滯現(xiàn)象。

圖7 25℃下桃粉的水分吸附等溫線Fig.7 Water sorption isotherms for peach powders at 25℃

3 結(jié)論

利用噴霧干燥技術(shù)制備桃全粉時，不同麥芽糊精添加量（4%，8%，12%，16%）對桃全粉物理性質(zhì)影響顯著。隨著麥芽糊精添加量的增大，水分含量由3.94%降到2.55%，水分活度0.199降到0.136，粒徑分布 D50由 5.27 μm 降到 5.01 μm，色差ΔE由32.64升高到39.15，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度由47.36℃提高到52.2℃，基本流動能由1 062.13 mJ降到751.56 mJ，水分吸附率由55.92%降到42.76%。噴霧干燥法生產(chǎn)桃全粉應(yīng)在保證產(chǎn)品得率和穩(wěn)定的條件下，盡量降低麥芽糊精添加量，以期獲得感官特性優(yōu)良的桃全粉產(chǎn)品。綜合桃全粉的物理性質(zhì)，選擇麥芽糊精的最佳添加量為12%，在該種條件下生產(chǎn)的桃粉品質(zhì)較好。