香芋粉噴霧干燥工藝研究

張 浪，雷華平，張 輝，劉 鵬，王玲娟

(湘南學(xué)院 藥學(xué)院，湖南 郴州 423043))

香芋營養(yǎng)豐富，用途廣泛，是集蔬菜、糧食、藥膳于一體的稀有名貴作物[1-2]。其塊根含淀粉38.20%，粗纖維15.20%，粗蛋白2.63%，還原糖4.29%，含有VC、VB、VB2等16種微量元素和18種氨基酸。香芋中的聚糖能增強(qiáng)人體的免疫力，增加對疾病的抵抗力，長期食用還有清熱解毒、健脾強(qiáng)胃、滋補(bǔ)身體等功效[3-5]。

近年來，隨著各種香芋風(fēng)味的食品越來越得到人們的喜愛，香芋需求量也與日俱增。目前，市場上雖然出現(xiàn)了一些以香芋為原料的產(chǎn)品，但總體而言，中國香芋的加工利用尚處于起步階段，深加工產(chǎn)品很少，也沒有以香芋深加工為主的龍頭企業(yè)[6]。香芋一直以鮮食為主，但新鮮香芋具有容易褐變、不耐貯藏、運輸困難等特點，這些都限制了香芋潛在價值的開發(fā)，使得香芋資源一直沒有得到有效利用。

采用噴霧干燥法將香芋加工成香芋粉可實現(xiàn)對香芋資源有效利用。噴霧干燥技術(shù)是流化技術(shù)用于液態(tài)物料干燥的一種有效方法，曾被用于制作微膠囊防止油脂類活性物質(zhì)的氧化和膠類物質(zhì)的干燥等[7-8]。此外，已有學(xué)者對蛋白粉[9]、全藕粉[10]、南瓜粉[11]、番木瓜粉[12]等的噴霧干燥工藝進(jìn)行研究。本研究通過高速離心噴霧干燥法制得香芋粉，通過改變香芋的前處理條件(燙漂溫度和時間)、進(jìn)風(fēng)溫度、料液濃度、進(jìn)料速度等因素優(yōu)選最佳香芋噴霧干燥方案。

1 材料與方法

1.1 儀器和材料

儀器：HH-4型數(shù)顯恒溫水浴鍋(國華電器有限公司)；JJ-2B型電動高速組織搗碎機(jī)(金壇市榮化儀器制造有限公司)；F50AB型膠體磨(沈陽航天新光超微粉碎機(jī)械有限公司)；LPG-5型高速離心噴霧干燥機(jī)(常州市易度干燥設(shè)備有限公司)；FAZ104N型電子天平(上海菁海儀器有限公司)；MF-50型水分測定儀(日本android公司)；BT100-YZ15型普通蠕動泵(常州高能流體技術(shù)有限公司)。

材料：新鮮香芋產(chǎn)自湖南省臨武縣，選擇個體完整，無蟲咬、霉變，橫切面為灰白色的香芋為原料。

1.2 工藝流程

新鮮芋頭→去皮→清洗→晾干→切片→燙漂→冷卻→勻漿→過濾→均質(zhì)→保溫→噴霧干燥

1.3 試驗方法

1.3.1 工藝優(yōu)化

1.3.1.1 燙漂溫度選擇 將完好的香芋去皮、沖洗、晾干后稱重；然后將稱重后的香芋切成3mm左右的薄片，將香芋薄片分為三等份，分別放入55℃、65℃、75℃的熱水中燙漂，10 min后撈起浸入冷水冷卻。將冷卻的香芋薄片用組織勻漿機(jī)打漿，用8層紗布濾除殘渣，分別盛裝于1、2、3號1000 mL燒杯中；最后將香芋漿用膠體磨均質(zhì)10 min，準(zhǔn)備干燥。噴霧干燥前將香芋漿放入恒溫水浴箱(70℃)保溫半小時，干燥時進(jìn)料速度恒定為50 mL/min，進(jìn)風(fēng)溫度恒定為180℃，觀察干燥所得香芋粉性狀并記錄。

1.3.1.2 燙漂時間選擇 將完好的香芋去皮、沖洗、晾干后稱重；然后將稱重后的香芋切成3 mm左右的薄片，將香芋薄片分為三等份，分別放入55℃的沸水中燙漂5 min、10 min、15 min，其它同1.3.1.1操作。對照組無燙漂，觀察結(jié)果并記錄。

1.3.1.3 進(jìn)風(fēng)溫度選擇 將完好的香芋去皮、沖洗、晾干后稱重；然后將稱重后的香芋切成3 mm左右的薄片。將香芋薄片放入55℃的熱水中燙漂10 min，燙漂后讓香芋片自然冷卻；再將冷卻后的香芋片用組織勻漿機(jī)打漿，用8層紗布濾除殘渣；最后將香芋漿用膠體磨均質(zhì)10 min，準(zhǔn)備干燥。取三份等量的香芋漿進(jìn)行噴霧干燥。噴霧燥前將香芋漿放入恒溫水浴箱(70℃)保溫半小時，干燥時進(jìn)料速度恒定為50 mL/min，料液濃度0.099 g/mL，進(jìn)風(fēng)溫度分別?。?70℃、180℃、190℃，每個溫度干燥兩次。最后測定所得香芋粉的含水量、堆密度等，取平均值記錄測定結(jié)果。

1.3.1.4 料液濃度選擇 同1.3.1.3操作，進(jìn)風(fēng)溫度恒定為180℃，料液濃度分別取0.075 g/mL、0.117 g/mL、0.151 g/mL，每個濃度干燥兩次。

1.3.1.5 進(jìn)料速度選擇 同1.3.1.3操作，進(jìn)風(fēng)溫度恒定為180℃，料液濃度0.113 g/mL，進(jìn)料速度分別取30 mL/min、50 mL/min、70 mL/min，每個進(jìn)料速度干燥兩次。

1.3.2 產(chǎn)物質(zhì)量評價

1.3.2.1 固形物含量的測定 取50 mL小燒杯，稱重m1。每次噴霧干燥前取香芋漿10 mL置于小燒杯中，稱重M0。將小燒杯置于熱風(fēng)干燥箱干燥后稱重m2。然后根據(jù)下列公式計算固形物的含量。

1.3.2.2 堆積密度測定 取50 mL量筒，稱重m3。用玻璃漏斗將香芋粉均勻的倒入量筒中，至10 mL處停止，稱重M1。然后根據(jù)下列公式計算堆密度。

1.3.2.3 粉末含水量測定 將在不同條件下所得的香芋粉各取適量，分別放入快速水分測定儀中測量其含水量，并記錄。

2 結(jié)果與分析

2.1 燙漂溫度對香芋粉品質(zhì)的影響

表1 燙漂溫度對香芋噴霧干燥粉末品質(zhì)的影響

由表1可知，選用不同的燙漂溫度，香芋的噴霧干燥效果不同。當(dāng)燙漂溫度為65℃和75℃時，噴霧干燥效果不佳。主要原因是當(dāng)香芋薄片經(jīng)此溫度燙漂后已經(jīng)處于半熟或熟透的狀態(tài)，使得磨出的香芋漿粘稠度大大增加，造成噴霧干燥時粘壁現(xiàn)象嚴(yán)重。而當(dāng)燙漂溫度為55℃時，恰好使得香芋薄片不會燙熟，又鈍化了酶的作用，使得磨出的香芋漿不會在噴霧干燥前發(fā)生褐變。而不進(jìn)行燙漂時，香芋漿在干燥前就發(fā)生了褐變，使所得香芋粉為灰褐色。所以，55℃的燙漂溫度為香芋最佳護(hù)色溫度。

2.2 燙漂時間對香芋粉品質(zhì)的影響

從表2可知，不同的燙漂時間會導(dǎo)致香芋噴霧干燥效果不同。當(dāng)燙漂時間為5 min時，香芋薄片中的多酚氧化酶沒有被鈍化或鈍化不完全，使得磨出的香芋漿在進(jìn)行噴霧干燥前就發(fā)生了褐變，導(dǎo)致噴霧干燥所得的香芋粉呈現(xiàn)淡淡的灰褐色。而當(dāng)燙漂時間為15 min時，又使得香芋薄片經(jīng)燙漂后變熟，磨出的香芋漿粘稠度大大增加，造成嚴(yán)重的粘壁現(xiàn)象。所以，55℃燙漂時，香芋護(hù)色的最佳燙漂時間為10 min。

表2 燙漂時間對香芋噴霧干燥粉末品質(zhì)的影響

2.3 進(jìn)風(fēng)溫度對香芋粉品質(zhì)的影響

由表3可知，進(jìn)風(fēng)溫度為170℃時，噴霧干燥所得的粉末含有較多粘塊，這是由于干燥溫度過低，導(dǎo)致干燥不充分，使得香芋粉的水分含量過多所致，且干燥時粘壁現(xiàn)象較為嚴(yán)重。當(dāng)進(jìn)風(fēng)溫度為190℃時，溫度偏高，使香芋粉有少許焦糊味，影響香芋粉的品質(zhì)。試驗證明，進(jìn)風(fēng)溫度為180℃時，干燥所得粉末為淡灰白色，質(zhì)地細(xì)膩、顆粒均勻、無粘塊、無異味，且粘壁現(xiàn)象較輕，為最佳進(jìn)風(fēng)溫度。

表3 進(jìn)風(fēng)溫度對香芋噴霧干燥粉末品質(zhì)的影響

2.4 料液濃度對香芋粉品質(zhì)的影響

表4 料液濃度對香芋噴霧干燥粉末品質(zhì)的影響

由表4可知，料液濃度為0.151 g/mL左右時，進(jìn)行噴霧干燥會出現(xiàn)較重的粘壁現(xiàn)象，且干燥所得的粉末顆粒不均勻，有粘塊存在，這是由于料液濃度過高，使得香芋漿干燥不充分所致。而濃度為0.075 g/mL左右時，由于料液中含水過多，同等體積的料液固形物含量減少，導(dǎo)致干燥時粘壁損失增多。試驗表明，料液濃度為0.1 g/mL左右時，噴霧干燥所達(dá)到的效果最佳。

2.5 進(jìn)料速度對香芋粉品質(zhì)的影響

表5 進(jìn)料速度對香芋噴霧干燥粉末品質(zhì)的影響

由表5可知，進(jìn)料速度過快(70 mL/min)，干燥時會有嚴(yán)重的粘壁現(xiàn)象，所得粉末也會有大量粘塊，這是由于進(jìn)料過多，導(dǎo)致干燥不充分所致。而進(jìn)料速度過慢(30 mL/min)，會使整個噴霧干燥的周期變長，不利于生產(chǎn)效益提高。試驗表明，當(dāng)進(jìn)料速度為50 mL/min時，干燥所得的粉末質(zhì)量不會受到影響，周期適中，為最佳進(jìn)料速度。

3 討論

香芋中含有多酚類物質(zhì)，在多酚氧化酶的作用下會發(fā)生褐變，香芋在磨漿的過程中遇金屬鐵褐變會加重。在香芋粉加工過程中往往會采取一些護(hù)色措施，其主要方法是將去皮或切碎的香芋浸在水或護(hù)色液中以隔絕氧氣以及燙漂鈍化酶。護(hù)色處理后，香芋粉的白度雖然有所提高，但護(hù)色工藝可能對香芋中的風(fēng)味物質(zhì)以及香芋粉糊性質(zhì)產(chǎn)生影響，具體表現(xiàn)為香芋的香味喪失、香芋粉糊表觀粘度和粘度熱穩(wěn)定性下降等。因此，要根據(jù)香芋粉產(chǎn)品對這些品質(zhì)的要求來決定是否要采取護(hù)色工藝。本試驗采取了燙漂鈍化酶的方法來達(dá)到護(hù)色目的。

噴霧干燥溫度高，香芋粉加工周期短，產(chǎn)品含水量低，表觀粘度小，并且粘度熱穩(wěn)定性差；反之，噴霧干燥溫度低，香芋粉加工周期長，產(chǎn)品含水量高，表觀粘度大，并且粘度熱穩(wěn)定性好。當(dāng)溫度高過一定值時(190℃)，香芋粉會有焦糊味，影響香芋粉品質(zhì)；溫度太低(170℃)，又會使香芋粉含水量過高，容易霉變，不耐貯藏。但在干燥后期，干燥速率主要是由非結(jié)合水從物料內(nèi)部遷移到表面的速率和結(jié)合水釋放的速率二者中較小的值決定的。在較高溫度下干燥時，物料表面的非結(jié)合水的釋放不僅取決于干燥溫度，還受限于物料自身屬性。當(dāng)溫度過高時，不僅會使香芋粉產(chǎn)生焦糊味，還會使物料表層過干，形成不透水薄層干膜，阻止物料內(nèi)部水分的蒸發(fā)。因此，才會出現(xiàn)表3中190℃干燥所得粉末的含水量(10.65%)比180℃干燥所得粉末的含水量(10.05%)高的現(xiàn)象。所以，噴霧干燥的進(jìn)風(fēng)溫度不宜過高。

在一定濃度范圍內(nèi)，香芋粉的出粉率隨香芋漿濃度的增加而增大。但超出一定范圍后，隨著漿料濃度增加，出粉率逐漸下降。這是因為在物料能充分霧化的前提下，物料濃度越高，其固形物的含量就越高，同等體積的物料，濃度高的料液得到的香芋粉越多，其粘壁損失就越少，故出粉率越大。但當(dāng)濃度太高時，使得漿料的霧化不充分，不能充分干燥，導(dǎo)致香芋粉的含水量增大，粘壁現(xiàn)象嚴(yán)重，損失越多，故出粉率越小。且由于干燥不充分，香芋含水量增大，使得香芋粉容易霉變。

在一定進(jìn)料速度范圍內(nèi)，生產(chǎn)周期隨進(jìn)料速度的增加而縮短。但超出一定范圍后，隨著進(jìn)料速度的增加，干燥所得粉末的質(zhì)量會有所下降。這是因為在物料能夠充分干燥的前提下，進(jìn)料速度越快，同等時間內(nèi)能干燥的料液體積越多，所得的粉末就越多。但當(dāng)進(jìn)料速度過快時，使得漿料的霧化不充分，不能充分干燥，導(dǎo)致香芋粉的含水量增大，粘壁現(xiàn)象嚴(yán)重，最終影響粉末的質(zhì)量。