张 崟，王 卫，欧全文，黄 梅

(成都大学肉类加工四川省重点实验室，四川成都610106)

骨素是畜禽骨经高压蒸煮、过滤等工序制得的畜禽骨提取物，常用于制备肉味香精香料，但风味较差。为了提高其呈味效果，常采用酶法改良，并经干燥处理以获得最终的肉味香精香料［1］。干燥工艺对产品的营养、色香味有很大影响，如果选择不当，不仅会影响产品品质，而且还会增加生产成本［2-3］。常用的液态食品干燥技术有喷雾干燥、冷冻干燥、电磁波干燥等，其中以喷雾干燥应用最为广泛［4-5］。这主要是因为喷雾干燥具有设备简单、操作成本低、处理量大的优点，适合大规模连续化生产［6-7］。因此，国内外对喷雾干燥技术的应用研究较多。如固体饮料［8］、果蔬粉［9］、球藻粉［10］等产品的喷雾干燥，功能性因子的微胶囊化处理［11］，以及甜玉米酶解液的喷雾干燥等［12］。骨素类香精香料具有广阔的市场前景，不仅在国内众多知名食品企业广泛使用，而且在日本、东南亚及西方国家均有很大的消费量。但是，目前市场上销售的骨素类香精香料多以半固态形式流通。这既不利于产品运输，也不利于产品的长期保藏。为了降低产品贮运成本，延长保藏期，本文探讨了喷雾干燥技术在固态的粉状骨素类香精香料制备中的应用。以骨素酶法改良的酶解液为样品，采用响应面法探讨了骨素酶解液的喷雾干燥工艺，以期建立合理、高效的骨素酶解液喷雾干燥工艺，避免其中的有效物质在干燥过程中过分挥发，甚至变性，为工业化生产固态的粉状骨素类香精香料产品提供技术借鉴。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

木瓜蛋白酶 购于北京奥博星生物技术有限责任公司，酶活50 万U/g;柠檬酸与磷酸氢二钠 均为分析纯。

SHA-CA 水浴恒温振荡器 金坛市金南仪器制造有限公司;YC-015 实验型喷雾干燥机 上海雅程仪器设备有限公司;PHS-2F 雷磁pH 计 上海精科实业有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 骨素提取 将清洗干净的猪骨，经破碎机破碎成块，然后加入到提取罐进行高温高压(0.1MPa，121℃)煮制提取4h，将提取液过滤、静置后采用油水分离机分离得到骨素。

1.2.2 酶解条件［13］固定料液比1∶10(g/mL)，用磷酸盐缓冲调节pH4，添加8750U/g 木瓜蛋白酶，置于SHA-CA 水浴锅，在温度60℃下酶解时间5h。酶解后取上清液，用TGL-16G 离心机在4000r/min 下离心5min，所得上清液用于喷雾干燥。

1.2.3 色度的分析 利用计算机视觉技术获取干燥后样品的真彩色图片［14］，通过MATLAB 编程计算出图像的RGB 色空间，再将其转换为L、a、b 色空间。将干燥后样品的L、a、b 值与酶解液的L、a、b 相比较，以样品的L、a、b 是否接近酶解液的L、a、b 判断喷雾干燥对酶解液品质的影响。样品的L、a、b 越接近酶解液的L、a、b，说明喷雾干燥过程引起的酶解液变性程度越小。L 值表示样品的亮度，a 值表示绿色(-a)到红色(+ a)，b 值表示蓝色(-b)到黄色(+b)。

1.2.4 感官评分 由经过培训的15 名感官评价员组成感官评定小组，分别对骨素酶解液喷雾干燥粉的香气和颜色进行感官评价，并按照表1 对干粉的香气和颜色打分［15］。

表1 骨素酶解液喷雾干燥粉的感官评分标准Table 1 Sensory analysis standard of spray dried powder of bone extract hydrolysate liquid

1.2.5 单因素实验 对影响喷雾干燥效果的3 个主要因素(风速、进料量及进风温度)分别作单因素实验，以确定各因素对喷雾干燥效果有重要影响的区域，以便进行响应面实验方案设计。单因素设计方案见表2。

表2 单因素实验因素水平Table 2 Experiment design for single factor experiments

1.2.6 响应面设计 采用3 因素、5 中心、5 响应、15次实验的Hartley 法设计实验，对酶解液喷雾干燥工艺条件进行分析和优化。响应面因素编码及因素水平见表3。

表3 响应面因素编码及因素水平Table 3 Coded level of experiment factors of response surface

1.2.7 数据处理与分析 利用EXCEL 2003 对数据进行统计分析，并绘图。利用SAS 9.0 进行响应面实验方案设计，并对实验结果进行拟合优化。

2 结果与讨论

2.1 单因素实验

2.1.1 风速对喷雾干燥效果的影响 样品在喷雾干燥过程中变质的主要特征之一是变色［16］。为了确保骨素酶解液在喷雾干燥过程中较少变质，本文以酶解液的色度为对照，将干燥后酶解液干粉的色泽与对照是否相近作为判断喷雾干燥工艺有效性的依据。

在进料量45mL/min，进风温度150℃时，风速对酶解液喷雾干燥粉色度(L、a、b)的影响见图1。图1显示，与风速30、50、70、80m/s 相比，对照的L 值、b值与图中风速50、70m/s 时所得干粉的L 值，b 值相近。计算L 值、b 值的相对误差，得出相对于对照样品，风速50、70m/s 时L 值的相对误差分别为2.47%、16.07%;风速50、70m/s 时b 值的相对误差分别为8.67%、72.74%。因此，风速为50m/s 时所得干粉的L 值，b 值与对照最接近。图1 中风速为50m/s 时样品的a 值虽然与对照相差较大，但是由于酶解液的颜色偏黄色，所以a 值并非影响样品色度的关键值，忽略不计。因此，最终选择30～70m/s 作为响应面实验设计时风速的变化范围。

图1 风速对喷雾干燥效果的影响Fig.1 Effect of wind velocity on spray dry processing of bone extract hydrolysate liquid

2.1.2 进风温度对喷雾干燥效果的影响 在进料量45mL/min，风速50m/s 时，进风温度对酶解液喷雾干燥粉色度的影响见图2。图2 显示，与各进风温度相比，对照的L 值、b 值与图中进风温度为150、200℃时所得干粉的L 值，b 值相近。计算L 值、b 值的相对误差，得出相对于对照样品，温度150、200℃时L值的相对误差分别为2.14%、1.85%;温度150℃、200℃时b 值的相对误差分别为3.74%、3.24%。因此，进风温度为200℃时所得干粉的L 值、b 值与对照最接近。因此，最终选择150～300℃作为响应面实验设计时进风温度的变化范围。

表4 响应面实验方案及实验结果Table 4 Response surface program and experiment results

图2 进风温度对喷雾干燥效果的影响Fig.2 Effect of inlet air temperature on spray dry processing of bone extract hydrolysate liquid

2.1.3 进料量对喷雾干燥效果的影响 在进风温度200℃，风速50m/s 时，进料量对酶解液喷雾干燥粉色度的影响见图3。图3 显示，与各进料量相比，对照的L 值、b 值与图中进料量为45、50、60mL/min 时所得干粉的L 值、b 值相近。计算L 值、b 值的相对误差，得出相对于对照样品，进料量45mL/min 时L、b 值的相对误差分别为3.66%、15.45%;进料量50mL/min 时L、b 值的相对误差分别为4.70%、39.27%;进料量60mL/min 时L、b 值的相对误差分别为5.56%、2.79%。比较相对误差可知，进料量60mL/min 时，样品的L 值与对照最接近。考虑到进料量45 和50mL/min 时，样品的L 值均与对照较接近。因此，为了尽可能多的包含有效信息，放宽进料量的取值范围，最终选择40～70mL/min 作为响应面实验设计时进料量的变化范围。

图3 进料量对喷雾干燥效果的影响Fig.3 Effect of feeding rate on spray dry processing of bone extract hydrolysate liquid

2.2 优化实验

2.2.1 实验方案及结果 在单因素实验确定的各因素变化范围基础上，通过响应面实验设计对酶解液的喷雾干燥工艺进行优化。响应面实验设计方案及实验结果见表4。

表4 显示，实验的响应值除了色度L 值、a 值、b值外，还有样品的风味(FLAVOR)和色泽(COLOR)评分。这样设计实验的目的在于确保通过响应面实验方案获得的工艺参数的可靠性。将仪器测定和感官分析相结合，以起到相互验证的效果。

2.2.2 拟合分析 对表4 中各响应值分别进行拟合分析，所得拟合结果的显著性见表5。表5 显示，通过拟合建立的L 值、a 值、b 值、风味、色泽的拟合模型的p 值分别为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，通过拟合建立的L 值、a 值及色泽与风速、进料量、进风温度的模型不显著(p ＞0.05)，而b 值和风味(FLAVOR)与风速、进料量、进风温度的模型显著(p ＜0.05)，能有效体现风速、进料量、进风温度对产品品质的影响。因此，以建立的b 值和风味的模型为喷雾干燥工艺优化的依据。

表5 各相应值的拟合模型的显著性分析Table 5 Significant Analysis of Relativity Model for All Responses

表6 拟合模型在预测b 值和风味时的有效性验证Table 6 Effectiveness of relativity model in predicting the b value and flavor

建立的b 值和风味的模型见式(1)、式(2)。式(1)、式(2)在工业应用中具有重要意义，不仅可用于获取骨素酶解液的最优喷雾干燥工艺，而且可根据具体的响应值，通过解方程获取需要的工艺参数。这对调节产品品质及自动化控制非常重要。

2.2.3 拟合模型验证 为了证明建立的b 值和风味的数学模型的有效性，以便为酶解液喷雾干燥工艺优化及工业实际应用奠定坚实基础，对所得模型的有效性进行了验证。所得验证结果见表4。

表4 中b 值的实测值和计算值的相对误差显示，相对误差值均小于10%;表4 中风味的实测值和计算值的相对误差显示，相对误差值均小于2%。由此可知，建立的风速、进料量、进风温度与b 值和风味的数学模型，在预测骨素酶解液的喷雾干燥工艺中具有一定可靠性。

2.2.4 优化结果 为了确保最终的优化工艺能有效地避免酶解液在喷雾干燥过程中的变质，以对照的b值(9.6768)为优化目标，对酶解液的喷雾干燥工艺进行优化。

通过单独对b 值优化，所得优化喷雾干燥工艺为风速86.63m/s，进料量60.00mL/min，进风温度118.93℃。此时，酶解液干粉的b 值(9.6215)最接近对照的b 值(9.6768)。

通过单独对b 值和其他响应值共同优化，所得优化喷雾干燥工艺与对b 值的优化结果相同，即风速 86.63m/s，进 料 量 60.00mL/min，进 风 温 度118.93℃。在此工艺下，所得酶解液干粉的风味得分3.8636 分，色泽得分3.2898 分。对照表1 可知，所得干粉的肉味明显(3.8636≈4)，色泽为黄色。由此可知，该喷雾干燥工艺使样品中的呈味物质得到了较多保留，样品的颜色也与酶解液的色泽接近(淡黄色)。因此，选择风速86.63m/s，进料量60.00mL/min，进风温度118.93℃为骨素酶解液的最优喷雾干燥工艺。

骨素酶解液工艺优化的响应面见图4。图4 显示，优化所得酶解液的喷雾干燥工艺(风速86.63m/s，进料量60.00mL/min，进风温度118.93℃)并非响应面的极值点。这主要是因为该优化工艺是按照目标值限值优化得到的工艺参数，即通过确定响应值后建立的优化工艺，因此会出现这种现象。由此可见，建立的b 值和风味的数学模型可用于按照既定的响应值确定工艺参数的可行性。

3 结论

图4 b 值和风味的响应面图Fig.4 Response surfaces of b value and flavor

通过单因素实验分析了风速、进料量、进风温度对骨素酶解液喷雾干燥工艺的影响，在此基础上采用响应面法，建立了骨素酶解液的L 值、a 值、b 值及风味、色泽与风速、进料量、进风温度的数学模型。模型的显著性显示，骨素酶解液的b 值及风味与风速、进料量、进风温度间的数学模型具有显著性(p ＜0.05)，验证性实验结果表明，所得模型具有一定可靠性。在拟合模型基础上，对骨素酶解液的喷雾干燥工艺进行了目标优化，结果发现，风速86.63m/s，进料量60.00mL/min，进风温度118.93℃为骨素酶解液的最优喷雾干燥工艺。此时酶解液干粉的风味得到了较好保留，色泽破坏少。

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