张丽霞,周剑忠,黄开红,单成俊

(江苏农科院农产品加工研究所,江苏南京 210014)

黑莓粉喷雾干燥工艺实验研究

张丽霞,周剑忠,黄开红＊,单成俊

(江苏农科院农产品加工研究所,江苏南京 210014)

研究了喷雾干燥法生产黑莓粉的加工工艺,对影响喷雾干燥效果和黑莓粉产品品质的因素进行了考察。通过对黑莓粉喷雾干燥出粉率和水分含量影响最大的几个主要指标的单因素实验,选取了几个主要影响因素进行正交实验设计,对黑莓粉喷雾干燥工艺参数优化,结果表明:入料流量是主要的影响因素,其次是入料温度、入料浓度和进风温度。最佳工艺参数为入料浓度 40%,入料流量 60mL/min,入料温度 50℃,进风温度 200℃时,在此条件下所得产品出粉率最高,为 16.5%,所得产品品质良好。

黑莓粉,喷雾干燥,工艺优化,出粉率

黑莓 (blackberry)原产于北美洲,为蔷薇科悬钩子属(Rubus)多年生藤本植物,由于果实柔嫩多汁,香味宜人,口感独特,被誉为“黄金水果”,具有很高的营养价值和药用价值。黑莓富含维生素,氨基酸种类齐全,另外还含有锌、硒等多种矿物质和其他微量元素,VC含量高于苹果和柑橘,且花色苷含量很高,而多酚类化合物在体内通过发挥抗氧化作用,可以降低心脏病、癌症和其他慢性病的发生率[1]。黑莓的浆果皮薄多汁,采摘时容易碰破果皮发生霉烂,常温保存一般达不到 24h,极不耐贮运、贮藏,因此黑莓的损耗率非常大。如何提高黑莓储藏期,降低储存损失,成为研究的热点。喷雾干燥适合富含热敏性营养素的果蔬汁的加工,由于干燥过程物料受热时间短、料温低,果蔬的营养与风味能很好地保留,而且制品颗粒度小而均匀,有很好的分散性和速溶性[2]。喷雾干燥技术曾被用于苦瓜、南瓜、莲藕、番茄等的干燥[3-6],此外对草莓、荔枝等离心喷雾干燥工艺也有所研究[7-8],但应用喷雾干燥技术在黑莓粉加工方面的研究还没有见到报道。黑莓属于热敏性生物物料,加热时易使其活性物质变性,损失营养成分,喷雾干燥时间短,干燥温度相对较低,可利用其保持黑莓活性物质的生物活性;另一方面,黑莓中含糖量较高,在进行喷雾干燥时易粘结,通过合适的干燥条件如温度、料液浓度的改变可减少或避免粘结现象,因而需对黑莓干燥工艺进行研究,以获得营养价值高、产品质量好的黑莓粉。本文就黑莓粉的喷雾干燥工艺及工艺条件对黑莓粉质量的影响进行了研究,以期为黑莓粉的生产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

黑莓 江苏溧阳黑莓生产基地;麦芽糊精、麦芽糖醇、异麦芽低聚糖、β-环糊精、可溶性淀粉、CMC均为分析纯。

LPG-5型离心式喷雾干燥机 常州振兴干燥设备厂;DZG-6050真空干燥箱 上海森信实验仪器有限公司;ALC-210.2精密电子天平 德国赛多利斯股份有限公司;打浆机(HR1707) 珠海飞利浦家庭电器有限公司;高压均质机 上海东华高压匀浆厂;真空浓缩设备、阿贝折光仪 上海光学仪器厂。

1.2 实验方法

1.2.1 工艺流程

1.2.2 实验设计 影响黑莓出粉率、黑莓粉的水分含量及黑莓粉的物性因素主要有:助干剂、入料 (黑莓浆)浓度、入料流量、入料温度、进风温度和出风温度等。清洗后的黑莓经榨汁及浓缩后,用胶体磨细化,然后均质形成料液,先进行主要参数的单因素实验,以考察其对喷雾干燥出粉率和水分含量的影响,进而选定对出粉率影响最大的几个主要因素进行正交实验,以取得较好的干燥工艺方案。喷雾干燥效果以出粉率为指标,正交实验 L9(34)因素水平表见表 1。

表 1 L9(34)正交实验因素水平表

1.2.3 检测方法 出粉率的测定:喷雾干燥后称量,直接测出粉率;水分含量的测定:真空干燥法,称取样品 3g,在温度 60℃、真空度 93～98kPa下真空干燥至恒重;可溶性固形物的测定:采用阿贝折光仪测定;流动性的测定:固定漏斗使其保持铅直,漏斗嘴(直径为 1cm)离桌面高度为 10cm左右,桌面铺放一张干净的白纸,把 50g黑莓粉从漏斗加入,测定黑莓粉在白纸上所形成锥形的底部直径,用直径的大小来判别黑莓粉流动性的大小。直径越大,黑莓粉的流动性越好[9];润湿性的测定:在直径为 15cm的培养皿中加入 50mL水(25℃),然后加入 5g黑莓粉,测定黑莓粉完全被水润湿的时间;感官指标:由 10名有经验的专家对多个样品进行评价。对色泽、口感、风味、组织形态 4个指标进行观看和品尝综合评价;微生物指标:平板涂布法,参见文献[10]。

2 结果与分析

2.1 助干剂对黑莓喷雾干燥品质的影响

黑莓为含糖量高的水果,其含糖占总固形物的80%左右,很难直接进行喷雾干燥,因此需要在黑莓果浆中添加一定的助干剂。实验选择的助干剂有: β-环糊精、麦芽糊精、异麦芽糖醇和可溶性淀粉。实验结果如表 2所示。

表 2 助干剂对黑莓粉品质的影响

由表 2可以看出,选用不同的助干剂喷雾效果不同。β-环糊精、麦芽糊精作助干剂所得黑莓粉,含水量低,出粉率高,流动性和润湿性较好,干燥效果好于异麦芽糖醇和可溶性淀粉。这可能是由于它们的水溶性较好,喷雾干燥形成的液滴大小均匀、含水也均匀,液滴干燥彻底的原因。

2.2 料液中固形物和助干剂比例对出粉率和水分含量的影响

固形物和助干剂比例对出粉率和水分含量的影响,结果如表 3所示。从表 3可以看出,黑莓固形物相对含量低时出粉率较高,含水量较低,喷雾效果较好。但是,黑莓固形物含量太低,其感官品质就差,颜色较淡。因此,在确定不发生粘壁现象,又能保证黑莓粉有很好的品质和风味、有较好的喷雾效果的前提下,黑莓固形物与助干剂的最佳比例为 2∶3。

表 3 固形物和助干剂比例对喷雾干燥出粉率和水分含量的影响

2.3 入料浓度对出粉率和含水量的影响

料液的入料浓度不仅影响喷雾干燥的效果,还影响喷雾干燥生产的经济成本。入料前对料液进行适当的浓缩可使成本大大降低。此外,对于同一物料,喷雾干燥时浓度高有助于形成大的干燥颗粒粒径,稍大的粒径有利于改善喷雾干燥后黑莓粉的流动性和分散性,减少黑莓粉溶解时的结团现象,提高黑莓粉的速溶性[11]。入料浓度对出粉率和水分含量的影响,结果如表 4所示。

表 4 入料浓度对喷雾干燥出粉率和水分含量的影响

由表 4可以看出,在浓度为 25%～40%范围内,随着入料浓度的增大,黑莓粉的出粉率增大,含水量变小,但是,当浓度超过 45%时,出粉率降低,含水量变大。这主要是因为浓度太高,使得料液喷出速度降低的缘故。由于料液流速偏小,进风温度偏低,使得出粉率很低。可见该参数对喷雾干燥出粉率的影响是较大的。

2.4 入料流量对出粉率和含水量的影响

入料流量对出粉率和水分含量的影响如表 5所示。由表 5可以看出,随入料流量的增大,出粉率增高,含水量降低。但是,当流量超过 50mL/min时,出粉率又有下降的趋势,其原因可能是由于过慢的入料流量会使雾滴变小,由于漩涡负压作用容易粘在喷头上。但是流量过大,雾滴变大,使其来不及干燥就彻底被粘到干燥室的壁上。可见该参数对喷雾干燥出粉率的影响比较显著。

2.5 入料温度对出粉率和含水量的影响

入料温度对出粉率和水分含量的影响如表 6所示。由表 6可以看出,随着入料温度的升高,黑莓粉的含水量越来越小,但是总的来说影响不是很大。

表 5 入料流量对出粉率和含水量的影响

表 6 入料温度对出粉率和含水量的影响

2.6 进风温度对出粉率和含水量的影响

进风温度是喷雾干燥加工黑莓粉时热量的主要来源,雾滴若要在喷雾干燥室内干燥完全就需要足够高的温度以提供热量。进风温度对出粉率和水分含量的影响如表7所示。

表 7 进风温度对出粉率和含水量的影响

由表7可以看出,随着温度的升高,黑莓粉含水量逐渐降低,而出粉率呈先增加后减少的趋势。这是因为进风温度越高,雾化液滴与热空气充分接触后,雾滴的干燥速度越快,故所得产品越干燥。当温度高于180℃时,喷雾干燥的效果比较理想,但是当温度超过200℃的时候开始出现焦糊味,黑莓芳香味大大减少。因此,进风温度对干燥效果的影响是显著的。

2.7 正交实验

正交实验结果见表 8。

表 8 正交实验结果与极差分析表

由表 8可以看出,极差 R值从大到小顺序为: RB>RC>RA>RD,说明各因素对实验指标影响的重要性从强到弱顺序为:入料流量 >入料温度 >入料浓度 >进风温度,入料流量对取代度的影响最大。最佳工艺为A3B3C1D3。以该最优组合为工艺参数进行验证实验,得到黑莓粉喷雾干燥的出粉率为16.5%,与正交实验中测得的得粉率中最大的一组相比,出粉率提高了 11.5%。

2.8 黑莓粉产品质量指标

理化指标:含水量为 3.25%,流动性 9.4cm,润湿性为 160s。

感官指标:色泽深红色,具有黑莓特有的香味,在 50℃、80%相对湿度下不吸潮;冲饮口感细腻、无糊状感、无结块现象,分散时间 <30s。

微生物指标:菌落总数 50个/g,大肠菌群未检出。致病菌未检出。

3 结论

实验研究了黑莓粉喷雾干燥工艺,通过单因素实验确定了麦芽糊精为最佳的助干剂,入料流量是主要的影响因素,其次是入料温度、入料浓度和进风温度,通过正交实验确定最佳的喷雾干燥工艺条件为入料浓度 40%、入料流量 60mL/min、入料温度50℃、进风温度 200℃。在此条件下所得黑莓粉出粉率为 16.5%,产品品质良好:理化指标:水分含量3.25%,流动性 9.4cm,润湿性 160s;感官指标:色泽深红色,具有黑莓特有的香味,在 50℃、80%相对湿度下不吸潮;冲饮口感细腻、无糊状感、无结块现象,分散时间 <30s;微生物指标:菌落总数 50个/g,大肠菌群未检出,致病菌未检出。

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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 ＊通讯联系人

张丽霞 (1979-),女,硕士,助理研究员,研究方向:食品生物技术。

江苏省农业科技自主创新基金(0130110816)。