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      正交試驗優(yōu)化噴霧干燥工藝制備香菇粉

      2020-04-26 04:50:40李雙趙赟陳志周孫劍鋒劉亞瓊莊夢晴牟建樓
      中國調味品 2020年4期
      關鍵詞:出粉率熱空氣輸液泵

      李雙,趙赟,陳志周,孫劍鋒,劉亞瓊,莊夢晴,牟建樓*

      (1.河北農業(yè)大學 食品學院,河北 保定 071000;2.邯鄲職業(yè)技術學院 食品與生物工程系,河北 邯鄲 056000)

      香菇是食藥兩用菌,有“山珍”的美譽,在中國的產量居世界前列[1]。香菇營養(yǎng)豐富,蛋白質含量高,氨基酸種類齊全,并且鮮味氨基酸含量占氨基酸總量的40%以上[2],此外,香菇精、香菇醇等芳香物質賦予香菇獨特的風味,其還富含香菇多糖等活性成分[3]。鮮香菇質地細嫩,水分含量多,容易產生開傘、菌褶褐變、菇體萎縮等,不利于長期保存[4]。因此,對香菇進行干制,延長其貯藏期非常重要,目前市場所見香菇干制品為烘干或者自然晾干的香菇。

      噴霧干燥是將原料液分散成霧滴,并與熱空氣接觸,進行傳熱、傳質獲得粉狀產品的一種加工過程[5]。噴霧干燥過程物料受熱時間短、料溫低,物料的營養(yǎng)與風味能得到較好的保留,得到的產品粒度小而均勻,分散性和溶解性較好[6-8]。

      噴霧干燥已經廣泛應用于奶粉加工,目前已有關于噴霧干燥制備谷物、果蔬粉以及調味品等的報道[9-15], 但對于噴霧干燥香菇粉的報道較少,因而本研究以干香菇為原料,研究噴霧干燥工藝條件對集粉率、香菇粉持水力和持油率的影響,優(yōu)化噴霧干燥參數,為噴霧干燥法制備香菇粉提供了理論依據。

      1 材料與方法

      1.1 試驗材料

      干香菇:購于保定市超市;麥芽糊精:食用級,市售。

      1.2 試驗設備及器材

      SD-1000噴霧干燥機 日本東京理化株式會社;PAL-α手持式數字折光儀 日本ATAGO;不銹鋼立式膠體磨 廣州晉豐輕工機械設備有限公司;Neofuge15R高速冷凍離心機 上海力申科學儀器有限公司。

      1.3 工藝流程

      原料→除去菌柄→清洗→浸泡→水煮→切丁→打漿→過濾→磨漿→添加麥芽糊精→噴霧干燥→香菇粉。

      1.4 試驗方法

      1.4.1 單因素試驗設計

      分別研究進風溫度(160,170,180,190,200 ℃)、輸液泵轉速(45,50,55,60,65 r/min)、熱空氣流量(0.08,0.13,0.18,0.23,0.28 m3/min)、麥芽糊精添加量(30%、40%、50%、60%、70%、按照香菇漿液可溶性固形物計算)對噴霧干燥出粉率的影響。以出粉率為指標,試驗重復3次,互為對照。

      1.4.2 正交試驗設計

      根據單因素試驗結果,選擇進風溫度、熱空氣流量、輸液泵轉速、麥芽糊精添加量進行四因素三水平正交試驗,以出粉率、持水力、持油力作為評價指標。正交試驗因素水平表見表1。

      表1 正交試驗因素水平表Table 1 Orthogonal test factors and levels

      1.5 試驗結果測定方法

      1.5.1 出粉率

      出粉率(%)=(收集的香菇粉重量/漿料中可溶性固形物含量)×100。

      1.5.2 持水力和持油力

      參照楊德等的方法進行測定[16]。

      1.6 數據統(tǒng)計分析方法

      采用SPSS 20.0統(tǒng)計軟件進行數據統(tǒng)計學分析。

      2 結果與分析

      2.1 單因素試驗結果

      2.1.1 進風溫度對香菇出粉率的影響

      進風溫度對香菇出粉率的影響見圖1。

      圖1 進風溫度對香菇出粉率的影響Fig.1 Effect of inlet air temperature on the powder extraction rate of Lentinus edodes

      由圖1可知,香菇粉的出粉率隨著溫度的升高呈現先升高后降低的趨勢。經方差分析,差異顯著性水平=0.004(p<0.01),表明進風溫度對香菇出粉率影響極顯著,確定進風的適宜溫度為190 ℃。

      在160,170 ℃時,溫度較低,漿料在干燥機內沒有進行充分干燥,導致香菇粉粘壁嚴重,從而使噴霧干燥得到的香菇粉較少。隨著溫度的升高,漿料在干燥機內逐漸充分干燥,從而使得出粉率升高。在溫度為190 ℃時,出粉率最高;高于190 ℃后,漿料表層的水分蒸發(fā)很快,在表面形成硬殼,從而阻截了漿料內部水分的蒸發(fā)和擴散,從而使得內部的水分含量增加,內部壓力也會增大,導致粉粒裂開,水分向外擴散,使得粉粒變潮,粉粒遇到干燥機的內壁會粘附在上面,形成粘壁現象,由于溫度再次升高,粘附在干燥機內壁的粉粒甚至會出現焦糊現象,導致出粉率降低。

      2.1.2 輸液泵轉速對香菇出粉率的影響

      輸液泵轉速對香菇出粉率的影響見圖2。

      圖2 輸液泵轉速對香菇出粉率的影響Fig.2 Effect of infusion pump rotating speed on the powder extraction rate of Lentinus edodes

      由圖2可知,香菇粉的出粉率隨著輸液泵轉速的升高呈現先升高后降低的趨勢。經方差分析,差異顯著性水平顯著性=0.007(p<0.01),表明輸液泵轉速對香菇出粉率影響極顯著,確定輸液泵的適宜轉速為55 r/min。

      輸液泵轉速較低時,進入噴霧干燥機的漿料速度較小。在輸液泵轉速為55 r/min時,出粉率最高。隨著輸液泵轉速的增加,即進料流量增加,料液被霧化的霧滴的體積增大,然而噴霧干燥機供應的熱量一定,有很多霧滴沒有被完全干燥,水分蒸發(fā)也不完全。嚴重時漿料不能形成霧滴,水分只有一小部分被蒸發(fā),漿液直接被“吹”至壁的表面,從而出現粘壁的現象。另外,進料流量的增加會引起霧滴的變大,噴霧干燥所需的時越多,粘壁現象更容易發(fā)生。以上兩個方面對于出粉率下降有很大的影響。

      2.1.3 熱空氣流量對香菇出粉率的影響

      熱空氣流量對香菇出粉率的影響見圖3。

      圖3 熱空氣流量對香菇出粉率的影響Fig.3 Effect of hot air flow on the powder extraction rate of Lentinus edodes

      由圖3可知,香菇粉的出粉率隨著熱空氣流量的升高呈現先升高后降低的趨勢。經方差分析,差異顯著性水平顯著性=0.002(p<0.01),表明熱空氣流量對香菇出粉率影響極顯著,確定熱空氣的適宜流量為0.18 m3/min。

      當熱空氣流量為0.08 m3/min時,霧滴形成不充分,嚴重時有粘壁的現象,導致出粉率較低。當熱空氣流量逐漸增加時,漿料逐漸能夠充分形成霧滴,粘壁情況有所減輕。當熱空氣流量為0.18 m3/min時,出粉率最高。當進風量太高時,液滴可能隨著熱空氣粘附在干燥機壁上,隨尾氣流出的香菇粉增多,從而使得產品的出粉率顯著減小。

      2.1.4 麥芽糊精添加量對香菇出粉率的影響

      麥芽糊精添加量對香菇出粉率的影響見圖4。

      圖4 麥芽糊精添加量對香菇出粉率的影響Fig.4 Effect of the additive amount of maltodextrin on the powder extraction rate of Lentinus edodes

      由圖4可知,香菇粉的出粉率隨著麥芽糊精添加量的升高而呈現升高的趨勢。經方差分析,差異顯著性水平顯著性=0.003(p<0.01),表明麥芽糊精的添加量對香菇出粉率影響極顯著,并且通過SPSS軟件對數據進行分析,麥芽糊精的添加量在50%、60%、70%時,出粉率的差異不顯著。麥芽糊精是噴霧干燥中常用的,麥芽糊精的添加能夠降低物料的粘壁現象,從而提高出粉率。但是隨著麥芽糊精添加量的增多,噴霧干燥香菇粉中香菇成分所占比例會降低,香菇粉的顏色也隨之變淺。綜合考慮以上兩個方面,確定麥芽糊精的適宜添加量為50%。

      2.2 正交試驗數據分析

      香菇粉噴霧干燥正交試驗的極差分析結果見表2~表4,正交試驗方差分析結果見表5。

      2.2.1 極差分析

      2.2.1.1 噴霧干燥條件對出粉率的影響

      表2 香菇粉噴霧干燥正交試驗出粉率結果表Table 2 Powder extraction rate results of orthogonal test for Lentinus edodes powder spray drying

      由表2可知,進風溫度、輸液泵轉速、熱空氣流量、麥芽糊精添加量對出粉率的影響大小不同,依次為C>A>D>B,即熱空氣流量>進風溫度>麥芽糊精添加量>輸液泵轉速,出粉率較高的工藝參數為A2B2C3D1,即進風溫度190 ℃、輸液泵轉速55 r/min、熱空氣流量0.23 m3/min、麥芽糊精的添加量40%。

      2.2.1.2 噴霧干燥條件對持水力的影響

      表3 香菇粉噴霧干燥正交試驗持水力結果表Table 3 Water-holding capacity results of orthogonal test for Lentinus edodes powder spray drying

      續(xù) 表

      由表3可知,進風溫度、輸液泵轉速、熱空氣流量、麥芽糊精添加量對持水力的影響大小不同,依次為A>B>C>D,即進風溫度>輸液泵轉速>熱空氣流量>麥芽糊精添加量,出粉率較高的工藝參數為A3B3C3D2,即進風溫度200 ℃、輸液泵轉速60 r/min、熱空氣流量0.23 m3/min、麥芽糊精添加量50%。

      2.2.1.3 噴霧干燥條件對持油力的影響

      表4 香菇粉噴霧干燥正交試驗持油力結果表Table 4 Oil holding capacity results of orthogonal test for Lentinus edodes powder spray drying

      由表4可知,進風溫度、輸液泵轉速、熱空氣流量、麥芽糊精添加量對持油力的影響大小不同,依次為A>D>C>B,即進風溫度>麥芽糊精添加量>熱空氣流量>輸液泵轉速,出粉率較高的工藝參數為A2B1C3D2,即進風溫度190 ℃、輸液泵轉速50 r/min、熱空氣流量0.23 m3/min、麥芽糊精添加量50%。

      2.2.2 方差分析

      表5 正交試驗方差分析表Table 5 Variance analysis of orthogonal test

      由表5可知,進風溫度對出粉率、持水力、持油力影響均極顯著。對進風溫度而言,出粉率最高時為190 ℃,持水力最高時為200 ℃,持油力最高時為190 ℃,若3個指標統(tǒng)一選擇190 ℃,則持水力減少7.04%。若3個指標統(tǒng)一選擇200 ℃,則出粉率減少7.06%,持油力減少7.21%??紤]生產成本,最終選擇最適宜進風溫度為190 ℃。

      輸液泵轉速對出粉率的影響不顯著,對持水力、持油力的影響均極顯著。對輸液泵轉速而言,出粉率最高時為50 r/min,持水力最高時為55 r/min,持油力最高時為45 r/min,由SPSS軟件分析,B2、B3條件下持水力無顯著差異,B2、B1條件下持油力無顯著差異,考慮生產成本,最終選擇最適宜輸液泵轉速為50 r/min。

      熱空氣流量對出粉率、持水力、持油力的影響均極顯著。對熱空氣流量而言,出粉率、持水力、持油力最高時均為0.23 m3/min,最終選擇最適宜熱空氣流量為0.23 m3/min。

      麥芽糊精的添加量對出粉率、持水力和持油力的影響均極顯著。對麥芽糊精的添加量而言,出粉率最高時為40%,持水力最高時為50%,持油力最高時為50%,由SPSS軟件分析,D1、D2條件下出粉率無顯著差異。若3個指標統(tǒng)一選擇添加量40%,則持水力減少2.14%,持油力減少7.56%。若3個指標統(tǒng)一選擇添加量50%,則出粉率減少0.73%。綜合考慮,最終選擇最適宜麥芽糊精的添加量為50%。

      2.3 驗證試驗

      綜合極差分析和方差分析,最優(yōu)工藝參數為A2B2C3D2,即進風溫度190 ℃、輸液泵轉速55 r/min、熱空氣流量0.23 m3/min、麥芽糊精添加量50%時。以此參數進行驗證試驗,得到的出粉率為37.65%,持水力為232.83 g/100 g,持油力為189.58 g/100 g。試驗數據均優(yōu)于正交試驗數據。

      3 結論

      通過單因素試驗以及正交試驗,基本確定了香菇粉加工工藝參數的最優(yōu)組合,對食品加工過程具有一定的參考作用。根據單因素試驗和正交試驗結果顯示:對出粉率、持水力、持油力3個評價指標而言,綜合考慮,當工藝參數為進風溫度190 ℃、輸液泵轉速55 r/min、熱空氣流量0.23 m3/min、麥芽糊精的添加量為50%時,香菇粉的綜合品質均為最優(yōu)。

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