李明娟,張雅媛,,游向榮,王 穎,周 葵,衛(wèi) 萍,韋林艷
(1.廣西壯族自治區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所,廣西 南寧 530007;2.廣西果蔬貯藏與加工新技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣西 南寧 530007)
核桃(Juglans regiaL.)富含70%左右的脂肪和14%~18%的蛋白,是一種經(jīng)濟(jì)價(jià)值和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值都很高的珍貴林果,長(zhǎng)期食用對(duì)身體具有良好的保健效果[1-3]。核桃粕是核桃榨油后的副產(chǎn)物,保留著核桃仁中原有的蛋白質(zhì)成分,尤其是冷榨后核桃粕的蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)53.89%[4],且蛋白幾乎未變性,是一種營(yíng)養(yǎng)豐富、物美價(jià)廉的植物蛋白原料[5-6]。我國(guó)是世界核桃種植和消費(fèi)大國(guó),種植面積和產(chǎn)量均居世界第一,隨著核桃種植規(guī)模、產(chǎn)量及其銷(xiāo)量的逐年擴(kuò)大,核桃粕資源越來(lái)越豐富[7-8]。然而,目前核桃粕大多被作為動(dòng)物飼料、植物肥料,或被直接丟棄,造成大量核桃優(yōu)質(zhì)蛋白資源浪費(fèi),經(jīng)濟(jì)效益低。同時(shí),因其富含蛋白質(zhì),直接丟棄對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的富營(yíng)養(yǎng)化污染[9-10]。因此實(shí)現(xiàn)核桃粕的綜合利用、提高核桃仁副產(chǎn)物的附加值,具有重要意義。
核桃蛋白粉屬于熱敏性食品,選擇科學(xué)合理的干燥技術(shù)是關(guān)鍵。目前常用的蛋白食品干燥技術(shù)有真空冷凍干燥、噴霧干燥、熱風(fēng)干燥、微波真空干燥等,不同干燥技術(shù)的原理和特點(diǎn)各不相同。其中,熱風(fēng)干燥具有操作簡(jiǎn)單、成本低、產(chǎn)量大等優(yōu)點(diǎn),但干燥時(shí)間長(zhǎng),易造成表面硬化、營(yíng)養(yǎng)成分流失、色澤褐變[11],且干燥溫度較高會(huì)對(duì)植物蛋白含量產(chǎn)生影響[12];太陽(yáng)能熱泵干燥以太陽(yáng)能為能源,節(jié)能低耗環(huán)保[13],但前期投資大,制熱系統(tǒng)不穩(wěn)定;真空冷凍干燥是一種在真空條件下,利用升華原理將物料中的水分直接脫除的干燥技術(shù),該技術(shù)有利于原料營(yíng)養(yǎng)和風(fēng)味物質(zhì)的保持[14],但干燥時(shí)間長(zhǎng)、設(shè)備貴、成本高[15];噴霧干燥通過(guò)霧化器將液體物料分散成小霧滴,在熱干燥介質(zhì)中將水分迅速蒸發(fā)而加工成粉末狀產(chǎn)品,該技術(shù)具有干燥迅速、易于連續(xù)化生產(chǎn)、能耗低、能夠較好保持產(chǎn)品營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)[16-18]。
目前,已有不同干燥技術(shù)對(duì)大豆蛋白[12]、小扁豆蛋白[19]、蓮子蛋白[20]、苦蕎蛋白[21]、亞麻籽蛋白[22]和花生蛋白[23]等理化品質(zhì)、結(jié)構(gòu)和功能特性影響的相關(guān)研究報(bào)道,但關(guān)于不同干燥技術(shù)對(duì)核桃蛋白粉品質(zhì)特性及微觀(guān)結(jié)構(gòu)影響的研究鮮有報(bào)道。因此,本實(shí)驗(yàn)以液壓冷榨后的核桃粕為原料,采用熱風(fēng)、太陽(yáng)能熱泵、真空冷凍和噴霧干燥4 種干燥技術(shù)制備核桃粕蛋白粉,對(duì)核桃粕蛋白粉集粉率、感官品質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)、色度值、粒徑、吸水率、潤(rùn)濕性及微觀(guān)結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較,分析4 種干燥技術(shù)對(duì)核桃粕蛋白粉品質(zhì)特性及微觀(guān)組織結(jié)構(gòu)的影響,以期篩選出適合核桃粕蛋白粉的干燥技術(shù),為核桃粕這一優(yōu)質(zhì)副產(chǎn)物資源的高值開(kāi)發(fā)利用提供參考依據(jù)。
核桃采自廣西河池市鳳山縣;核桃粕自制,為脫皮、烘干后的核桃仁經(jīng)液壓冷榨后的副產(chǎn)物,其中含6.40%水、50.57%蛋白、25.33%脂肪。
NaOH、檸檬酸(均為食品級(jí))廣西南寧泰諾生物工程有限公司。
WGLL-230BE電熱鼓風(fēng)干燥箱天津市泰斯特儀器有限公司;太陽(yáng)能熱泵干燥儀 廣西壯族自治區(qū)農(nóng)科院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所自主研發(fā)(專(zhuān)利號(hào)ZL 201320617683.6);LGJ-18真空冷凍干燥機(jī)北京松源華興科技發(fā)展有限公司;YC-1800型低溫噴霧干燥機(jī)上海雅程儀器設(shè)備有限公司;DLL-150T全自動(dòng)液壓壓榨機(jī)常德市鼎糧機(jī)械制造有限公司;JYL-Y20破壁打漿機(jī)九陽(yáng)股份有限公司;JM-L50膠體磨 鄭州玉祥食品機(jī)械有限責(zé)任公司;3-18KS臺(tái)式高速冷凍離心機(jī) 德國(guó)Sigma公司;C-MAG HS 7磁力攪拌器 德國(guó)IKA公司;JRJ300-I高速剪切乳化機(jī)上海越磁電子科技有限公司;NH300色差儀 深圳市三恩馳科技有限公司;BT-2001型激光粒度分布儀 丹東市百特儀器有限公司;P henom臺(tái)式掃描電子顯微鏡(scanning electron microscope,SEM)復(fù)納科學(xué)儀器(上海)有限公司。
1.3.1 核桃粕蛋白提取工藝流程和操作要點(diǎn)
工藝流程:核桃→去殼→核桃仁→脫皮→50 ℃烘干→液壓榨油→核桃粕→加水浸泡、打漿→膠體磨細(xì)化→堿溶→過(guò)濾→酸沉→收集沉淀→水洗至中性→物料樣液→干燥→集粉→過(guò)篩→包裝
操作要點(diǎn):1)將去殼后的核桃仁放入90 ℃、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4%的NaOH溶液中熱燙3 min,撈出沖洗脫皮,再用清水漂洗數(shù)次至中性;2)將脫皮核桃仁放入50 ℃的烘箱中干燥12 h(水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.5%左右);3)于壓力45 MPa、常溫下液壓冷榨3 次,榨油后得到的副產(chǎn)物即為核桃粕;4)取一定量的核桃粕,按料液比1∶10添加蒸餾水浸泡60 min,打漿5 min以上至漿液細(xì)膩,過(guò)膠體磨細(xì)化2 遍;5)用質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的NaOH溶液調(diào)pH值至8.5,磁力攪拌60 min,過(guò)160 目濾布,收集濾液,10 000 r/min離心10 min,去除上層油脂層和下層沉淀,收集中間層濾液;6)用檸檬酸調(diào)pH值至4.5,磁力攪拌30 min,靜置收集沉淀,用蒸餾水洗至中性,加蒸餾水至原始物料質(zhì)量的10 倍獲得物料樣液。
1.3.2 干燥處理與集粉
根據(jù)前期實(shí)驗(yàn),確定各干燥技術(shù)的工藝條件如下:1)熱風(fēng)干燥:將物料樣液置于不銹鋼盤(pán)中,厚度約為0.5 cm,于45 ℃的電熱鼓風(fēng)干燥箱中干燥36 h;2)熱泵干燥:將物料樣液置于不銹鋼盤(pán)中,厚度約為0.5 cm,于45 ℃太陽(yáng)能熱泵烘房中烘干30 h;3)真空冷凍干燥:將物料樣液置于不銹鋼盤(pán)中,厚度約為0.5 cm,于-80 ℃預(yù)凍24 h以上,置于冷肼溫度為-45 ℃、真空度為0.07 MPa條件下干燥24 h;4)噴霧干燥:將物料樣液在進(jìn)風(fēng)溫度140 ℃、風(fēng)機(jī)風(fēng)量2.5 m3/min,進(jìn)樣速率12 mL/min條件下進(jìn)行噴霧干燥。
熱風(fēng)、熱泵和真空冷凍干燥后的核桃粕蛋白粉于研缽中研磨粉碎,研磨時(shí)室內(nèi)溫度為20 ℃,相對(duì)濕度約為35%;各干燥處理的蛋白粉再過(guò)80 目篩,收集篩下物密封包裝,置于4 ℃保存?zhèn)溆谩?/p>
集粉率以制備獲得核桃粕蛋白粉質(zhì)量占核桃粕原料質(zhì)量的比例計(jì),具體按式(1)計(jì)算。每個(gè)處理重復(fù)3 次,并計(jì)算平均值。
式中:m1為核桃粕質(zhì)量/g;m2為收集到的核桃粕蛋白粉質(zhì)量/g。
1.3.3 感官品質(zhì)評(píng)價(jià)
由經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)培訓(xùn)的10 名科研人員組成評(píng)價(jià)小組,對(duì)核桃粕蛋白粉產(chǎn)品進(jìn)行感官品質(zhì)評(píng)價(jià)并評(píng)分,去掉一個(gè)最高分和一個(gè)最低分,取8 個(gè)評(píng)分的平均值為最終得分,具體評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。
表 1 核桃粕蛋白粉感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Criteria for sensory evaluation of walnut meal protein powder
1.3.4 基本營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)測(cè)定
水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)按GB 5009.3—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中水分的測(cè)定》[24]中的直接干燥法測(cè)定;蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)按GB 5009.5—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中蛋白質(zhì)的測(cè)定》[25]中的凱氏定氮法測(cè)定;脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)按GB 5009.6—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中脂肪的測(cè)定》[26]中的索氏抽提法測(cè)定;灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)按GB 5009.4—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中灰分的測(cè)定》[27]中的直接灰化法測(cè)定;碳水化合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)按式(2)計(jì)算。
氨基酸種類(lèi)及含量參照GB 5009.124—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中氨基酸的測(cè)定》[28]中的水解法測(cè)定。
以上每組樣品的各項(xiàng)指標(biāo)均重復(fù)測(cè)定3 次取平均值。
1.3.5 色度值測(cè)定
采用NH300色差儀測(cè)定核桃粕蛋白粉L*、a*、b*值,L*值表示亮度,越接近100表明產(chǎn)品亮度越高,色澤越白;a*值表示紅綠色度,a*值為正表示紅色度,越大紅色越深;b*值表示黃藍(lán)色度,b*值為正表示黃色度,越大黃色越深。每個(gè)樣品重復(fù)測(cè)定6 次取平均值。
1.3.6 粒徑測(cè)定
采用BT-2001型激光粒度分布儀濕法測(cè)定核桃粕蛋白粉的粒徑,以跨度和比表面積評(píng)價(jià)核桃粕蛋白粉粒徑大小,每個(gè)樣品重復(fù)測(cè)定3 次取平均值。
1.3.7 吸水率測(cè)定
稱(chēng)取2.00 g蛋白粉均勻平鋪于已知質(zhì)量(m1/g)的培養(yǎng)皿底部,稱(chēng)質(zhì)量(m2/g),在相對(duì)濕度75%、溫度25 ℃的恒溫恒濕箱中放置24 h后再次稱(chēng)質(zhì)量(m3/g),按公式(3)計(jì)算吸水率,每個(gè)樣品平行測(cè)定3 次,取平均值。
1.3.8 潤(rùn)濕性測(cè)定
在250 mL燒杯中加入100 mL蒸餾水,稱(chēng)取0.5 g核桃粕蛋白粉樣品均勻平鋪在水面上,測(cè)定從樣品加入至樣品完全沉降所需的時(shí)間/s,以此來(lái)表征潤(rùn)濕性。每個(gè)樣品重復(fù)測(cè)定3 次,取平均值。
1.3.9 微觀(guān)結(jié)構(gòu)觀(guān)察
采用SEM對(duì)核桃粕蛋白粉進(jìn)行表觀(guān)形貌觀(guān)察,在樣品臺(tái)貼上雙面膠,在雙面膠上均勻放置少量樣品,吹去多余樣品,噴金處理,再利用SEM進(jìn)行掃描觀(guān)察、拍照[29]。
采用Excel 2003和DPS 7.05軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析、制圖,并進(jìn)行鄧肯新復(fù)極差法差異顯著性分析,以P<0.05表示差異顯著。
由圖1可知,不同干燥技術(shù)對(duì)核桃粕蛋白粉集粉率影響的差異達(dá)到顯著水平(P<0.05),集粉率由高到低的干燥方式為:真空冷凍干燥>熱風(fēng)干燥>熱泵干燥>噴霧干燥。真空冷凍干燥過(guò)程物料處于靜止?fàn)顟B(tài),干燥后蛋白粉損失小,因此集粉率最高,為29.18%;熱風(fēng)干燥和熱泵干燥物料受風(fēng)速影響,產(chǎn)品有一定的損失;而噴霧干燥過(guò)程中有部分物料出現(xiàn)粘壁現(xiàn)象而被浪費(fèi),因此集粉率最低,僅為22.96%。這與付露瑩等[17]采用噴霧干燥制備的核桃粕紅棗復(fù)合粉集粉率低于真空冷凍干燥的研究結(jié)果相近。
圖 1 不同干燥技術(shù)對(duì)核桃粕蛋白粉集粉率的影響Fig. 1 Effect of different drying technologies on the yield of walnut meal protein powder
表 2 不同干燥技術(shù)制備的核桃粕蛋白粉感官評(píng)價(jià)結(jié)果Table 2 Sensory evaluation results of walnut meal protein powders prepared by different drying technologies
圖 2 不同干燥技術(shù)制備的核桃粕蛋白粉外觀(guān)Fig. 2 Appearance of walnut meal protein powders prepared by different drying technologies
由表2和圖2可知,從色澤上看,噴霧干燥制備的核桃粕蛋白粉為乳白色,粉體細(xì)膩,而其他3 種干燥技術(shù)制備的蛋白粉色澤較暗,可能與不同干燥技術(shù)對(duì)產(chǎn)品美拉德和焦糖化反應(yīng)的影響不同以及顆粒形狀、大小和表面結(jié)構(gòu)不同有關(guān)[30];從氣味上看,真空冷凍干燥蛋白粉的表現(xiàn)優(yōu)于噴霧干燥,熱風(fēng)和熱泵干燥的差別不大;從口感上看,噴霧干燥的蛋白粉口感細(xì)膩,而真空冷凍的蛋白粉略有松軟感;從組織狀態(tài)上看,真空冷凍干燥的蛋白粉粉體狀態(tài)最佳,其次是熱泵和熱風(fēng)干燥,噴霧干燥的蛋白粉結(jié)塊較多,但很細(xì)膩。總體來(lái)看,噴霧干燥的感官評(píng)分最高,為75 分,其次是真空冷凍干燥(69 分)。
表 3 不同干燥技術(shù)制備的核桃粕蛋白粉主要營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)含量Table 3 Nutrient contents of walnut meal protein powders prepared by different drying technologies
水分含量作為檢測(cè)干制品的重要指標(biāo),其越高產(chǎn)品越容易結(jié)塊且容易被細(xì)菌感染發(fā)生霉變,從而影響產(chǎn)品貯藏品質(zhì)[31]。由表3可知,4 種干燥技術(shù)制備的核桃粕蛋白粉水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)在3.05%~3.91%之間,均低于4%,說(shuō)明4 種干燥均能達(dá)到較好的效果,產(chǎn)品水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)由低到高排序?yàn)椋赫婵绽鋬龈稍铮紵岜酶稍铮紵犸L(fēng)干燥<噴霧干燥,真空冷凍干燥制備的核桃粕蛋白粉水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低(3.05%),顯著低于其他3 種干燥技術(shù)(P<0.05);噴霧干燥制備的核桃粕蛋白粉水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高(3.91%),不利于產(chǎn)品貯藏。
由表3可知,不同干燥技術(shù)對(duì)核桃粕蛋白粉蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響達(dá)到差異顯著水平(P<0.05),產(chǎn)品蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)由高到低排序?yàn)椋赫婵绽鋬龈稍铮緡婌F干燥>熱泵干燥>熱風(fēng)干燥,真空冷凍干燥制備的蛋白粉蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)87.70%,其次是噴霧干燥的84.80%。真空冷凍干燥在低溫和真空條件下進(jìn)行干燥,蛋白結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定,從而使蛋白質(zhì)得到較好的保留[32];噴霧干燥的瞬間高溫引起熱敏性蛋白質(zhì)少量發(fā)生變性,從而導(dǎo)致其質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低;而熱泵和熱風(fēng)干燥長(zhǎng)時(shí)間加熱會(huì)引起更多蛋白變性。
由表3可知,不同干燥技術(shù)制備的核桃粕蛋白粉脂肪、灰分和碳水化合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)排序一致,從低到高排序均為真空冷凍干燥<噴霧干燥<熱泵干燥<熱風(fēng)干燥,且各干燥技術(shù)處理組差異均達(dá)到顯著水平(P<0.05),其中真空冷凍干燥獲得的核桃粕蛋白粉脂肪、灰分和碳水化合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)均最低,分別為7.13%、1.21%和0.91%。
表 4 不同干燥技術(shù)制備的核桃粕蛋白粉氨基酸組成及含量Table 4 Amino acid composition of walnut meal protein powders prepared by different drying technologies
由表4可知,核桃粕蛋白粉氨基酸種類(lèi)齊全,富含17 種氨基酸,未檢測(cè)到色氨酸,是因?yàn)榘被岷坎捎盟崴夥y(cè)定,色氨酸在HCl作用下被水解破壞[33]。其中谷氨酸、精氨酸、天冬氨酸的含量明顯較高,屬于核桃粕蛋白粉的特征氨基酸;含人體必需的7 種氨基酸,必需氨基酸含量占氨基酸總量的28.22%以上,說(shuō)明以核桃粕為原料生產(chǎn)的蛋白粉品質(zhì)優(yōu)良。不同干燥技術(shù)下制備的核桃粕蛋白粉必需氨基酸含量、總氨基酸含量由高到低排序均為真空冷凍干燥>噴霧干燥>熱泵干燥>熱風(fēng)干燥,與蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)成正比,與王穎倩等[34]的研究結(jié)果一致,可能是噴霧、熱泵和熱風(fēng)干燥的蛋白粉氨基酸發(fā)生了不同程度的美拉德反應(yīng),導(dǎo)致氨基酸含量降低[35];必需氨基酸相對(duì)含量則呈現(xiàn)出噴霧干燥>真空冷凍干燥>熱風(fēng)干燥>熱泵干燥。因此,真空冷凍干燥獲得的核桃粕蛋白粉必需氨基酸、總氨基酸含量均最高,分別為24.61、86.11 g/100 g。
表 5 不同干燥技術(shù)對(duì)核桃粕蛋白粉色度值的影響Table 5 Color parameters of walnut meal protein powders prepared by different drying technologies
為了避免感官視覺(jué)評(píng)價(jià)存在的主觀(guān)性和局限性,采用色差儀可以更加準(zhǔn)確客觀(guān)地判定產(chǎn)品的色澤。由表5可知,不同干燥技術(shù)對(duì)核桃粕蛋白粉L*、a*、b*值影響的差異均達(dá)到顯著水平(P<0.05),其中,噴霧干燥的核桃粕蛋白粉L*值高達(dá)90.63,其他3 種干燥技術(shù)的蛋白粉L*值則在61.29~70.61之間;噴霧干燥的a*值最低,為1.83,其他3 種干燥技術(shù)的a*值在4.91~6.39范圍內(nèi);b*值從高到低依次為真空冷凍干燥>熱泵干燥>熱風(fēng)干燥>噴霧干燥。上述結(jié)果表明噴霧干燥核桃粕蛋白粉亮度最大,色澤最白,而其他3 種干燥技術(shù)制備的蛋白粉均呈黑色、紅色和黃色,色澤較差。時(shí)文芳[20]、Joshi[36]等分別在小扁豆蛋白和蓮子蛋白中的研究也發(fā)現(xiàn),噴霧干燥蛋白粉的L*值大于真空冷凍干燥組,a*和b*值則小于真空冷凍干燥組。Ghribi等[30]研究表明,噴霧干燥制備的鷹嘴豆蛋白粉色澤顯著優(yōu)于40 ℃和50 ℃熱風(fēng)干燥。
表 6 不同干燥技術(shù)對(duì)核桃粕蛋白粉粒徑的影響Table 6 Effect of different drying technologies on particle size of walnut meal protein powder
跨度用于表征粉體粒度的均勻程度,跨度越小表示粉體分布越均勻[37-38];比表面積表征粉體粒徑,比表面積越大,表明粉體顆粒越小[39-40]。由表6可知,不同干燥技術(shù)對(duì)核桃粕蛋白粉跨度具有顯著影響(P<0.05),噴霧干燥的蛋白粉跨度最小(2.09),其次是真空冷凍干燥、熱泵干燥和熱風(fēng)干燥;粉體比表面積由高到低的干燥方式為噴霧干燥>真空冷凍干燥>熱泵干燥>熱風(fēng)干燥,噴霧干燥的蛋白粉比表面積最大(271.47 m2/kg),顯著高于其他3 種干燥技術(shù)(P<0.05)。這是由于噴霧干燥過(guò)程中霧化器將物料均勻分散成小霧滴,瞬間干燥成粉末狀,粉體粒徑小、分布較均勻[17];真空冷凍干燥流程中預(yù)凍和冷凍過(guò)程中物料均處于靜止?fàn)顟B(tài),料液隨意組合,粒徑較大且分布不均[23];而熱風(fēng)和熱泵因干燥時(shí)間較長(zhǎng),物料表面收縮硬化、組織緊密,因此粒徑大且尺寸不均勻[41]。
表 7 不同干燥技術(shù)對(duì)核桃粕蛋白粉吸水率及潤(rùn)濕性的影響Table 7 Effect of different drying technologies on hygroscopicity and wettability of walnut meal protein powder
吸水率指干制品在貯藏過(guò)程中吸收周?chē)h(huán)境中水分的能力,吸水率高的產(chǎn)品易發(fā)生粉體潮解結(jié)塊現(xiàn)象,降低產(chǎn)品的物理、化學(xué)和生物穩(wěn)定性,進(jìn)而影響產(chǎn)品品質(zhì)及貨架期[42]。由表7可知,不同干燥技術(shù)核桃粕蛋白粉吸水率由高到低依次為噴霧干燥>真空冷凍干燥>熱泵干燥>熱風(fēng)干燥,其中噴霧干燥獲得的蛋白粉吸水能力最高,達(dá)2.16%,顯著高于其他3 種干燥技術(shù)(P<0.05),真空冷凍干燥次之,熱泵干燥和熱風(fēng)干燥較小,兩者差異不顯著。噴霧干燥的核桃粕蛋白粉粒徑小、比表面積大、吸水性強(qiáng),因此產(chǎn)品的包裝應(yīng)選擇適宜的方式和材料;真空冷凍干燥制備的蛋白粉可能因形成孔隙結(jié)構(gòu),顆粒間較松散,易吸附水分,也可能與產(chǎn)品中糖的種類(lèi)和含量有關(guān)[43];蛋白粉在熱風(fēng)和熱泵干燥過(guò)程中長(zhǎng)時(shí)間受熱風(fēng)影響,表面急劇收縮,孔隙通路受阻,吸水率較低[44]。
潤(rùn)濕性是評(píng)價(jià)核桃粕蛋白粉沖調(diào)性能的關(guān)鍵指標(biāo),粉體在蒸餾水中潤(rùn)濕下沉?xí)r間越短,說(shuō)明產(chǎn)品在水中可較快地?cái)U(kuò)散,具有良好的沖調(diào)溶解性[44]。由表7可知,噴霧干燥的核桃粕蛋白粉濕潤(rùn)性最?。?39.33 s),與真空冷凍干燥組(153.33 s)差異不顯著,可能是噴霧干燥制備的蛋白粉粒徑較小、尺寸均勻,利于水分吸附與流動(dòng),而真空冷凍干燥的粉體組織結(jié)構(gòu)較疏松,因而潤(rùn)濕性低;熱泵和熱風(fēng)干燥的核桃粕蛋白粉潤(rùn)濕性均顯著高于噴霧和真空冷凍干燥組(P<0.05),可能與其粒徑較大、尺寸不均勻,且表面孔隙通路受阻有關(guān)。
圖 3 核桃粕蛋白粉SEM圖(×800)Fig. 3 Scanning electron microscope micrographs of walnut meal protein powder (× 800)
由圖3可知,不同干燥技術(shù)對(duì)核桃粕蛋白粉微觀(guān)結(jié)構(gòu)影響很大。熱風(fēng)和熱泵干燥的蛋白粉呈不規(guī)則塊狀結(jié)構(gòu),顆粒形狀大小不一、分布不均、表面不平整且有小的片狀物附著在上面,表面結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化,可能物料長(zhǎng)時(shí)間受熱風(fēng)影響發(fā)生了收縮變形。真空冷凍干燥的蛋白粉呈大片層結(jié)構(gòu)、形狀不規(guī)則,顆粒大小和分布不均,可能與物料靜止在低溫狀態(tài)下迅速形成冰晶,分子之間的共價(jià)鍵、靜電和疏水作用等使物料隨意組合有關(guān)[23];但較小的顆粒很少,表面結(jié)構(gòu)較光滑,與蓮子蛋白粉[20]、花生蛋白粉[23]和小扁豆蛋白粉[36]的研究結(jié)果一致。噴霧干燥的蛋白粉基本呈完整的圓球形,顆粒小且尺寸和分布相對(duì)較均勻,表面光滑圓潤(rùn);時(shí)文芳等[20]研究表明噴霧干燥的蓮子蛋白粉顆粒較小,外形基本完整,呈不規(guī)則、凹陷、折疊起皺的球形,可能因其進(jìn)樣溫度(170 ℃)較高,使物料瞬間干燥時(shí)表面張力較大,形成凹陷、折疊起皺的不規(guī)則表面,而本實(shí)驗(yàn)進(jìn)樣溫度為140 ℃,屬于低溫噴霧干燥,對(duì)核桃粕蛋白粉組織結(jié)構(gòu)起到很好的保護(hù)作用。
熱泵和熱風(fēng)干燥的核桃粕蛋白粉吸水率較低,耐貯藏,但色澤和品質(zhì)較差,其中熱風(fēng)干燥的核桃粕蛋白粉蛋白質(zhì)、必需氨基酸含量、總氨基酸含量、比表面積、L*值、吸水率最低,脂肪、灰分、碳水化合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)和跨度、潤(rùn)濕性最高。真空冷凍干燥的核桃粕蛋白粉粉體松散、無(wú)結(jié)塊,但色澤不佳,其集粉率、蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)、必需氨基酸含量、總氨基酸含量最高,水分、脂肪、灰分和碳水化合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低。噴霧干燥的核桃粕蛋白粉粉體細(xì)膩、色澤乳白,其感官總分、L*值、水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)、必需氨基酸相對(duì)含量、比表面積、吸水率最高,集粉率、a*值、b*值、跨度、潤(rùn)濕性最小。不同干燥技術(shù)對(duì)核桃粕蛋白粉組織結(jié)構(gòu)造成不同程度的影響,噴霧干燥的核桃粕蛋白粉呈圓球狀,粒徑小且均勻,表面光滑圓潤(rùn);真空冷凍干燥的蛋白粉顆粒較大,但表面光滑;而熱泵和熱風(fēng)干燥的蛋白粉顆粒大、尺寸不一,且表面結(jié)構(gòu)粗糙。
綜上所述,不同干燥技術(shù)對(duì)核桃粕蛋白粉品質(zhì)特性和微觀(guān)結(jié)構(gòu)有一定的影響,真空冷凍干燥技術(shù)可以較好地保留核桃粕蛋白粉的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),但色澤不佳、顆粒較大,而噴霧干燥制備的核桃粕蛋白粉感官質(zhì)量最高,營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)較好,粒徑小且均勻,細(xì)胞結(jié)構(gòu)保持較好。在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中,真空冷凍干燥耗時(shí)長(zhǎng)、能耗大、成本過(guò)高且處理量有限,不適合核桃粕蛋白粉工業(yè)化生產(chǎn);而噴霧干燥耗時(shí)短、能耗小、對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)影響較小,且適于連續(xù)自動(dòng)化生產(chǎn)、產(chǎn)能大,因此噴霧干燥是制備核桃粕蛋白粉的最好選擇,適用于工業(yè)生產(chǎn),但大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)還有待進(jìn)一步研究。本研究結(jié)果為核桃粕蛋白粉工業(yè)化干燥提供一定的技術(shù)參考。