噴霧干燥法制備山藥大果山楂固體飲料

劉艷 ，唐美玲 ，蔡文 ，商飛飛 ，李定金 ，段振華

1. 賀州學(xué)院食品與生物工程學(xué)院（賀州 542899）；2. 賀州學(xué)院食品科學(xué)與工程技術(shù)研究院（賀州 542899）；3. 廣西果蔬保鮮和深加工研究人才小高地（賀州 542899）；4. 大連工業(yè)大學(xué)食品學(xué)院（大連 116034）

山藥富含淀粉、多糖、蛋白質(zhì)、黏液質(zhì)和淀粉酶等成分，并含有人體必需的微量元素，營養(yǎng)價(jià)值和藥用價(jià)值極高[1]，具有調(diào)節(jié)免疫力、調(diào)節(jié)腸胃功能、抗腫瘤、抗病毒、抗氧化、降血脂等藥用功效[2]。新鮮山藥由于水分含量高而容易腐爛，所以對(duì)山藥的加工顯得尤為重要。大果山楂屬于南山楂的一種，由小果南山楂經(jīng)選育嫁接而成，是我國特有的藥果兼用樹種，在廣西地區(qū)多有種植[3]。大果山楂果皮青綠色，果肉黃白色，肉質(zhì)細(xì)嫩、脆爽，因其富含黃酮、多酚、三萜、多糖等成分，具有抗氧化、抗癌細(xì)胞增殖、抗腫瘤、降血壓、降血脂、護(hù)肝、提高免疫力等作用[4-7]。大果山楂含水量高，易褐變和腐爛，對(duì)其深加工可延長保質(zhì)期，提高產(chǎn)品附加值。

固體飲料因風(fēng)味獨(dú)特、攜帶方便、保存容易、營養(yǎng)豐富、便于沖調(diào)飲用等特點(diǎn)，深受消費(fèi)者的喜愛。近年來，固體飲料行業(yè)發(fā)展迅猛，而且隨著時(shí)代的變化，消費(fèi)觀念的轉(zhuǎn)變，固體飲料也正朝保健型、復(fù)合果蔬風(fēng)味型的方向發(fā)展[8]。目前，加工固體飲料的方法主要有熱風(fēng)干燥、噴霧干燥、真空冷凍干燥、超微粉碎、流化床造粒等[9-10]。其中，噴霧干燥法能很好地保留原料的營養(yǎng)和風(fēng)味成分，且固體飲料的溶解性和分散性較好，常用于高果汁含量液態(tài)物料的干燥，特別適合干燥熱敏性物料[11]。另外，噴霧干燥法操作簡便，容易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，故被廣泛應(yīng)用于固體飲料加工中[12-13]。

此次試驗(yàn)以山藥和大果山楂為原料，β-環(huán)狀糊精為助干劑，采用噴霧干燥法制備新型復(fù)合固體飲料，通過單因素試驗(yàn)結(jié)合正交試驗(yàn)優(yōu)化噴霧干燥法加工山藥大果山楂固體飲料的工藝條件，以期為山藥大果山楂固體飲料的生產(chǎn)提供技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

山藥、大果山楂（由廣西賀州正豐現(xiàn)代農(nóng)業(yè)股份有限公司提供）；白砂糖（食品級(jí)，佛山市層層高食品有限公司）；食鹽（食品級(jí)，孝感廣鹽華源制鹽有限公司）；卵磷脂、β-環(huán)狀糊精（食品級(jí)，河北萬利達(dá)生物科技有限公司）。

1.2 儀器與設(shè)備

數(shù)顯高速分散均質(zhì)機(jī)（FJ200-SH型，上海標(biāo)本模型廠）；豆?jié){沙冰調(diào)理機(jī)（JD-322型，廣州金達(dá)機(jī)電設(shè)備有限公司）；水分測(cè)定儀（MA150型，德國賽多利斯股份有限公司）；全自動(dòng)色差儀（CR10型，日本美能達(dá)有限公司）；電子天平（JJ1000型，常熟市雙杰測(cè)試儀器廠）；高速離心噴霧干燥機(jī)（DFRD-5型，無錫市大峰噴霧干燥設(shè)備有限公司）。

1.3 方法

1.3.1 工藝流程

原料選擇→清洗→去皮、切片→護(hù)色→混合打漿→調(diào)配→均質(zhì)→噴霧干燥→成品

1.3.2 操作重點(diǎn)

1) 原料選擇、清洗：選擇無褐變、無機(jī)械損傷的新鮮大果山楂和山藥，采用流動(dòng)水清洗，去除表面污垢并瀝干。

2) 去皮、切片：山藥和大果山楂采用人工去皮，并去掉大果山楂果核，再將山藥和大果山楂均切成3～5 mm薄片。

3) 護(hù)色：山藥薄片和大果山楂薄片均在0.5%食鹽溶液中進(jìn)行10～15 min護(hù)色處理。

4) 混合打漿：將等質(zhì)量的山藥薄片和大果山楂薄片置于調(diào)理機(jī)中，加入一定量的蒸餾水，接著進(jìn)行混合打漿8 min。

5) 調(diào)配、均質(zhì)：山藥大果山楂混合漿液中加入1.0%卵磷脂、2.0%白砂糖和一定量的β-環(huán)狀糊精進(jìn)行調(diào)配，然后以6 000 r/min均質(zhì)12 min。

6) 噴霧干燥：設(shè)定霧化器轉(zhuǎn)速20 000 r/min，進(jìn)行混合漿液噴霧干燥試驗(yàn)。

7) 成品：噴霧干燥所得固體飲料成品易吸濕受潮，故冷卻至室溫后及時(shí)裝入密封包裝袋，放于干燥、密閉處保存。

1.3.3 單因素試驗(yàn)

1) 物料固液比對(duì)噴霧干燥效果的影響：固定進(jìn)風(fēng)溫度180 ℃，β-環(huán)狀糊精添加量為山藥大果山楂混合漿液總質(zhì)量的8%，進(jìn)料速度25 r/min?？疾觳煌锪瞎桃罕龋?∶1，1∶2，1∶3，1∶4和1∶5 g/mL）對(duì)山藥大果山楂固體飲料噴霧干燥效果的影響。

2) 進(jìn)風(fēng)溫度對(duì)噴霧干燥效果的影響：固定β-環(huán)狀糊精添加量為山藥大果山楂混合漿液總質(zhì)量的8%，進(jìn)料速度25 r/min，物料固液比1∶3（g/mL）。考察不同進(jìn)風(fēng)溫度（160，170，180，190和200 ℃）對(duì)山藥大果山楂固體飲料噴霧干燥效果的影響。

3) 進(jìn)料速度對(duì)噴霧干燥效果的影響：固定進(jìn)風(fēng)溫度180 ℃，β-環(huán)狀糊精添加量為山藥大果山楂混合漿液總質(zhì)量的8%，物料固液比1∶3（g/mL）?？疾觳煌M(jìn)料速度（15，20，25，30和35 r/min）對(duì)山藥大果山楂固體飲料噴霧干燥效果的影響。

4)β-環(huán)狀糊精添加量對(duì)噴霧干燥效果的影響：固定進(jìn)風(fēng)溫度180 ℃，進(jìn)料速度25 r/min，物料固液比1∶3（g/mL）?？疾觳煌?環(huán)狀糊精添加量（0%，2%，4%，6%和8%）對(duì)山藥大果山楂固體飲料噴霧干燥效果的影響。

1.3.4 正交試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以出粉率為考察指標(biāo)，對(duì)物料固液比、進(jìn)風(fēng)溫度、進(jìn)料速度和β-環(huán)狀糊精添加量4個(gè)因素分別選取3個(gè)水平設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)，每組試驗(yàn)重復(fù)3次。

1.4 指標(biāo)測(cè)定與方法

1.4.1 水分含量

取0.5～1.0 g樣品放入水分測(cè)定儀，在105 ℃下測(cè)定山藥大果山楂固體飲料的水分含量。

1.4.2 出粉率

山藥大果山楂固體飲料出粉率的測(cè)定參考任廣躍等[14]的方法，出粉率按照式（1）計(jì)算：

式中：M0為山藥大果山楂固體飲料的總質(zhì)量，g；M1為新鮮山藥薄片和大果山楂薄片的總質(zhì)量，g；M2為β-環(huán)狀糊精的質(zhì)量，g。

1.4.3 色澤

色澤用全自動(dòng)色差儀測(cè)定，采用CIELAB表色系統(tǒng)，即L*、a*、b*表色系統(tǒng)，L*值表示明度指數(shù)，a*值表示紅綠色度，b*值表示黃藍(lán)色度[15-16]。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 物料固液比對(duì)噴霧干燥效果的影響

物料固液比對(duì)山藥大果山楂固體飲料色澤的影響如表1所示。山藥大果山楂固體飲料的亮度L*值隨溶劑（蒸餾水）添加量增大而增大，山藥大果山楂固體飲料略帶黃綠色，a*值在-6.53～-3.90之間變化，b*在11.23～18.00之間變化，隨著物料固液比增大，a*值和b*值均變小。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，L*值越大，a*值和b*值越接近0，產(chǎn)品色澤越好[17]，說明隨著山藥大果山楂混合漿液濃度變稀，山藥大果山楂固體飲料色澤越好。

表1 物料固液比對(duì)山藥大果山楂固體飲料色澤的影響

從圖1可知，隨著溶劑（蒸餾水）添加量的增大，山藥大果山楂固體飲料出粉率先增加后降低，而水分含量逐漸增大。

圖1 物料固液比對(duì)山藥大果山楂固體飲料出粉率和水分含量的影響

這是因?yàn)榛旌蠞{液太濃稠，噴霧干燥效果不佳，而混合漿液稀則黏度低，噴霧干燥效果較好，但水分蒸發(fā)量加大，則干燥時(shí)間和生產(chǎn)成本顯著增加[18]。物料固液比在1∶1～1∶2（g/mL）范圍內(nèi)，混合漿液黏稠且流動(dòng)性差，容易堵塞噴嘴，致使噴霧干燥效果不好，因而出粉率較低；當(dāng)物料固液比為1∶3（g/mL）時(shí)，噴霧干燥效果最好，出粉率高達(dá)17.82%；當(dāng)物料固液比為1∶4～1∶5（g/mL）時(shí)，漿液含水量高，粘壁現(xiàn)象加劇，固體飲料干燥不充分，其水分含量升高，出粉率降低。綜合考慮，選擇最佳物料固液比1∶3（g/mL）。

2.1.2 進(jìn)風(fēng)溫度對(duì)噴霧干燥效果的影響

進(jìn)風(fēng)溫度作為噴霧干燥中非常重要的加工工藝參數(shù)之一，不僅影響成品的水分含量，還影響成品的出粉率，且對(duì)成品品質(zhì)起著確定性作用[19]。由表2可知，隨著進(jìn)風(fēng)溫度的升高，山藥大果山楂固體飲料的亮度L*先升高后降低，當(dāng)進(jìn)風(fēng)溫度為190 ℃時(shí)，亮度L*值達(dá)到最大（90.45），a*值隨著進(jìn)風(fēng)溫度的升高而先降后升，b*值變化不規(guī)律。

表2 進(jìn)風(fēng)溫度對(duì)山藥大果山楂固體飲料色澤的影響

由圖2可知，隨著進(jìn)風(fēng)溫度的升高，山藥大果山楂固體飲料出粉率逐漸升高并趨于平緩，而水分含量隨著進(jìn)風(fēng)溫度升高呈先降低后升高的趨勢(shì)。這是因?yàn)樯剿幋蠊介旌蠞{液中的氣流分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的劇烈程度隨著進(jìn)風(fēng)溫度的升高而加劇，水分蒸發(fā)速率加快，從而提高出粉率；在進(jìn)風(fēng)溫度較低時(shí)，混合漿液不能在干燥塔內(nèi)完全干燥，故出現(xiàn)黏壁現(xiàn)象，導(dǎo)致出粉率較低，水分含量較高[20-21]。當(dāng)進(jìn)風(fēng)溫度達(dá)到200℃時(shí)，可觀察到干燥室內(nèi)粘壁現(xiàn)象嚴(yán)重，而且粘壁物料有輕微的焦糊現(xiàn)象，嚴(yán)重影響固體飲料的品質(zhì)。綜合考慮產(chǎn)品的色澤、出粉率和水分含量，確定180 ℃為噴霧干燥的最佳進(jìn)風(fēng)溫度。

圖2 進(jìn)風(fēng)溫度對(duì)山藥大果山楂固體飲料出粉率和水分含量的影響

2.1.3 進(jìn)料速度對(duì)噴霧干燥效果的影響

由表3可知，山藥大果山楂固體飲料的亮度L*值隨著進(jìn)料速度的增大而增大，隨后趨于平穩(wěn)。而a*值和b*值隨著進(jìn)料速度的增大而減小，固體飲料偏黃綠色。

表3 進(jìn)料速度對(duì)山藥大果山楂固體飲料色澤的影響

從圖3可知，山藥大果山楂固體飲料出粉率隨著進(jìn)料速度增大而先升高后下降；當(dāng)進(jìn)料速度為25 r/min時(shí)，出粉率達(dá)到最大值，為17.82%。而水分含量隨著進(jìn)料速度增大而升高，當(dāng)進(jìn)料速度大于30 r/min時(shí)，水分含量急劇升高。這是因?yàn)檫M(jìn)料速度較小時(shí)，混合漿液霧滴輕且細(xì)，漿液大部分粘到干燥室內(nèi)壁，未被旋風(fēng)分離器分離；進(jìn)料速度過大會(huì)使霧滴變大，在供熱恒定的情況下，出風(fēng)溫度降低，致使很多霧滴干燥不完全，并在干燥塔內(nèi)出現(xiàn)粘壁現(xiàn)象，使得產(chǎn)品出粉率降低，水分含量升高[22]。綜合考慮產(chǎn)品的色澤、出粉率和水分含量，進(jìn)料速度25 r/min適宜。

圖3 進(jìn)料速度對(duì)山藥大果山楂固體飲料出粉率和水分含量的影響

2.1.4β-環(huán)狀糊精添加量對(duì)噴霧干燥效果的影響

在固體飲料生產(chǎn)中添加環(huán)狀糊精可以保持保留產(chǎn)品香味，防止吸潮和防潮解[23]。在噴霧干燥過程中，添加β-環(huán)狀糊精可作為助干劑，加速干燥過程，提高產(chǎn)品得率。由表4可知，β-環(huán)狀糊精添加量對(duì)山藥大果山楂固體飲料的亮度L*值、a*值和b*值影響不顯著。

如圖4所示，β-環(huán)狀糊精添加量在0～4%范圍內(nèi)增加，山藥大果山楂固體飲料出粉率迅速升高；當(dāng)β-環(huán)狀糊精添加量為4%時(shí)，出粉率達(dá)到最高（17.84%）；再增加β-環(huán)狀糊精添加量，出粉率稍有下降。這是因?yàn)棣?環(huán)狀糊精能促進(jìn)混合漿液干燥；但β-環(huán)狀糊精達(dá)到一定量后助干效果不顯著，另外過量添加β-環(huán)狀糊精會(huì)影響產(chǎn)品的外觀品質(zhì)和風(fēng)味[24]。而山藥大果山楂固體飲料水分含量隨著β-環(huán)狀糊精添加量增加而不斷降低。綜合考慮產(chǎn)品的色澤、出粉率和水分含量，β-環(huán)狀糊精適宜添加量為4%。

表4 β-環(huán)狀糊精添加量對(duì)山藥大果山楂固體飲料色澤的影響

圖4 β-環(huán)狀糊精添加量對(duì)山藥大果山楂固體飲料出粉率和水分含量的影響

2.2 正交試驗(yàn)結(jié)果與分析

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以出粉率為考察指標(biāo)，選取物料固液比、進(jìn)風(fēng)溫度、進(jìn)料速度和β-環(huán)狀糊精添加量4個(gè)因素設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)，見表5。對(duì)噴霧干燥山藥大果山楂固體飲料的工藝條件進(jìn)行優(yōu)化，正交試驗(yàn)結(jié)果見表6。

表5 正交試驗(yàn)因素水平表

如表6所示，比較極差R可知，各因素對(duì)山藥大果山楂固體飲料出粉率的影響大小順序?yàn)锳＞B＞D＞C，即物料固液比＞進(jìn)風(fēng)溫度＞β-環(huán)狀糊精添加量＞進(jìn)料速度，山藥大果山楂固體飲料噴霧干燥最佳工藝條件為A2B3C3D2，即物料固液比1∶3（g/mL），進(jìn)風(fēng)溫度190 ℃，進(jìn)料速度30 r/min，β-環(huán)狀糊精添加量4%。

由表7可知，在噴霧干燥法制備山藥大果山楂固體飲料工藝中，物料固液比、進(jìn)風(fēng)溫度、進(jìn)料速度和β-環(huán)狀糊精添加量這4個(gè)因素均對(duì)山藥大果山楂固體飲料出粉率的影響不顯著。

表6 正交試驗(yàn)結(jié)果

表7 正交試驗(yàn)方差分析表

2.3 驗(yàn)證試驗(yàn)

對(duì)正交試驗(yàn)優(yōu)化得到的最佳工藝條件進(jìn)行3次重復(fù)驗(yàn)證試驗(yàn)，干燥山藥大果山楂固體飲料的平均出粉率為19.26%，高于正交試驗(yàn)的各組結(jié)果，說明該工藝參數(shù)穩(wěn)定可靠。在此最佳工藝條件下，得到的山藥大果山楂固體飲料水分含量為5.04%，亮度L*值為89.17，a*值為-5.23，b*值為12.09。

3 結(jié)論

通過單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)，得到噴霧干燥法加工山藥大果山楂固體飲料的最佳工藝條件。結(jié)果表明，各因素對(duì)山藥大果山楂固體飲料出粉率的影響順序?yàn)槲锪瞎桃罕龋具M(jìn)風(fēng)溫度＞β-環(huán)狀糊精添加量＞進(jìn)料速度，4個(gè)因素對(duì)山藥大果山楂固體飲料出粉率的影響均不顯著。噴霧干燥法加工山藥大果山楂固體飲料的最佳工藝條件為物料固液比1∶3（g/mL），進(jìn)風(fēng)溫度190 ℃，進(jìn)料速度30 r/min，β-環(huán)狀糊精添加量4%。在此工藝條件下，產(chǎn)品出粉率為19.26%，水分含量為5.04%，亮度L*值為89.17，a*值為-5.23，b*值為12.09。產(chǎn)品風(fēng)味較好，具有濃郁的大果山楂和山藥的香味。此次試驗(yàn)對(duì)山藥大果山楂復(fù)合固體飲料的開發(fā)具有一定的參考價(jià)值。