噴霧干燥入口溫度對(duì)草莓粉品質(zhì)的影響

徐學(xué)玲，張 超，趙曉燕，馬 越

（北京市農(nóng)林科學(xué)院蔬菜研究中心、農(nóng)業(yè)部華北地區(qū)園藝作物生物學(xué)與種質(zhì)創(chuàng)制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、農(nóng)業(yè)部都市農(nóng)業(yè)（北方）重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 10097）

草莓屬于薔薇科草莓屬，含有葡萄糖、果糖、檸檬酸、蘋果酸、花青素、維生素及礦物質(zhì)等人體所需的營(yíng)養(yǎng)成分，被譽(yù)為“水果皇后”[1]。草莓質(zhì)地柔軟，生產(chǎn)季節(jié)性強(qiáng)，收獲時(shí)間集中，易破損，常溫下僅能存放2～3d[2]。因此，草莓系列產(chǎn)品的開發(fā)具有巨大意義。噴霧干燥可以直接使果汁溶液等干燥成粉狀或顆粒狀制品，得到的產(chǎn)品顆粒度小而均勻，具有良好的分散性和速溶性，而且物料在干燥過(guò)程中受熱時(shí)間短，營(yíng)養(yǎng)成分與風(fēng)味物質(zhì)能很好地保留。但是，噴霧干燥過(guò)程中，水分迅速被蒸發(fā)，常會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品形成玻璃態(tài)，而玻璃態(tài)結(jié)構(gòu)從熱力學(xué)角度是不穩(wěn)定的，易引發(fā)產(chǎn)品物理及化學(xué)性質(zhì)的變化，如結(jié)塊團(tuán)聚、氧化反應(yīng)等，對(duì)產(chǎn)品穩(wěn)定性有較大影響[3]。干燥過(guò)程中水分含量對(duì)玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度有著很大影響[4]，而噴霧干燥體系中噴霧干燥的入口溫度是控制產(chǎn)品水分含量的關(guān)鍵因素[5]。本文以新鮮草莓為原料，經(jīng)過(guò)漂燙、打漿、酶解等預(yù)處理，最后進(jìn)行噴霧干燥獲得草莓粉，研究噴霧干燥入口溫度對(duì)草莓粉理化特性的影響。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

草莓 品種為章姬，于當(dāng)?shù)厥袌?chǎng)購(gòu)買；麥芽糊精、β－環(huán)糊精 均為食品級(jí)；果膠酶（1.0U/mg）諾維信公司。

B－290噴霧干燥機(jī) 瑞士Buchi；果蔬打漿機(jī) 飛利浦；UV－1800紫外分光光度計(jì) 日本島津；差示掃描量熱儀 美國(guó)PerkinElmer；CM3700d色差儀 日本柯尼卡－美能達(dá)；高壓均質(zhì)機(jī) 美國(guó)GEA；水分活度儀 美國(guó)AUQU；冷場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡 日立S4800；激光粒度儀 美國(guó)Microtrac。

1.2 草莓粉噴霧干燥工藝流程

將新鮮草莓去蒂后，清洗，投入沸水中燙漂90s，并迅速在冰水浴中冷卻，瀝去多余水分后打漿，向草莓漿中添加物料重1‰的果膠酶，混合均勻，于50℃條件下酶解1.5h，并迅速滅酶。物料經(jīng)100目篩過(guò)濾，去除濾渣。向?yàn)V液中加入5%的麥芽糊精和2.5%的β－環(huán)糊精，混合均勻并均質(zhì)（30MPa），進(jìn)行噴霧干燥，入料流量為6mL/min、進(jìn)風(fēng)速率為0.67m3/mim，入口溫度分別為160、170、180℃，最終草莓粉真空包裝，避光貯藏。

1.3 草莓粉理化特性測(cè)定方法

溶水時(shí)間測(cè)定：取1g樣品于小燒杯中，加入20mL蒸餾水，在輕微勻速攪拌下，記錄樣品完全溶解所用的時(shí)間。

水分活度測(cè)定：采用水分活度儀測(cè)定，將草莓粉平鋪于樣品池內(nèi)，進(jìn)行測(cè)試。

花青素含量測(cè)定：采用pH示差法測(cè)定[6]。

包埋率測(cè)定：以花色苷含量計(jì)[6]。

顏色測(cè)定：參照Quek[7]等方法，采用基于CIE L*a*b*均勻色系統(tǒng)的全自動(dòng)色差計(jì)測(cè)定。L*值表征樣品亮度；a*表征紅色；b*表征黃色；色調(diào)角為h°=tan－1（b*/a*），表征顏色特性（0°表示紅色，90°表示黃色）；色度為c=（a*2+b*2）1/2，表征顏色飽和度。樣品測(cè)試前先用經(jīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)校準(zhǔn)的白色瓷磚進(jìn)行調(diào)白（L*=91.0，a*=+0.3165，b*=+0.3326）。

粒徑分布測(cè)定：采用激光粒度儀測(cè)定，采用干法進(jìn)樣方式測(cè)定。

DSC測(cè)定：采用差示量熱掃描儀，測(cè)試前校準(zhǔn)鋁盒溫度和熱流。在已稱重鋁盒中稱取1～4mg草莓粉，壓片，以空鋁盒壓片作對(duì)照。掃描溫度范圍10～80℃，通過(guò)加熱樣品獲得熱流曲線，升溫速度為10℃/min。

表面形態(tài)測(cè)定：參考Canoi－Chauca等[8]方法，稍作改進(jìn)，草莓粉表面結(jié)構(gòu)通過(guò)掃描電子顯微鏡觀察。用雙面膠將微量樣品均勻固定于試樣觀察臺(tái)上，在2.5kV高真空條件下，掃描電子顯微鏡濺射涂膜系統(tǒng)中噴金60s，噴金后的樣品在掃描電子顯微鏡15kV工作電壓條件下觀察，獲取1000倍顯微照片。

2 結(jié)果與分析

2.1 入口溫度對(duì)草莓粉顏色的影響

表1顯示噴霧干燥入口溫度對(duì)草莓粉顏色的影響。隨著入口溫度升高，草莓粉L*值下降，a*、b*值升高，h°、c值增大，這主要是因?yàn)楦邷匾鸩葺刑穷愇镔|(zhì)發(fā)生褐變反應(yīng)所致[7]；隨著入口溫度的升高，h°增大則是由于草莓汁中的花青素在高溫下結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，發(fā)生降解反應(yīng)所引起[9]；隨著入口溫度升高到180℃，草莓粉溶水后出現(xiàn)了焦糊味，可能是因?yàn)檩^高的入口溫度使得草莓粉發(fā)生了美拉德反應(yīng)。

表1 噴霧干燥入口溫度對(duì)草莓粉顏色的影響Table 1 Effect of inlet temperature on color of strawberry powder

2.2 入口溫度對(duì)草莓粉理化性質(zhì)的影響

表2顯示了噴霧干燥入口溫度對(duì)草莓粉理化性質(zhì)的影響，隨著噴霧干燥入口溫度升高，水分活度減小，溶水時(shí)間延長(zhǎng)。在噴霧干燥過(guò)程中，霧滴的干燥過(guò)程分為等速干燥和降速干燥兩個(gè)階段，在等速干燥階段，霧滴的溫度一直保持濕球溫度不變；在降速干燥階段，霧滴的溫度分布是從液滴內(nèi)部到外部逐漸升高[10]。噴霧干燥入口溫度越高，干燥過(guò)程進(jìn)入降速干燥階段時(shí)間就越早，對(duì)應(yīng)的干燥草莓粉的水分活度小，而水分活度小則其在溶水過(guò)程中吸附水分的耗時(shí)長(zhǎng)，草莓粉的溶水時(shí)間由16s延長(zhǎng)到25s。

表2 噴霧干燥入口溫度對(duì)草莓粉理化性質(zhì)的影響Table 2 Effect of inlet temperature on the properties of strawberry powder

隨著噴霧干燥入口溫度的升高，草莓粉的花青素含量隨之降低。這可能主要是由于花青素在高溫下結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定[9]，易發(fā)生降解所致。

當(dāng)噴霧干燥入口溫度升高時(shí)，草莓粉包埋率呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。因?yàn)槿肟跍囟壬?，壁材的成膜速度加快，從而包埋率升高，并?70℃時(shí)達(dá)到最大94.1%；但溫度進(jìn)一步升高，包埋率下降，這可能是由于溫度過(guò)高、水分蒸發(fā)過(guò)快，囊壁形成微小縫隙，微粒體系的黏度降低，從而導(dǎo)致包埋率下降[6]。

2.3 入口溫度對(duì)草莓粉晶型轉(zhuǎn)化溫度的影響

圖1顯示噴霧干燥入口溫度對(duì)草莓粉內(nèi)部晶型轉(zhuǎn)變溫度的影響。隨著噴霧干燥入口溫度由160℃升高到170℃，草莓粉的吸熱峰溫度由41.83℃升到47.34℃。該吸熱峰可能是由于草莓粉內(nèi)部某些晶型結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換所形成的，該溫度越高，證明草莓粉體系穩(wěn)定性越高，因此，在一定溫度范圍內(nèi)，隨著入口溫度的升高，草莓粉的穩(wěn)定性有所提高。

圖1 噴霧干燥入口溫度對(duì)草莓粉內(nèi)部晶型轉(zhuǎn)變溫度的影響Fig.1 Effect of inlet temperature on the transform temperature of strawberry powder

2.4 入口溫度對(duì)草莓粉表面形態(tài)的影響

圖2顯示了噴霧干燥入口溫度對(duì)草莓粉表面形態(tài)的影響。在入口溫度為160℃時(shí)，多數(shù)微粒發(fā)生粘連，表面有典型的皺褶、凹陷和孔洞現(xiàn)象，這是由于溫度相對(duì)較低，在噴霧干燥過(guò)程中液滴受熱不均勻所產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力所致[11]；入口溫度為170℃時(shí)，微粒間較為分散，粒徑均一，畸形粒少，表面光滑、無(wú)裂縫和折痕等，呈現(xiàn)良好的球狀結(jié)構(gòu)，表明壁材對(duì)芯材的包埋效果良好；入口溫度為180℃時(shí)，微粒大小不均，并有明顯縮皺凹陷現(xiàn)象，而且細(xì)小微粒明顯增多，這是由于噴霧干燥過(guò)程中溫度高水分蒸發(fā)快，微粒產(chǎn)生收縮、分子反應(yīng)和氫鍵鍵合等所導(dǎo)致[12]的。

圖2 噴霧干燥入口溫度對(duì)草莓粉表面形態(tài)的影響（1000×）Fig.2 Effect of inlet temperature on morphological structure of strawberry power（1000×）

2.5 入口溫度對(duì)草莓粉粒徑分布的影響

噴霧干燥入口溫度對(duì)草莓粉粒徑分布的影響見圖3。草莓粉粒徑主要分布在2～30μm范圍內(nèi)，但低溫時(shí)所得微粒的粒徑比高溫時(shí)大，粒徑分布也寬。隨著入口溫度由160℃上升到180℃，峰值由9.21μm下降到8.00μm，同時(shí)，粒徑分布寬度由11.39μm下降到10.85μm。原因在于當(dāng)噴霧干燥入口溫度較低時(shí)，料液霧滴瞬間成核速度較低，成核數(shù)量少，因此所得微粒粒徑較大；而此時(shí)由于微粒的析出以生長(zhǎng)為主，相應(yīng)地形成最終草莓粉的時(shí)間延長(zhǎng)，微粒相互間的團(tuán)聚和碰撞也導(dǎo)致草莓粉的均勻性變差，故粒徑分布變寬；隨著溫度的升高，料液蒸發(fā)速度加快，液滴達(dá)到過(guò)飽和態(tài)的時(shí)間縮短，故形成的微粒粒徑相應(yīng)減小，粒徑分布變窄[13]。由圖3可見，當(dāng)入口溫度為160℃時(shí)，粒徑分布在50～90μm處出現(xiàn)一個(gè)小峰，這主要是由于入口溫度較低時(shí)草莓粉的水分含量相對(duì)較高，導(dǎo)致粉末間出現(xiàn)粘連、結(jié)塊而使草莓粉的分散性變差、粒徑增大。

圖3 噴霧干燥入口溫度對(duì)草莓粉粒徑分布的影響Fig.3 Effect of inlet temperature on particle size distribution of strawberry powder

3 結(jié)論

噴霧干燥入口溫度對(duì)草莓粉品質(zhì)具有顯著影響，隨著入口溫度升高，草莓粉的顏色變淺；水分活度由0.108下降到0.0887；溶水時(shí)間由16s增加到25s；花青素含量由28.43mg/100g下降到23.61mg/100g；晶型轉(zhuǎn)變溫度由41.83℃提高到47.34℃；同時(shí)，草莓粉的包埋率及微粒結(jié)構(gòu)、粒徑分布等也均受到影響。以170℃作為入口溫度為宜，在此條件下可以得到包埋率較高，品質(zhì)較好的草莓粉。

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