不同預(yù)處理方式對西蘭花等外品熱風(fēng)干燥粉體性質(zhì)的影響

張 明,馬 超,楊立風(fēng),王崇隊,范 祺,孟曉峰,吳茂玉

(中華全國供銷合作總社濟南果品研究院,山東濟南 250014)

西蘭花又稱青花菜、綠菜花、意大利芥藍,屬十字花科蕓薹屬甘藍的一個變種,它原產(chǎn)于地中海東部沿岸,19世紀(jì)末傳入中國[1]。其富含蛋白質(zhì)、維生素、礦物質(zhì)、胡蘿卜素等多種營養(yǎng)元素,還含有多酚類、黃酮類等天然抗氧化組分,具有抗氧化、抗癌等多重功效[2-4]。

目前,除鮮食外,速凍是蔬菜加工的主要方式[5]。西蘭花等外品是西蘭花速凍加工中產(chǎn)生的副產(chǎn)物,包含殘次朵、黃斑朵等不符合商品化要求的下腳料,其營養(yǎng)組成與商品化產(chǎn)品類似,是優(yōu)質(zhì)的副產(chǎn)物資源。由于缺乏有效的高值利用途徑,這種優(yōu)質(zhì)的副產(chǎn)物資源通常被作為肥料、飼料,或被直接丟棄,不僅造成了極大的資源浪費,同時污染環(huán)境?？紤]到其整朵外觀不符合商品化要求,且其水分含量較高,不宜加工、保存和運輸,干燥制粉處理是一種切實可行的高值利用途徑,所得粉體既可以作為食品配料應(yīng)用于烘焙、固體飲料等領(lǐng)域,也可作為提取原料提取其中的膳食纖維等功能成分。熱風(fēng)干燥具有操作簡單、生產(chǎn)成本低等特點,是目前果蔬干制中最主要的加工形式,但也存在干燥時間長、干燥品質(zhì)差、營養(yǎng)損失大等缺點,研究表明,蒸制、燙漂、切分形式等預(yù)處理方式對改善物料色澤和物理加工特性、減少營養(yǎng)成分流失、縮短干燥時間等方面具有積極作用[6-7],目前對于西蘭花等外品熱風(fēng)干燥工藝預(yù)處理方式的研究還未見相關(guān)報道。

本研究擬考察蒸汽蒸制、燙漂、切小丁等不同預(yù)處理方式對西蘭花等外品熱風(fēng)干燥粉體性質(zhì)和營養(yǎng)品質(zhì)的影響,以期找出合理的預(yù)干燥方式,為西蘭花及西蘭花副產(chǎn)物精深加工和高值利用提供一定的理論借鑒。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

西蘭花等外品 日照市莒縣恒寶食品有限公司;魯花花生調(diào)和油 濟南銀座商城章丘店。

WZD4S-01型微波真空設(shè)備 南京三樂微波技術(shù)發(fā)展有限公司;真空冷凍干燥設(shè)備Alpha 1-2 LD plus 德國Marin Christ 公司;RXH-B-1型熱風(fēng)循環(huán)烘箱 江陰市宏達粉體設(shè)備有限公司;DPH1000-4型果蔬膨化設(shè)備 天津市勤德新材料科技有限公司;噴霧干燥設(shè)備 上海大川原干燥設(shè)備有限公司;BQ-32C型多功能電蒸鍋 廣東半球?qū)崢I(yè)集團公司;標(biāo)準(zhǔn)檢驗篩 80目，浙江上虞市金鼎標(biāo)準(zhǔn)篩具廠;TGL-10B型高速臺式離心機 上海安亭科學(xué)儀器廠;RH-600A型高速粉碎機 永康市榮浩工貿(mào)有限公司;BT-9300H型激光粒度分布儀 丹東百特儀器有限公司;WSC-S型測色色差計 上海儀電物理光學(xué)儀器有限公司;MB23型水分測定儀 奧豪斯儀器(上海)有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 西蘭花等外品熱風(fēng)干燥粉體(簡稱HBD粉)制備 燙漂10 s/30 s HBD粉:西蘭花等外品洗凈,小朵劈半,置于90～95 ℃熱水中分別燙漂10、30 s,迅速撈出,置于冷水中冷卻,瀝干,擺盤,放入恒溫?zé)犸L(fēng)烘箱中,60 ℃條件下烘至物料水分7%以下,冷卻后物料用高速粉碎機打粉,每次30 s,間隔5 min,重復(fù)3次,過80目篩,分別得到燙漂10、30 s HBD粉,將粉體用鋁箔袋密封置于干燥器中儲存?zhèn)溆谩?/p>

蒸汽蒸制10 s/30 s HBD粉:西蘭花等外品洗凈,小朵劈半,電蒸鍋燒水,待水沸10 min后將西蘭花等外品放至蒸籠,分別蒸制10、30 s,迅速取出,冰水冷卻,按照上述步驟進行干燥、制粉處理,分別得到蒸汽10、30 s HBD粉,將粉體用鋁箔袋密封置于干燥器中儲存?zhèn)溆谩?/p>

劈半(對照)/小丁HBD粉:西蘭花等外品洗凈,小朵劈半或0.5 cm左右小丁,擺盤,按照上述步驟進行干燥、制粉處理,分別得到劈半、小丁HBD粉,將粉體用鋁箔袋密封置于干燥器中儲存?zhèn)溆谩?/p>

1.2.2 HBD粉體物理性質(zhì)測定

1.2.2.1 色澤測定 采用CIELAB表色系統(tǒng)測定HBD粉的L*,a*和b*值,其中L*代表明度指數(shù),從黑暗(L*=0)到明亮(L*=100)的變化;a*代表顏色從綠色(-a*)到紅色(+a*)的變化,b*代表顏色從藍色(-b*)到黃色(+b*)的變化,所測樣品顏色也可以用色差值(ΔE)表示,即樣品的L、a、b值與標(biāo)準(zhǔn)板之間的差值,具體計算公式如下:

式中:ΔL、Δa、Δb表示為樣品的L、a、b值與標(biāo)準(zhǔn)板的L*、a*、b*值之間的差值。

1.2.2.2 粒徑和比表面積測定 運用激光粒度分布儀分析HBD粉的粒徑分布和比表面積。以異丁醇為沉降介質(zhì),首先進行空白標(biāo)定,要求背景值在2.0以內(nèi),取少許樣品,緩慢進樣,待遮光率值達到10%～20%區(qū)間范圍內(nèi),停止進樣,開啟超聲,超聲分散30 s后,進行測定,每個樣品重復(fù)測定10次。

1.2.2.3 含水量、休止角、滑動角測定 含水量采用水分測定儀進行測定。

休止角:將一漏斗垂直固定于鐵架臺上,漏斗最下端與水平面保持一定距離,取適量粉體,使其均勻通過玻璃漏斗自由落在平面上,直到粉體堆成的圓錐體的最高點碰觸到漏斗最下端為止,測量此時圓錐體直徑D[8],每個樣品重復(fù)測定5次。計算公式如下:

其中:θ為粉體的休止角(°);H為漏斗最下端距離水平面的距離(cm);D為粉體堆成的圓錐體的直徑(cm)。

滑動角:取一長方形光滑玻璃板,稱取5 g粉體,置于玻璃板中心處,固定玻璃板一側(cè),緩慢抬起另一側(cè),直至超過90%粉體滑落,標(biāo)記此位置,此時玻璃板與水平面之間的夾角即為滑動角θ(°)[9],每個樣品重復(fù)測定5次。

1.2.2.4 堆積密度測定 分別精確稱取15 g HBD粉,轉(zhuǎn)入50 mL量筒中,盡量減少筒壁粘連,充分振實,直至量筒內(nèi)粉體體積不再變化,讀取粉體體積,重復(fù)測定3次,取平均值[10]。

1.2.2.5 膨脹力、持水力、持油力、水溶性指數(shù)(Water soluble index,WSI)測定[11]膨脹力測定:分別稱取6種HBD粉各1 g,置于標(biāo)有刻度的試管中,讀取干基體積(mL),緩慢加入10 mL蒸餾水,充分振蕩,室溫下靜置24 h,待粉體充分吸水沉降后,記錄沉淀體積(mL),按如下公式計算粉體膨脹力。

持水力測定:分別稱取6種HBD粉各1 g,置于100 mL燒杯中,加入40 mL的蒸餾水,置于搖床中,慢速振蕩30 min,隨后將樣液轉(zhuǎn)移至離心管中,于室溫、5000 r/min條件下離心20 min,除去上清液,稱量沉淀質(zhì)量。計算公式如下:

持油力測定:分別稱取6種HBD粉各5 g,置于50 mL離心管中,邊振蕩邊緩慢加入40 g花生調(diào)和油,充分混勻后靜置30 min,隨后以5000 r/min條件下離心20 min,稱取上清油液質(zhì)量,按照如下公式計算持油力:

水溶性指數(shù)(WSI)測定:分別稱取6種HBD粉各1 g(M0),置于100 mL三角瓶中,邊振蕩邊緩慢加入40 mL蒸餾水,充分混勻后,于80 ℃恒溫水浴條件下靜置30 min,冷卻后將樣液轉(zhuǎn)移至50 mL離心管中,于室溫下6000 r/min離心10 min,取上清液置于預(yù)先稱重的干燥燒杯(M1)中,先用電爐加熱除去絕大部分水分,然后置于105 ℃恒溫烘箱中烘至恒重,稱取干燥后燒杯和樣品質(zhì)量(M2),WSI按照如下公式計算:

1.2.2.6 吸濕性測定[12]分別精準(zhǔn)稱取5 g HBD粉于預(yù)先干燥的敞口干燥皿中,將干燥皿放置在干燥器隔板上,隔板下方盛裝飽和NaCl溶液,對干燥器進行密封,在25 ℃環(huán)境下靜置7 d,測定HBD粉吸濕率。

式中,M為初始粉的質(zhì)量(g);Δm為平衡后粉質(zhì)量的增加量(g);Mi為初始粉干物質(zhì)的含水量(g)。

1.2.3 西蘭花老莖粉營養(yǎng)品質(zhì)測定

1.2.3.1 還原糖 參照GB5009.7-2016《食品中還原糖的測定》中直接滴定法測定。

1.2.3.2 總糖 參照GB/T15672-2009《食用菌中總糖含量的測定》所述方法測定。

1.2.3.3 VC含量測定 參照GB5009.86-2016《食品中抗壞血酸的測定》2,6-二氯靛酚滴定法測定。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

數(shù)據(jù)統(tǒng)計均采用SPSS進行ANOVA單因素方差分析和Ducan’s多重檢驗(p<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 HBD粉物理性質(zhì)測定

2.1.1 不同預(yù)處理方式對HBD粉色澤的影響 新鮮西蘭花呈深綠色。由表1可知,L*值從大到小依次為蒸汽10 s、小丁、劈半、燙漂30 s、燙漂10 s、蒸汽30 s，而蒸汽10 s HBD粉亮度最大,其次是小丁,蒸汽30 s最差；a*值從大到小依次為劈半、小丁、蒸汽10 s、蒸汽30 s、燙漂10 s、燙漂30 s。其中燙漂10 s、燙漂30 s偏綠程度最大,劈半、小丁偏紅程度最大；b*值中劈半、蒸汽10 s較高,說明偏黃程度較大,燙漂10 s、燙漂30 s相對稍低。綜合比較可以看出,燙漂30 s、燙漂10 s對物料色澤保持效果明顯優(yōu)于劈半(對照)及其他3種預(yù)處理方式,其次是蒸汽30 s和蒸汽10 s,只經(jīng)劈半和小丁處理的樣品色澤退化最為嚴(yán)重。此外,燙漂10 s和燙漂30 s的總色差ΔE較小,顯著低于其他預(yù)處理方式(p<0.05)。原因可能是,適當(dāng)?shù)臏囟群吞幚頃r間可鈍化多酚氧化酶等氧化酶的活性,防止因酶促反應(yīng)造成的褐變,溫度越高,鈍化效果越好。研究表明,在80～95 ℃條件下短時間預(yù)處理,葉綠素損失較小,而超過100 ℃后,隨著溫度和時間的變化,葉綠素脫鎂脫植醇,造成不同程度的損失[13]。燙漂相對蒸汽溫度較低,葉綠素損失較少。燙漂30 s和蒸汽30 s比燙漂10 s和蒸汽10 s鈍酶效果更徹底,且均在可控時間內(nèi),葉綠素損失相對較少。

表1 預(yù)處理方式對HBD粉色澤的影響Table 1 Effect of pretreatment methods color parameters of HBD powder

2.1.2 不同預(yù)處理方式對HBD粉粒徑的影響 D10、D50、D90分別表示粉體粒徑小于某一值時累計率為10%、50%、90%,其中D50為粒徑的中值,又稱中位徑或平均粒徑,最具代表性。6種粉體的粒徑分析結(jié)果如表2所示。由表可知,6種干燥粉體經(jīng)相同粉碎處理后,D50大小依次為燙漂30 s>蒸汽30 s>劈半>燙漂10 s>小丁>蒸汽10 s,經(jīng)蒸汽30 s、燙漂30 s處理的粉體粒徑要顯著大于蒸汽10 s和燙漂10 s(p<0.05)?？缍扔糜诒碚鞣垠w粒度分布的寬度,跨度越大,粒度分布約分散。6種干燥粉體跨度較為接近,蒸汽30 s、劈半粉體最為分散,蒸汽10 s和小丁跨度最小,粉體分布較均勻?？赡苁怯捎谡羝?0 s和燙漂30 s在高溫條件下處理時間較長,物料表面急劇收縮,組織緊密,較難粉碎[11]。

表2 預(yù)處理方式對HBD粉粒徑的影響Table 2 Effect of pretreatment methods on particle sizes of HBD powder

2.1.3 不同預(yù)處理方式對HBD粉流動性和壓縮成型性的影響 良好的粉體流動性是保障片劑、膠囊等制劑正常生產(chǎn)的前提。休止角和滑動角反映粉體的流動性,休止角越小,摩擦力越小,流動性越好,一般認為休止角θ≤30 °時流動性好,休止角θ≤40 °時可以滿足生產(chǎn)過程中的流動性需求[14]。由表3可得,休止角大小順序依次為蒸汽10 s>小丁>燙漂10 s>劈半>蒸汽30 s>燙漂30 s,滑動角結(jié)果與其基本一致。結(jié)合比表面積分析結(jié)果可以看出,粉體比表面積越大,表面聚合力和黏著力隨之增強,顆粒發(fā)生團聚導(dǎo)致流動性變差。堆積密度影響壓片成型,研究表明,堆積密度越大,越有利于壓片成型[11]。燙漂30 s和蒸汽30 s堆積密度要顯著大于其它4種(p<0.05),更有利于壓片成型,而后4種相差不大。比表面積大小依次為蒸汽10 s、燙漂10 s、小丁、劈半、蒸汽30 s、燙漂30 s,其中蒸汽10 s、燙漂10 s顯著大于蒸汽30 s和燙漂30 s(p<0.05)。比表面積越大,粉體表面聚合力越強,適宜作為功能性食品原料吸附或包裹于食品表面[15]。

表3 預(yù)處理方式對HBD粉流動性和壓縮成型性的影響Table 3 Effect of pretreatment methods on liquidity and compression molding of HBD powder

2.1.4 不同預(yù)處理方式對HBD粉膨脹力的影響 膨脹力是反映樣品水合能力的重要指標(biāo)。膨脹力的大小與顆粒的吸水膨脹性和顆粒間的空隙率密切相關(guān)。由圖1可知,膨脹力大小依次為小丁>蒸汽10 s>劈半>蒸汽30 s>燙漂30 s>燙漂10 s。其中小丁最強,蒸汽10 s和劈半次之,燙漂處理最差?？赡芤驗闋C漂、蒸汽長時間預(yù)處理過程中物料表面因受熱急劇收縮,質(zhì)地緊實,較難復(fù)水所致[16]。

圖1 預(yù)處理方式對HBD粉膨脹力的影響Fig.1 Effect of pretreatment methods on expansibility of HBD powder prepared注:不同小寫字母代表不同預(yù)處理方式間差異顯著(p<0.05),圖2～圖7同。

2.1.5 不同預(yù)處理方式對HBD粉持水力的影響 由圖2可知,6種HBD粉的持水力大小依次為小丁>劈半>蒸汽10 s>蒸汽30 s>燙漂10 s>燙漂30 s,與膨脹力結(jié)果即為相近。小丁和劈半粉體最好,蒸汽10 s次之,燙漂最差?？赡苁怯捎跔C漂和蒸汽蒸制預(yù)處理過程中物料表面受熱急劇收縮,組織緊密,內(nèi)部組織破壞較為嚴(yán)重,通道阻塞,導(dǎo)致持水能力較差[17]。

圖2 預(yù)處理方式對HBD粉持水力的影響Fig.2 Effect of pretreatment methods on water-holding capacity of HBD powder

2.1.6 不同預(yù)處理方式對HBD粉持油力的影響 6種HBD粉持油能力如圖3所示,劈半持油能力最強,達0.93 g/g,蒸汽10 s次之,其它4種基本一致,約為0.8 g/g?？赡苁怯捎谂搿⒄羝?0 s粉體堆積密度較小,在相同質(zhì)量條件下較其他粉體膨脹體積更大,對油脂的吸附束縛能力相對更強,而燙漂10 s和小丁可能在加工過程中部分表面結(jié)構(gòu)遭到破壞,束縛油脂性能降低,導(dǎo)致持油能力減弱。

圖3 預(yù)處理方式對HBD粉持油力的影響Fig.3 Effect of pretreatment methods on oil-holding capacity of HBD powder

2.1.7 不同預(yù)處理方式對HBD粉水溶性指數(shù)的影響 WSI是表征粉體可溶性物質(zhì)含量和溶解性的重要指標(biāo),WSI值越大,其可溶性物質(zhì)含量越大,溶解性越好。由圖4可知,WSI由大到小依次為蒸汽10 s、蒸汽30 s、劈半、燙漂10 s、小丁、燙漂30 s。其中蒸汽10 s、蒸汽30 s水溶性指數(shù)較大,燙漂10 s、燙漂30 s、小丁較小。這是由于燙漂預(yù)處理過程,物料中部分可溶性組分溶于水,導(dǎo)致可溶性物質(zhì)含量降低,而蒸汽預(yù)處理可溶性物質(zhì)得到較好保留[18]。小丁由于粒度變小,單位比表面積增大,在熱風(fēng)過程中導(dǎo)致部分可溶性組分損失。

圖4 預(yù)處理方式對HBD粉WSI值的影響Fig.4 Effect of pretreatment methods on water solubility index of HBD powder

2.1.8 不同預(yù)處理方式對HBD粉吸濕性的影響 由圖5可知,不同HBD粉吸濕性由高到低依次為蒸汽10 s、燙漂10 s、劈半、小丁、燙漂30 s、蒸汽30 s。其中蒸汽10 s粉體吸濕能力最強,吸濕率達22.8%,劈半次之,蒸汽30 s、燙漂30 s最差?？赡苁且驗槲锪项A(yù)處理過程中在長時間高溫條件下表面急劇收縮,空隙通路受阻,導(dǎo)致吸濕性較差,小丁因其單位比表面積較大,在長時間熱風(fēng)干燥過程中表面收縮硬化所致[17]。

圖5 預(yù)處理方式對HBD粉吸濕性的影響Fig.5 Effect of pretreatment methods on moisture absorption of HBD powder

2.2 不同預(yù)處理方式對HBD粉營養(yǎng)品質(zhì)的影響

2.2.1 不同預(yù)處理方式對HBD粉總糖和還原糖含量的影響 由圖6可知,不同預(yù)處理方式HBD粉總糖含量由大到小依次為蒸汽10 s、蒸汽30 s、燙漂10 s、燙漂30 s、劈半、小丁,蒸汽預(yù)處理總糖含量最高,燙漂處理次之,未做處理的劈半和小丁含量最低。其原因是蒸汽和燙漂處理可鈍化酶的活性,減少干燥過程中糖類物質(zhì)的降解,小丁因單位比表面積較大,美拉德反應(yīng)程度較強,糖類物質(zhì)損失較大[19]。還原糖含量由大到小依次為蒸汽10 s>燙漂10 s>蒸汽30 s>劈半>小丁>燙漂30 s。其中蒸汽10 s、燙漂10 s比蒸汽30 s、燙漂30 s還原糖含量略高,其原因是蒸汽30 s、燙漂30 s在高溫條件下熱處理時間較長,導(dǎo)致物料組織質(zhì)地受損,造成部分還原糖等易溶性糖流失。而經(jīng)適當(dāng)時間的蒸汽和燙漂處理,淀粉在淀粉酶作用下轉(zhuǎn)化為還原糖,使還原糖水平比劈半組略高[11]。

圖6 預(yù)處理方式對HBD粉總糖和還原糖含量的影響Fig.6 Effect of pretreatment methods on total sugar and reducing sugar content of HBD powder

2.2.2 不同預(yù)處理方式對HBD粉VC含量的影響 VC是環(huán)境耐受性較差,極易受光、熱、氧等的破壞。其含量的變化可以間接反映不同處理方式對HBD粉營養(yǎng)組分的影響程度。由圖7可知,6種HBD粉的VC含量由大到小依次為燙漂10 s、燙漂30 s、蒸汽10 s、蒸汽30 s、劈半、小丁。其中燙漂10 s、燙漂30 s含量最高,而其它4種較為一致?？赡苁怯捎谕ㄟ^適當(dāng)燙漂處理,可鈍化氧化酶活性,且由于時間較短,溫度在可控范圍內(nèi),可降低VC氧化損失;蒸汽處理由于溫度較高,雖能鈍化物料中氧化酶活性,但過高溫度易造成VC降解損失[20]。

圖7 預(yù)處理方式對HBD粉VC含量的影響Fig.7 Effect of pretreatment methods on VC content of HBD powder

3 結(jié)論

燙漂處理對HBD粉色澤保持效果最好,VC保留量較高,但溶解性較差。燙漂10 s粉體流動性較差。燙漂30 s粉體較難吸濕,更利于壓片成型和干燥保存;蒸汽蒸制粉體水溶性指數(shù)較大。蒸汽10 s粉體平均粒徑最小,流動性較差,總糖、還原糖含量最高,吸濕能力最強,達22.8%。蒸汽30 s更利于壓片成型;劈半粉體粒徑最為分散,持油力最強。小丁粉體膨脹力、持水力較強。

經(jīng)燙漂10 s、蒸汽10 s預(yù)處理的HBD粉色澤較好,粒度細小均勻,比表面積較大,適宜作為功能配料添加到食品中或吸附于食品表面。經(jīng)燙漂30 s、蒸汽30 s預(yù)處理的HBD粉體流動性、壓片成型性較好,適宜片劑、膠囊等產(chǎn)品劑型加工。