添加胡蘿卜纖維素對噴霧干燥荔枝果粉特性的影響

姚兆奇，胡卓炎，趙 雷，余小林（華南農業大學食品學院，廣東廣州510642）

添加胡蘿卜纖維素對噴霧干燥荔枝果粉特性的影響

姚兆奇，胡卓炎*，趙 雷，余小林
（華南農業大學食品學院，廣東廣州510642）

以胡蘿卜纖維素作為干燥載體，采用單因素實驗和正交實驗設計，探討不同載體添加比例、物料濃度、物料流量、熱風溫度等噴霧干燥工藝條件對荔枝果粉的含水量、堆積密度、吸濕性、分散性和感官屬性等指標的影響。結果表明，荔枝果汁噴霧干燥優化的工藝參數：20 MPa壓力下均質15 min，干燥載體胡蘿卜纖維素和麥芽糊精添加量分別為15%和22.5%，果汁物料濃度為25%，物料流量為25 mL/min，物料溫度為50℃，熱風溫度為175℃，樣品的水分含量為3.24%，堆積密度為0.512 g/mL，吸濕性為0.038%，流動性為53.6°，分散性94 s，感官質量良好。

荔枝果粉，噴霧干燥，工藝優化，胡蘿卜纖維素

荔枝（Litchi chinensis Sonn.）屬于典型的熱帶南亞熱帶水果，其果肉含有豐富的營養成分，味道甜美可口，深受消費者喜愛。中國熱帶南亞熱帶區域廣闊，具有發展荔枝生產得天獨厚的區域優勢，2011年中國荔枝種植面積為58×104hm2，年產量已超過175×104t，是荔枝主產國［1］。荔枝具有上市集中和不耐貯藏的特性，要減少原料浪費和經濟損失，必須重視和提高荔枝的精深加工。目前，荔枝加工主要為制干、制罐和制酒等［2］。

噴霧干燥過程中物料受熱時間短，能較好地保留果蔬的營養和風味，國內外已有學者采用噴霧干燥技術加工石榴［3］、香蕉［4］、番石榴［5］、甜瓜［6］等果粉。噴霧干燥果粉容易發生的粘壁、結塊等問題，需要加入干燥載體（助劑）加以解決。傳統的載體一般是采用麥芽糊精、β環狀糊精和可溶性淀粉等。不同的干燥載體對果粉的特性有不同的影響，Milton Cano-Chauca等比較了不同載體對噴霧干燥芒果果粉的微結構和功能特性的影響［7］，Tim Langrish等探討了添加新型纖維素對噴霧干燥生物活性成分吸濕性的影響［8］，Kloyjai Cheuyglintase比較了添加植物纖維素和麥芽糊精載體對蘋果汁噴霧干燥特性的影響，認為植物纖維素是一種良好的噴霧干燥載體［9］，而國內新

型載體應用于噴霧干燥果粉的研究則鮮有報道。

本研究以新鮮荔枝為原料，在確定所用載體的基礎上，通過研究預處理方式、噴霧干燥進料流量和熱風溫度對速溶荔枝粉的水分含量、堆積密度、分散性、吸水性及感官特性等的影響，并進行工藝優化，以期為噴霧干燥法加工荔枝果粉提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

荔枝果汁 荔枝品種為“懷枝”，荔枝果汁由廣西北海果香園食品有限公司生產和提供；胡蘿卜纖維素 純度為92.13%，陜西慈緣生物技術有限公司提供；麥芽糊精 食品級，DE=10，徐州市遠航食品添加劑有限公司提供。

SD-Basic噴霧干燥器 英國LabPlant公司，噴嘴直徑0.7 mm；TD5-Ⅱ低速離心機 湖南長沙平凡儀器儀表有限公司；WZ103糖度計 上海天呈科技有限公司；DK-8D電熱恒溫水槽 上海一恒科技有限公司；MTI-201溫度梯度恒溫箱 日本EYELA公司；DHG-9053BS-Ⅲ電熱恒溫鼓風干燥箱 上海新苗醫療器械制造有限公司；BS110S分析天平 德國SARTORIUS公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 荔枝粉噴霧干燥加工流程［10］

挑選大小均勻、無蟲害、無褐變的荔枝鮮果，去皮去核、榨汁和濃縮、殺菌、冷卻、包裝和貯藏。調節荔枝果汁固形物含量，取150 g荔枝果汁，根據比例相應添加麥芽糊精及胡蘿卜纖維素，充分攪拌。

1.2.2 載體不同比例的影響 在預備實驗和Kloyjai Cheuyglintase的研究工作基礎上［9］，以胡蘿卜纖維素（CF）和麥芽糊精（MD）作為荔枝粉噴霧干燥的載體，研究載體CF∶MD不同比例（0∶1、1∶0、2∶3、3∶2）對荔枝果粉含水量、分散性、流動性、吸水性以及堆積密度的影響。噴霧干燥其他條件設定為：均質壓力20 MPa，均質時間15 min，可溶性固形物與載體之比5∶5，果汁物料濃度25%，物料流量20 mL/min，物料溫度50℃，熱風溫度175℃。

1.2.3 均質處理 選擇不同均質壓力（10、20、25 MPa）和均質時間（10、15、20 min）處理，分析均質過程中參數變化對料液的均質效果和噴霧干燥效果的影響。

1.2.4 噴霧干燥主要工藝參數的影響 探討不同的荔枝固形物與載體之比、物料濃度、物料流量、物料溫度和熱風溫度對噴霧干燥荔枝果粉物理特性的影響。

荔枝果汁可溶性固形物與載體之比取值為3∶7、4∶6、5∶5、6∶4，其他條件設定為：均質壓力20 MPa，均質時間15 min，果汁物料濃度25%，物料流量20 mL/min，物料溫度50℃，熱風溫度175℃。

果汁物料濃度為20%、25%、30%、35%，其他條件設定為：均質壓力20 MPa，均質時間15 min，可溶性固形物與載體之比5∶5，物料流量20 mL/min，物料溫度50℃，熱風溫度175℃。

物料流量為15、20、25、30 mL/min，其他條件設定為：均質壓力20 MPa，均質時間15 min，可溶性固形物與載體之比5∶5，果汁物料濃度25%，物料溫度50℃，熱風溫度175℃。

物料溫度為40、50、60、70℃，其他條件設定為：均質壓力20 MPa，均質時間15 min，可溶性固形物與載體之比5∶5，果汁物料濃度25%，物料流量20 mL/min，熱風溫度175℃。

熱風溫度為165、170、175、180℃，其他條件設定為：均質壓力20 MPa，均質時間15 min，可溶性固形物與載體之比5∶5，果汁物料濃度25%，物料流量20 mL/min，物料溫度50℃。

1.2.5 正交實驗設計 選擇物料流量、物料溫度、熱風溫度三個因素，以噴霧干燥樣品的感官評價為主要指標，采用L9（33）正交實驗設計優化噴霧干燥條件。正交實驗因素水平見表1。

表1 正交實驗設計Table1 The factors and levels of orthogonal experiment

1.3 測定指標及方法

1.3.1 荔枝果粉物性指標測定

1.3.1.1 水分含量 利用恒重法對荔枝粉含水量進行測定。通過干燥前后的稱量數值計算出水分的百分含量［4］。

1.3.1.2 堆積密度 將荔枝粉從漏斗散落于10 mL量筒中，測定10 mL荔枝粉的質量，換算出其堆積密度（g/mL）［11-12］。

1.3.1.3 流動性 將10 g荔枝粉沿著漏斗落至水平放置的平板上，待果粉完全落下后，測定平板上荔枝粉堆斜面與平板的夾角（°），記作休止角［12］。

1.3.1.4 分散性 在250 mL燒杯中加入100 mL蒸餾水，放入25℃恒溫水浴中，加入10 g荔枝粉，記錄從開始到全部溶解所需要的時間（s）［12］。

1.3.1.5 吸濕性 樣品在30℃恒溫恒濕培養箱存放24 h，計算公式如下［4］：

式中，M1：樣品吸濕后質量（g）；M2：樣品質量（g）。

1.3.1.6 顏色 采用分光測色儀對樣品顏色進行測定。顏色值的表達采用國際照明委員會CIE色彩空間的L*、a*、b*顏色值表示。其中，其中L*為亮度變量，a*和b*是色度坐標，a*為紅綠值，b*為黃藍值［12］。

1.3.2 感官評分標準 感官評價小組由10位本專業人員組成，評定指標參照國家標準（GB/T 12310-2012［13］，GB/T 12312-2012［14］，GB/T 12315-2008［15］），采用評分法對產品的形態、色澤、氣味、滋味、口感進行綜合評價，見表2。形態指外形的完整和均勻程度；色澤指產品外觀的顏色；氣味指具有荔枝獨特的味道；滋味指甜酸味適中，荔枝味突出；口感指口感良好，細膩，入口即溶。各指標評分占總分（以100分計）權重為20%。

表2 荔枝果粉感官評價標準Table2 Sensory evaluation grading rules for litchi powder

1.3.3 數據處理與統計分析 采用SPSS 16.0和Excel 2013軟件進行數據分析，結果計算平均值±標準差，采用鄧肯氏均值差異顯著性分析，顯著水平p=0.05。

2 結果與分析

2.1 不同載體比例對荔枝粉物性指標的影響

不同種類和比例的載體對噴霧干燥所得的荔枝粉物性指標的影響結果見表3。從表3中可知，載體中麥芽糊精的比例越大，所得荔枝粉的含水量越低。當只選用麥芽糊精或胡蘿卜纖維素作為載體時，荔枝粉的分散性較差且吸濕性較強，而選用20%CF+30% MD作為載體時，得到的荔枝粉分散性好，且能保證較低的含水量和吸濕性，因此，宜選擇20%CF+30% MD作為干燥載體。

表3 不同載體比例對噴霧干燥荔枝果粉物性指標的影響Table3 Effect of different carrier ratio on the physical properties of litchi powder by spray drying

2.2 均質處理工藝參數的影響

2.2.1 均質時間對均質效果的影響 在均質壓力20 MPa，不同均質時間的均質效果見表4。可以看出均質時間越長，均質的效果越好，料液細膩均勻且不分層。但均質時間過長容易加速氧化，并破壞料液中營養成分。因此，為了達到噴霧干燥要求的漿液均勻，并盡可能最大限度地保留荔枝果汁的營養物質，均質時間宜選擇15 min。

2.2.2 均質壓力對荔枝果粉噴霧干燥效果的影響

由表5可知，均質壓力的變化對噴霧干燥效果有一定的影響。在均質時間為15 min，壓力為20 MPa的情況下，噴霧干燥效果最好，僅噴頭少量粘壁，因此，選擇均質壓力20 MPa。

表4 均質時間對均質效果的影響Table4 Effect of homogenization time on the homogeneous performance

表5 均質壓力對噴霧干燥效果的影響Table5 Effect of homogenization pressure on the homogeneous performance

2.3 噴霧干燥工藝參數的影響

2.3.1 載體添加量對荔枝果粉含水量的影響 不同的荔枝果汁可溶性固形物與載體之比（3∶7、4∶6、5∶5、6∶4）對噴霧效果的影響結果見圖1。

圖1 載體添加量對荔枝果粉水分含量的影響Fig.1 Effect of amounts of carrier addition on the moisture content of litchi powder

荔枝果汁可溶性固形物與載體之比在5∶5、6∶4（固形物含量較高，載體添加量較少）時，荔枝果粉的水分含量明顯高于3∶7、4∶6的處理（p＜0.05），固形物

含量較高，噴霧干燥果粉粘性大，易吸濕結塊，會加大噴霧干燥的難度，降低噴霧的整體效果。當載體含量較高時，樣品的色澤容易受載體的色澤的影響。物料固形物含量與載體比例為4∶6時，噴霧中出現粘壁現象較少，Ferrari等在研究黑莓果汁噴霧干燥也觀察到粉體顆粒較小，整體噴霧效果較好［16］。

2.3.2 物料濃度對荔枝果粉含水量的影響 果汁物料濃度對荔枝果粉水分含量的影響如圖2所示。結果表明，物料濃度在20%～35%范圍內對荔枝果粉水分含量的影響不顯著（p＞0.05）。濃度在25%時，噴霧干燥所得荔枝粉的含水量較低，可能的原因為：物料濃度大于25%，料液的粘度較大，使得入料變得困難，且噴出液滴的水分難以完全蒸發，從而增大了荔枝粉的含水量；濃度小于25%，液滴含水量多，在干燥室內不能完全干燥也會引起所得產物的水分含量增大。因此，荔枝果汁噴霧干燥可選擇25%的物料濃度。

圖2 物料濃度對荔枝粉水分含量的影響Fig.2 Effect of feeding concentration on the moisture content of litchi powder

2.3.3 物料流量對荔枝果粉水分含量的影響 荔枝果粉水分含量也受物料流量影響（圖3），隨物料流量增大，荔枝果粉水分含量逐漸增大。當物料流量為30 mL/min時，其水分含量達4%以上。物料流量越大，霧滴愈大，過大的霧滴在噴霧干燥室內無法完全干燥，導致荔枝粉含水量大；而物料流量小則會降低噴霧干燥的效率，且蒸發過度，蔗糖會因溫度過高而焦糖化，從而影響荔枝粉的風味。綜合以上因素考慮，可考慮選擇20～25 mL/min作為噴霧干燥物料流量。

圖3 物料流量對荔枝果粉水分含量的影響Fig.3 Effect of feed flow rate on the moisture content of litchi powder

2.3.4 物料溫度對噴霧干燥荔枝果粉色澤的影響

噴霧干燥前對料液進行適當加溫，不僅可以使料液粘度減小，有助于進料，同時也可以降低熱風溫度。

表6 物料溫度對荔枝粉色澤的影響Table6 Effect of feeding temperature on the color of litchi powder

由表6可知，從50℃開始，隨著溫度的升高，荔枝粉的亮度（L*）和黃值（b*）逐漸增加，紅值（a*）逐漸減小，引起這種變化的主要原因為加工過程引起荔枝粉的褐變。因此，可考慮選擇物料溫度為40～50℃。

2.3.5 熱風溫度對噴霧干燥效果和荔枝粉含水量的影響 熱風溫度對噴霧干燥效果影響見表7和圖4。熱風溫度越高，噴霧干燥過程中，荔枝粉越不容易粘壁，但當溫度高于180℃后，荔枝粉開始出現焦糊味。當溫度低的時候，顆粒稍大的霧滴在干燥室不能完全干燥，因而在接觸干燥室時粘壁；溫度越高，霧滴干燥程度越大，所以不會出現粘壁現象。但是，隨著溫度的升高，發生焦糖化反應的可能性也越大，因此，熱風溫度不宜太高或者太低。

從圖4可以看出，荔枝粉含水量隨著溫度的升高呈現直線下降的趨勢。因為熱風溫度越高，熱量越大，霧化液滴與熱空氣充分接觸后，霧滴的干燥速度

越快，故所得產品越干燥，水分含量越小。綜上所述，初步選擇175℃作為熱風溫度。

表7 熱風溫度對噴霧干燥效果的影響Table7 Effect of inlet air temperature on the spray drying performance

圖4 熱風溫度對荔枝粉含水量的影響Fig.4 Effect of inlet air temperature on the moisture content of litchi powder

2.4 噴霧干燥主要工藝參數對荔枝果粉感官品質的影響

為了進一步考察噴霧干燥主要工藝參數交互作用及其對荔枝果粉感官品質的影響，選擇物料流量、物料溫度和熱風溫度三個主要工藝參數進行正交實驗設計，結果見表8。

表8 正交實驗結果Table8 The results of orthogonal experiment

表9 方差分析表Table9 The results of variance analysis

表9的方差分析表明，三個因素對噴霧干燥效果影響大小為：A＞B＞C，三因素的最佳組合為A3B2C2，即荔枝粉噴霧干燥優化的工藝參數為：物料流量25 mL/min，物料溫度50℃，熱風溫度175℃。

對正交實驗的優化組合進行驗證實驗，所得樣品的感官評分數為86分。與正交實驗處理8（感官評分數為87分）的工藝參數比較，優化工藝參數中熱風溫度取值（175℃）稍高于處理8（170℃），其他參數取值相同。考慮到感官評價的主觀性以及常規噴霧干燥熱風溫度的取值范圍，優化工藝參數的溫度選擇在175℃。

對優化工藝參數所得的荔枝果粉樣品進行物性指標測定和感官評定，結果如表10和表11所示。

由表10和表11可知，在本工藝條件下，噴霧干燥所得的荔枝粉呈細微粒狀粉末，大小均勻，色澤為淡黃白色，易溶于水，且具有荔枝特有香味。

3 結論

3.1 利用胡蘿卜纖維素（CF），搭配麥芽糊精（MD）作為荔枝粉噴霧干燥所用載體，并通過對所得產品物性指標分析，得到二者的適宜配比，即CF∶MD=2∶3。

表10 荔枝果粉的一些物性指標Table1 0 Some physical properties of litchi powder

3.2 荔枝粉前處理參數為均質時間15 min，均質壓力20 MPa；噴霧干燥加工荔枝粉的適宜工藝條件為：荔枝果汁物料固形物與載體之比4∶6（即胡蘿卜纖維素添加量為15%，麥芽糊精添加量為22.5%），進料濃度25%，進料流量25 mL/min，進料溫度50℃，熱風溫度175℃。

3.3 在優化工藝條件下，部分添加天然胡蘿卜纖維素噴霧干燥所得的荔枝粉呈細微粒狀粉末，色澤保留荔枝果肉的淡黃白色，沖飲口感細膩，且具有荔枝特有的香味和良好的水溶性；樣品水分含量為3.24%，堆積密度為0.512 g/mL，吸濕性為0.038%，流動性為53.6°，分散性94 s。

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Effect of addition of carrot fiber on properties of litchi juice powder with spray drying

YAO Zhao-qi，HU Zhuo-yan*，ZHAO Lei，YU Xiao-lin
（College of Food Science，South China Agricultural University，Guangzhou 510642，China）

The feasibility of addition of carrot fiber as a carrier on properties of litchi juice powder with spray drying was studied.The effects of processing parameters such as the ratio of carriers，feeding concentration，flow rate，inlet air temperature on physical properties（e.g.，moisture content，density，hygroscopicity and dissolution）of the powders were examined.Based on the results obtained from single factor experiments，an orthogonal experiment was designed to optimize the processing conditions of spray drying of litchi powder.The optimal spray drying processing conditions was shown as follows：homogenization pressure of 20 MPa with 15 min，carrot fiber of 15% and maltodextrin of 22.5% was used as drying carrier，feeding concentration 25%，flow rate of 25 mL/min，feeding temperature of 50℃，inlet air temperature of 175℃.Under these conditions，the response values were moisture content of 3.24%，density of 0.512 g/mL，hygroscopicity of 0.038%，flowability of 53.6°，dissolution of 94 s，respectively.

litchi powder；spray drying；optimization；carrot fiber

TS255.44

A

1002-0306（2016）08-0171-06

10.13386/j.issn1002-0306.2016.08.027

2015－03－09

姚兆奇（1988-），男，碩士研究生，研究方向：食品加工與保藏，E-mail：scaufoods@163.com。

*通訊作者：胡卓炎（1961-），男，教授，研究方向：食品加工與保藏，E-mail：zyhu@scau.edu.cn。

國家荔枝龍眼產業技術體系項目（CARS-33-15）；廣東省科技計劃項目（2013B020502012）；廣東省揚帆計劃創新團隊項目（2014YT02H013）。