噴霧干燥溫度對牦牛乳粉溶解特性的影響

閆忠心，靳義超

（青海省畜牧獸醫科學院，青海 西寧 810016）

噴霧干燥溫度對牦牛乳粉溶解特性的影響

閆忠心，靳義超*

（青海省畜牧獸醫科學院，青海 西寧 810016）

為探討噴霧干燥溫度對牦牛乳粉溶解特性的影響，分析了在進風溫度（出口溫度）分別為130（56）、150 （64）、170（73）、190（81）、210（90）℃條件下噴霧干燥牦牛乳粉樣品的溶解特性參數，并通過相關性分析對其進行聚類分析。結果表明：噴霧干燥溫度對牦牛乳粉的溶解特具有顯著影響（P＜0.05），170（73）℃下噴霧干燥牦牛乳粉樣品具有較高的水合能力、堆積密度、溶解度，較小的休止角和分散時間，具有較好的溶解特性，優于在其他溫度下干燥牦牛乳粉的溶解特性；牦牛乳粉溶解特性參數間具有較好的相關性，聚類分析可實現對不同噴霧干燥溫度條件下牦牛乳粉溶解特性的區分，為對噴霧干燥溫度的評價提供參考。

噴霧干燥溫度；溶解特性；牦牛乳粉；聚類分析

溶解特性是構成并影響噴霧干燥產品品質及消費者可接受性的重要因素。噴霧干燥產品的溶解度、水合率、堆積密度、休止角等與其溶解特性品質直接相關。孫顏君等[1]認為噴霧干燥溫度對乳蛋白濃縮物的乳清蛋白變性率、溶解性等加工性質具有一定影響。劉靜波等[2]認為適宜的噴霧干燥溫度有利于高鐵蛋粉溶解特性。近年來國內外學者，對燕麥粉[3]、豆粉[4]、蛋黃粉[5]、南瓜粉[6]、西瓜粉[7]和甘薯粉[8]等噴霧干燥產品的溶解特性和營養特性進行了大量研究，為噴霧干燥產品的品質控制提供了科學依據。

牦牛（Bos grunions）是中國特色牛種，現有約1 400多萬頭，占世界牦牛總數量的94%，牦牛年產乳量約71.5 萬t[9]。牦牛乳的營養價值極高，且具有天然、純凈、綠色的特點，被冠以“非凡營養”的稱號，是人們理想的綠色保健有機食品。近年來學者對牦牛乳的營養元素[10-11]、功能營養成分[12-13]、牦牛酸乳[14-15]及牦牛奶酪[16]做了大量研究，但有關牦牛乳粉噴霧干燥產品溶解特性的研究尚未見報道。本實驗通過對牦牛乳粉物理性質進行分析，探討了不同噴霧干燥溫度對牦牛乳粉溶解特性的影響，旨在為研究噴霧干燥溫度與牦牛乳粉溶解特性的關系奠定基礎，為生產出品質特性較好的牦牛乳粉提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

牦牛乳，2014年9月采自天峻縣牧區（－18 ℃冰箱保存備用），其中含乳蛋白質5.4%、脂肪6.7%、乳糖5.6%、干物質18.2%。

1.2 儀器與設備

6000Y實驗型噴霧干燥機 上海Bilon儀器有限公司；FG300-SH數顯高速分散均質機 上海恒勤儀器設備有限公司；3-16KL型離心機 德國Sigma公司；HWS24型恒溫水浴鍋 上海一恒科技有限公司；GZX-9070MBE電熱鼓風干燥箱 上海博訊醫療生物儀器股份有限公司；BSA124S-CW型電子天平 德國賽多利斯集團。

1.3 方法

1.3.1 噴霧干燥工藝流程

牦牛乳→過濾（100 目篩）→預熱（60 ℃）→均質（高速分散機，3 000 r/min）→噴霧干燥→牦牛乳粉

1.3.2 測定方法

水合能力參照文獻[2]進行測定。休止角、堆積密度參照文獻[17-18]進行測定。溶解度測定：10 g牦牛乳粉加入100 mL蒸餾水，振蕩混勻，在3 000 r/min條件下離心5 min，取上清液25 mL后105 ℃烘干，計算上清液中干物質含量占溶液總干物質含量的百分數[19]。分散性測定：取10 g牦牛乳粉樣品于小燒杯中，加入250 mL，25 ℃蒸餾水，在輕微勻速攪拌下，記錄樣品完全溶解所用的時間[4]。

1.4 數據處理

2 結果與分析

2.1 牦牛乳粉溶解特性參數分析

溶解特性是噴霧干燥產品質量的重要指標，良好的溶解特性是優質噴霧干燥產品的基礎。溶解特性較好的產品，表現為具有較高的堆積密度、較強的水合能力，較小的休止角，這樣的干粉具備較好的分散性和溶解度[20]。由表1可知，噴霧干燥入口溫度顯著影響牦牛乳粉的水合能力（P＜0.05），進風溫度（出口溫度）分別為170（73）℃條件下噴霧干燥的牦牛乳粉產品的水合能力較好，顯著高于130（56）、150（64）、210（90）℃（P＜0.05），但與190（81）℃相比差異不顯著（P＞0.05）。

表1 牦牛乳粉溶解特性參數Table 1 Solubility parameters of yak milk powder

休止角主要用于評價干粉分散性的優劣，在各溫度中，休止角較小的噴霧干燥溫度為150（64）、170（73）、190（81）℃，顯著低于210（90）℃（P＜0.05）。

堆積密度受噴霧干燥產品顆粒大小的影響，噴霧干燥溫度、速率及物料受熱時間均影響乳粉的堆積密度[21]，由表1可知，堆積密度最高的為170（73）℃下噴霧干燥的牦牛乳粉產品，顯著高于130（56）℃和210（90）℃（P＜0.05），但與150（64）℃和190（81）℃相比差異不顯著（P＞0.05）。

由表1可知，含水量直接受噴霧干燥溫度的影響。130（56）℃條件下噴霧干燥牦牛乳粉產品的含水量顯著高于170（73）、190（81）、210（90）℃噴霧干燥溫度下樣品的水分含量（P＜0.05）。

溶解度和分散性受噴霧干燥產品蛋白變性程度、產品顆粒大小的影響。由表1可知，170（73）℃噴霧干燥處理的牦牛乳粉產品溶解度和分散性相對較好，溶解度顯著高于130（56）℃和210（90）℃（P＜0.05），但與150（64）℃和190（81）℃相比差異不顯著（P＞0.05）；分散時間顯著低于210（90）℃（P＜0.05），但與其他溫度相比差異不顯著（P＞0.05）。

綜合分析，170（73）℃條件下噴霧干燥制得的牦牛乳粉溶解特性較好，其次為190（81）℃和150（64）℃。噴霧干燥溫度過高會導致產品水分含量過低、蛋白變性嚴重而影響溶解特性；而過低的噴霧干燥溫度，水分含量則過高，使產品黏度增加，也會影響產品的溶解特性。

2.2 牦牛乳粉溶解特性參數相關性分析

由表2可知，各參數間有較好的相關性，因此可以用于評價噴霧干燥溫度的優劣。水合能力與堆積密度、溶解度成極顯著正相關（r=0.970、0.988，P＜0.01），與休止角成顯著負相關（r=－0.820，P＜0.05）。休止角與堆積密度、溶解度成顯著負相關（r=－0.834、－0.876，P＜0.05），與分散時間成顯著正相關（r=0.818，P＜0.05），表明休止角越大產品的分散時間也就越長。含水量影響產品的溶解特性，其與水合能力、溶解度、堆積密度成弱負相關（r=－0.532、－0.409、－0.415），溶解度與水合能力、堆積密度成極顯著正相關（r=0.988、0.989，P＜0.01），與休止角顯著負相關（r=－0.876，P＜0.05），與分散時間成弱負相關（r=－0.631）。

表2 牦牛乳粉溶解特性參數相關性矩陣Table 2 Correlation coefficient （r) matrix among solubility parameters of yak milk powder

2.3 牦牛乳粉溶解特性參數聚類分析

在樣品溶解特性參數間具有很好的相關性的基礎上，對5 種噴霧干燥溫度處理下的產品溶解特性參數進行聚類分析，首先將結果數據標準化[22]，采用系統聚類、平方歐式距離、Ward方法，結果如圖1所示。

圖1 牦牛乳粉溶解特性的聚類分析樹狀圖Fig.1 Cluster analysis dendrogram of solubility parameters of yak milk powder

由圖1可知，在150（64）℃和190（81）℃下干燥的樣品首先在0.96距離處被聚在一起，表明二者具有相似的溶解特性； 130（56）℃和210（90）℃干燥處理的樣品在2.97距離處聚在一起；170（73）℃噴霧干燥的樣品則獨立為一類。從聚類分析結合對溶解特性參數的分析結果表明，170（73）℃噴霧干燥的樣品溶解特性參數優于130（56）、150（64）、190（81）、210（90）℃噴霧干燥的產品。當聚類距離為9.02時，130（56）℃和210（90）℃處理的樣品被歸為一類，其他的為一類，表明150（64）、190（81）℃下噴霧干燥的產品具有較好的溶解特性，可為噴霧干燥牦牛乳粉生產溫度的選擇提供參考。聚類結果在一定程度上反映了不同噴霧干燥溫度對牦牛乳粉溶解特性的影響，溶解特性參數差異較小的首先被聚為一類。通過系統聚類分析，可實現對不同噴霧干燥溫度對牦牛乳粉品質的評價。

3 結 論

不同噴霧干燥溫度對牦牛乳粉的溶解特性有顯著影響（P＜0.05）。在本實驗的5 種噴霧干燥溫度中，進風溫度（出口溫度）為170（73）℃條件下噴霧干燥的牦牛乳粉，休止角、分散性時間較低，水合能力、堆積密度及溶解度較高，具有較好的溶解特性。因此采用在170（73）℃下噴霧干燥牦牛乳粉可獲得溶解特性較好的產品。牦牛乳脂肪、蛋白質、乳糖、干物質含量均高于黑白花牛乳和荷斯坦牛乳[23]。乳的營養成分和干物質含量直接影響噴霧干燥條件，研究表明，脂肪含量與溶解性緊密相關，影響乳粉的溶解性[24]；噴霧干燥過程中酪蛋白交聯或者形成膠束影響乳粉的溶解特性，但牦牛乳含有較高的乳糖，對穩定酪蛋白有積極的作用[25]。

相關性分析表明噴霧干燥制得的牦牛乳粉的溶解特性參數之間有一定的關系，聚類分析能實現對不同噴霧干燥溫度牦牛乳粉溶解特性的區分，從而實現對噴霧干燥溫度的評價。分析得出170（73）℃噴霧干燥處理的牦牛乳粉的溶解特性優于130（56）、150（64）、190（81）和210（90）℃的牦牛乳粉。然而，噴霧干燥溫度對牦牛乳粉溶解特性的影響機理還有待進一步研究。

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Effect of Spray Drying Temperature on Solubility of Yak Milk Powder

YAN Zhongxin, JIN Yichao*
(Qinghai Academy of Animal Science and Veterinary Medicine, Xining 810016, China)

In order to explore the effect of spray drying temperature on the solubility of yak milk powder, solubility characteristics of yak milk powder produced at different inlet/outlet temperatures (130/56, 150/64, 170/73, 190/81, and 210/90 ℃） were measured and analyzed through correlation and cluster analysis. The results demonstrated that spray drying temperature had significant effect on solubility characteristics of yak milk powder （P < 0.05). Yak milk powder produced at 170/73℃ had high hydration capacity, bulk density and solubility and small repose angle and dispersion time, showing better solubility than those produced at other spray drying temperatures. The cluster analysis could be used to distinguish the solubility of yak milk powder produced at different spray drying temperatures, thereby providing a theoretical reference to distinguish the quality of yak milk powder produced by spray drying.

spray drying temperature; solubility; yak milk powder; cluster analysis

10.7506/spkx1002-6630-201607005

TS252.1

A

1002-6630（2016）07-0023-04

閆忠心, 靳義超. 噴霧干燥溫度對牦牛乳粉溶解特性的影響[J]. 食品科學, 2016, 37(7): 23-26. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201607005. http://www.spkx.net.cn

YAN Zhongxin, JIN Yichao. Effect of spray drying temperature on solubility of yak milk powder[J]. Food Science, 2016, 37(7): 23-26. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-201607005. http://www.spkx.net.cn

2015-05-05

國際科技合作計劃項目（2014-HZ-806）

閆忠心（1987—），男，助理研究員，碩士，研究方向為畜產品加工與資源利用。E-mail：42131454@qq.com

*通信作者：靳義超（1958—），男，研究員，學士，研究方向為畜產品加工與資源利用。E-mail：jinyichao88@163.com