喷雾干燥法制备牛蒡精粉工艺研究

芦菲,马乐,李波,,刘晓林

（1.河南科技学院,河南新乡453003；2.徐州林泉绿色食品饮料厂,江苏徐州221711）

喷雾干燥法制备牛蒡精粉工艺研究

芦菲1,马乐1,李波1,2,刘晓林2

（1.河南科技学院,河南新乡453003；2.徐州林泉绿色食品饮料厂,江苏徐州221711）

鲜牛蒡经清洗、切片、热烫、护色、打浆、胶磨后进行喷雾干燥,制备富含多糖和蛋白质等营养成分的牛蒡精粉,研究影响喷雾干燥效果的各种因素,以得到最佳工艺参数.结果表明：牛蒡切片热烫后采用1%柠檬酸+ 0.4%抗坏血酸+0.5%氯化钙护色液浸泡30 min,料水比1∶3,进风温度200℃,雾化器频率为60 Hz.在此条件下,牛蒡精粉为白色粉末,得率7.25%,固形物回收率55.77%,溶解率超过85%,含水量4.13%,多糖含量16.50%,精粉蛋白含量16.63%,灰分含量5.17%,粗纤维含量0.14%.采用喷雾干燥法制备牛蒡精粉,是对鲜牛蒡进行深加工的有效途径.

牛蒡；精粉；喷雾干燥

牛蒡属菊科二年生草本植物.牛蒡根富含菊糖、蛋白质、氨基酸、牛蒡酸、多酚和多炔类等营养物质和生物活性成分[1-2],具有抗菌、抗突变、抗癌、抗氧化、抗疲劳、免疫调节、降血糖、降血脂等生理功能[3-4].近年来,随着人们营养保健意识的增强,对牛蒡的开发利用越来越受到人们的重视.目前,牛蒡已被加工为牛蒡茶、牛蒡丝、牛蒡饮料、牛蒡罐头、牛蒡酱等多种产品[5-6].但随着我国牛蒡种植面积和产量的逐步扩大,牛蒡的精深加工技术水平仍有待进一步提高.牛蒡精粉包含了牛蒡绝大部分营养成分,因其含水量低,颗粒微小,故具有保存期长、溶解度好、易被人体消化吸收等特性,可作为食品添加剂和保健食品的配料,也可直接食用.采用喷雾干燥法制备牛蒡精粉,具有干燥速度快、受热时间短、对营养成分破坏小、产品溶解性好等优点.对喷雾干燥法制备牛蒡精粉的工艺参数进行了研究,旨在为牛蒡的精深加工提供理论依据.

1 材料与方法

1.1 试验材料

鲜牛蒡由徐州凯宇食品加工有限公司提供.所用试剂均为国产分析纯.

MDR.P-5型离心式喷雾干燥机（蒸发量5 L/h,无锡市现代喷雾干燥设备有限公司）；JJ-28型组织捣碎匀浆机（金坛市荣华仪器制造有限公司）；JMF-100型胶体磨（温州市豪龙胶体磨厂）；SRH60-70型均质机（上海申鹿均质机有限公司）；BT00-100M型蠕动泵（常州科健蠕动泵厂）.

1.2 试验方法

1.2.1 工艺流程鲜牛蒡→清洗→去皮切片→热烫→冷却→护色→破碎打浆→胶体磨处理→（均质处理）→加热料液→喷雾干燥→收集精粉→包装→成品.

1.2.2 工艺说明选择新鲜、无腐烂、无虫蛀、无抽苔、组织无明显黑圈的鲜牛蒡,经清洗、去皮后,切成0.5 cm厚的薄片,立即投入沸水中热烫10 min,将牛蒡片捞出后迅速用冷水冷却,然后放入护色液中浸泡30 min.捞出牛蒡片,用清水中清洗2～3遍,用组织捣碎机破碎打浆,浆液再经过胶体磨处理10 min.料液过100目滤布,在30 MPa压力下均质处理5 min.胶磨或均质后的料液用水浴加热至65℃,然后进行喷雾干燥,干燥结束后,收集精粉,立即密封包装.

1.2.3 分析方法

精粉得率及固形物回收率：精粉得率/%=精粉质量/原料质量；固形物回收率/%=（精粉质量×精粉固形物含量）/（原料质量×原料固形物含量）.

褐变程度测定：取处理过的牛蒡片,加入10倍质量的蒸馏水,低温匀浆2 min,过滤,滤液于25℃保温5 min,在波长420 nm处测定吸光度值.褐变程度以A420×10表示[7].褐变度计算公式：BD=A/m×10,式中：BD为褐变度；A为所测吸光度；m为所称牛蒡质量/g.

溶解性测定：取1 g（m1）牛蒡精粉于50 mL烧杯中,加入10 mL 50℃蒸馏水,搅拌溶解60 s.立即取1 mL溶液于已恒重的称量瓶中,于105℃干燥4 h,称重（增加的质量为m2）.精粉溶解率/%=10×m2/m1× 100.

成分分析：水分含量测定采用直接干燥法；总灰分测定采用高温灼烧法；蛋白含量测定采用凯氏定氮法；粗纤维测定采用酸碱洗涤法；多糖含量测定采用苯酚硫酸法[8].

2 结果与分析

2.1 护色方法研究

牛蒡富含酚类物质,去皮、切片后容易发生酶促褐变,影响产品品质,因此有必要进行护色处理.本文研究了热烫前后护色处理对褐变程度的影响.牛蒡切片后分别用清水、10%氯化钠溶液、1%柠檬酸+ 0.4%抗坏血酸+0.2%L-半胱氨酸溶液浸泡后再进行热烫处理,其护色效果见表1.

表1 热烫前不同护色方法对牛蒡褐变程度的影响Tab.1 Effect of color protection methods before blanching on brown degree of burdock

由表1可知,牛蒡切片用1%柠檬酸+0.4%抗坏血酸+0.2%L-半胱氨酸溶液或10%氯化钠溶液浸泡后再进行热烫,能一定程度地减轻褐变,但与清水浸泡相比效果不显著.为此,考虑热烫后再进行护色处理.牛蒡切片后立即清水浸泡,热烫后再用1%柠檬酸+0.4%抗坏血酸+0.5%氯化钙溶液浸泡30 min,然后进行破碎打浆、胶体磨处理,结果见图1.

图1 热烫后护色处理对褐变程度的影响Fig.1 Influence of color protected after blanched on degree of browning

由图1可知,热烫后护色处理效果较好,褐变得以很好控制,胶磨处理后浆液颜色浅,牛蒡精粉冲调后颜色洁白,基本保持了牛蒡鲜品的颜色.综上所述,护色处理可采用：牛蒡切片后迅速浸泡在清水中几分钟,热烫后再用1%柠檬酸+0.4%抗坏血酸+0.5%氯化钙溶液浸泡30 min,然后进行打浆、胶磨等处理.

2.2 均质处理对干燥效果的影响

均质是通过空穴效应、撞击效应和剪切效应,使物料粒度更加细微和均匀,因而对料液的喷雾干燥产生一定影响.均质处理对喷雾干燥法制备牛蒡精粉的影响见表2.

表2 均质处理对牛蒡精粉得率和品质的影响Tab.2 Effect of homogenization on yield and quality of burdock powder%

由表2可知,均质处理后,牛蒡精粉的得率、固形物回收率、溶解率有所提高,含水量有所降低,因而对喷雾干燥后的产品品质有所改善,但效果不十分显著.这可能是由于牛蒡本身所含的粗纤维比较少,胶体磨处理即可将其充分匀浆、细化,因而均质效果不明显.考虑到均质处理能耗较大,且料液有一定损失,故在后续操作时料液不经均质处理,直接进行喷雾干燥.

2.3 料水比对干燥效果的影响

牛蒡在打浆、胶磨以及转移过程中需加入适量水分,为了降低料液粘度防止堵塞雾化器孔,也需加入适量水分.牛蒡质量与料液喷雾干燥前加入的所有水分之比称为料水比,其对干燥效果的影响见表3.

表3 料水比对牛蒡精粉得率和品质的影响Tab.3 Effect of material/water on yield and quality of burdock powder%

由表3可知,料水比对精粉得率有较大影响,当料水比为1∶3时精粉得率最高、品质较好.加水量过少时,料液粘度大,易堵塞雾化器孔,导致雾化不完全；加水量过大,料液固形物含量低,雾滴水分蒸发不完全,导致粉末含水量较高,容易粘壁.

2.4 雾化器转速对喷雾干燥效果的影响

离心式喷雾是料液经高速旋转的雾化器小孔被分散成雾滴,因此雾化器的转速决定了雾滴大小.转速越大,雾滴越小,干燥后粉末越细.雾化器转速由频率来控制,频率越高转速越快,本机最大频率为70 Hz.雾化器频率对干燥效果的影响见表4.

表4 雾化器频率对牛蒡精粉得率和品质的影响Tab.4 Effect of sprayer frequency on yield and quality of burdock powder%

由表4可知,雾化器频率越大,精粉得率越高.这主要是由于料液固形物含量较低（鲜牛蒡固形物含量为13%,处理过程中加入了3倍量的水,故料液固形物含量为3.3%）,如果雾化器频率低,转速慢,则雾滴较大,雾滴中的水分还未蒸发完全就形成湿粉黏附在器壁上,导致得粉率降低.若转速高,则雾滴小,干燥速率快,干燥后粉末越细、含水量越低,溶解性提高.因此,针对料液固形物含量较低的情况,适当增大雾化器频率,干燥效果较好.考虑到雾化器频率过高会影响机器使用寿命,不利于大批量制备牛蒡精粉,所以雾化器频率宜采用60 Hz.

2.5 进风温度对干燥效果的影响

进风温度越高,干燥速度越快,雾滴中的水分蒸发越完全.不同进风温度对喷雾干燥效果的影响见表5.

表5 进风温度对干燥效果的影响Tab.5 Effect of inlet air temperature on yield and quality of burdock powder

由表5可知,随着进风温度升高,出风温度也逐渐升高,精粉得率逐渐增加,含水量逐渐降低,精粉色泽由青、白变成红褐色.综合考虑,选择200℃作为进风温度较为适宜.此外,料液喷雾干燥前应先预热至65℃,以缩小温差,减少水分蒸发所需的热量.

2.6 所制备牛蒡精粉成分分析

对所制备的牛蒡精粉进行成分分析,结果表明：精粉蛋白含量为16.63%,多糖含量为16.50%,灰分含量为5.17%,粗纤维含量为0.14 g/100g,所得精粉营养价值较高.

3 结论

本研究结果表明：鲜牛蒡经清洗、去皮、切片、热烫、护色（1%柠檬酸+0.4%抗坏血酸+0.5%氯化钙护色液浸泡30 min）、破碎打浆、胶磨、过100目滤布、滤液加热至65℃进行喷雾干燥,最佳干燥工艺参数为料水比1∶3,进风温度200℃,雾化器频率60 Hz,蠕动泵转速30 r/min.采用500 g鲜牛蒡按上述条件进行处理,牛蒡精粉得率为7.25%,精粉含水量为4.13%,固形物回收率为55.77%.牛蒡精粉为乳白色粉末,具有牛蒡特殊香味,溶解率超过85%.精粉蛋白含量为16.63%,多糖含量为16.50%,灰分含量为5.17%,粗纤维含量为0.14 g/100g.研究结果显示,牛蒡比较适合喷雾干燥加工,所得精粉营养价值高,溶解性好,贮存期长,使用方便,是对鲜牛蒡进行深加工的有效途径.

[1]陈世雄,陈靠山.牛蒡根化学成分及活性研究[J].食品与药品,2010,12（7）：281-285.

[2]何虎翼,甘秀芹,陆柳英,等.不同牛蒡品种根的营养品质分析[J].中国蔬菜,2011（6）：73-75.

[3]张晓伟,孙爱东,宫玮.牛蒡的营养价值及其开发现状[J].中国食物与营养,2006（1）：25-27.

[4]沈洪昇,赵秀梅,张富庚,等.牛蒡根提取物不同组分体外肿瘤细胞毒作用[J].食品研究与开发,2013,34（7）：37-39.

[5]孟秀梅.牛蒡的加工利用现状[J].食品与药品,2006,8（1）：65-68.

[6]胡喜兰,张诗文,张月,等.牛蒡研究进展[J].淮海工学院学报：自然科学版,2013,22（2）：51-55.

[7]石启龙,赵亚,王锡海,等.牛蒡非硫护色工艺[J].食品研究与开发,2011,32（3）：91-93.

[8]王永华.食品分析[M].2版.北京：中国轻工业出版社,2011.

（责任编辑：邓天福）

我校喜获国家科技进步一等奖

2014年1月10日上午,庄严的北京人民大会堂里灯火璀璨、暖意融融,国家科学技术奖励大会在这里隆重举行.党和国家领导人习近平、李克强、刘云山、张高丽出席大会并为获奖代表颁奖.由我校主持完成的“矮抗高产多抗广适小麦新品种矮抗58选育及应用”项目获得2013年度国家科技进步一等奖,实现了河南省高校30年来在该奖项上零的突破.我校党委书记牛书成、校长王清连、副校长刘兴友、小麦中心主任茹振钢等代表获奖单位和项目组参加了颁奖大会,茹振钢教授作为获奖代表上台领奖.

国家科学技术进步奖是为了表彰在我国科学技术事业发展中作出杰出贡献的科技工作者和组织,是国家对科技工作者研究成果的最高肯定.由我校茹振钢教授培育的小麦新品种“矮抗58”,育种创新技术突出,成功的解决了小麦高产大群易倒伏、矮秆品种易早衰、高产品种品质不优和稳定性差、稳产性与广适性难结合等种子培育的四大技术难题,实现了高产稳产、矮秆抗倒不早衰、抗逆抗病适应性广、优质中筋、稳定性好等品种优势.“矮抗58”是近年来黄淮麦区推广面积最快的特大小麦品种,截止到2013年8月,累计种植面积达到2.3亿亩,增产小麦86.7亿公斤,增效170多亿元,创造了巨大的经济效益和社会效益,为国家粮食核心区建设作出了重要贡献.该项目创造性的构建了“首席专家负责、分区授权、多点示范、就近供种”的推广模式,每年在省内外都有300万亩到500万亩的增速,在短短3年内便得以大面积推广,在产粮大省河南推广速度、种植面积、增产效益均居第一位,具有很强的示范、带动、辐射和扩散作用.

该项目是我校在河南省委、省政府的正确领导和省科技厅、教育厅和农业厅等上级单位的大力支持下,长期坚持科技兴校战略,实施科技攀登计划,全面提升科技创新能力取得的丰硕成果,彰显了我校在实现教学研究型大学建设新跨越上取得的突破性进展,标志着我校的科技研发能力和水平迈上了新台阶.

Study on spray-drying technology of burdock powder

Lu Fei1,Ma Le1,Li Bo1,2,Liu Xiaolin2
（1.Henan Institute of Science and Technology,Xinxiang 453003,China；2.Xuzhou Linquan Green Beverage Factory,Xuzhou 221711,China）

After fresh burdockwaswashed,sliced,blanched,colorprotected,pulped,colloidmilled,spray-dried, burdock powder of rich polysaccharide and protein have been got.The results showed that the optimal technology parameters were obtained after studying the influence factors on spray-drying.After blanching,burdock slices were soaked in 1%citric acid/0.4%ascorbic acid/0.5%calcium chloride for 30 mins to keep the color.The ratio of burdock/water was 1/3,the inlet air temperature was 200℃and sprayer frequency was 60 Hz.The burdock powder was white color,the yield was 7.25%,solid recovery rate was 55.77%,dissolution rate was above 85%,moisture content was 4.13%,polysaccharide content was 16.50%,protein content was 16.63%,ash content was 5.17%,and crude fiber content was 0.14%.The study shows that preparation of burdock powder by spray-drying is a potential way for deep processing of fresh burdock.

burdock；powder；spray-drying

TS275.4

A

：1008-7516（2014）01-0016-05

10.3969/j.issn.1008-7516.2014.01.004

2014-01-03

江苏省2011年度高层次创新创业人才引进计划项目

芦菲（1976-）,女,河南修武人,硕士,实验师.主要从事功能性食品研究.

李波（1973-）,男,河南新乡人,博士,教授,硕士生导师.主要从事功能性食品研究.