超微粉碎对菠萝蜜超微全粉品质的影响

王 萍,陈芹芹,毕金峰,*,刘 璇,易建勇,周林燕,钟耀广

(1.上海海洋大学 食品学院,上海 201306;2.中国农业科学院农产品加工研究所/农业部农产品加工重点实验室,北京 100193)

超微粉碎对菠萝蜜超微全粉品质的影响

王 萍1,2,陈芹芹2,毕金峰2,*,刘 璇2,易建勇2,周林燕2,钟耀广1

(1.上海海洋大学 食品学院,上海 201306;2.中国农业科学院农产品加工研究所/农业部农产品加工重点实验室,北京 100193)

为了明确超微粉碎工艺对菠萝蜜粉品质的影响,本文以真空冷冻-变温压差膨化联合干燥的菠萝蜜粗粉为原料,研究了超微粉碎时间对菠萝蜜超微全粉的各项理化和营养品质的影响。实验结果表明,超微粉碎时间对菠萝蜜的粒径的影响较小,经5min粉碎后即可达到超微粉的要求;菠萝蜜粉的溶解性指数和持水力与超微粉碎时间呈上升趋势,类胡萝卜素和维生素C含量与超微粉碎时间呈下降趋势;通过真空冷冻-变温压差膨化联合干燥方法干燥法获得的菠萝蜜粉的流动性可满足实际生产的需要,产品的吸湿性较小,不易粘结。

菠萝蜜粉,联合干燥,超微粉碎,理化指标,营养品质

菠萝蜜(Artocarpusheterophyllus)又称木菠萝、树菠萝、大树菠萝等,是世界著名的热带果树,为桑科木菠萝属植物,广泛种植于印度、孟加拉以及东南亚国家[1]。菠萝蜜引进我国有一千多年的历史,主要种植在我国的广东、广西、云南、海南、台湾等南方地区[2]。菠萝蜜果树为四季常青树,树木可常年挂果,果实较大,产量高。成熟的菠萝蜜果肉颜色为黄色,味道鲜美、气味芬芳、含有丰富的蛋白质、维生素A、维生素C、钙、镁、磷、钾等营养物质以及类胡萝卜素、多酚等抗氧化物质,具有“热带水果皇后”的美誉[3-4]。菠萝蜜一般以鲜食为主,也可烹调食用,菠萝蜜的后熟现象严重,贮藏期短,常温下可贮藏2～3d,在12℃下也只可贮藏20d左右[5]。

对新鲜果蔬进行干燥制粉,是近几年来果蔬加工的新趋势。果蔬全粉不仅营养丰富、贮藏稳定性好、运输成本低,而且实现了原料的高效利用,并可满足特殊消费人群的需要,有效延长热带果品加工产业链、提高产品附加值和带动果农增收的重要途径之一[6-7]。目前用于果蔬干燥制粉的常用方式有喷雾干燥以及常规干燥(如热风干燥、真空冷冻干燥)后超微粉碎制粉等。喷雾干燥技术具有干燥速度快、时间短、物料温度低、易于连续化生产等特点,适合于热敏性物料的干燥,但是喷雾干燥在干燥的过程中需要加入麦芽糊精、卵磷脂等助干剂,从而会影响果蔬粉的纯度[8-9];热风干燥设备简单,操作方便,但是干燥时间长,会导致产品的色、香、味和营养成分的损失,且比较适合非热敏性或者含糖量较低的果蔬原料;真空冷冻干燥可以最好的保留产品的色泽、芳香以及营养物质,生产出来的产品质地好、口感佳,但是干燥周期长,能源消耗大,产品成本高[10]。

本文从节约能耗、提高菠萝蜜粉的品质的角度出发,结合前期的实验结果,以真空冷冻-变温压差膨化干燥联合干燥后的菠萝蜜为原料制备粗粉,采用超微粉碎机进行不同时间的超微粉碎,研究超微粉碎过程对菠萝蜜超微全粉的品质的影响。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

菠萝蜜品种为马来西亚6号,产地海南,购买于北京市新发地水果批发市场。菠萝蜜原料要求七分熟左右,去皮取果后,将整果放在-40℃环境中冷藏待用,实验时解冻去核后切成1×5cm左右的条状。

九阳粉碎机:JYL-B060 九阳股份有限公司;振动磨粉碎机:KCW-10 北京锟捷玉诚机械设备有限公司;真空冷冻干燥机:Alphal-4Lplus型 德国CHRIST公司;果蔬变温压差膨化干燥机:QDPH10-1 天津市勤德新材料科技有限公司;色彩色差仪:D25L型 美国Huterlab公司;高速旋转离心机:3K15 德国sigma公司;扫描电镜:S-570 日本日立公司;激光粒度分析仪:Microtarc S3500(BWDL) 美国Microtarc公司;紫外可见分光光度计:UV1800 日本岛津公司。

1.2 实验方法

1.2.1 工艺流程 新鲜菠萝蜜→去皮→切半取花序轴→取果苞→清洗→整果冷冻→常温解冻→切分→真空冷冻干燥→变温压差膨化干燥→菠萝蜜干→普通粉碎→超微粉碎

1.2.2 菠萝蜜干的制备方法

1.2.2.1 菠萝蜜的冷冻和切分 将新鲜的菠萝蜜果苞清洗后于-40℃冷冻,实验时解冻去核后切分成1cm×5cm的条状。

1.2.2.2 真空冷冻干燥 将切分好的新鲜菠萝蜜放进真空冷冻干燥机进行真空冷冻干燥10h,此时菠萝蜜的水分含量在55%～65%之间。

1.2.2.3 变温压差膨化干燥 将1.2.2.2中得到的半干菠萝蜜产品进行变温压差膨化干燥,得到的菠萝蜜干的水分含量控制在5%～8%之间。

1.2.3 菠萝蜜粉的制备 将1.2.2中得到的菠萝蜜干用九阳粉碎机进行粉碎,每次粉碎时间10～15s,过100目筛,得到菠萝蜜的粗粉。将粗粉放入超微粉碎机中进行超微粉碎,每次投样量一定,粉碎时间分别为5、10、15、20min,得到四种微粉,分别命名为微粉Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ。

1.2.4 指标测定

1.2.4.1 粒径 利用激光粒度仪测定菠萝蜜粉的粒径[11]。

1.2.4.2 色泽 采用色彩色差计测定菠萝蜜粉的色泽,用CIELAB表色系统测定菠萝蜜干的L*,a*和b*值,其中L*代表明度指数,从黑暗(L*=0)到明亮(L*=100)的变化;a*代表颜色从绿色(-a*)到红色(+a*)的变化,b*代表颜色从蓝色(-b*)到黄色(+b*)的变化[12]。

1.2.4.3 休止角 将一漏斗固定在距离水平面一定距离处,取粉体适量,使其通过玻璃漏斗自由落在平面上,直到粉堆成的圆锥体的最高点碰触到漏斗最下端为止,测量此时圆锥体直径D[13]。计算公式如下:

式(1)

其中：H为漏斗底部距离水平面的距离(cm);D为粉体堆成的圆锥体的直径(cm);θ为粉体的休止角(°)。

1.2.4.4 堆积密度 将菠萝蜜粉装入10mL容量瓶中,振实,直至粉填充至容量瓶刻度。粉的堆积密度(d0)表示为10mL粉的质量[14]。计算公式如下:

式(2)

其中:M1为容量瓶的质量(g),M2为粉和容量瓶的总质量(g);d0为粉的堆积密度(g/mL)。

1.2.4.5 吸湿性 精确称取1g菠萝蜜粉放置于已称重的干燥铝盒中,将铝盒放置在盛有饱和氯化钠溶液(环境相对湿度75.5%)的玻璃干燥器中,保存7d[15]。吸湿性(HG)表示每100g干物质吸收水分的克数,计算公式如下:

式(3)

其中:Δm为粉质量的变化(g),M为粉的初始质量(g),Mi为粉放进干燥器前的自由水含量(g);HG为粉的吸湿性(%)。

1.2.4.6 溶解性指数(WSI) 称取一定质量的样品,均匀的分散在水溶液中,样品和水的比例为0.02∶1(1g溶于50mL的蒸馏水中);将样品转入离心管,在80℃下水浴震荡30min;混合物在6000r/min下离心10min,然后将样品放在105℃下称至恒重,称重[16]。计算公式如下:

式(4)

其中:S1为样品的重量(g);S2为烘干后的样品重量(g);WSI为粉的溶解性指数(%)。

1.2.4.7 持水力 称取一定量的样品,均匀的分散在水溶液中,样品和水的比例为0.05∶1(1g溶于20mL的蒸馏水中),将样品转入离心管,在60℃下分别水浴30min,然后取出在冷水中冷却30min。样品在5000r/min下离心20min,去除上清液,称取离心管和样品的总重[17]。计算公式如下:

式(5)

其中:M为离心试管的质量(g);M1为样品的重量(g);M2为离心管和样品的总重(g);WHC为粉的持水力(g/g)。

1.2.4.8 微观结构 采用电镜扫描法,不同超微粉碎下的超微全粉均在相同的放大倍数下进行扫描观察。

表2 不同超微粉碎时间对菠萝蜜各项物理指标的影响Table 2 The influence of different superfine grinding time on jackfruit powder physical properties

1.2.4.9 总糖的测定 采用苯酚硫酸比色法[18]。

1.2.4.10 还原糖的测定 采用3,5-二硝基水杨酸比色法[19]。

1.2.4.11 类胡萝卜素的测定 取10g样品于烧杯中,用丙酮和己烷(比例为2∶3)进行提取,直至溶液颜色为无色。用沃特曼4号滤纸进行过滤,过滤液转入分液漏斗中,用蒸馏水和5%的NaCl进行反复的洗涤,直至丙酮分离出来,将含有色素的己烷上层液转移到100mL的容量瓶中,用己烷定容。在450nm下测定吸光度,己烷做空白[20]。用以下公式进行换算:

式(6)

其中:TC表示类胡萝卜素含量(mg/100g);A450为类胡萝卜素在450nm下的吸光度;V表示样品定容体积(mL);M表示样品重量(g)。

1.2.4.12 维生素C的测定 采用2,6-二氯靛酚滴定法[21]。

1.2.4.13 pH的测定 称取1g菠萝蜜粉加20mL的蒸馏水,搅拌10min后静置30min,然后用pH计进行测定[22]。

1.2.4.14 总酸的测定 采用NaOH滴定法[23]。

1.3 数据分析

不同超微粉碎时间对菠萝蜜粉的各项理化和营养指标的影响,均采用SPSS进行数据分析。

2 结果与分析

2.1 不同超微粉碎时间对菠萝蜜粉色泽的影响

不同超微粉碎时间对菠萝蜜粉色泽的影响见表1。

表1 不同超微粉碎时间对菠萝蜜粉色泽的影响Table 1 The influence of different superfine grinding time on color of jackfruit powder

注:同一栏内标注的小写字母表示显著差异性(p≤0.05)(下同)。

由于菠萝蜜粉的主要颜色为黄色,所以主要以L*和b*衡量菠萝蜜的品质的变化。由表1可知,随着超微时间的延长,菠萝蜜粉的L*呈现先增大后减小的趋势;菠萝蜜粉的色泽b*逐渐减小,粗粉和微粉之间的差异性较大,不同的微粉之间的差异性较小。出现这种现象的原因可能在于,经超微粉碎后,菠萝蜜粉中的类胡萝卜素受到一定的破坏,因而菠萝蜜粉的黄色变浅,亮度值增加,随着超微粉碎时间的延长,类胡萝卜素被破坏的越多,菠萝蜜粉的黄色越浅,因此,菠萝蜜粉的b*呈现逐渐降低的趋势;但是同时在超微粉碎过程中,超微时间越长,菠萝蜜粉受热时间越久,粉体本身可能会发生一定的氧化褐变,因此L*呈现先增大后减小的趋势。

2.2 不同超微粉碎时间对菠萝蜜粉各项物理指标的影响

不同超微粉碎时间对菠萝蜜粉各项物理指标的影响见表2。

由表2可知,粗粉和微粉粒径之间具有明显的差异性,不同超微粉碎时间下的菠萝蜜粉的粒径没有显著差异性,超微5min时,菠萝蜜粉已经达到超微粉的要求(超微粉粒径要求为10～25μm),后期超微粉碎时间对菠萝蜜粉的粒径没有太大的影响。

不同的粉碎时间对于微粉的休止角的影响具有一定的显著性影响,随着超微粉碎时间的延长,菠萝蜜粉的休止角表现为先增大后减小的趋势。出现这种现象的原因可能在于超微粉碎使得粉的粒径减小,颗粒之间摩擦力增大的作用增大,粉的休止角逐渐增大;但是随着超微粉碎时间进一步的延长,粉体表面的黏着力作用小于重力,休止角又呈变小趋势[24]。

超微粉碎时间对于菠萝蜜粉的堆积密度的影响具有一定的显著性,但是随着超微粉碎时间的延长,显著性消失;从变化趋势而言,随着超微粉碎时间的延长,菠萝蜜粉的堆积密度呈现先降低后增加的趋势。这是因为粉的堆积密度和粉的流动性具有一定的正相关性[25],即粉的堆积密度与粉的休止角呈负相关性。

超微粉碎时间对菠萝蜜粉吸湿性的影响,没有一定的规律性,出现这种现象的原因可能是粉的吸湿能力与粉体内的多种物质有关,粉碎时间的不同,会导致不同物质的变化,从而会造成吸湿性的浮动变化,具体的原因有待进一步研究。

表3 不同超微粉碎时间对菠萝蜜各项理化营养品质的影响Table 3 The influence of different superfine grinding time on the physicochemical and nutritional properties of jackfruit powder

菠萝蜜粉的溶解性指数和持水力随着超微粉碎时间的延长而增大,且粗粉和微粉之间的变化趋势较大,但随着超微粉碎时间的延长,溶解性指数和持水力的变化趋势较为缓慢。原因分析可能为超微粉碎的瞬间会使得菠萝蜜粉中本不溶于水的物质遭到破坏而易溶于水;而随着超微时间的增加,粉的溶解性和持水力仅依赖于粉的颗粒大小,但是由于超微粉碎时间对于粉的粒径没有太大的影响,因而溶解性指数和持水力的变化趋势也较小[26]。

2.3 不同超微粉碎时间对菠萝蜜各项理化营养指标的影响

由表3可知,不同超微粉碎时间对菠萝蜜粉中的类胡萝卜素影响显著,随着超微粉碎时间的延长,类胡萝卜素的含量逐渐减少;维生素C在超微粉碎10min内随着超微粉碎时间的延长逐渐减少,随着时间的继续延长,含量基本无变化;超微粉碎会使得菠萝蜜中的总酸的含量增加,但是超微粉碎时间的变化对其影响不显著;菠萝蜜粉中的总糖、还原糖、pH三个指标随着超微粉碎时间的延长呈现波动变化。

2.4 不同超微粉碎时间对菠萝蜜粉微观结构的影响

不同超微粉碎时间获得的菠萝蜜粉的微观结构扫描见图1。扫描时不同粉碎时间下的粉体均在500倍的放大倍数下进行扫描,图1(a)为粗粉的扫描电镜图,图1(b-e)分别为微粉Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ结构图。由图1中的微观结构图可以看出,粗粉(a)的颗粒较大,颗粒大小差异性较大,四种微粉相对粗粉,颗粒较小,大小均匀,四种微粉(b-e)之间的微观结构差异性较小,说明超微粉碎有利于粉的颗粒的破碎,但是随着超微时间的进一步延长,颗粒大小变化不明显。

图1 不同超微粉碎时间的菠萝蜜粉的 微观结构电镜扫描图(bar=60μm)Fig.1 Scanning electron microscope images of jackfruit powder of different superfine grinding time(bar=60μm)

3 结论与讨论

3.1 超微粉碎时间对菠萝蜜粉的粒径的影响不显著,在5min左右的粉碎时间即可达到超微粉的要求。

3.2 菠萝蜜粉的溶解性指数和持水力与超微粉碎时间呈上升趋势,类胡萝卜素和维生素C含量与超微粉碎时间呈下降趋势。

3.3 通过对菠萝蜜粉的各项理化指标的测定结果可以得知,通过真空冷冻-变温压差膨化联合干燥方法干燥法获得的菠萝蜜粉的流动性可满足实际生产的需要,产品的吸湿性较小,不易粘结。

[1]Rahman A,Nahar N,Jabbar M A,etal. Variation of carbohydrate composition of two forms of fruit from jack tree(ArtocarpusheterophyllusL)with maturity and climatic conditions[J]. Food Chemistry,1999,65(1):91-97.

[2]Swami S B,Thakor N J,Haldankar P M,etal. Jackfruit and its many functional components as related to human health:a review[J]. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety,2012,11(6):565-576.

[3]Swami S B,Thakor N J,Haldankar P M,etal. Jackfruit and its many functional components as related to human health:A review[J]. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety,2012,11(6):565-576.

[4]Samaddar H M. Fruits of India:tropical and subtropical[M]. Calcutta:NayaProkash,1985:638-649.

[5]Nakasone H Y,Paull R E. Tropical fruits[M]. Cab International,1998:334-341.

[6]Chen X D,Ozkan N. Stickiness,functionality,and microstructure of food powders[J]. Drying Technology,2007,25(6):959-969.

[7]毕金峰,陈芹芹,刘璇,等.国内外果蔬粉加工技术与产业现状及展望[J].中国食品学报,2013,13(3):8-14.

[8]Adhikari B,Howes T,Bhandari B R,etal. Effect of addition of maltodextrin on drying kinetics and stickiness of sugar and acid-rich foods during convective drying:experiments and modelling[J]. Journal of Food Engineering,2004,62(1):53-68.

[9]刘华敏,解新安,丁年平.喷雾干燥技术及在果蔬粉加工中的应用进展[J].食品工业科技,2009,30(2):304-307.

[10]Cui Z W,Li C Y,Song C F,etal. Combined microwave-vacuum and freeze drying of carrot and apple chips[J]. Drying Technology,2008,26(12):1517-1523.

[11]Zhang L,Xu H,Li S. Effects of micronization on properties of Chaenomelessinensis(Thouin)Koehne fruit powder[J]. Innovative Food Science & Emerging Technologies,2009,10(4):633-637.

[12]Figiel A. Drying kinetics and quality of beetroots dehydrated by combination of convective and vacuum-microwave methods[J].Journal of Food Engineering,2010,98(4):461-470.

[13]Zhang M,Zhang C,Shrestha S. Study on the preparation technology of superfine ground powder of AgrocybechaxinguHuang[J]. Journal of Food Engineering,2005,67(3):333-337.

[14]Bai Y X,Li Y F. Preparation and characterization of crosslinked porous cellulose beads[J]. Carbohydrate Polymers,2006,64(3):402-407.

[15]Caparino O A,Tang J,Nindo C I,etal. Effect of drying methods on the physical properties and microstructures of mango(Philippine ‘Carabao’var.)powder[J]. Journal of Food Engineering,2012,111(1):135-148.

[16]Zhao X,Yang Z,Gai G,etal. Effect of superfine grinding on properties of ginger powder[J]. Journal of Food Engineering,2009,91(2):217-222.

[17]Anderson R A. Water absorption and solubility and amylograph characteristics of roll-cooked small grain products[J].Cereal Chemistry,1982,59.

[18]Kim S H,Choi Y J,Lee H,etal. Physicochemical properties of jujube powder from air,vacuum,and freeze drying and their correlations[J]. Journal of the Korean Society for Applied Biological Chemistry,2012,55(2):271-279.

[19]AOAC,1995.Official methods of analysis,16th ed. Association of official analytical chemists,Washington,DC.

[20]Saxena A,Maity T,Raju P S,etal. Degradation kinetics of colour and total carotenoids in jackfruit(Artocarpusheterophyllus)bulb slices during hot air drying[J]. Food and Bioprocess Technology,2012,5(2):672-679.

[21]GB6195-86,水果蔬菜维生素C含量测定法[S].

[22]马荣山,李艳玲,宫元娟.不同干燥方法对胡萝卜粉理化性质影响的研究[J].食品工业科技,2008,29(4):107-110.

[23]常虹,李远志,张慧敏.不同干燥方式制备菠萝粉的效果比较[J]. 农产品加工·学刊,2009(3):135-137.

[24]饶样福. 新型果蔬微粉片开发及其关键技术研究[D].江南大学,2007.

[25]陈绪龙,赵国巍,廖正根,等.当归超微粉体和普通粉体的粉体学性质比较[J].中国实验方剂学杂志,2010,16(18):1-1.

[26]Zhao X,Yang Z,Gai G,etal. Effect of superfine grinding on properties of ginger powder[J]. Journal of Food Engineering,2009,91(2):217-222.

Influence of superfine grinding on quality characteristic of jackfruit powder

WANG Ping1,2,CHEN Qin-qin2,BI Jin-feng2,*,LIU Xuan2,YI Jian-yong2,ZHOU Lin-yan2,ZHONG Yao-guang1

(1.College of Food Science and Technology,Shanghai Ocean University,Shanghai 201306,China;2.Institute of Agro-products Processing Science and Technology,Chinese Academy of Agricultural Sciences;Key Laboratory of Agro-Products Processing,Ministry of Agriculture,Beijing 100193,China)

In order to determine the influence of superfine grinding on quality characteristic of jackfruit powder,jackfruit coarse powder dried by vacuum freeze and explosion puffing combination drying was used as the raw material in this study. The results showed that the superfine grinding time had little influence on particle size,the superfine grinding time for 5 minutes can meet requirement of powder particle size. The water solution index and water holding capacity of jackfruit powder increased,while the total carotenoids and vitamin C decreased with superfine grinding time;the jackfruit powder dried by vacuum freeze and explosion puffing combination drying had good liquidity as well as small hygroscopicity,which can meet the demand of enterprise and not easy to bond.

jackfruit powder;combination drying;superfine grinding;physicochemical properties;nutritional properties

2014-03-27

王萍(1989-)，女，在读硕士，研究方向：特色热带果品干燥及制粉研究。

*通讯作者:毕金峰(1970-)，男，博士，研究员，研究方向：果蔬精深加工与综合利用技术。

农业部公益性行业(农业)科研专项(201303077)；新疆生产建设兵团科技支疆计划(2013AB020)。

TS255

B

1002-0306(2015)01-0144-05

10.13386/j.issn1002-0306.2015.01.022