山楂果粉喷雾干燥参数工艺研究

磨正遵，商飞飞，潘中田，*，张丽鲜，李思思，唐小闲

（1.大连工业大学食品学院，辽宁大连116034；2.贺州学院食品科学与工程技术研究院，广西贺州542899）

广西大果山楂为蔷微科植物，在广西贺州、桂林、百色、靖西等地生长。2016年广西大果山楂种植面积突破25万亩。山楂风味独特、营养丰富且具有很好的药用价值[1-2]。山楂营养成分主要包括蛋白质、脂肪、碳水化合物、钙、磷、胡萝卜素、硫胺素、核黄素、维生素、果胶质和多种果酸等[3]。药用价值有降血脂作用[4]，降低总胆固醇、甘油三酯、低密度脂蛋白胆固醇水平、升高高密度脂蛋白胆固醇水平等[5-7]。山楂以其独特的风味和多种保健功能，己被加工成果酱果冻、复合饮料等多种形式的食品[8-10]、山楂醋[11]。但是目前山楂在生产加工成为保健食品比较单一，为了充分的利用当地的丰富资源、积极发展的广西山楂深加工，解决山楂丰收后的出路问题是目前研究的内容。

喷雾干燥法是用喷雾的方法，通过雾化器使液态物料以雾滴状态分散于热气流中，在热风的作用下，物料与热气体充分接触，进行热量交换，在瞬间完成传热和传质的过程，使雾状液滴的水分或溶剂迅速蒸发为气体[12-13]，虽然热风温度很高，但最终产品不会过热，仍保持在较低的温度[14-15]，保持原果原有的色、香、味[16]。糊精是一种无色无味物质的助干剂，在喷雾时加入可以有效的提高出粉率，特别是对于糖酸高的物料有很大的促进出粉，同时糊精且赋予食品一定的形态和黏度等特点，改善物质的溶解性、流动性、湿性低[17]。山楂果中含有糖类物质、酸类物质较多，含糖、酸类物质多的物料容易在高温下糊化，使物料发生黏壁。在本试验过程中发现，不添加麦芽糊精的情况下喷粉，会导致出粉率极低，同时喷雾干燥塔内黏壁严重，黏壁的物料呈黑黄状。利用喷雾干燥技术制备果蔬粉时，喷雾干燥技术参数也会对产品质量会产生重要影响，干燥过程中往往由于干燥不完全产生黏壁现象，也会造成出粉率低及产品溶解性差的问题[14]。所以本试验以广西大果山楂为原料，糊精为辅料，利用喷雾干燥技术生产山楂粉的工艺参数进行试验，从喷雾干燥的进风温度、物料浓度、雾化器转速、进料速度4个因素对出粉率、水分含量、流动性以及溶解时间等的影响进行研究，确定喷雾干燥参数的最佳工艺，优化喷雾干燥工艺参数，提高山楂果产品附加值，为山楂果保健开发利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

山楂：采摘自贺州学院大果山楂种植基地；麦芽糊精（食品级）：山东西王糖业有限公司；环状糊精（食品级）：河南中泰食化有限公司；卵磷脂（食品级）：郑州好用食品添加剂有限公司。

1.2 仪器与设备

DFRD-5高速离心式喷雾干燥：江苏无锡大峰干燥设备有限公司；CR-10色差仪：日本柯尼卡美能达色彩色差计；DH-411C电热干燥箱：Yamato有限公司；JD-322打浆机：金达电器；Y-8022胶体磨；上海捷达电机有限公司；GYB60-65高压均质机：上海东华高压均质厂；DFY-600高速万能粉碎机：温岭市林大机械有限公司；Adanomb-53水分分析仪：英国艾德姆；GL124-1SCN电子分析天平：赛多利斯半微量天平；Advanced-II-40超纯水机：艾柯实验室超纯水机；JJ-1000型电子天平：双杰测试仪器厂。

1.3 工艺流程

1.4 操作要点

选果：把山楂果清洗干净，捡出磕碰较大、有伤痕的烂果；

去核切片：山楂核含有单宁物质，影响口感，将山楂去核后切成均匀的片状；

护色：为防止山楂褐变，去山楂核切片后放置在护色液中30 min，沥干；

打浆：将沥干好的山楂切片用打浆机打碎至无大块果肉颗粒；

高压均质：将果浆在高压均质机中均质10 min到完全成细腻状；

配料：本试验以白砂糖、麦芽糊精、环状糊精、卵磷脂4种为辅料；

高速均质：加入配料后在8 000 r/min下高速均质4 min，配料全部溶于山楂果浆中后进行喷雾干燥。

1.5 山楂果干重含量

山楂含水量比较多，为了在喷雾时确定物料浓度，试验在105℃条件下，将100 g山楂鲜果放置105℃烘箱烘干，得到了18.13 g干物质，说明山楂鲜果平均含水量为81.87%，山楂果的物料浓度为18.13%，3次重复试验。

1.6 试验设计

1.6.1 喷雾干燥单因素试验

试验保持山楂果∶麦芽糊精∶白糖粉∶环装糊精∶卵磷脂的质量比165∶60∶12∶10∶4不变，试验保持添加麦芽糊精12%、环状糊精2%、卵磷脂0.8%不变。单因素试验：固定物料浓度为20%、雾化器转速为18 000 r/min、进料速度为40 r/min，考察不同进风温度（120、140、160、180、200 ℃）对山楂果粉喷雾干燥品质；固定进风温度160℃、雾化器转速为18 000 r/min、进料速度为40 r/min，考察不同物料浓度（12%、16%、20%、24%%、28%）对山楂果粉喷雾干燥品质；固定物料浓度为20%、进风温度160℃、进料速度为40 r/min，考察不同雾化器转速（14 000、16 000、18 000、20 000、21 000 r/min）对山楂果粉喷雾干燥品质；固定物料浓度为20%、进风温度160℃、进料速度为40 r/min，雾化器转速 20 000 r/min 进料泵流量（20、25、30、35、40、45、50 r/min）对山楂果粉喷雾干燥品质。

1.6.2 正交优化试验

根据单因素结果并分析，选择进风温度、物料浓度、雾化器转速、进料速度4个因素采用L9（34）设计正交试验，正交试验因素水平见表1。

1.7 测定与计算

1.7.1 冲调性测定[18]

称取山楂果粉末样品10 g分散地倒入烧杯中，用量筒取50℃的蒸馏水100 mL倒入烧杯中，然后用玻璃棒沿杯壁顺时针搅拌，记录溶解时间。

表1 正交试验因素水平表Table 1 Spray drying orthogonal test factor level table

1.7.2 水分含量测定

称1 g粉末放入水分测定仪测定。

1.7.3 色差测定

把样品装满样品盒并铺平，用全自动色差仪CIELAB系统测定色泽。

1.7.4 流动性测定[19]

固定漏斗直径1 cm的漏斗嘴使其与桌面保持垂直，漏斗嘴离桌面高度为8 cm，在桌面上铺方一张洁净的白纸，把40 g山楂果粉从漏斗加入，测定山楂果粉在白纸上所形成锥形的底部直径，用直径的大小来判断山楂粉流动性大小。直径越大，山楂粉流动性越好。

1.7.5 堆积密度测定[20]

堆积密度ρ，将山楂果粉从漏斗中散落到10 mL量筒中，测定10 mL山楂果粉的质量m（g）。

1.7.6 出粉率的计算

喷雾干燥后山楂果粉的重量m1，与干燥前添加山楂果重量m2和调配时所加配料重量m3的和的比值，即为出粉率。

1.8 数据处理

测定和分析结果采取Excel 2003表格和Origin－Pro8.5软件进行数据整理及作图。结果以平均值±标准差的形式表示，试验重复3次。

2 结果与分析

2.1 进风温度对山楂粉出粉率及品质的影响

不同进风温度对山楂出粉率的影响见图1，对山楂粉品质影响见表2。

图1 进风温度对出粉率的影响Fig.1 Intake air temperature on the impact of the powder rate

表2 进风温度对山楂果粉品质的影响Table 2 Effect of inlet air temperature on the quality of hawthorn fruit powder

由图1可知，当进风温度在120℃～160℃时，出粉率随温度升高而上升，当进口温度在160℃时出粉达到最大，之后随着温度升高，出粉率降低。这是因为温度太低，不足以使全部液滴在干燥室内完全干燥，部分干颗粒因此发生黏壁现象，导致产品得率低；温度太高，料液中山楂的糖类物质、酸类物质会发生焦糖化反应，产生热熔挂壁的现象，使得出粉率降低，且产品有焦糊、结块的现象[21]。对山楂果粉品质影响见表2，进风温度对水分含量、堆积密度、流动性的影响显著，对山楂果粉的颜色影响不显著。随着进风温度上升，水分含量递减，根据固体饮料卫生标准GB7101-2003《固体饮料卫生国家标准食品中水分的测定》[22]规定，固体饮料水分含量不大于5%。堆积密度是指山楂粉末容易散开程度，堆积密度越小越容易散开，颗粒抱团情况越小，流动性越高，更易于溶解在水中；随着进风温度上升，堆积密度越小，山楂果粉流动性越大。综合考虑，热风温度应控制在160℃适宜。

2.2 物料浓度对山楂粉出粉率及品质的影响

不同物料浓度对山楂出粉率的影响见图2，对山楂粉品质影响见表3。

图2 物料浓度对出粉率的影响Fig.2 The influence of material concentration on the output of powder

由图2可知，当物料浓度在12%～20%时，出粉率随物料浓度增大而上升，当进料的物料浓度高于20%时，出粉率随着物料浓度上升而下降。这是因为在雾化器转速及温度一定的情况下，物料浓度较高，使物料较大颗粒的分散在内部，容易黏附在壁上；同时在温度一定下，较大颗粒进入系统，水分蒸发需要更多能量，使温度下降导致出粉率下降。对山楂果粉品质影响见下表3，物料浓度对水分含量、堆积密度、流动性及颜色的影响，随着进物料浓度上升，水分含量、堆积密度递减，流动性增大，冲调性越好，L值（白色值）越来越低。这是因为在雾化器转速一定下，物料浓度太低，导致颗粒状过小，容易堆积，也导致水分不易蒸发；物料浓度太高，在一定的温度系统中，物料水分蒸发伴随能量损失，导致水分含量增高。

表3 物料浓度对山楂果粉品质的影响Table 3 Effect of material concentration on the quality of hawthorn fruit powder

2.3 雾化器转速对山楂粉出粉率及品质的影响

不同雾化器转速对山楂出粉率的影响见图3，对山楂粉品质影响见表4。

从图3可以看出，雾化器转速大小对出粉率影响较为强烈。雾化器转速越高，出粉率越高。这是由于高速离心的状态下，进料速度一定下，物料能快速均匀且颗粒较小的喷洒在内部，同时在高温状态下，水分瞬间被蒸发，使湿润的物料与内壁发生较少的碰撞，减少黏壁发生的现象。对山楂果粉品质影响见下表4，雾化器转速对水分含量、堆积密度、流动性及颜色的影响显著。随着进物料浓度上升，水分含量、堆积密度递减，流动性增大，冲调性越好，L值（白色值）越来越好。这是因为雾化器转速高，使物料更均匀喷洒在干燥箱内。

图3 雾化器转速对出粉率的影响Fig.3 Effect of atomizer speed on the output of powder

表4 雾化器转速对山楂果粉品质的影响Table 4 Effect of atomizer speed on the quality of hawthorn fruit powder

2.4 进料速度对山楂粉出粉率及品质的影响

不同进料速度对山楂出粉率的影响见图4，对山楂粉品质影响见表5。

图4 进料速度对出粉率的影响Fig.4 Effect of feed rate on the rate of powder production

如图4所示，随着进料速度的逐渐增大，喷雾干燥的出粉率呈现缓慢上升达到顶峰后快速下降；在进料速度增至35r/min时，出粉率达到最大。因为当进料速度过小时雾滴太细太轻，粉体直接黏在了干燥室内壁，未能被旋风分离器分离；流料过快会使雾滴变大，在系统供给的热量一定的情况下，出风温度下降，很多雾滴就会干燥不完全，水分蒸发不彻底，从而出现黏壁现象，使得出粉率降低[23]。同时，进料速度过小时，喷雾干燥时间加长，耗能增加，成本升高，经济效益下降，因此在出粉率相差不大的情况下选着较大的进料速度。对山楂果粉品质影响见下表5，进料速度对水分含量、堆积密度、流动性及颜色的影响，随着进料速度的上升，水分含量、堆积密度递增，流动性和冲调性变差；L值（白色值）变化不明显。

表5 进料速度对山楂果粉品质的影响Table 5 Effect of feed rate on quality of hawthorn fruit powder

2.5 正交试验结果与分析

根据单因素试验结果基础上，选择进风温度、物料浓度、雾化器转速、进料速度4个因素进行L9（34）正交试验，产品以出粉率跟水分含量为评价。试验因素见表2，正交试验结果表见表6。

表6 正交设计及结果Table 8 Orthogonal design and result

由表6可知：5号试验组的出粉率最高。经极差分析可知，喷雾干燥工艺对山楂果粉影响品质主次因素依次为C＞A＞D＞B，即雾化器转速＞进风温度＞进料速度＞物料浓度；喷雾干燥山楂果粉的最佳工艺条件组合为A2B2C3D2，即进风温度160℃、物料浓度20%、进料速度35 r/min、喷头转速21 000 r/min。由于统计分析的结果与实际多得的最佳工艺条件组合与5号试验组不同，为进一步验证统计分析所得的最佳工艺条件组合与5号试验组组合喷雾效果，因此进行了验证试验。

2.6 验证试验

正交表极差分析得到最佳工艺条件为A2B2C3D2，即进风温度160℃、物料浓度20%、进料速度35 r/min、喷头转速21 000 r/min。通过验证试验A2B2C3D2的出粉率为35.98%，水分含量4.08%。

3 结论

本试验选用广西大果山楂进行喷雾试验，通过对物料添加乳化剂跟助干剂，然后在不同进风温度、物料浓度、雾化器转速、进料速度对喷雾干燥加工山楂果粉品质的影响进行了单因素研究，并进行了四因素三水平正交优化试验，确定了离心式喷雾干燥机加工山楂果粉的最佳工艺条件为：进风温度160℃、物料浓度20%、进料泵流量35 r/min、喷头转速21 000 r/min。该工艺生产出产品的出粉率为35.98%，水分含量4.08%。

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