利用流化床造粒技术改善黑豆玉米粉的品质

高长城，解迪

(长春大学 食品科学与工程学院，长春 130022)

流化床造粒是将常规湿法造粒的混合、制粒和干燥三个步骤在密闭容器内一次完成的方法。其原理为压缩空气和粘合剂溶液由喷嘴雾化喷至处于流化状态的物料粉末上，雾滴接触粉末聚结在其周围形成大颗粒，同时再由继续喷入的溶液滴落在大颗粒表面，使颗粒与颗粒，粉末与颗粒相互架桥结合，逐渐形成较大的颗粒。干燥后，雾滴形成的液体桥变成固体桥，得到规则或不规则的多孔颗粒，制得的颗粒密度小，粒度均匀，冲调、流动性好。

大豆磷脂是将大豆油生产过程中毛油水化脱胶时得到的副产物进行进一步脱水、纯化处理而得[1]。由卵磷脂、脑磷脂等成分组成，是人体生物膜的重要组成部分，具有很高的营养价值。大豆磷脂作为一种性能优良的天然离子型表面活性剂，具有两性电离特性，在热水冲调时有较强的乳化作用，同时磷脂的粘度较高，可以将颗粒物粘着在表面，从而增大颗粒之间的空隙，利于冲调[2]。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

黑豆玉米粉(通过挤压膨化工艺自制)；WBF-2G型多功能流化床(重庆艾伯特机电有限公司)；BT100-2J型蠕动泵(保定兰格恒流泵有限公司)；大豆磷脂(北京美亚斯林志技术有限公司)；试验所用试剂均为国产分析纯。

1.2 方法

1.2.1 产品流动性

用注入法测定产品的休止角α：将粉体从漏斗上方慢慢加入，从漏斗底部漏出的物料在水平面上形成圆锥状堆积体的倾斜角。

(1)

式中，h为锥体高度，r为锥体半径，α越大，即颗粒相互粘附力越大，颗粒越小流动性越差。

1.2.2 造粒参数设置

造粒时，流化床内投放物料800 g，采用顶喷造粒工艺，选择1 mm喷嘴，喷雾压力选择0.2～0.4 MPa，进风量控制在20 m3/h以下(试验中随造粒大小具体调节)，进风温度选择30～50 ℃，干燥时间10～30 min。蠕动泵转速选择1～6 r/min。

1.2.3 感官评价

通过单因素试验，确定了磷脂、进风温度(干燥温度)、干燥时间的范围，以产品的滋味和风味、口感、冲调性、色泽为指标，采用L9(34)正交分析，综合感官评分的模糊综合评判方法，确定流化床最佳工艺参数。试验因素与水平设计如表1所示。

表1 正交试验因素与水平表

通过正交设计，得到9个样品，依次对每个样品进行等级评定。称取10g不同样品置于一次性杯子中，加入80～90 ℃开水90 ml并搅拌，当温度降低到50 ℃左右时，进行感官品尝，评价标准打分如表2所示。

表2 冲调粉感官评分标准

2 结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1 蠕动泵转速测定

一定喷雾压力下，选择使磷脂雾化效果好的转速。雾化效果好，喷头在某转速下喷出的雾滴大小均匀。单位面积内，雾滴多、细而密；反之则大小不均，少而疏。

方法：喷头一定高度垂直喷向白纸，取单位平方厘米内点的个数判断雾化效果。

图1 单位面积不同转速下雾滴点数

由图1可知，蠕动泵转速越高，单位面积内雾滴数量越少，说明转速越高雾化效果越差。因此，蠕动泵转速选择为1 r/min。通过测定，转速为1 r/min时，蠕动泵的磷脂抽取量为0.29 g/min。

2.1.2 磷脂添加量的确定

试验开始时，流化床进风量为10 m3/h，喷雾压力0.3 MPa，进风温度为30 ℃，干燥时间20 min。试验中，磷脂添加量控制在5%(以1 kg计)以内，超过5%，磷脂气味浓烈，影响感官体验。试验考察磷脂添加量以及添加前后，磷脂对冲调粉粘度的影响如表3所示。

表3 磷脂添加量对粘度的影响

注：数据采用3组重复测定,平均值±标准差,同列中不同字母(a,b,c,d)差异显著,显著水平p<0.05.

由表3得知：添加磷脂对冲调粉的粘度有显著影响，随着磷脂添加量的增加，冲调粉粘度逐渐增大，当磷脂添加量为3%时，冲调粉粘度达到最大值，但仍然小于未添加磷脂的冲调粉粘度；当磷脂超过3%时，冲调粉粘度逐渐减小。冲调粉通过添加磷脂造粒，能明显减小冲调粉的粘度，随着磷脂添加量增加，磷脂本身粘度很高，使得冲调粥黏度升高。随着磷脂的继续升高，磷脂在冲调粥中占比越来越大，造成冲调粥粘度减小，但此时冲调粥的磷脂气味越来越明显，影响冲调粥的感官评价。因此，磷脂添加量的范围选择为1%～3%，即10g，20g，30g。

2.1.3 进风温度的确定

流化床进风温度影响颗粒的大小及颗粒干燥程度，进而影响冲调粉冲调性。同时，进风温度和干燥时间也影响产品的货架期。试验考察不同进风温度对冲调粉干粉流动性的影响确定进风温度范围。

设置流化床进风量为10 m3/h，喷雾压力0.3 MPa，磷脂添加量3%，干燥时间20 min。

图2 进风温度对流动性影响

从图2看出，冲调粉流动性随进风温度的提高缓慢增加，当进风温度高于45℃时，冲调粉流动性缓慢下降。冲调粉在流化床内被吹往上层，经雾化的磷脂小颗粒粘着在一起，形成较大的颗粒，下沉到底层，较小的颗粒继续被吹起附着在一起，循环造粒。随着进风温度升高，已经形成附着抱团的小颗粒重量减轻，继续被吹起后附着抱团形成更大的颗粒，流动性增大；当温度继续升高超过一定程度，抱团颗粒较干且相互碰撞，又产生细粉，流动性又减小。本试验进风温度范围选择35 ℃～45 ℃。

2.1.4 干燥时间的确定

喷雾完成，关掉喷雾，让流体干燥一会，把水分抽走，可使产品颗粒均匀，延长产品的货架期。流化床干燥时间也是影响冲调粉冲调性的重要因素，试验考察不同干燥时间对冲调粉流动性的影响。试验开始流化床进风量为10 m3/h，喷雾压力0.3 MPa，磷脂添加量3%，进风温度30 ℃。

图3 干燥时间对流动性的影响

由图3可知，干燥时间对冲调粉流动性有不利的影响，但是可使产品颗粒均匀，延长产品的货架期。干燥时间过长，对冲调粉流动性影响很大，原因是颗粒被撞击时间长造成细粉较多降低冲调性。试验干燥时间范围选择10～20 min。

2.2 流化床参数设置

试验通过设计L9(34)感官评价正交试验来确定最终流化床参数，采用模糊综合评判法对评价结果进行分析。权重分配反映了各项质量指标对冲调粥的感官质量影响程度，根据各指标在质量中作用的大小，结合实践经验，设权重集为X，则X=(0.4,0.3,0.2,0.1)，即冲调性40分，口感30分，滋味气味20分，色泽10分，共计100分。由专业人员组成的评定小组(共8人)，对营养冲调粥进行感官评定，结果如表4所示。

表4 感官评定结果

以①号试验为例，对8位评价员的评价结果进行统计得到模糊关系矩阵为：

(2)

(3)

取数学模型(∨,∧)进行合成运算，则①号样品Y1=X×R1，即：

y1=(0.4∧0.5)∨(0.3∧0.625)∨(0.2∧0.5)∨(0.1∧0.875)=0.4

(4)

以各分数段的均值为等级参数hj，即h1=94.5，h2=84.5，h3=74.5，由结果向量和评价函数计算可得：①号样品h=89.5。根据求得的h值最接近哪个等级参数hn，判定样品所属等级。因①号h=89.5，故为一级或二级。同理得其它正交试验结果如表5所示。

表5 正交试验结果

比较试验中A(磷脂添加量)、B(进风温度)、C(干燥时间)的极值R的大小，可以看出个因素的重要性依次为C

造粒前后冲调粉颗粒对比：通过生物显微镜放大相同的倍数，观察造粒前后颗粒形态等特点，对比结果图如图4所示。

图4 造粒前、后颗粒

由图4可以看出：造粒前，颗粒较小而且较薄，有棱角，颗粒密度大；造粒后，颗粒明显变厚，棱角边界变得圆润光滑，颗粒间空隙增大。造粒后，磷脂作为架桥黏着粉粒使得颗粒增大，加上磷脂流化干燥后架桥变硬，使得粉粒间的空隙加大，明显提高了产品的冲调性。

3 结语

通过感官评价，确定造粒后产品的最终品质，通过正交试验结果得到造粒最优组合为磷脂添加量为1%，进风温度为35 ℃，干燥时间为10 min。感官评分为89.54。并通过显微镜观察和冲调对比发现，造粒后的颗粒间空隙变大，产品冲调性也得到了明显改善。

参考文献：

[1] 田志茗.大豆磷脂的化学改性法[J].化学工程,1998 (3):39-40.

[2] 王显林.大豆磷脂的提取及其应用[J].现代化工技术,1997(7):43-44.

[3] 丛建民.黑豆的营养成分分析研究[J].食品工业科技,2008(4):262-264.

[5] 陆恒.黑豆蛋白质的营养价值优势及利用对策[J].中国商办工业, 2003(2):40-42.

[6] 李文斌.黑豆营养保健功能的研究与产品开发[J].食品工程,2010(4):19-27.

[7] 王宏立,张祖立,白晓虎.大豆挤压膨化技术及膨化机理的分析[J].农机化研究,2006(2):85-86.