香芋粉喷雾干燥工艺研究

张 浪，雷华平，张 辉，刘 鹏，王玲娟

(湘南学院 药学院，湖南 郴州 423043))

香芋营养丰富，用途广泛，是集蔬菜、粮食、药膳于一体的稀有名贵作物[1-2]。其块根含淀粉38.20%，粗纤维15.20%，粗蛋白2.63%，还原糖4.29%，含有VC、VB、VB2等16种微量元素和18种氨基酸。香芋中的聚糖能增强人体的免疫力，增加对疾病的抵抗力，长期食用还有清热解毒、健脾强胃、滋补身体等功效[3-5]。

近年来，随着各种香芋风味的食品越来越得到人们的喜爱，香芋需求量也与日俱增。目前，市场上虽然出现了一些以香芋为原料的产品，但总体而言，中国香芋的加工利用尚处于起步阶段，深加工产品很少，也没有以香芋深加工为主的龙头企业[6]。香芋一直以鲜食为主，但新鲜香芋具有容易褐变、不耐贮藏、运输困难等特点，这些都限制了香芋潜在价值的开发，使得香芋资源一直没有得到有效利用。

采用喷雾干燥法将香芋加工成香芋粉可实现对香芋资源有效利用。喷雾干燥技术是流化技术用于液态物料干燥的一种有效方法，曾被用于制作微胶囊防止油脂类活性物质的氧化和胶类物质的干燥等[7-8]。此外，已有学者对蛋白粉[9]、全藕粉[10]、南瓜粉[11]、番木瓜粉[12]等的喷雾干燥工艺进行研究。本研究通过高速离心喷雾干燥法制得香芋粉，通过改变香芋的前处理条件(烫漂温度和时间)、进风温度、料液浓度、进料速度等因素优选最佳香芋喷雾干燥方案。

1 材料与方法

1.1 仪器和材料

仪器：HH-4型数显恒温水浴锅(国华电器有限公司)；JJ-2B型电动高速组织捣碎机(金坛市荣化仪器制造有限公司)；F50AB型胶体磨(沈阳航天新光超微粉碎机械有限公司)；LPG-5型高速离心喷雾干燥机(常州市易度干燥设备有限公司)；FAZ104N型电子天平(上海菁海仪器有限公司)；MF-50型水分测定仪(日本android公司)；BT100-YZ15型普通蠕动泵(常州高能流体技术有限公司)。

材料：新鲜香芋产自湖南省临武县，选择个体完整，无虫咬、霉变，横切面为灰白色的香芋为原料。

1.2 工艺流程

新鲜芋头→去皮→清洗→晾干→切片→烫漂→冷却→匀浆→过滤→均质→保温→喷雾干燥

1.3 试验方法

1.3.1 工艺优化

1.3.1.1 烫漂温度选择 将完好的香芋去皮、冲洗、晾干后称重；然后将称重后的香芋切成3mm左右的薄片，将香芋薄片分为三等份，分别放入55℃、65℃、75℃的热水中烫漂，10 min后捞起浸入冷水冷却。将冷却的香芋薄片用组织匀浆机打浆，用8层纱布滤除残渣，分别盛装于1、2、3号1000 mL烧杯中；最后将香芋浆用胶体磨均质10 min，准备干燥。喷雾干燥前将香芋浆放入恒温水浴箱(70℃)保温半小时，干燥时进料速度恒定为50 mL/min，进风温度恒定为180℃，观察干燥所得香芋粉性状并记录。

1.3.1.2 烫漂时间选择 将完好的香芋去皮、冲洗、晾干后称重；然后将称重后的香芋切成3 mm左右的薄片，将香芋薄片分为三等份，分别放入55℃的沸水中烫漂5 min、10 min、15 min，其它同1.3.1.1操作。对照组无烫漂，观察结果并记录。

1.3.1.3 进风温度选择 将完好的香芋去皮、冲洗、晾干后称重；然后将称重后的香芋切成3 mm左右的薄片。将香芋薄片放入55℃的热水中烫漂10 min，烫漂后让香芋片自然冷却；再将冷却后的香芋片用组织匀浆机打浆，用8层纱布滤除残渣；最后将香芋浆用胶体磨均质10 min，准备干燥。取三份等量的香芋浆进行喷雾干燥。喷雾燥前将香芋浆放入恒温水浴箱(70℃)保温半小时，干燥时进料速度恒定为50 mL/min，料液浓度0.099 g/mL，进风温度分别取：170℃、180℃、190℃，每个温度干燥两次。最后测定所得香芋粉的含水量、堆密度等，取平均值记录测定结果。

1.3.1.4 料液浓度选择 同1.3.1.3操作，进风温度恒定为180℃，料液浓度分别取0.075 g/mL、0.117 g/mL、0.151 g/mL，每个浓度干燥两次。

1.3.1.5 进料速度选择 同1.3.1.3操作，进风温度恒定为180℃，料液浓度0.113 g/mL，进料速度分别取30 mL/min、50 mL/min、70 mL/min，每个进料速度干燥两次。

1.3.2 产物质量评价

1.3.2.1 固形物含量的测定 取50 mL小烧杯，称重m1。每次喷雾干燥前取香芋浆10 mL置于小烧杯中，称重M0。将小烧杯置于热风干燥箱干燥后称重m2。然后根据下列公式计算固形物的含量。

1.3.2.2 堆积密度测定 取50 mL量筒，称重m3。用玻璃漏斗将香芋粉均匀的倒入量筒中，至10 mL处停止，称重M1。然后根据下列公式计算堆密度。

1.3.2.3 粉末含水量测定 将在不同条件下所得的香芋粉各取适量，分别放入快速水分测定仪中测量其含水量，并记录。

2 结果与分析

2.1 烫漂温度对香芋粉品质的影响

表1 烫漂温度对香芋喷雾干燥粉末品质的影响

由表1可知，选用不同的烫漂温度，香芋的喷雾干燥效果不同。当烫漂温度为65℃和75℃时，喷雾干燥效果不佳。主要原因是当香芋薄片经此温度烫漂后已经处于半熟或熟透的状态，使得磨出的香芋浆粘稠度大大增加，造成喷雾干燥时粘壁现象严重。而当烫漂温度为55℃时，恰好使得香芋薄片不会烫熟，又钝化了酶的作用，使得磨出的香芋浆不会在喷雾干燥前发生褐变。而不进行烫漂时，香芋浆在干燥前就发生了褐变，使所得香芋粉为灰褐色。所以，55℃的烫漂温度为香芋最佳护色温度。

2.2 烫漂时间对香芋粉品质的影响

从表2可知，不同的烫漂时间会导致香芋喷雾干燥效果不同。当烫漂时间为5 min时，香芋薄片中的多酚氧化酶没有被钝化或钝化不完全，使得磨出的香芋浆在进行喷雾干燥前就发生了褐变，导致喷雾干燥所得的香芋粉呈现淡淡的灰褐色。而当烫漂时间为15 min时，又使得香芋薄片经烫漂后变熟，磨出的香芋浆粘稠度大大增加，造成严重的粘壁现象。所以，55℃烫漂时，香芋护色的最佳烫漂时间为10 min。

表2 烫漂时间对香芋喷雾干燥粉末品质的影响

2.3 进风温度对香芋粉品质的影响

由表3可知，进风温度为170℃时，喷雾干燥所得的粉末含有较多粘块，这是由于干燥温度过低，导致干燥不充分，使得香芋粉的水分含量过多所致，且干燥时粘壁现象较为严重。当进风温度为190℃时，温度偏高，使香芋粉有少许焦糊味，影响香芋粉的品质。试验证明，进风温度为180℃时，干燥所得粉末为淡灰白色，质地细腻、颗粒均匀、无粘块、无异味，且粘壁现象较轻，为最佳进风温度。

表3 进风温度对香芋喷雾干燥粉末品质的影响

2.4 料液浓度对香芋粉品质的影响

表4 料液浓度对香芋喷雾干燥粉末品质的影响

由表4可知，料液浓度为0.151 g/mL左右时，进行喷雾干燥会出现较重的粘壁现象，且干燥所得的粉末颗粒不均匀，有粘块存在，这是由于料液浓度过高，使得香芋浆干燥不充分所致。而浓度为0.075 g/mL左右时，由于料液中含水过多，同等体积的料液固形物含量减少，导致干燥时粘壁损失增多。试验表明，料液浓度为0.1 g/mL左右时，喷雾干燥所达到的效果最佳。

2.5 进料速度对香芋粉品质的影响

表5 进料速度对香芋喷雾干燥粉末品质的影响

由表5可知，进料速度过快(70 mL/min)，干燥时会有严重的粘壁现象，所得粉末也会有大量粘块，这是由于进料过多，导致干燥不充分所致。而进料速度过慢(30 mL/min)，会使整个喷雾干燥的周期变长，不利于生产效益提高。试验表明，当进料速度为50 mL/min时，干燥所得的粉末质量不会受到影响，周期适中，为最佳进料速度。

3 讨论

香芋中含有多酚类物质，在多酚氧化酶的作用下会发生褐变，香芋在磨浆的过程中遇金属铁褐变会加重。在香芋粉加工过程中往往会采取一些护色措施，其主要方法是将去皮或切碎的香芋浸在水或护色液中以隔绝氧气以及烫漂钝化酶。护色处理后，香芋粉的白度虽然有所提高，但护色工艺可能对香芋中的风味物质以及香芋粉糊性质产生影响，具体表现为香芋的香味丧失、香芋粉糊表观粘度和粘度热稳定性下降等。因此，要根据香芋粉产品对这些品质的要求来决定是否要采取护色工艺。本试验采取了烫漂钝化酶的方法来达到护色目的。

喷雾干燥温度高，香芋粉加工周期短，产品含水量低，表观粘度小，并且粘度热稳定性差；反之，喷雾干燥温度低，香芋粉加工周期长，产品含水量高，表观粘度大，并且粘度热稳定性好。当温度高过一定值时(190℃)，香芋粉会有焦糊味，影响香芋粉品质；温度太低(170℃)，又会使香芋粉含水量过高，容易霉变，不耐贮藏。但在干燥后期，干燥速率主要是由非结合水从物料内部迁移到表面的速率和结合水释放的速率二者中较小的值决定的。在较高温度下干燥时，物料表面的非结合水的释放不仅取决于干燥温度，还受限于物料自身属性。当温度过高时，不仅会使香芋粉产生焦糊味，还会使物料表层过干，形成不透水薄层干膜，阻止物料内部水分的蒸发。因此，才会出现表3中190℃干燥所得粉末的含水量(10.65%)比180℃干燥所得粉末的含水量(10.05%)高的现象。所以，喷雾干燥的进风温度不宜过高。

在一定浓度范围内，香芋粉的出粉率随香芋浆浓度的增加而增大。但超出一定范围后，随着浆料浓度增加，出粉率逐渐下降。这是因为在物料能充分雾化的前提下，物料浓度越高，其固形物的含量就越高，同等体积的物料，浓度高的料液得到的香芋粉越多，其粘壁损失就越少，故出粉率越大。但当浓度太高时，使得浆料的雾化不充分，不能充分干燥，导致香芋粉的含水量增大，粘壁现象严重，损失越多，故出粉率越小。且由于干燥不充分，香芋含水量增大，使得香芋粉容易霉变。

在一定进料速度范围内，生产周期随进料速度的增加而缩短。但超出一定范围后，随着进料速度的增加，干燥所得粉末的质量会有所下降。这是因为在物料能够充分干燥的前提下，进料速度越快，同等时间内能干燥的料液体积越多，所得的粉末就越多。但当进料速度过快时，使得浆料的雾化不充分，不能充分干燥，导致香芋粉的含水量增大，粘壁现象严重，最终影响粉末的质量。