麦芽、糊精、核全粉中物理性质检测方案(喷雾干燥机)

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中国食品学报Journal of Chinese Institute of Food Science and TechnologyVol. 19 No.5May 2 0 1 9第19卷 第5期2019)年5月 中国食品学报2019年第5期156 麦芽糊精对喷雾干燥桃全粉物理性质的影响 李 聪1.2 周 沫1 毕金峰1* 常学东2 宁椿源 (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 北京1001932河北科技师范学院 食品科技学院 河北昌黎066600) 摘要 本文研究了麦芽糊精添加量对喷雾干燥桃全粉水分含量、色泽、粒径分布、微观结构、玻璃化转变温度、流动行为及水分吸附特性等物理性质的影响。结果表明：麦芽糊精对喷雾干燥桃全粉物理性质具有显著影响，当麦芽糊精添加量从4%增至16%时，桃全粉的水分含量降低 35.28%，玻璃化转变温度升高4.84℃，基本流动能降低29.24%，水分吸附量降低23.53%。此外，色泽、粒径分布、微观结构等均随之改变。综合桃全粉的物理性质，选择麦芽糊精添加量为12%，在该比例下生产的桃全粉品质较好。本试验为桃全粉的加工提供参考数据。加工品质优良的桃全粉必须严格控制麦芽糊精的添加量。 关键词 麦芽糊精；喷雾干燥；桃全粉；物理性质 桃(Amygdalus persica L.)属于蔷薇科、李属植物，起源于我国西部，其果实营养丰富，具有重要的医用和营养价值，深受广大消费者喜爱。中国是世界上桃的主要生产国，据FAO 统计显示，2014年中国桃产量达1242.37 万t，居世界首位B。虽然中国桃加工业有巨大的产量优势，但桃加工量仅占产量的13%左右，与发达国家相比还有较大差距。此外，桃加工的产品种类也比较单一，主要以桃汁和桃罐头为主4-51。开发新型桃加工制品，提高桃原料利用率，延伸桃加工产业链，具有重要的社会和经济价值。 随着果蔬加工行业的快速发展，果蔬粉逐渐成为果蔬加工的热点之一，这是因为它可以应用到食品加工的各个领域，不仅能提高产品的营养成分，还能改善产品的色泽和风味，增加产品的种类。而喷雾干燥作为目前食品工业常用的干燥方式之一，已广泛应用于果蔬粉加工领域。果汁中含有大量小分子糖，主要是葡萄糖和果糖，其易在喷雾干燥过程中造成粉体的粘壁现象，使喷雾干燥难以进行图。解决这个问题的方法之一就是在果 ( 收稿日期：2018-05-11 ) ( 基金项目：国家公益性行业(农业)科研专项(201503142) ) ( 作者简介：李聪，男，1992年出生，硕士生 ) ( 通讯作者：毕金峰 E-mail： b ijinfeng2010@163.com ) 汁中加入助干剂，降低果汁的黏度，保证干燥过程顺利完成。麦芽糊精是最常用的助干剂之一，已被应用于多种含糖物料的喷雾干燥，如甘蔗汁[0、石榴汁葡萄汁2、苹果汁3橙汁14及西瓜汁[5等。然而，麦芽糊精添加量会对喷雾干燥果蔬粉的水分、色泽、流动性、吸湿性等物理性质产生显著影响。关于麦芽糊精对喷雾干燥果蔬粉物理性质的影响国内外已有相关研究，如Osman 等16报道了麦芽糊精对喷雾干燥洛神花菠萝粉的水分含量、溶解性、吸湿性等物理性质的影响。 Taip等研究了麦芽糊精对喷雾干燥番石榴粉水分含量、粒径分布、堆积密度及色泽等物理性质的影响。迄今关于麦芽糊精对喷雾干燥桃粉产品物理性质的影响尚未报道。 本文旨在研究麦芽糊精对喷雾干燥桃全粉水分含量、色泽、粒径分布、微观结构、玻璃化转变温度、流动行为及水分吸附特性等物理性质的影响，为桃粉的规模化生产提供一些基础性数据。 1 材料与方法 1.1 材料与试剂 试验用桃品种为久保，购于北京平谷。原料购回后切片，立即用液氮速冻，于-40℃冷库中保存；麦芽糊精，孟州市金玉米有限责任公司。 1.2 仪器与设备 MASTER-a 手持折光仪，日本 ATAGO公司；Aqualab Pre 水活度仪，美国 Decagon 公司；CM-700D分光测色仪色差计，日本美能达公司；SU8010高分辨冷场发射扫描电子显微镜，日本HITACHI 公司；S3500(BWDL)激光粒度分析仪，美国 Microtrac 有限公司；DSC-Q200 差示扫描量热仪，美国 TA仪器公司；FT4多功能粉质分析仪，英国 Freeman Technology公司；动态水蒸气吸附仪，英国SMS 公司。JYL-C51V料理机，九阳股份有限公司；JM-80胶体磨，廊坊市通用机械有限公司；JN-02C 高压均质机，广州聚能生物科技有限公司；Labplant SD-Basic 实验室喷雾干燥系统，英国 Labplant 公司。 1.3 试验方法 1.3.1 桃全粉制备工艺流程 桃片→解冻→打浆→加水和麦芽糊精→过胶体磨→均质→干燥→成品→密封保存。 具体步骤：将存放于-40℃冷库中的桃片取出，经常温解冻后打浆(可溶性固形物含量为8%)，在桃浆中按1：1(mL/g)的比例加入水(可溶性固形物含量为4%)，然后分别加入浆料质量4%，8%，12%，16%的麦芽糊精((可溶性固形物含量依次为8%，11%，14%，17%)，过两次胶体磨，使糊精和桃浆充分混匀，再经高压均质(30MPa，30℃)后喷雾干燥(进风温度180℃，进料温度50℃，进料流量 0.80L/h)，最后得到桃全粉成品，密封后于-18℃冰箱中保存备用。 1.3.2 指标测定方法 1)水分含量 直接干燥法[18]。 2)水分活度 使用水分活度仪测定，将桃粉平铺于样品测试盒内，确保盒底被完全覆盖。 3)样品色泽 利用手持色差仪测定，先用标准比色板校准，再将桃粉平铺于粉体测试盒内，依据 CIELAB 表色系统测量桃片的明度指数L、红绿指数a及黄蓝指数b，并计算色差值AE。 式中，AE——样品的色差值；L、a、b——桃粉的色泽值；Lo、ao、bo—鲜桃浆的色泽值。 4)粒径分布 采用激光粒度分析仪测定桃粉的粒径及其分布。 5)微观结构 用离子溅射仪将待测桃粉表面喷金后于扫描电镜下放大1000倍观测。 6)稳定性和流动速率变化测试(Stabilityand Variable Flow Rate) 利用FT4多功能粉质分析仪测定，所有测试采用直径 48 mm 的叶片和50 mm 的容器，每次取样量60 g。 7)玻璃化转变温度 (Glass transition Tem-perature，Tg) 利用差示扫描量热仪(DifferentialScanning Calorimetry，DSC)测定桃粉：采用蒸馏水(熔点0℃，AH =333.88J/g)和钢(熔点156.60℃，△H=28.44J/g)对仪器熔融焓△H和温度进行校正。扫描过程中通入高纯氮气作为载气，称取3至4 mg 样品密封于i埚中，以空埚作为对照。DSC扫描程序：待测样品以20℃/min 的速度由20℃降至-70℃，平衡10 min 后以 20 ℃/min 升至80℃。利用 DSC 自带分析软件 TA得到热流密度曲线，最后分析得出初始点(T)、中点(点gm)及终点(Tge)的玻璃化转变温度。 8)吸湿特性及吸附动力学利用动态水分吸附仪(Dynamic Vapour Sorption，DVS Intrinsic)在25℃下测定桃粉。准确称取25mg 样品在连续气流下达到吸附平衡，相对湿度从0%增到90%，之后以相同的方式降低。 1.4 数据分析 通过 SPSS 19.0软件进行单因素方差分析(ANOVA)和 Duncan 多重比较分析，所有测试均重复3次，数据以平均值±标准差的形式表示。 2 结果与分析 2.1 桃全粉的水分含量、水分活度和粒径分布 4种桃粉的水分含量在2.55%至3.94%之间，且随着麦芽糊精添加量的增大，桃粉的水分含量降低。在喷雾干燥系统中，料液的水分含量会对生产的粉末的水分含量有明显的影响I。这是因为添加麦芽糊精增大了料液中的可溶性固形物含量，进而减小了用于蒸发的水分比例。这表明通过增大料液中麦芽糊精的添加量，可以获得较低水分含量的粉。 水分活度是喷雾干燥粉末的重要指标，因为它可以对粉末的保质期产生极大的影响I201。水分活度与水分含量的不同之处在于：水分含量代表 食品中的水组成，而水分活度表示用于参加生物化学反应的游离水的多少。水分活度越高，参加生化反应的游离水越多，从而降低食品的保存期。通常情况下，当食品的A<0.6时，从微生物学角度看食品是稳定的。由表1可知，喷雾干燥桃全粉的水分活度在0.2以下，这意味着桃全粉处于相对稳定的状态。此外，数据还表明，随着麦芽糊精添加量的增大，桃全粉的水分活度降低，这与 Goula等和 Kha 等22的研究结果一致。 由表1还可知，不同麦芽糊精添加量的桃粉的平均粒径范围为 5.01~5.27 um， 添加量最小的桃粉平均粒径最大，而添加量最大的桃粉平均粒径最小，其中添加量为8%和12%的两种桃粉差异不显著。而这种差异的原因可由粒径分布图(图1)看出，随着麦芽糊精添加量的减小，大于 50 pm的颗粒体积分布逐渐增大，说明增大麦芽糊精的添加量，可改善桃粉的粒径分布，使其趋于集中，有利于得到细腻的桃粉。 表1 不同麦芽糊精添加量桃全粉水分含量、水分活度和粒径 D5o对比 Table 1 Comparison of moisture content， water activity and PSD of peach powderswith different addition of maltodextrin 麦芽糊精添加量/% 水分含量/% 水分活度 粒径分布 Dso/um 4 3.94±0.36° 0.199±0.004 5.27±0.07 8 3.64±0.05h 0.171±0.003° 5.12±0.02ab 12 3.3±0.1 0.150±0.004 5.13±0.13 16 2.55±0.22 0.136±0.002 5.01±0.06 注：表内数据均取3次测定的平均值，同一栏内标有不同字母表示差异显著(P<0.05)。 图1 不同麦芽糊精添加量桃全粉的粒径分布图 Fig.1 Particle size distribution of peach powders with different addition of maltodextrin 2.2 桃全粉微观结构 不同麦芽糊精添加量对桃粉微观结构的影响见图2。当麦芽糊精添加量为4%时，颗粒间的粘连程度比较大，相互作用明显，粒径分布不均匀；当麦芽糊精添加量为8%时，颗粒间的粘连效果相较4%时明显变小，颗粒整体呈球状，畸形颗粒较少；当麦芽糊精添加量为12%时，颗粒的整体效果图相较前两幅更加清晰，细小颗粒增多，可以明显看到一定数量小体积的颗粒粘结在大体积颗粒的 表面，且一部分颗粒表面呈凹陷状态，这可能是因为液滴在干燥过程中水分快速蒸发，造成颗粒表面出现收缩塌陷的现象123.24，当麦芽糊精添加量为16%时，颗粒间逐渐趋于分散状态，颗粒粒径分布较均匀，大体积颗粒减少，而大部分颗粒表面呈塌陷状态。这说明桃粉的表观结构与麦芽糊精添加量有关，随着添加量的增大，颗粒间的粘连程度减轻，粒径分布会更加均匀。 图2 不同麦芽糊精添加量桃粉的微观结构电结扫描图(a-d：4%~16%) Fig.22Scanning electron microscope images of peach powders with different addition of maltodextrin(a-d：4%~16%) 2.3 桃全粉色泽 e 色泽是评价喷雾干燥果蔬粉体的重要指标之-，也是感官评价最直观的指标。在喷雾干燥过程中，麦芽糊精添加量对粉体的色泽有直接的影响。由图2可以看出，随着麦芽糊精添加量的增大，4种桃粉的L值增大，与鲜桃浆对比发现，喷雾干燥桃粉的亮度显著增大。这说明麦芽糊精添加量越大，粉体颜色越趋向于白色，且高温会导致粉体颜色的改变I251。色差值△E 表示原料干燥前、后色泽的差异，AE值越小，干燥后粉体的色泽保留越好。随着麦芽糊精添加量的增大，E值逐渐增大。麦芽糊精添加量越大，桃粉色泽越淡，与鲜样的差异就越大，这与陈芳等I25的研究结果一致。 2.4 玻璃化转变温度 在粉末产品中，塌陷、黏性、结块和重结晶现象与产品的无定形基体的橡胶态有关。T被认为是影响粉末稳定性的重要因素127-29。水分含量增加会导致完全无定型和部分结晶食品的T降低。 利用TA软件分析得到升温过程中桃粉的DSC 热流曲线如图4所示。样品在升温过程中仅出现玻璃化转变，说明样品中只含非冻结水，这与 毕延娣等I301利用 DSC 测定灰枣粉的T所得结论一致。 表2显示不同麦芽糊精添加量桃粉玻璃化转变的初始点、中点及终点。本文采用曲线的中点即Tm作为玻璃化转变温度的特征值。由表2可看出，随着麦芽糊精添加量的增大，桃粉水分含量降低，Tm由47.36℃升高到52.2℃，T明显升高，这与 Roos 等凹对麦芽糊草、草莓T的研究结果一致。 2.5 稳定性和流动速率 基本流动能(BFE)是指在预处理后的指定体积粉末中建立一种特定流动模式时所需的能量。在这种特定流动模式中，叶片逆时针向下运动，这是一种对粉末产生压缩的，相对高应力的流动模式。BFE 数值是叶片从粉末上端移动到底部所做的总功。4种桃粉的 BFE 值差异显著，且随着麦芽糊精添加量的增大而减小，说明麦芽糊精加得越多，桃粉越容易流动，这与粒径分布和扫描电镜图的结论一致。当麦芽糊精添加量增大时，颗粒间的粘结程度减轻，粒径分布更加均匀，流动性更好，所需能量降低。稳定性指数(Stability Index，SI)用 图3 麦芽糊精添加量对桃粉色泽的影响 Fig.3 Effects of maltodextrin addition on the colorof peach powers 图4 桃全粉 DSC 曲线 Fig.4 DSC curves of peach power 表2 不同麦芽糊精添加量桃粉的玻璃化转变温度 Table 22Glass transition temperature for peach powders with different addition of maltodextrin 麦芽糊精添加量/% 玻璃化转变初始点T/℃ 玻璃化转变中点T /℃ 玻璃化转变终点T/C 4 41.92 47.36 51.83 8 43.58 47.67 52.05 12 43.84 49.6 53.87 16 47.62 52.2 56.22 hu.cQ 来描述粉末是否随着测试重复进行而发生变化。麦芽糊精添加量分别为8%，12%和16%的桃粉可视为相对稳定 (0.9 关闭