噴霧干燥入口溫度對草莓粉品質的影響

徐學玲，張 超，趙曉燕，馬 越

（北京市農林科學院蔬菜研究中心、農業部華北地區園藝作物生物學與種質創制重點實驗室、農業部都市農業（北方）重點實驗室，北京 10097）

草莓屬于薔薇科草莓屬，含有葡萄糖、果糖、檸檬酸、蘋果酸、花青素、維生素及礦物質等人體所需的營養成分，被譽為“水果皇后”[1]。草莓質地柔軟，生產季節性強，收獲時間集中，易破損，常溫下僅能存放2～3d[2]。因此，草莓系列產品的開發具有巨大意義。噴霧干燥可以直接使果汁溶液等干燥成粉狀或顆粒狀制品，得到的產品顆粒度小而均勻，具有良好的分散性和速溶性，而且物料在干燥過程中受熱時間短，營養成分與風味物質能很好地保留。但是，噴霧干燥過程中，水分迅速被蒸發，常會導致產品形成玻璃態，而玻璃態結構從熱力學角度是不穩定的，易引發產品物理及化學性質的變化，如結塊團聚、氧化反應等，對產品穩定性有較大影響[3]。干燥過程中水分含量對玻璃態轉變溫度有著很大影響[4]，而噴霧干燥體系中噴霧干燥的入口溫度是控制產品水分含量的關鍵因素[5]。本文以新鮮草莓為原料，經過漂燙、打漿、酶解等預處理，最后進行噴霧干燥獲得草莓粉，研究噴霧干燥入口溫度對草莓粉理化特性的影響。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

草莓 品種為章姬，于當地市場購買；麥芽糊精、β－環糊精 均為食品級；果膠酶（1.0U/mg）諾維信公司。

B－290噴霧干燥機 瑞士Buchi；果蔬打漿機 飛利浦；UV－1800紫外分光光度計 日本島津；差示掃描量熱儀 美國PerkinElmer；CM3700d色差儀 日本柯尼卡－美能達；高壓均質機 美國GEA；水分活度儀 美國AUQU；冷場發射掃描電子顯微鏡 日立S4800；激光粒度儀 美國Microtrac。

1.2 草莓粉噴霧干燥工藝流程

將新鮮草莓去蒂后，清洗，投入沸水中燙漂90s，并迅速在冰水浴中冷卻，瀝去多余水分后打漿，向草莓漿中添加物料重1‰的果膠酶，混合均勻，于50℃條件下酶解1.5h，并迅速滅酶。物料經100目篩過濾，去除濾渣。向濾液中加入5%的麥芽糊精和2.5%的β－環糊精，混合均勻并均質（30MPa），進行噴霧干燥，入料流量為6mL/min、進風速率為0.67m3/mim，入口溫度分別為160、170、180℃，最終草莓粉真空包裝，避光貯藏。

1.3 草莓粉理化特性測定方法

溶水時間測定：取1g樣品于小燒杯中，加入20mL蒸餾水，在輕微勻速攪拌下，記錄樣品完全溶解所用的時間。

水分活度測定：采用水分活度儀測定，將草莓粉平鋪于樣品池內，進行測試。

花青素含量測定：采用pH示差法測定[6]。

包埋率測定：以花色苷含量計[6]。

顏色測定：參照Quek[7]等方法，采用基于CIE L*a*b*均勻色系統的全自動色差計測定。L*值表征樣品亮度；a*表征紅色；b*表征黃色；色調角為h°=tan－1（b*/a*），表征顏色特性（0°表示紅色，90°表示黃色）；色度為c=（a*2+b*2）1/2，表征顏色飽和度。樣品測試前先用經國家標準委員會校準的白色瓷磚進行調白（L*=91.0，a*=+0.3165，b*=+0.3326）。

粒徑分布測定：采用激光粒度儀測定，采用干法進樣方式測定。

DSC測定：采用差示量熱掃描儀，測試前校準鋁盒溫度和熱流。在已稱重鋁盒中稱取1～4mg草莓粉，壓片，以空鋁盒壓片作對照。掃描溫度范圍10～80℃，通過加熱樣品獲得熱流曲線，升溫速度為10℃/min。

表面形態測定：參考Canoi－Chauca等[8]方法，稍作改進，草莓粉表面結構通過掃描電子顯微鏡觀察。用雙面膠將微量樣品均勻固定于試樣觀察臺上，在2.5kV高真空條件下，掃描電子顯微鏡濺射涂膜系統中噴金60s，噴金后的樣品在掃描電子顯微鏡15kV工作電壓條件下觀察，獲取1000倍顯微照片。

2 結果與分析

2.1 入口溫度對草莓粉顏色的影響

表1顯示噴霧干燥入口溫度對草莓粉顏色的影響。隨著入口溫度升高，草莓粉L*值下降，a*、b*值升高，h°、c值增大，這主要是因為高溫引起草莓汁中糖類物質發生褐變反應所致[7]；隨著入口溫度的升高，h°增大則是由于草莓汁中的花青素在高溫下結構不穩定，發生降解反應所引起[9]；隨著入口溫度升高到180℃，草莓粉溶水后出現了焦糊味，可能是因為較高的入口溫度使得草莓粉發生了美拉德反應。

表1 噴霧干燥入口溫度對草莓粉顏色的影響Table 1 Effect of inlet temperature on color of strawberry powder

2.2 入口溫度對草莓粉理化性質的影響

表2顯示了噴霧干燥入口溫度對草莓粉理化性質的影響，隨著噴霧干燥入口溫度升高，水分活度減小，溶水時間延長。在噴霧干燥過程中，霧滴的干燥過程分為等速干燥和降速干燥兩個階段，在等速干燥階段，霧滴的溫度一直保持濕球溫度不變；在降速干燥階段，霧滴的溫度分布是從液滴內部到外部逐漸升高[10]。噴霧干燥入口溫度越高，干燥過程進入降速干燥階段時間就越早，對應的干燥草莓粉的水分活度小，而水分活度小則其在溶水過程中吸附水分的耗時長，草莓粉的溶水時間由16s延長到25s。

表2 噴霧干燥入口溫度對草莓粉理化性質的影響Table 2 Effect of inlet temperature on the properties of strawberry powder

隨著噴霧干燥入口溫度的升高，草莓粉的花青素含量隨之降低。這可能主要是由于花青素在高溫下結構不穩定[9]，易發生降解所致。

當噴霧干燥入口溫度升高時，草莓粉包埋率呈現先上升后下降的趨勢。因為入口溫度升高，壁材的成膜速度加快，從而包埋率升高，并在170℃時達到最大94.1%；但溫度進一步升高，包埋率下降，這可能是由于溫度過高、水分蒸發過快，囊壁形成微小縫隙，微粒體系的黏度降低，從而導致包埋率下降[6]。

2.3 入口溫度對草莓粉晶型轉化溫度的影響

圖1顯示噴霧干燥入口溫度對草莓粉內部晶型轉變溫度的影響。隨著噴霧干燥入口溫度由160℃升高到170℃，草莓粉的吸熱峰溫度由41.83℃升到47.34℃。該吸熱峰可能是由于草莓粉內部某些晶型結構轉換所形成的，該溫度越高，證明草莓粉體系穩定性越高，因此，在一定溫度范圍內，隨著入口溫度的升高，草莓粉的穩定性有所提高。

圖1 噴霧干燥入口溫度對草莓粉內部晶型轉變溫度的影響Fig.1 Effect of inlet temperature on the transform temperature of strawberry powder

2.4 入口溫度對草莓粉表面形態的影響

圖2顯示了噴霧干燥入口溫度對草莓粉表面形態的影響。在入口溫度為160℃時，多數微粒發生粘連，表面有典型的皺褶、凹陷和孔洞現象，這是由于溫度相對較低，在噴霧干燥過程中液滴受熱不均勻所產生的機械應力所致[11]；入口溫度為170℃時，微粒間較為分散，粒徑均一，畸形粒少，表面光滑、無裂縫和折痕等，呈現良好的球狀結構，表明壁材對芯材的包埋效果良好；入口溫度為180℃時，微粒大小不均，并有明顯縮皺凹陷現象，而且細小微粒明顯增多，這是由于噴霧干燥過程中溫度高水分蒸發快，微粒產生收縮、分子反應和氫鍵鍵合等所導致[12]的。

圖2 噴霧干燥入口溫度對草莓粉表面形態的影響（1000×）Fig.2 Effect of inlet temperature on morphological structure of strawberry power（1000×）

2.5 入口溫度對草莓粉粒徑分布的影響

噴霧干燥入口溫度對草莓粉粒徑分布的影響見圖3。草莓粉粒徑主要分布在2～30μm范圍內，但低溫時所得微粒的粒徑比高溫時大，粒徑分布也寬。隨著入口溫度由160℃上升到180℃，峰值由9.21μm下降到8.00μm，同時，粒徑分布寬度由11.39μm下降到10.85μm。原因在于當噴霧干燥入口溫度較低時，料液霧滴瞬間成核速度較低，成核數量少，因此所得微粒粒徑較大；而此時由于微粒的析出以生長為主，相應地形成最終草莓粉的時間延長，微粒相互間的團聚和碰撞也導致草莓粉的均勻性變差，故粒徑分布變寬；隨著溫度的升高，料液蒸發速度加快，液滴達到過飽和態的時間縮短，故形成的微粒粒徑相應減小，粒徑分布變窄[13]。由圖3可見，當入口溫度為160℃時，粒徑分布在50～90μm處出現一個小峰，這主要是由于入口溫度較低時草莓粉的水分含量相對較高，導致粉末間出現粘連、結塊而使草莓粉的分散性變差、粒徑增大。

圖3 噴霧干燥入口溫度對草莓粉粒徑分布的影響Fig.3 Effect of inlet temperature on particle size distribution of strawberry powder

3 結論

噴霧干燥入口溫度對草莓粉品質具有顯著影響，隨著入口溫度升高，草莓粉的顏色變淺；水分活度由0.108下降到0.0887；溶水時間由16s增加到25s；花青素含量由28.43mg/100g下降到23.61mg/100g；晶型轉變溫度由41.83℃提高到47.34℃；同時，草莓粉的包埋率及微粒結構、粒徑分布等也均受到影響。以170℃作為入口溫度為宜，在此條件下可以得到包埋率較高，品質較好的草莓粉。

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