超微粉碎對菠蘿蜜超微全粉品質的影響

王 萍,陳芹芹,畢金峰,*,劉 璇,易建勇,周林燕,鐘耀廣

(1.上海海洋大學 食品學院,上海 201306;2.中國農業科學院農產品加工研究所/農業部農產品加工重點實驗室,北京 100193)

超微粉碎對菠蘿蜜超微全粉品質的影響

王 萍1,2,陳芹芹2,畢金峰2,*,劉 璇2,易建勇2,周林燕2,鐘耀廣1

(1.上海海洋大學 食品學院,上海 201306;2.中國農業科學院農產品加工研究所/農業部農產品加工重點實驗室,北京 100193)

為了明確超微粉碎工藝對菠蘿蜜粉品質的影響,本文以真空冷凍-變溫壓差膨化聯合干燥的菠蘿蜜粗粉為原料,研究了超微粉碎時間對菠蘿蜜超微全粉的各項理化和營養品質的影響。實驗結果表明,超微粉碎時間對菠蘿蜜的粒徑的影響較小,經5min粉碎后即可達到超微粉的要求;菠蘿蜜粉的溶解性指數和持水力與超微粉碎時間呈上升趨勢,類胡蘿卜素和維生素C含量與超微粉碎時間呈下降趨勢;通過真空冷凍-變溫壓差膨化聯合干燥方法干燥法獲得的菠蘿蜜粉的流動性可滿足實際生產的需要,產品的吸濕性較小,不易粘結。

菠蘿蜜粉,聯合干燥,超微粉碎,理化指標,營養品質

菠蘿蜜(Artocarpusheterophyllus)又稱木菠蘿、樹菠蘿、大樹菠蘿等,是世界著名的熱帶果樹,為桑科木菠蘿屬植物,廣泛種植于印度、孟加拉以及東南亞國家[1]。菠蘿蜜引進我國有一千多年的歷史,主要種植在我國的廣東、廣西、云南、海南、臺灣等南方地區[2]。菠蘿蜜果樹為四季常青樹,樹木可常年掛果,果實較大,產量高。成熟的菠蘿蜜果肉顏色為黃色,味道鮮美、氣味芬芳、含有豐富的蛋白質、維生素A、維生素C、鈣、鎂、磷、鉀等營養物質以及類胡蘿卜素、多酚等抗氧化物質,具有“熱帶水果皇后”的美譽[3-4]。菠蘿蜜一般以鮮食為主,也可烹調食用,菠蘿蜜的后熟現象嚴重,貯藏期短,常溫下可貯藏2～3d,在12℃下也只可貯藏20d左右[5]。

對新鮮果蔬進行干燥制粉,是近幾年來果蔬加工的新趨勢。果蔬全粉不僅營養豐富、貯藏穩定性好、運輸成本低,而且實現了原料的高效利用,并可滿足特殊消費人群的需要,有效延長熱帶果品加工產業鏈、提高產品附加值和帶動果農增收的重要途徑之一[6-7]。目前用于果蔬干燥制粉的常用方式有噴霧干燥以及常規干燥(如熱風干燥、真空冷凍干燥)后超微粉碎制粉等。噴霧干燥技術具有干燥速度快、時間短、物料溫度低、易于連續化生產等特點,適合于熱敏性物料的干燥,但是噴霧干燥在干燥的過程中需要加入麥芽糊精、卵磷脂等助干劑,從而會影響果蔬粉的純度[8-9];熱風干燥設備簡單,操作方便,但是干燥時間長,會導致產品的色、香、味和營養成分的損失,且比較適合非熱敏性或者含糖量較低的果蔬原料;真空冷凍干燥可以最好的保留產品的色澤、芳香以及營養物質,生產出來的產品質地好、口感佳,但是干燥周期長,能源消耗大,產品成本高[10]。

本文從節約能耗、提高菠蘿蜜粉的品質的角度出發,結合前期的實驗結果,以真空冷凍-變溫壓差膨化干燥聯合干燥后的菠蘿蜜為原料制備粗粉,采用超微粉碎機進行不同時間的超微粉碎,研究超微粉碎過程對菠蘿蜜超微全粉的品質的影響。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

菠蘿蜜品種為馬來西亞6號,產地海南,購買于北京市新發地水果批發市場。菠蘿蜜原料要求七分熟左右,去皮取果后,將整果放在-40℃環境中冷藏待用,實驗時解凍去核后切成1×5cm左右的條狀。

九陽粉碎機:JYL-B060 九陽股份有限公司;振動磨粉碎機:KCW-10 北京錕捷玉誠機械設備有限公司;真空冷凍干燥機:Alphal-4Lplus型 德國CHRIST公司;果蔬變溫壓差膨化干燥機:QDPH10-1 天津市勤德新材料科技有限公司;色彩色差儀:D25L型 美國Huterlab公司;高速旋轉離心機:3K15 德國sigma公司;掃描電鏡:S-570 日本日立公司;激光粒度分析儀:Microtarc S3500(BWDL) 美國Microtarc公司;紫外可見分光光度計:UV1800 日本島津公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 工藝流程 新鮮菠蘿蜜→去皮→切半取花序軸→取果苞→清洗→整果冷凍→常溫解凍→切分→真空冷凍干燥→變溫壓差膨化干燥→菠蘿蜜干→普通粉碎→超微粉碎

1.2.2 菠蘿蜜干的制備方法

1.2.2.1 菠蘿蜜的冷凍和切分 將新鮮的菠蘿蜜果苞清洗后于-40℃冷凍,實驗時解凍去核后切分成1cm×5cm的條狀。

1.2.2.2 真空冷凍干燥 將切分好的新鮮菠蘿蜜放進真空冷凍干燥機進行真空冷凍干燥10h,此時菠蘿蜜的水分含量在55%～65%之間。

1.2.2.3 變溫壓差膨化干燥 將1.2.2.2中得到的半干菠蘿蜜產品進行變溫壓差膨化干燥,得到的菠蘿蜜干的水分含量控制在5%～8%之間。

1.2.3 菠蘿蜜粉的制備 將1.2.2中得到的菠蘿蜜干用九陽粉碎機進行粉碎,每次粉碎時間10～15s,過100目篩,得到菠蘿蜜的粗粉。將粗粉放入超微粉碎機中進行超微粉碎,每次投樣量一定,粉碎時間分別為5、10、15、20min,得到四種微粉,分別命名為微粉Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ。

1.2.4 指標測定

1.2.4.1 粒徑 利用激光粒度儀測定菠蘿蜜粉的粒徑[11]。

1.2.4.2 色澤 采用色彩色差計測定菠蘿蜜粉的色澤,用CIELAB表色系統測定菠蘿蜜干的L*,a*和b*值,其中L*代表明度指數,從黑暗(L*=0)到明亮(L*=100)的變化;a*代表顏色從綠色(-a*)到紅色(+a*)的變化,b*代表顏色從藍色(-b*)到黃色(+b*)的變化[12]。

1.2.4.3 休止角 將一漏斗固定在距離水平面一定距離處,取粉體適量,使其通過玻璃漏斗自由落在平面上,直到粉堆成的圓錐體的最高點碰觸到漏斗最下端為止,測量此時圓錐體直徑D[13]。計算公式如下:

式(1)

其中：H為漏斗底部距離水平面的距離(cm);D為粉體堆成的圓錐體的直徑(cm);θ為粉體的休止角(°)。

1.2.4.4 堆積密度 將菠蘿蜜粉裝入10mL容量瓶中,振實,直至粉填充至容量瓶刻度。粉的堆積密度(d0)表示為10mL粉的質量[14]。計算公式如下:

式(2)

其中:M1為容量瓶的質量(g),M2為粉和容量瓶的總質量(g);d0為粉的堆積密度(g/mL)。

1.2.4.5 吸濕性 精確稱取1g菠蘿蜜粉放置于已稱重的干燥鋁盒中,將鋁盒放置在盛有飽和氯化鈉溶液(環境相對濕度75.5%)的玻璃干燥器中,保存7d[15]。吸濕性(HG)表示每100g干物質吸收水分的克數,計算公式如下:

式(3)

其中:Δm為粉質量的變化(g),M為粉的初始質量(g),Mi為粉放進干燥器前的自由水含量(g);HG為粉的吸濕性(%)。

1.2.4.6 溶解性指數(WSI) 稱取一定質量的樣品,均勻的分散在水溶液中,樣品和水的比例為0.02∶1(1g溶于50mL的蒸餾水中);將樣品轉入離心管,在80℃下水浴震蕩30min;混合物在6000r/min下離心10min,然后將樣品放在105℃下稱至恒重,稱重[16]。計算公式如下:

式(4)

其中:S1為樣品的重量(g);S2為烘干后的樣品重量(g);WSI為粉的溶解性指數(%)。

1.2.4.7 持水力 稱取一定量的樣品,均勻的分散在水溶液中,樣品和水的比例為0.05∶1(1g溶于20mL的蒸餾水中),將樣品轉入離心管,在60℃下分別水浴30min,然后取出在冷水中冷卻30min。樣品在5000r/min下離心20min,去除上清液,稱取離心管和樣品的總重[17]。計算公式如下:

式(5)

其中:M為離心試管的質量(g);M1為樣品的重量(g);M2為離心管和樣品的總重(g);WHC為粉的持水力(g/g)。

1.2.4.8 微觀結構 采用電鏡掃描法,不同超微粉碎下的超微全粉均在相同的放大倍數下進行掃描觀察。

表2 不同超微粉碎時間對菠蘿蜜各項物理指標的影響Table 2 The influence of different superfine grinding time on jackfruit powder physical properties

1.2.4.9 總糖的測定 采用苯酚硫酸比色法[18]。

1.2.4.10 還原糖的測定 采用3,5-二硝基水楊酸比色法[19]。

1.2.4.11 類胡蘿卜素的測定 取10g樣品于燒杯中,用丙酮和己烷(比例為2∶3)進行提取,直至溶液顏色為無色。用沃特曼4號濾紙進行過濾,過濾液轉入分液漏斗中,用蒸餾水和5%的NaCl進行反復的洗滌,直至丙酮分離出來,將含有色素的己烷上層液轉移到100mL的容量瓶中,用己烷定容。在450nm下測定吸光度,己烷做空白[20]。用以下公式進行換算:

式(6)

其中:TC表示類胡蘿卜素含量(mg/100g);A450為類胡蘿卜素在450nm下的吸光度;V表示樣品定容體積(mL);M表示樣品重量(g)。

1.2.4.12 維生素C的測定 采用2,6-二氯靛酚滴定法[21]。

1.2.4.13 pH的測定 稱取1g菠蘿蜜粉加20mL的蒸餾水,攪拌10min后靜置30min,然后用pH計進行測定[22]。

1.2.4.14 總酸的測定 采用NaOH滴定法[23]。

1.3 數據分析

不同超微粉碎時間對菠蘿蜜粉的各項理化和營養指標的影響,均采用SPSS進行數據分析。

2 結果與分析

2.1 不同超微粉碎時間對菠蘿蜜粉色澤的影響

不同超微粉碎時間對菠蘿蜜粉色澤的影響見表1。

表1 不同超微粉碎時間對菠蘿蜜粉色澤的影響Table 1 The influence of different superfine grinding time on color of jackfruit powder

注:同一欄內標注的小寫字母表示顯著差異性(p≤0.05)(下同)。

由于菠蘿蜜粉的主要顏色為黃色,所以主要以L*和b*衡量菠蘿蜜的品質的變化。由表1可知,隨著超微時間的延長,菠蘿蜜粉的L*呈現先增大后減小的趨勢;菠蘿蜜粉的色澤b*逐漸減小,粗粉和微粉之間的差異性較大,不同的微粉之間的差異性較小。出現這種現象的原因可能在于,經超微粉碎后,菠蘿蜜粉中的類胡蘿卜素受到一定的破壞,因而菠蘿蜜粉的黃色變淺,亮度值增加,隨著超微粉碎時間的延長,類胡蘿卜素被破壞的越多,菠蘿蜜粉的黃色越淺,因此,菠蘿蜜粉的b*呈現逐漸降低的趨勢;但是同時在超微粉碎過程中,超微時間越長,菠蘿蜜粉受熱時間越久,粉體本身可能會發生一定的氧化褐變,因此L*呈現先增大后減小的趨勢。

2.2 不同超微粉碎時間對菠蘿蜜粉各項物理指標的影響

不同超微粉碎時間對菠蘿蜜粉各項物理指標的影響見表2。

由表2可知,粗粉和微粉粒徑之間具有明顯的差異性,不同超微粉碎時間下的菠蘿蜜粉的粒徑沒有顯著差異性,超微5min時,菠蘿蜜粉已經達到超微粉的要求(超微粉粒徑要求為10～25μm),后期超微粉碎時間對菠蘿蜜粉的粒徑沒有太大的影響。

不同的粉碎時間對于微粉的休止角的影響具有一定的顯著性影響,隨著超微粉碎時間的延長,菠蘿蜜粉的休止角表現為先增大后減小的趨勢。出現這種現象的原因可能在于超微粉碎使得粉的粒徑減小,顆粒之間摩擦力增大的作用增大,粉的休止角逐漸增大;但是隨著超微粉碎時間進一步的延長,粉體表面的黏著力作用小于重力,休止角又呈變小趨勢[24]。

超微粉碎時間對于菠蘿蜜粉的堆積密度的影響具有一定的顯著性,但是隨著超微粉碎時間的延長,顯著性消失;從變化趨勢而言,隨著超微粉碎時間的延長,菠蘿蜜粉的堆積密度呈現先降低后增加的趨勢。這是因為粉的堆積密度和粉的流動性具有一定的正相關性[25],即粉的堆積密度與粉的休止角呈負相關性。

超微粉碎時間對菠蘿蜜粉吸濕性的影響,沒有一定的規律性,出現這種現象的原因可能是粉的吸濕能力與粉體內的多種物質有關,粉碎時間的不同,會導致不同物質的變化,從而會造成吸濕性的浮動變化,具體的原因有待進一步研究。

表3 不同超微粉碎時間對菠蘿蜜各項理化營養品質的影響Table 3 The influence of different superfine grinding time on the physicochemical and nutritional properties of jackfruit powder

菠蘿蜜粉的溶解性指數和持水力隨著超微粉碎時間的延長而增大,且粗粉和微粉之間的變化趨勢較大,但隨著超微粉碎時間的延長,溶解性指數和持水力的變化趨勢較為緩慢。原因分析可能為超微粉碎的瞬間會使得菠蘿蜜粉中本不溶于水的物質遭到破壞而易溶于水;而隨著超微時間的增加,粉的溶解性和持水力僅依賴于粉的顆粒大小,但是由于超微粉碎時間對于粉的粒徑沒有太大的影響,因而溶解性指數和持水力的變化趨勢也較小[26]。

2.3 不同超微粉碎時間對菠蘿蜜各項理化營養指標的影響

由表3可知,不同超微粉碎時間對菠蘿蜜粉中的類胡蘿卜素影響顯著,隨著超微粉碎時間的延長,類胡蘿卜素的含量逐漸減少;維生素C在超微粉碎10min內隨著超微粉碎時間的延長逐漸減少,隨著時間的繼續延長,含量基本無變化;超微粉碎會使得菠蘿蜜中的總酸的含量增加,但是超微粉碎時間的變化對其影響不顯著;菠蘿蜜粉中的總糖、還原糖、pH三個指標隨著超微粉碎時間的延長呈現波動變化。

2.4 不同超微粉碎時間對菠蘿蜜粉微觀結構的影響

不同超微粉碎時間獲得的菠蘿蜜粉的微觀結構掃描見圖1。掃描時不同粉碎時間下的粉體均在500倍的放大倍數下進行掃描,圖1(a)為粗粉的掃描電鏡圖,圖1(b-e)分別為微粉Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ結構圖。由圖1中的微觀結構圖可以看出,粗粉(a)的顆粒較大,顆粒大小差異性較大,四種微粉相對粗粉,顆粒較小,大小均勻,四種微粉(b-e)之間的微觀結構差異性較小,說明超微粉碎有利于粉的顆粒的破碎,但是隨著超微時間的進一步延長,顆粒大小變化不明顯。

圖1 不同超微粉碎時間的菠蘿蜜粉的 微觀結構電鏡掃描圖(bar=60μm)Fig.1 Scanning electron microscope images of jackfruit powder of different superfine grinding time(bar=60μm)

3 結論與討論

3.1 超微粉碎時間對菠蘿蜜粉的粒徑的影響不顯著,在5min左右的粉碎時間即可達到超微粉的要求。

3.2 菠蘿蜜粉的溶解性指數和持水力與超微粉碎時間呈上升趨勢,類胡蘿卜素和維生素C含量與超微粉碎時間呈下降趨勢。

3.3 通過對菠蘿蜜粉的各項理化指標的測定結果可以得知,通過真空冷凍-變溫壓差膨化聯合干燥方法干燥法獲得的菠蘿蜜粉的流動性可滿足實際生產的需要,產品的吸濕性較小,不易粘結。

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Influence of superfine grinding on quality characteristic of jackfruit powder

WANG Ping1,2,CHEN Qin-qin2,BI Jin-feng2,*,LIU Xuan2,YI Jian-yong2,ZHOU Lin-yan2,ZHONG Yao-guang1

(1.College of Food Science and Technology,Shanghai Ocean University,Shanghai 201306,China;2.Institute of Agro-products Processing Science and Technology,Chinese Academy of Agricultural Sciences;Key Laboratory of Agro-Products Processing,Ministry of Agriculture,Beijing 100193,China)

In order to determine the influence of superfine grinding on quality characteristic of jackfruit powder,jackfruit coarse powder dried by vacuum freeze and explosion puffing combination drying was used as the raw material in this study. The results showed that the superfine grinding time had little influence on particle size,the superfine grinding time for 5 minutes can meet requirement of powder particle size. The water solution index and water holding capacity of jackfruit powder increased,while the total carotenoids and vitamin C decreased with superfine grinding time;the jackfruit powder dried by vacuum freeze and explosion puffing combination drying had good liquidity as well as small hygroscopicity,which can meet the demand of enterprise and not easy to bond.

jackfruit powder;combination drying;superfine grinding;physicochemical properties;nutritional properties

2014-03-27

王萍(1989-)，女，在讀碩士，研究方向：特色熱帶果品干燥及制粉研究。

*通訊作者:畢金峰(1970-)，男，博士，研究員，研究方向：果蔬精深加工與綜合利用技術。

農業部公益性行業(農業)科研專項(201303077)；新疆生產建設兵團科技支疆計劃(2013AB020)。

TS255

B

1002-0306(2015)01-0144-05

10.13386/j.issn1002-0306.2015.01.022