噴霧干燥法制備山藥大果山楂固體飲料

劉艷 ，唐美玲 ，蔡文 ，商飛飛 ，李定金 ，段振華

1. 賀州學院食品與生物工程學院（賀州 542899）；2. 賀州學院食品科學與工程技術研究院（賀州 542899）；3. 廣西果蔬保鮮和深加工研究人才小高地（賀州 542899）；4. 大連工業大學食品學院（大連 116034）

山藥富含淀粉、多糖、蛋白質、黏液質和淀粉酶等成分，并含有人體必需的微量元素，營養價值和藥用價值極高[1]，具有調節免疫力、調節腸胃功能、抗腫瘤、抗病毒、抗氧化、降血脂等藥用功效[2]。新鮮山藥由于水分含量高而容易腐爛，所以對山藥的加工顯得尤為重要。大果山楂屬于南山楂的一種，由小果南山楂經選育嫁接而成，是我國特有的藥果兼用樹種，在廣西地區多有種植[3]。大果山楂果皮青綠色，果肉黃白色，肉質細嫩、脆爽，因其富含黃酮、多酚、三萜、多糖等成分，具有抗氧化、抗癌細胞增殖、抗腫瘤、降血壓、降血脂、護肝、提高免疫力等作用[4-7]。大果山楂含水量高，易褐變和腐爛，對其深加工可延長保質期，提高產品附加值。

固體飲料因風味獨特、攜帶方便、保存容易、營養豐富、便于沖調飲用等特點，深受消費者的喜愛。近年來，固體飲料行業發展迅猛，而且隨著時代的變化，消費觀念的轉變，固體飲料也正朝保健型、復合果蔬風味型的方向發展[8]。目前，加工固體飲料的方法主要有熱風干燥、噴霧干燥、真空冷凍干燥、超微粉碎、流化床造粒等[9-10]。其中，噴霧干燥法能很好地保留原料的營養和風味成分，且固體飲料的溶解性和分散性較好，常用于高果汁含量液態物料的干燥，特別適合干燥熱敏性物料[11]。另外，噴霧干燥法操作簡便，容易實現工業化生產，故被廣泛應用于固體飲料加工中[12-13]。

此次試驗以山藥和大果山楂為原料，β-環狀糊精為助干劑，采用噴霧干燥法制備新型復合固體飲料，通過單因素試驗結合正交試驗優化噴霧干燥法加工山藥大果山楂固體飲料的工藝條件，以期為山藥大果山楂固體飲料的生產提供技術參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

山藥、大果山楂（由廣西賀州正豐現代農業股份有限公司提供）；白砂糖（食品級，佛山市層層高食品有限公司）；食鹽（食品級，孝感廣鹽華源制鹽有限公司）；卵磷脂、β-環狀糊精（食品級，河北萬利達生物科技有限公司）。

1.2 儀器與設備

數顯高速分散均質機（FJ200-SH型，上海標本模型廠）；豆漿沙冰調理機（JD-322型，廣州金達機電設備有限公司）；水分測定儀（MA150型，德國賽多利斯股份有限公司）；全自動色差儀（CR10型，日本美能達有限公司）；電子天平（JJ1000型，常熟市雙杰測試儀器廠）；高速離心噴霧干燥機（DFRD-5型，無錫市大峰噴霧干燥設備有限公司）。

1.3 方法

1.3.1 工藝流程

原料選擇→清洗→去皮、切片→護色→混合打漿→調配→均質→噴霧干燥→成品

1.3.2 操作重點

1) 原料選擇、清洗：選擇無褐變、無機械損傷的新鮮大果山楂和山藥，采用流動水清洗，去除表面污垢并瀝干。

2) 去皮、切片：山藥和大果山楂采用人工去皮，并去掉大果山楂果核，再將山藥和大果山楂均切成3～5 mm薄片。

3) 護色：山藥薄片和大果山楂薄片均在0.5%食鹽溶液中進行10～15 min護色處理。

4) 混合打漿：將等質量的山藥薄片和大果山楂薄片置于調理機中，加入一定量的蒸餾水，接著進行混合打漿8 min。

5) 調配、均質：山藥大果山楂混合漿液中加入1.0%卵磷脂、2.0%白砂糖和一定量的β-環狀糊精進行調配，然后以6 000 r/min均質12 min。

6) 噴霧干燥：設定霧化器轉速20 000 r/min，進行混合漿液噴霧干燥試驗。

7) 成品：噴霧干燥所得固體飲料成品易吸濕受潮，故冷卻至室溫后及時裝入密封包裝袋，放于干燥、密閉處保存。

1.3.3 單因素試驗

1) 物料固液比對噴霧干燥效果的影響：固定進風溫度180 ℃，β-環狀糊精添加量為山藥大果山楂混合漿液總質量的8%，進料速度25 r/min。考察不同物料固液比（1∶1，1∶2，1∶3，1∶4和1∶5 g/mL）對山藥大果山楂固體飲料噴霧干燥效果的影響。

2) 進風溫度對噴霧干燥效果的影響：固定β-環狀糊精添加量為山藥大果山楂混合漿液總質量的8%，進料速度25 r/min，物料固液比1∶3（g/mL）。考察不同進風溫度（160，170，180，190和200 ℃）對山藥大果山楂固體飲料噴霧干燥效果的影響。

3) 進料速度對噴霧干燥效果的影響：固定進風溫度180 ℃，β-環狀糊精添加量為山藥大果山楂混合漿液總質量的8%，物料固液比1∶3（g/mL）。考察不同進料速度（15，20，25，30和35 r/min）對山藥大果山楂固體飲料噴霧干燥效果的影響。

4)β-環狀糊精添加量對噴霧干燥效果的影響：固定進風溫度180 ℃，進料速度25 r/min，物料固液比1∶3（g/mL）。考察不同β-環狀糊精添加量（0%，2%，4%，6%和8%）對山藥大果山楂固體飲料噴霧干燥效果的影響。

1.3.4 正交試驗

在單因素試驗的基礎上，以出粉率為考察指標，對物料固液比、進風溫度、進料速度和β-環狀糊精添加量4個因素分別選取3個水平設計正交試驗，每組試驗重復3次。

1.4 指標測定與方法

1.4.1 水分含量

取0.5～1.0 g樣品放入水分測定儀，在105 ℃下測定山藥大果山楂固體飲料的水分含量。

1.4.2 出粉率

山藥大果山楂固體飲料出粉率的測定參考任廣躍等[14]的方法，出粉率按照式（1）計算：

式中：M0為山藥大果山楂固體飲料的總質量，g；M1為新鮮山藥薄片和大果山楂薄片的總質量，g；M2為β-環狀糊精的質量，g。

1.4.3 色澤

色澤用全自動色差儀測定，采用CIELAB表色系統，即L*、a*、b*表色系統，L*值表示明度指數，a*值表示紅綠色度，b*值表示黃藍色度[15-16]。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 物料固液比對噴霧干燥效果的影響

物料固液比對山藥大果山楂固體飲料色澤的影響如表1所示。山藥大果山楂固體飲料的亮度L*值隨溶劑（蒸餾水）添加量增大而增大，山藥大果山楂固體飲料略帶黃綠色，a*值在-6.53～-3.90之間變化，b*在11.23～18.00之間變化，隨著物料固液比增大，a*值和b*值均變小。相關研究發現，L*值越大，a*值和b*值越接近0，產品色澤越好[17]，說明隨著山藥大果山楂混合漿液濃度變稀，山藥大果山楂固體飲料色澤越好。

表1 物料固液比對山藥大果山楂固體飲料色澤的影響

從圖1可知，隨著溶劑（蒸餾水）添加量的增大，山藥大果山楂固體飲料出粉率先增加后降低，而水分含量逐漸增大。

圖1 物料固液比對山藥大果山楂固體飲料出粉率和水分含量的影響

這是因為混合漿液太濃稠，噴霧干燥效果不佳，而混合漿液稀則黏度低，噴霧干燥效果較好，但水分蒸發量加大，則干燥時間和生產成本顯著增加[18]。物料固液比在1∶1～1∶2（g/mL）范圍內，混合漿液黏稠且流動性差，容易堵塞噴嘴，致使噴霧干燥效果不好，因而出粉率較低；當物料固液比為1∶3（g/mL）時，噴霧干燥效果最好，出粉率高達17.82%；當物料固液比為1∶4～1∶5（g/mL）時，漿液含水量高，粘壁現象加劇，固體飲料干燥不充分，其水分含量升高，出粉率降低。綜合考慮，選擇最佳物料固液比1∶3（g/mL）。

2.1.2 進風溫度對噴霧干燥效果的影響

進風溫度作為噴霧干燥中非常重要的加工工藝參數之一，不僅影響成品的水分含量，還影響成品的出粉率，且對成品品質起著確定性作用[19]。由表2可知，隨著進風溫度的升高，山藥大果山楂固體飲料的亮度L*先升高后降低，當進風溫度為190 ℃時，亮度L*值達到最大（90.45），a*值隨著進風溫度的升高而先降后升，b*值變化不規律。

表2 進風溫度對山藥大果山楂固體飲料色澤的影響

由圖2可知，隨著進風溫度的升高，山藥大果山楂固體飲料出粉率逐漸升高并趨于平緩，而水分含量隨著進風溫度升高呈先降低后升高的趨勢。這是因為山藥大果山楂混合漿液中的氣流分子無規則運動的劇烈程度隨著進風溫度的升高而加劇，水分蒸發速率加快，從而提高出粉率；在進風溫度較低時，混合漿液不能在干燥塔內完全干燥，故出現黏壁現象，導致出粉率較低，水分含量較高[20-21]。當進風溫度達到200℃時，可觀察到干燥室內粘壁現象嚴重，而且粘壁物料有輕微的焦糊現象，嚴重影響固體飲料的品質。綜合考慮產品的色澤、出粉率和水分含量，確定180 ℃為噴霧干燥的最佳進風溫度。

圖2 進風溫度對山藥大果山楂固體飲料出粉率和水分含量的影響

2.1.3 進料速度對噴霧干燥效果的影響

由表3可知，山藥大果山楂固體飲料的亮度L*值隨著進料速度的增大而增大，隨后趨于平穩。而a*值和b*值隨著進料速度的增大而減小，固體飲料偏黃綠色。

表3 進料速度對山藥大果山楂固體飲料色澤的影響

從圖3可知，山藥大果山楂固體飲料出粉率隨著進料速度增大而先升高后下降；當進料速度為25 r/min時，出粉率達到最大值，為17.82%。而水分含量隨著進料速度增大而升高，當進料速度大于30 r/min時，水分含量急劇升高。這是因為進料速度較小時，混合漿液霧滴輕且細，漿液大部分粘到干燥室內壁，未被旋風分離器分離；進料速度過大會使霧滴變大，在供熱恒定的情況下，出風溫度降低，致使很多霧滴干燥不完全，并在干燥塔內出現粘壁現象，使得產品出粉率降低，水分含量升高[22]。綜合考慮產品的色澤、出粉率和水分含量，進料速度25 r/min適宜。

圖3 進料速度對山藥大果山楂固體飲料出粉率和水分含量的影響

2.1.4β-環狀糊精添加量對噴霧干燥效果的影響

在固體飲料生產中添加環狀糊精可以保持保留產品香味，防止吸潮和防潮解[23]。在噴霧干燥過程中，添加β-環狀糊精可作為助干劑，加速干燥過程，提高產品得率。由表4可知，β-環狀糊精添加量對山藥大果山楂固體飲料的亮度L*值、a*值和b*值影響不顯著。

如圖4所示，β-環狀糊精添加量在0～4%范圍內增加，山藥大果山楂固體飲料出粉率迅速升高；當β-環狀糊精添加量為4%時，出粉率達到最高（17.84%）；再增加β-環狀糊精添加量，出粉率稍有下降。這是因為β-環狀糊精能促進混合漿液干燥；但β-環狀糊精達到一定量后助干效果不顯著，另外過量添加β-環狀糊精會影響產品的外觀品質和風味[24]。而山藥大果山楂固體飲料水分含量隨著β-環狀糊精添加量增加而不斷降低。綜合考慮產品的色澤、出粉率和水分含量，β-環狀糊精適宜添加量為4%。

表4 β-環狀糊精添加量對山藥大果山楂固體飲料色澤的影響

圖4 β-環狀糊精添加量對山藥大果山楂固體飲料出粉率和水分含量的影響

2.2 正交試驗結果與分析

在單因素試驗的基礎上，以出粉率為考察指標，選取物料固液比、進風溫度、進料速度和β-環狀糊精添加量4個因素設計正交試驗，見表5。對噴霧干燥山藥大果山楂固體飲料的工藝條件進行優化，正交試驗結果見表6。

表5 正交試驗因素水平表

如表6所示，比較極差R可知，各因素對山藥大果山楂固體飲料出粉率的影響大小順序為A＞B＞D＞C，即物料固液比＞進風溫度＞β-環狀糊精添加量＞進料速度，山藥大果山楂固體飲料噴霧干燥最佳工藝條件為A2B3C3D2，即物料固液比1∶3（g/mL），進風溫度190 ℃，進料速度30 r/min，β-環狀糊精添加量4%。

由表7可知，在噴霧干燥法制備山藥大果山楂固體飲料工藝中，物料固液比、進風溫度、進料速度和β-環狀糊精添加量這4個因素均對山藥大果山楂固體飲料出粉率的影響不顯著。

表6 正交試驗結果

表7 正交試驗方差分析表

2.3 驗證試驗

對正交試驗優化得到的最佳工藝條件進行3次重復驗證試驗，干燥山藥大果山楂固體飲料的平均出粉率為19.26%，高于正交試驗的各組結果，說明該工藝參數穩定可靠。在此最佳工藝條件下，得到的山藥大果山楂固體飲料水分含量為5.04%，亮度L*值為89.17，a*值為-5.23，b*值為12.09。

3 結論

通過單因素試驗和正交試驗，得到噴霧干燥法加工山藥大果山楂固體飲料的最佳工藝條件。結果表明，各因素對山藥大果山楂固體飲料出粉率的影響順序為物料固液比＞進風溫度＞β-環狀糊精添加量＞進料速度，4個因素對山藥大果山楂固體飲料出粉率的影響均不顯著。噴霧干燥法加工山藥大果山楂固體飲料的最佳工藝條件為物料固液比1∶3（g/mL），進風溫度190 ℃，進料速度30 r/min，β-環狀糊精添加量4%。在此工藝條件下，產品出粉率為19.26%，水分含量為5.04%，亮度L*值為89.17，a*值為-5.23，b*值為12.09。產品風味較好，具有濃郁的大果山楂和山藥的香味。此次試驗對山藥大果山楂復合固體飲料的開發具有一定的參考價值。