復合果汁微膠囊噴霧干燥工藝

姜薇，郭瑋，朱琳，張津銘，王娜，潘雅燕

黃山學院旅游學院（黃山 245041）

天然果汁營養價值高、口感好，通常作為健康的飲品被大眾喜愛。桑葚富含白藜蘆醇、花色苷等活性物質，具有抗氧化、抗血栓等保健功能[1]。紅心火龍果富含膳食纖維及花色苷等多酚類成分，具有抗氧化及預防便秘的功能，是一種低熱量的多肉植物。百香果風味獨特、香氣逼人、酸味濃郁，被冠以“飲料味精”之稱，常被應用于飲品、食品的調味增香[2]。復合果汁是以2種及以上的果汁按照一定比例復配而成，賦予復合果汁更豐富的口感和更高的營養價值，而深受消費者追捧[3]。

噴霧干燥技術是將液體產品制備成微膠囊粉末的一種高效加工技術，其具有較大的處理面積、較短的處理時間、較低的處理溫度等優點，能夠很好保留果汁的營養與風味，且果粉具有較好的活性、速溶性和分散性。于方園等[4]以β-環糊精為壁材制備草莓速溶粉。張婉迎等[5]以麥芽糊精為壁材制備藍莓果粉。徐思寧等[6]以阿拉伯膠和麥芽糊精為壁材制備沙棘果粉。石啟龍等[7]研究表明添加適量的乳清分離蛋白不僅可以解決粘壁問題，還能抑制多酚的降解，提高果粉的抗氧化活性。對復合果汁進行微膠囊化處理的研究鮮有報道，試驗采用噴霧干燥技術制備復合果汁微膠囊，對微膠囊制備的關鍵工藝參數進行優化，為其他復合果汁粉的制備與產品研發提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

紅心火龍果、桑葚、百香果（購自黃山市水果店）；麥芽糊精（MD）、乳清分離蛋白（WPI）、海藻糖（Tr）、阿拉伯膠（GA）：河北潤步生物科技有限公司；1, 1-二苯基-2-三硝基苯肼（DPPH，上海如吉生物科技有限公司）；乙醇、乙酸鈉、冰醋酸、氯化鉀、鹽酸（均為分析純，上海麥克林生化科技有限公司）。

1.2 設備與儀器

ME104/02型電子天平（梅特勒-托利多有限公司）；ADL311型噴霧干燥儀（上海重逢科學儀器有限公司）；UV-2012PCS型紫外可見分光光度計（北京普析通用儀器有限責任公司）；TCR-1500-8離心機（上海藝思高生物科技有限公司）；101鼓風干燥箱（寧波海越機電工業有限公司）；PHS-3E pH測量儀（上海儀電科學儀器股份有限公司）；HH-Z1恒溫水浴鍋（鄭州豫華儀器有限公司）。

1.3 試驗方法

1.3.1 復合果汁制備的工藝流程

桑葚→挑選→摘洗→破壁→過濾→桑葚汁→①火龍果→挑選→取果肉→破壁→過濾→火龍果汁→②

百香果→挑選→取果肉→破壁→過濾→百香果汁→③

①+②+③→按比例調配→噴霧干燥

1.3.2 復合果汁噴霧干燥單因素試驗

研究以果汁壁材比、壁材質量比（m麥芽糊精∶m乳清蛋白∶m海藻糖）、進口溫度為單因素，以回收率、包埋率、花青素為評價指標，控制每次進料溶液溫度40±1 ℃、空氣流速25.8 m3/h、抽氣速率100%、進料流量0.3 L/h，探究噴霧干燥工藝參數單因素對復合果汁粉的理化特性影響。單因素試驗水平表如表1所示。

表1 單因素試驗因素與水平設計

1.3.3 正交試驗

在單因素試驗基礎上，以回收率、花青素含量、包埋率為試驗指標，設計果汁壁材比（A）、壁材質量比（B）、進口溫度（C）三因素三水平正交試驗，探究噴霧干燥法制備天然復合果汁微膠囊的最適工藝參數條件。正交試驗因素水平設計見表2。

表2 正交試驗因素與水平設計

1.3.4 回收率

采用稱量法[8]，回收率計算如式（1）所示。

式中：Rp為回收率，%；m1為果汁固形物含量，g；m2為加入助劑質量，g；M為回收果粉質量，g。

1.3.5 花青素含量

利用pH示差法測定[9]，花青素含量（mg/g）計算如式（2）所示。

式中：m為原料質量，g；ε為消光系數，26 900 L/（mol·cm）；A=(A520nm-A700nm)pH1.0-(A520nm-A700nm)pH4.5；Mw為分子量，449 g/mol；V為提取液總容量，mL；n為樣品稀釋倍數。

1.3.6 包埋率

精確稱取0.050 g復合果粉，用5 mL無水乙醇溶解，按10 000 r/min離心3 min，取上清液，在波長538 nm處測吸光度（A0）。沉淀溶于5 mL 30%乙醇溶液中，吸光度記為A1。包埋率（%）計算如式（3）所示。

1.4 統計分析

噴霧干燥試驗及其相關指標測定數值平行重復3次，數據用平均值±標準差表示。分別采用SPSS 19.0軟件進行單因素方差分析，差異顯著者進行Duncan’s多重比較。

2 結果與分析

2.1 壁材質量比對復合果汁粉理化特征的影響

從圖1可以看出，隨著Tr比例增加，RP逐漸減少，Tr增加到一定量時，Rp降低，這與常連鑫等[8]的研究結果相同。壁材質量比m麥芽糊精∶m乳清蛋白∶m海藻糖為1∶1∶1.25時，Rp突然增加，隨之又減少，m麥芽糊精∶m乳清蛋白∶m海藻糖=1∶1∶0.5時，Rp達到最高值65.24%，可以看出Tr含量越低，Rp越高?；ㄇ嗨睾吭赥r比例增加過程中先增加后減少，m麥芽糊精∶m乳清蛋白∶m海藻糖=1∶1∶0.75時，花青素含量達到最高值14.76 mg/g，Tr比例對花青素含量影響較微弱。隨著Tr比例的增加，包埋率沒有顯著差異，m麥芽糊精∶m乳清蛋白∶m海藻糖=1∶1∶0.5時，包埋率達到最高值81.42%。選擇壁材質量比m麥芽糊精∶m乳清蛋白∶m海藻糖=1∶1∶0.50，1∶1∶0.75和1∶1∶1.00進行正交試驗。

圖1 壁材質量比（m麥芽糊精∶m乳清蛋白∶m海藻糖）對復合果汁粉理化特征影響

2.2 進口溫度對復合果汁粉理化特征影響

從圖2可以看出，進口溫度從120 ℃上升到160℃，RP先增大后減少，在處理間有顯著差異。進口溫度150 ℃時，RP達到最高值，而當溫度＞150 ℃時，RP顯著降低。這與崔素芬等[10]的試驗結果相同。花青素含量隨進口溫度的升高由4.59 mg/g升至17.31 mg/g，160 ℃時，花青素含量達到最高值。隨著溫度的升高，包埋率由84.89%下降至62.95%，溫度為120 ℃時包埋率達到最高值，溫度高于150 ℃時，包埋率顯著降低。選擇進風溫度130，140和150 ℃進行正交試驗。

圖2 進口溫度對復合果汁粉理化特征影響

2.3 果汁壁材比對復合果汁粉理化特征影響

由圖3可知，隨著果汁壁材比的增加，RP由45.55%增加至59.88%，呈現先增后減趨勢。復合果汁壁材比為1.25∶1時，RP達到最大值59.88%，隨后略有降低，這與聶凌鴻等[11]的結論相同，因為物料濃度過低時，物料中的固形物過少，出現粘壁現象，導致回收率較低；料液濃度增加，會導致噴嘴堵塞[9]。隨著復合果汁壁材比的增加，花青素含量由9.07 mg/g增加至11.28 mg/g，果汁比例越高，花青素含量越高，這與劉瑜等[12]研究的結果一致。隨著果汁濃度的增加，包埋率由79.35%增加至92.48%，包埋效果顯著增加，復合果汁壁材比為1.5∶1時，包埋效果最好。選擇復合果汁壁材比1.00∶1，1.25∶1和1.50∶1進行正交試驗。

圖3 果汁與壁材比對復合果汁粉理化特征影響

2.4 正交試驗設計（表3）

表3 正交試驗設計

從表4和表5中可以判斷影響各項指標的主次因素，影響回收率主次為B＞A＞C，花青素含量主次為A＞C＞B，包埋率主次為A＞B＞C。根據正交試驗各理化性質數據比較以及主次因素分析得出：A屬于最主要因素，且花青素和包埋率A3較好，回收率A3僅次于A2；B3對于理化性質的影響較為理想且穩定；C2水平時，各項理化性質較好。綜合分析，優化方案為A3B3C2，即復合果汁壁材比1.5∶1、壁材質量比m麥芽糊精∶m乳清蛋白∶m海藻糖=1∶1∶1、進口溫度140 ℃。用優化參數進行3次平行試驗，測得果粉的各項指標：回收率68.61%±0.37%、花青素含量18.78±0.38 mg/g、包埋率85.29%±0.43%。

表4 正交試驗結果分析

表5 正交試驗方差分析

3 結論

采用噴霧干燥制備復合果汁粉，通過單因素試驗及正交優化試驗探究果汁與壁材比、壁材質量比、進口溫度對果粉各項指標的影響。優化后的參數為A3B3C2，即果汁與壁材比1.5∶1、m麥芽糊精∶m乳清蛋白∶m海藻糖=1∶1∶1、進口溫度140 ℃。優化水平下測得果粉的指標為回收率68.61%±0.37%、花青素含量18.78±0.38 mg/g、包埋率85.29%±0.43%。制備的復合果粉顏色為淡紫色，粉質細膩松散，帶有天然的果香味，回收率高，水溶性指數較好。將桑葚火龍果百香果果汁復配后，采用微膠囊技術噴霧干燥成復合果粉在一定程度上減少原果在運輸中造成的損失，增加其貨架期，在原有的色、香、味及營養成分的基礎上，滿足當下人們對水果多樣化和高營養的市場需求。