閆忠心，靳義超

（青海省畜牧獸醫(yī)科學(xué)院，青海 西寧 810016）

噴霧干燥溫度對牦牛乳粉溶解特性的影響

閆忠心，靳義超*

（青海省畜牧獸醫(yī)科學(xué)院，青海 西寧 810016）

為探討噴霧干燥溫度對牦牛乳粉溶解特性的影響，分析了在進(jìn)風(fēng)溫度（出口溫度）分別為130（56）、150 （64）、170（73）、190（81）、210（90）℃條件下噴霧干燥牦牛乳粉樣品的溶解特性參數(shù)，并通過相關(guān)性分析對其進(jìn)行聚類分析。結(jié)果表明：噴霧干燥溫度對牦牛乳粉的溶解特具有顯著影響（P＜0.05），170（73）℃下噴霧干燥牦牛乳粉樣品具有較高的水合能力、堆積密度、溶解度，較小的休止角和分散時間，具有較好的溶解特性，優(yōu)于在其他溫度下干燥牦牛乳粉的溶解特性；牦牛乳粉溶解特性參數(shù)間具有較好的相關(guān)性，聚類分析可實現(xiàn)對不同噴霧干燥溫度條件下牦牛乳粉溶解特性的區(qū)分，為對噴霧干燥溫度的評價提供參考。

噴霧干燥溫度；溶解特性；牦牛乳粉；聚類分析

溶解特性是構(gòu)成并影響噴霧干燥產(chǎn)品品質(zhì)及消費(fèi)者可接受性的重要因素。噴霧干燥產(chǎn)品的溶解度、水合率、堆積密度、休止角等與其溶解特性品質(zhì)直接相關(guān)。孫顏君等[1]認(rèn)為噴霧干燥溫度對乳蛋白濃縮物的乳清蛋白變性率、溶解性等加工性質(zhì)具有一定影響。劉靜波等[2]認(rèn)為適宜的噴霧干燥溫度有利于高鐵蛋粉溶解特性。近年來國內(nèi)外學(xué)者，對燕麥粉[3]、豆粉[4]、蛋黃粉[5]、南瓜粉[6]、西瓜粉[7]和甘薯粉[8]等噴霧干燥產(chǎn)品的溶解特性和營養(yǎng)特性進(jìn)行了大量研究，為噴霧干燥產(chǎn)品的品質(zhì)控制提供了科學(xué)依據(jù)。

牦牛（Bos grunions）是中國特色牛種，現(xiàn)有約1 400多萬頭，占世界牦?？倲?shù)量的94%，牦牛年產(chǎn)乳量約71.5 萬t[9]。牦牛乳的營養(yǎng)價值極高，且具有天然、純凈、綠色的特點(diǎn)，被冠以“非凡營養(yǎng)”的稱號，是人們理想的綠色保健有機(jī)食品。近年來學(xué)者對牦牛乳的營養(yǎng)元素[10-11]、功能營養(yǎng)成分[12-13]、牦牛酸乳[14-15]及牦牛奶酪[16]做了大量研究，但有關(guān)牦牛乳粉噴霧干燥產(chǎn)品溶解特性的研究尚未見報道。本實驗通過對牦牛乳粉物理性質(zhì)進(jìn)行分析，探討了不同噴霧干燥溫度對牦牛乳粉溶解特性的影響，旨在為研究噴霧干燥溫度與牦牛乳粉溶解特性的關(guān)系奠定基礎(chǔ)，為生產(chǎn)出品質(zhì)特性較好的牦牛乳粉提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

牦牛乳，2014年9月采自天峻縣牧區(qū)（－18 ℃冰箱保存?zhèn)溆茫?，其中含乳蛋白質(zhì)5.4%、脂肪6.7%、乳糖5.6%、干物質(zhì)18.2%。

1.2 儀器與設(shè)備

6000Y實驗型噴霧干燥機(jī) 上海Bilon儀器有限公司；FG300-SH數(shù)顯高速分散均質(zhì)機(jī) 上海恒勤儀器設(shè)備有限公司；3-16KL型離心機(jī) 德國Sigma公司；HWS24型恒溫水浴鍋 上海一恒科技有限公司；GZX-9070MBE電熱鼓風(fēng)干燥箱 上海博訊醫(yī)療生物儀器股份有限公司；BSA124S-CW型電子天平 德國賽多利斯集團(tuán)。

1.3 方法

1.3.1 噴霧干燥工藝流程

牦牛乳→過濾（100 目篩）→預(yù)熱（60 ℃）→均質(zhì)（高速分散機(jī)，3 000 r/min）→噴霧干燥→牦牛乳粉

1.3.2 測定方法

水合能力參照文獻(xiàn)[2]進(jìn)行測定。休止角、堆積密度參照文獻(xiàn)[17-18]進(jìn)行測定。溶解度測定：10 g牦牛乳粉加入100 mL蒸餾水，振蕩混勻，在3 000 r/min條件下離心5 min，取上清液25 mL后105 ℃烘干，計算上清液中干物質(zhì)含量占溶液總干物質(zhì)含量的百分?jǐn)?shù)[19]。分散性測定：取10 g牦牛乳粉樣品于小燒杯中，加入250 mL，25 ℃蒸餾水，在輕微勻速攪拌下，記錄樣品完全溶解所用的時間[4]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

2 結(jié)果與分析

2.1 牦牛乳粉溶解特性參數(shù)分析

溶解特性是噴霧干燥產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標(biāo)，良好的溶解特性是優(yōu)質(zhì)噴霧干燥產(chǎn)品的基礎(chǔ)。溶解特性較好的產(chǎn)品，表現(xiàn)為具有較高的堆積密度、較強(qiáng)的水合能力，較小的休止角，這樣的干粉具備較好的分散性和溶解度[20]。由表1可知，噴霧干燥入口溫度顯著影響牦牛乳粉的水合能力（P＜0.05），進(jìn)風(fēng)溫度（出口溫度）分別為170（73）℃條件下噴霧干燥的牦牛乳粉產(chǎn)品的水合能力較好，顯著高于130（56）、150（64）、210（90）℃（P＜0.05），但與190（81）℃相比差異不顯著（P＞0.05）。

表1 牦牛乳粉溶解特性參數(shù)Table 1 Solubility parameters of yak milk powder

休止角主要用于評價干粉分散性的優(yōu)劣，在各溫度中，休止角較小的噴霧干燥溫度為150（64）、170（73）、190（81）℃，顯著低于210（90）℃（P＜0.05）。

堆積密度受噴霧干燥產(chǎn)品顆粒大小的影響，噴霧干燥溫度、速率及物料受熱時間均影響乳粉的堆積密度[21]，由表1可知，堆積密度最高的為170（73）℃下噴霧干燥的牦牛乳粉產(chǎn)品，顯著高于130（56）℃和210（90）℃（P＜0.05），但與150（64）℃和190（81）℃相比差異不顯著（P＞0.05）。

由表1可知，含水量直接受噴霧干燥溫度的影響。130（56）℃條件下噴霧干燥牦牛乳粉產(chǎn)品的含水量顯著高于170（73）、190（81）、210（90）℃噴霧干燥溫度下樣品的水分含量（P＜0.05）。

溶解度和分散性受噴霧干燥產(chǎn)品蛋白變性程度、產(chǎn)品顆粒大小的影響。由表1可知，170（73）℃噴霧干燥處理的牦牛乳粉產(chǎn)品溶解度和分散性相對較好，溶解度顯著高于130（56）℃和210（90）℃（P＜0.05），但與150（64）℃和190（81）℃相比差異不顯著（P＞0.05）；分散時間顯著低于210（90）℃（P＜0.05），但與其他溫度相比差異不顯著（P＞0.05）。

綜合分析，170（73）℃條件下噴霧干燥制得的牦牛乳粉溶解特性較好，其次為190（81）℃和150（64）℃。噴霧干燥溫度過高會導(dǎo)致產(chǎn)品水分含量過低、蛋白變性嚴(yán)重而影響溶解特性；而過低的噴霧干燥溫度，水分含量則過高，使產(chǎn)品黏度增加，也會影響產(chǎn)品的溶解特性。

2.2 牦牛乳粉溶解特性參數(shù)相關(guān)性分析

由表2可知，各參數(shù)間有較好的相關(guān)性，因此可以用于評價噴霧干燥溫度的優(yōu)劣。水合能力與堆積密度、溶解度成極顯著正相關(guān)（r=0.970、0.988，P＜0.01），與休止角成顯著負(fù)相關(guān)（r=－0.820，P＜0.05）。休止角與堆積密度、溶解度成顯著負(fù)相關(guān)（r=－0.834、－0.876，P＜0.05），與分散時間成顯著正相關(guān)（r=0.818，P＜0.05），表明休止角越大產(chǎn)品的分散時間也就越長。含水量影響產(chǎn)品的溶解特性，其與水合能力、溶解度、堆積密度成弱負(fù)相關(guān)（r=－0.532、－0.409、－0.415），溶解度與水合能力、堆積密度成極顯著正相關(guān)（r=0.988、0.989，P＜0.01），與休止角顯著負(fù)相關(guān)（r=－0.876，P＜0.05），與分散時間成弱負(fù)相關(guān)（r=－0.631）。

表2 牦牛乳粉溶解特性參數(shù)相關(guān)性矩陣Table 2 Correlation coefficient （r) matrix among solubility parameters of yak milk powder

2.3 牦牛乳粉溶解特性參數(shù)聚類分析

在樣品溶解特性參數(shù)間具有很好的相關(guān)性的基礎(chǔ)上，對5 種噴霧干燥溫度處理下的產(chǎn)品溶解特性參數(shù)進(jìn)行聚類分析，首先將結(jié)果數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化[22]，采用系統(tǒng)聚類、平方歐式距離、Ward方法，結(jié)果如圖1所示。

圖1 牦牛乳粉溶解特性的聚類分析樹狀圖Fig.1 Cluster analysis dendrogram of solubility parameters of yak milk powder

由圖1可知，在150（64）℃和190（81）℃下干燥的樣品首先在0.96距離處被聚在一起，表明二者具有相似的溶解特性； 130（56）℃和210（90）℃干燥處理的樣品在2.97距離處聚在一起；170（73）℃噴霧干燥的樣品則獨(dú)立為一類。從聚類分析結(jié)合對溶解特性參數(shù)的分析結(jié)果表明，170（73）℃噴霧干燥的樣品溶解特性參數(shù)優(yōu)于130（56）、150（64）、190（81）、210（90）℃噴霧干燥的產(chǎn)品。當(dāng)聚類距離為9.02時，130（56）℃和210（90）℃處理的樣品被歸為一類，其他的為一類，表明150（64）、190（81）℃下噴霧干燥的產(chǎn)品具有較好的溶解特性，可為噴霧干燥牦牛乳粉生產(chǎn)溫度的選擇提供參考。聚類結(jié)果在一定程度上反映了不同噴霧干燥溫度對牦牛乳粉溶解特性的影響，溶解特性參數(shù)差異較小的首先被聚為一類。通過系統(tǒng)聚類分析，可實現(xiàn)對不同噴霧干燥溫度對牦牛乳粉品質(zhì)的評價。

3 結(jié) 論

不同噴霧干燥溫度對牦牛乳粉的溶解特性有顯著影響（P＜0.05）。在本實驗的5 種噴霧干燥溫度中，進(jìn)風(fēng)溫度（出口溫度）為170（73）℃條件下噴霧干燥的牦牛乳粉，休止角、分散性時間較低，水合能力、堆積密度及溶解度較高，具有較好的溶解特性。因此采用在170（73）℃下噴霧干燥牦牛乳粉可獲得溶解特性較好的產(chǎn)品。牦牛乳脂肪、蛋白質(zhì)、乳糖、干物質(zhì)含量均高于黑白花牛乳和荷斯坦牛乳[23]。乳的營養(yǎng)成分和干物質(zhì)含量直接影響噴霧干燥條件，研究表明，脂肪含量與溶解性緊密相關(guān)，影響乳粉的溶解性[24]；噴霧干燥過程中酪蛋白交聯(lián)或者形成膠束影響乳粉的溶解特性，但牦牛乳含有較高的乳糖，對穩(wěn)定酪蛋白有積極的作用[25]。

相關(guān)性分析表明噴霧干燥制得的牦牛乳粉的溶解特性參數(shù)之間有一定的關(guān)系，聚類分析能實現(xiàn)對不同噴霧干燥溫度牦牛乳粉溶解特性的區(qū)分，從而實現(xiàn)對噴霧干燥溫度的評價。分析得出170（73）℃噴霧干燥處理的牦牛乳粉的溶解特性優(yōu)于130（56）、150（64）、190（81）和210（90）℃的牦牛乳粉。然而，噴霧干燥溫度對牦牛乳粉溶解特性的影響機(jī)理還有待進(jìn)一步研究。

[1] 孫顏君, 呂加平, 劉振民. 不同噴霧干燥溫度對乳蛋白濃縮物加工性質(zhì)的影響[J]. 食品科技, 2014, 39(1): 42-47.

[2] 劉靜波, 馬爽, 劉博群, 等. 噴霧干燥條件對高鐵蛋粉溶解特性的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報, 2011, 27(11): 365-371. DOI:10.3969/ j.issn.1002-6819.2011.11.068.

[3] 師俊玲, 李居南, 陳秋桂, 等. 酶解程度對噴霧干燥速溶燕麥粉特性的影響[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報, 2012, 43(8): 155-159. DOI:10.6041/ j.issn.1000-1298.2012.08.028.

[4] 鐘芳, 王璋, 許時嬰. 噴霧干燥條件對豆粉速溶性的影響[J].食品工業(yè)科技, 2003, 24(12): 17-20. DOI:10.13386/ j.issn1002-0306.2003.12.006.

[5] 劉靜波, 馬爽, 林松毅, 等. 速溶蛋黃粉噴霧干燥工藝優(yōu)化及其特性[J].吉林大學(xué)學(xué)報(工學(xué)版), 2012, 42(5): 1336-1342. DOI:10.13229/ j.cnki.jdxbgxb2012.05.007.

[6] 周愛梅, 萬艷娟, 李少華, 等. 噴霧干燥及熱風(fēng)干燥對南瓜粉營養(yǎng)特性和感官品質(zhì)的影響[J]. 現(xiàn)代食品科技, 2011, 27(5): 528-533. DOI:10.13982/j.mfst.1673-9078.2011.05.022.

[7] QUEK S Y, CHOK N K, SWEDLUND P. The physicochemical properties of spray-dried watermelon powders[J]. Chemical Engineering and Processing, 2007, 46(5): 386-392. DOI:10.1016/ j.cep.2006.06.020.

[8] GRABOWSKI J A, TRUONGA V D, DAUBERT C R. Nutritional and rheological characterization of spray dried sweetpotato powder[J]. LWT-Food Science and Technology, 2008, 41(2): 206-216. DOI:10.1016/j.lwt.2007.02.019.

[9] 康玲. 青海統(tǒng)計年鑒[M]. 北京: 中國統(tǒng)計出版社, 2014: 276-277.

[10] 石燕, 鄭為完, 肖薇薇, 等. 原子吸收法測定牦牛乳奶粉中的營養(yǎng)元素[J]. 光譜學(xué)與光譜分析, 2007, 27(12): 2588-2590.

[11] SUN Wancheng, LUO Yihao, MA Haiqing. Preliminary study of metal in yak (Bos grunniens) milk from Qilian of the Qinghai Plateau[J]. Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology, 2011, 86(6): 653-656. DOI:10.1007/s00128-011-0282-3.

[12] MAO Xueying, CHENG Xue, WANG Xu. Free-radical-scavenging and anti-anflammatory effort of yak milk casein before and after enzymatic hydrolysis[J]. Food Chemistry, 2011, 126(2): 484-490. DOI:10.1016/j.foodchem.2010.11.025.

[13] MAO Xueying, REN Fazheng, LI Yinghui, et al. Comparison of the lymphoproliferation activity of yak milk casein hydrolysates hydrolyzed by microbial-derived and animal-derived proteinase[J]. Journal of Food Biochemistry, 2007, 31(3): 289-299. DOI:10.1111/ j.1745-4514.2007.00113.x.

[14] HE Shenghua, MA Ying, WANG Jia, et al. Milk fat chemical composition of yak breeds in China[J]. Journal of Food Composition and Analysis, 2011, 24(2): 223-230. DOI:10.1016/j.jfca.2010.07.008.

[15] WU Xiaohe, LUO Zhang, YU Li, et al. A survey on composition and microbiota of fresh and fermented yak milk at different Tibetan altitudes[J]. Dairy Science and Technology, 2009, 89(2): 201-209. DOI:10.1051/dst/2009007.

[16] 楊吉霞, 陳芝蘭, 楊海燕, 等. 牦牛奶酪中乳酸菌的分離鑒定及發(fā)酵性能分析[J]. 食品科學(xué), 2013, 34(9): 198-204. DOI:10.7506/ spkx1002-6630-201309041.

[17] GOULA A M, ADAMOPOULOS K G. Spray drying of tomato pulp in dehumidified air: II. The effect on powder properties[J]. Journal of Food Engineering, 2005, 66: 35-42. DOI:10.1016/ j.jfoodeng.2004.02.031.

[18] 蘇東曉, 廖森泰, 張名位, 等. 噴霧干燥工藝條件對速溶龍眼粉理化特性的影響[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2011, 44(18): 3830-3839. DOI:10.3864/j.issn.0578-1752.2011.18.014.

[19] MILTON C C, STRINGHETA P C, RAMOS A M, et al. Effect of the carriers on the microstructure of mango powder obtained by spray drying and its functional characterization[J]. Innovative Food Science and Emerging Technologies, 2005, 6: 420-428. DOI:10.1016/ j.ifset.2005.05.003.

[20] SARA E, ADRIANA M, EDNELI S, et al. Production and properties of casein hydrolysate microencapsulated by spray drying with soybean protein isolate[J]. LWT-Food Science and Technology, 2009, 42(5): 919-923. DOI:10.1016/j.lwt.2008.12.004.

[21] 郭本恒. 乳粉[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2003: 123.

[22] 閆忠心, 魯周民. 基于質(zhì)地剖面分析的干制紅棗品質(zhì)評價[J].現(xiàn)代食品科技, 2014, 30(7): 237-241. DOI:10.13982/ j.mfst.1673-9078.2014.07.044.

[23] LI Haimei, MA Ying, LI Qiming, et al. The chemical composition and nitrogen distribution of Chinese yak (Maiwa) milk[J]. International Journal of Molecular Sciences, 2011, 12(8): 4885-4895. DOI:10.3390/ ijms12084885.

[24] BALDWIN A J, TRUONG G N T. Development of insolubility in dehydration of dairy milk powders[J]. Food and Bioproducts Processing, 2007, 85(3): 202-208. DOI:10.1205/fbp07008.

[25] ALLISON S D. Hydrogen bonding between sugar and protein is responsible for inhibition of dehydration induced protein unfolding[J]. Archives of Biochemistry and Biophysics, 1999, 365(8): 289-298. DOI:10.1006/abbi.1999.1175.

Effect of Spray Drying Temperature on Solubility of Yak Milk Powder

YAN Zhongxin, JIN Yichao*
(Qinghai Academy of Animal Science and Veterinary Medicine, Xining 810016, China)

In order to explore the effect of spray drying temperature on the solubility of yak milk powder, solubility characteristics of yak milk powder produced at different inlet/outlet temperatures (130/56, 150/64, 170/73, 190/81, and 210/90 ℃） were measured and analyzed through correlation and cluster analysis. The results demonstrated that spray drying temperature had significant effect on solubility characteristics of yak milk powder （P < 0.05). Yak milk powder produced at 170/73℃ had high hydration capacity, bulk density and solubility and small repose angle and dispersion time, showing better solubility than those produced at other spray drying temperatures. The cluster analysis could be used to distinguish the solubility of yak milk powder produced at different spray drying temperatures, thereby providing a theoretical reference to distinguish the quality of yak milk powder produced by spray drying.

spray drying temperature; solubility; yak milk powder; cluster analysis

10.7506/spkx1002-6630-201607005

TS252.1

A

1002-6630（2016）07-0023-04

閆忠心, 靳義超. 噴霧干燥溫度對牦牛乳粉溶解特性的影響[J]. 食品科學(xué), 2016, 37(7): 23-26. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201607005. http://www.spkx.net.cn

YAN Zhongxin, JIN Yichao. Effect of spray drying temperature on solubility of yak milk powder[J]. Food Science, 2016, 37(7): 23-26. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-201607005. http://www.spkx.net.cn

2015-05-05

國際科技合作計劃項目（2014-HZ-806）

閆忠心（1987—），男，助理研究員，碩士，研究方向為畜產(chǎn)品加工與資源利用。E-mail：42131454@qq.com

*通信作者：靳義超（1958—），男，研究員，學(xué)士，研究方向為畜產(chǎn)品加工與資源利用。E-mail：jinyichao88@163.com