張 順，黃 葦

（華南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，廣東 廣州 510642）

西番蓮果皮是除去果肉和果籽后的西番蓮主要成分，占全果重的45%～55%［1］，目前多用作飼料和廢棄物，未能實(shí)現(xiàn)高值化的利用。西番蓮果皮是一種含豐富膳食纖維的食物資源，其具有良好的功能性，已用于食品中［2］。文良娟等［3-4］研究表明，西番蓮果皮中還含有豐富的果膠、多糖、酚類等成分，且其中的酚類物質(zhì)含有一些黃酮、生物堿的藥用性成分［5-7］，功能性極強(qiáng)，有較高的利用和開發(fā)價(jià)值。為提高西番蓮果皮的利用價(jià)值，目前針對(duì)西番蓮果皮的研究應(yīng)用也逐漸豐富，唐萬勇等［8-9］以西番蓮果皮為主要原料加工風(fēng)味果脯，程明明等［10-11］對(duì)西番蓮果皮進(jìn)行了膳食纖維的提取并進(jìn)一步純化得到優(yōu)質(zhì)的膳食纖維，劉運(yùn)花等［12］針對(duì)果皮中豐富的果膠成分進(jìn)行了提取和改性研究。但目前鮮有關(guān)于西番蓮制粉的報(bào)道，結(jié)合噴霧干燥法等干燥方法對(duì)西番蓮全果進(jìn)行利用加工，制備品質(zhì)良好的果粉大有潛力。

噴霧干燥是一種可以將液體物料干燥成粉狀固體顆粒的方法，其原理是待干燥液體物料通過霧化器霧化為微小液滴，液滴在接觸高溫干燥空氣時(shí)，水分被瞬間蒸發(fā)，最后形成顆粒粉末。與傳統(tǒng)的熱風(fēng)干燥相比，噴霧干燥法的優(yōu)點(diǎn)在于物料與熱空氣接觸時(shí)間短，對(duì)產(chǎn)品的風(fēng)味、色澤和營養(yǎng)成分破壞性?。?3-15］，加工效率高，易于實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，尤其適合運(yùn)用在利用率低、不耐貯藏的果蔬產(chǎn)品加工中。例如，關(guān)翔鵬［16］利用噴霧干燥法，添加不同的助干劑（如麥芽糊精、阿拉伯膠等）制備得到品質(zhì)較高的哈密瓜粉，實(shí)現(xiàn)了哈密瓜果的全利用；而王澤南等［17］利用噴霧干燥法制備得到優(yōu)質(zhì)草莓粉，解決了草莓鮮果不易保存的問題。

為實(shí)現(xiàn)西番蓮果皮的高值化利用，本研究以單因素試驗(yàn)為基礎(chǔ)，結(jié)合正交優(yōu)化試驗(yàn)探究不同助干劑及噴霧干燥工藝參數(shù)對(duì)制備西番蓮果皮粉品質(zhì)的影響，探討西番蓮果皮加工的新途徑和方法，旨在為西番蓮果皮的充分利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試西番蓮果購于廣州市天平架水果批發(fā)市場(chǎng)。

羧甲基纖維素鈉（CMC）：上海申光化學(xué)品有限公司；可溶性淀粉：天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司；電子分析天平：梅特勒-托利多（上海）儀器有限公司；攪拌機(jī)：廣東美的生活電器制造有限公司；膠體磨：溫州富瑞康機(jī)械科技有限公司；冷凍高速離心機(jī)：湖南湘儀實(shí)驗(yàn)室儀器開發(fā)有限公司；高壓均質(zhì)機(jī)：上海東華高壓均質(zhì)機(jī)廠；噴霧干燥箱：上海紫裕生物科技有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 工藝流程 為增加果皮粉的風(fēng)味，添加等量西番蓮果汁混合打漿后加入助干劑，并利用膠體磨均質(zhì)，均質(zhì)后進(jìn)行噴霧干燥得到西番蓮果粉。

1.2.2 西番蓮果粉品質(zhì)指標(biāo)測(cè)定 噴霧干燥的集粉率計(jì)算參考宋超洋［18］方法。

式中，m0為果粉西番蓮粉體質(zhì)量，m1為果漿固形物質(zhì)量，m2為助干劑添加量。

溶解時(shí)間測(cè)定參照滕碩等［19-20］的方法：稱取1 g果粉，50 mL 25℃水溶解，同時(shí)開啟攪拌器低速攪動(dòng)，記錄從攪拌開始到粉末完全溶解所需時(shí)間。溶解度測(cè)定參照畢金峰等［21-23］方法：稱取1 g果粉，轉(zhuǎn)入200 mL燒杯，加水100 mL，設(shè)定磁力攪拌器轉(zhuǎn)速100 r/min高速攪拌5 min，冷凍離心機(jī)3000 r/min高速離心5 min，取15 mL上清液85℃烘干至恒重，計(jì)算上清液中干物質(zhì)含量所占比重。水分含量測(cè)定采用GB/5009.3-2010 的直接干燥法［24］。

1.2.3 單因素試驗(yàn) 將可溶性淀粉添加量設(shè)為10%、30%、50%、70%、90%，CMC添加量設(shè)為2%、4%、6%、8%、10%，噴霧干燥的進(jìn)料流量設(shè)為 400、500、600、700、800 mL/h，噴霧干燥的進(jìn)風(fēng)溫度設(shè)為 150、160、170、180、190、200℃，分別考察各因素水平對(duì)噴霧干燥西番蓮果皮粉集粉率、溶解時(shí)間、溶解度及水分含量的影響。

1.2.4 正交優(yōu)化試驗(yàn) 在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，以可溶性淀粉添加量、CMC添加量、進(jìn)料流量、進(jìn)風(fēng)溫度為因子，以果皮粉的集粉率、水分含量、溶解度及溶解時(shí)間為指標(biāo)進(jìn)行正交試驗(yàn)，研究助干劑配比和噴霧干燥參數(shù)對(duì)果皮粉品質(zhì)的影響，因素水平設(shè)置見表1。

2 結(jié)果與分析

2.1 助干劑對(duì)西番蓮果皮粉品質(zhì)的影響

表1 正交試驗(yàn)因素水平

2.1.1 可溶性淀粉添加量對(duì)噴霧干燥果皮粉品質(zhì)的影響 如圖1所示，隨著可溶性淀粉的添加量增加，噴霧干燥果皮粉的集粉率隨之上升，而水分含量總體呈下降趨勢(shì)，可溶性淀粉添加量為50%時(shí)，集粉率、水分含量分別較10%時(shí)提高20%、下降15%?？扇苄缘矸塾辛己玫娜芙庑?，可改善料液的流動(dòng)性，使噴霧干燥順利進(jìn)行。隨著可溶性淀粉添加量增加，集粉率上升，水分含量下降，西番蓮果皮粉的溶解度逐步提高，溶解時(shí)間縮短。因?yàn)榭扇苄缘矸廴芙庑詢?yōu)于果皮粉中的纖維、果膠等成分，可溶性淀粉占比提高，果皮粉總體溶解性會(huì)得到改善。綜合分析可知，可溶性淀粉作為西番蓮果皮漿的噴霧干燥助干劑，能夠起到減輕物料粘壁、提高果皮粉溶解性的作用，但試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)果皮粉的風(fēng)味隨著可溶性淀粉添加量上升而有所減弱，確定添加量為50%～90%。

圖1 可溶性淀粉添加量對(duì)噴霧干燥西番蓮果皮粉品質(zhì)的影響

2.1.2 CMC添加量對(duì)噴霧干燥果皮粉品質(zhì)的影響 如圖2所示，隨著CMC添加量的增加，噴霧干燥果皮粉的集粉率先上升后下降，而水分含量總體變化不明顯，CMC的添加量為8%時(shí)，其集粉率較2%時(shí)提高85%?？梢奀MC能顯著提高料液粘稠度，有利于改善料液均勻性和穩(wěn)定性，利于噴霧干燥順利進(jìn)行，但料液粘度過大反而不利于噴霧干燥；果皮粉水分含量變化不明顯，始終處于7%左右，可能因?yàn)镃MC添加量較低，對(duì)果皮粉干燥過程中水分蒸發(fā)影響不大造成；隨著CMC的添加量增加，西番蓮果皮粉溶解度先上升后下降，果皮粉的溶解時(shí)間則出現(xiàn)了延長趨勢(shì)。綜合分析CMC對(duì)果皮粉品質(zhì)的影響與可溶性淀粉有所不同，在較低添加量時(shí)會(huì)促進(jìn)集粉率和溶解度提高，添加量過高反而不利于噴霧干燥集粉率提高和溶解性的改善，因此CMC添加量選擇6%～10%為宜。

圖2 CMC添加量對(duì)噴霧干燥西番蓮果皮粉品質(zhì)的影響

2.2 噴霧干燥參數(shù)對(duì)西番蓮果皮粉品質(zhì)的影響

2.2.1 進(jìn)料流量對(duì)噴霧干燥果皮粉品質(zhì)的影響 由圖3可知，隨著進(jìn)料流量的增大，噴霧干燥西番蓮果皮粉的集粉率逐漸降低，果皮粉的水分含量緩慢上升并趨于穩(wěn)定，進(jìn)料流量為600 mL/h時(shí)，集粉率較進(jìn)料流量為400 mL/h時(shí)低20%，噴霧干燥進(jìn)料速度較低時(shí)，液滴中的水分能夠迅速蒸發(fā)而不會(huì)造成粘壁，果皮粉的水分含量也較低，但進(jìn)料速度增大時(shí)，液滴中的水分來不及蒸發(fā)而導(dǎo)致料液粘壁，集粉率下降，相應(yīng)的果皮粉水分含量也出現(xiàn)上升趨勢(shì)；隨著進(jìn)料流量的增大，溶解度迅速下降，進(jìn)料流量為600 mL/h時(shí)至最低溶解度76.4%，之后趨于穩(wěn)定，而果皮粉的溶解時(shí)間有所延長。已有研究表明，粉體水分含量上升會(huì)導(dǎo)致其吸濕性加強(qiáng)和復(fù)水性減弱［25］，因此果皮粉的溶解性會(huì)呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。適當(dāng)?shù)倪M(jìn)料流量，既有利于保持噴霧干燥效率，也有利于保持果皮粉良好的溶解性能等粉體特性，進(jìn)料流量選擇400～600 mL/h較為合適。

2.2.2 進(jìn)風(fēng)溫度對(duì)噴霧干燥果皮粉品質(zhì)的影響 由圖4可知，進(jìn)風(fēng)溫度升高至180℃時(shí)，西番蓮果皮粉的集粉率升高到峰值后降低，水分含量先下降后有所上升，果皮粉的溶解度則隨進(jìn)風(fēng)溫度由160℃時(shí)的78%迅速提升到180℃的81.5%，然后進(jìn)入平臺(tái)期，而溶解時(shí)間隨溫度的變化不明顯。分析可知，進(jìn)風(fēng)溫度升高可使霧滴在干燥室內(nèi)干燥更完全，但溫度不是越高越好，溫度太高，粉體外部水分蒸發(fā)速率快于內(nèi)部水分遷移速率，外部干燥形成殼，阻擋內(nèi)部水分及時(shí)遷移出，導(dǎo)致顆粒干燥不徹底，出現(xiàn)粘壁，因此集粉率出現(xiàn)下降，果粉水分含量也出現(xiàn)隨溫度升高先下降后上升趨勢(shì)；果皮粉溶解度在一定升溫范圍內(nèi)迅速上升后，不再隨溫度升高而提升，主要與果粉水分不再下降甚至略微上升相關(guān)。另外，溫度升高對(duì)果皮粉的香氣保留不利，因此進(jìn)風(fēng)溫度以170～190℃為宜。

圖3 進(jìn)料流量對(duì)噴霧干燥西番蓮果皮粉品質(zhì)的影響

圖4 進(jìn)風(fēng)溫度對(duì)噴霧干燥西番蓮果皮粉品質(zhì)的影響

2.3 助干劑及噴霧干燥參數(shù)正交優(yōu)化結(jié)果

噴霧干燥正交試驗(yàn)結(jié)果及極差分析見表2。為獲得能協(xié)調(diào)多指標(biāo)的最優(yōu)組合，在極差分析基礎(chǔ)上引入方差分析（表3），由于可溶性淀粉添加水平對(duì)每個(gè)指標(biāo)都有顯著影響，且對(duì)果皮粉溶解度和溶解時(shí)間的影響均為極顯著，在選擇水平為A3時(shí)，可以同時(shí)滿足溶解度和溶解時(shí)間的優(yōu)選組合，故可溶性淀粉的最終水平為A3；進(jìn)料流量對(duì)溶解時(shí)間影響為極顯著，對(duì)溶解度的影響為顯著，考慮到其他3組指標(biāo)最優(yōu)水平均為C3，且進(jìn)料流量較大時(shí)節(jié)省干燥時(shí)間，因此選擇水平為C3；進(jìn)風(fēng)溫度對(duì)溶解度的影響為顯著，對(duì)其他指標(biāo)影響為不顯著，可在不同水平中任選，溫度太高對(duì)果皮粉香氣保留不利，故選擇水平為D1；而CMC添加量對(duì)各個(gè)指標(biāo)的影響均為不顯著，考慮到集粉率和溶解性的最優(yōu)水平為B1，故最終確定為B1，通過優(yōu)選的集粉率組合為A1B1C2D1，水分含量優(yōu)選組合A3B2C2D3，溶解度優(yōu)選組合A1B1C3D1，溶解時(shí)間優(yōu)選組合A3B1C1D3。

綜合分析可知，噴霧干燥的助干劑配方及干燥工藝參數(shù)最優(yōu)組合為A3B1C3D1，即可溶性淀粉添加量為90%、CMC添加量為6%、進(jìn)料流量600 mL/h、進(jìn)風(fēng)溫度170℃。

表2 噴霧干燥正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果及極差分析

3 結(jié)論與討論

本試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著可溶性淀粉添加量的增加，西番蓮果皮粉的集粉率、溶解性等均會(huì)隨之上升，而CMC的添加量在較低水平時(shí)會(huì)促進(jìn)果皮粉集粉率和溶解性提高，在較高添加量時(shí)反而不利于保持果粉品質(zhì)，這與多數(shù)以CMC作為助干劑時(shí)的研究結(jié)果不一致，推測(cè)這種差異性與物料本身性質(zhì)相關(guān)。噴霧干燥參數(shù)中，進(jìn)料流量較小時(shí)，噴霧干燥過程中西番蓮果漿中水分能及時(shí)蒸發(fā)并能減少粘壁發(fā)生，在進(jìn)料流量為400或500 mL/h時(shí)，最大集粉率均為36%，當(dāng)進(jìn)料流量較大時(shí)，造成果皮粉集粉率下降、水分含量上升和溶解性變差，但進(jìn)料流量過小導(dǎo)致噴霧干燥效率降低，因此應(yīng)綜合考慮進(jìn)料流量；通過正交試驗(yàn)確定了西番蓮果皮粉助干劑配比和噴霧干燥工藝參數(shù)的最佳組合為可溶性淀粉添加量90%、CMC添加量6%、進(jìn)風(fēng)溫度170℃、進(jìn)料流量600 mL/h，此時(shí)西番蓮果皮粉集粉率34.70%、水分含量3.52%、溶解度82.17%，西番蓮果粉粉體細(xì)膩、香氣適宜，溶解性也較好。

表3 噴霧干燥正交試驗(yàn)方差分析

西番蓮果漿富含葡萄糖、果糖等低熔點(diǎn)成分，導(dǎo)致在噴霧干燥時(shí)粘壁嚴(yán)重，因此要添加助干劑促進(jìn)噴霧干燥順利進(jìn)行。本研究通過添加可溶性淀粉和CMC對(duì)西番蓮果漿進(jìn)行噴霧干燥制粉，解決了西番蓮果皮粉因纖維成分含量高制成粉品質(zhì)差以及西番蓮果皮作為加工附屬物利用率低、對(duì)環(huán)境污染等問題。本研究對(duì)解決果蔬加工中尤其是果皮等成分占比較高、利用率低的問題提供了理論依據(jù)。今后研究中，可以針對(duì)不同性質(zhì)的助干劑，選擇更適合于西番蓮制粉的助干劑，提高果粉集粉率和其他品質(zhì)，還可以針對(duì)干燥方法進(jìn)行優(yōu)選，例如有很大發(fā)展?jié)摿Φ睦鋬鰢婌F干燥和真空冷凍干燥法，制得的果粉品質(zhì)會(huì)進(jìn)一步得到提高。

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