低吸湿性杨梅粉喷雾干燥工艺的优化

宋贤聚

SONG Xian－ju

（台州学院生命科学学院，浙江 台州 318000）

（School of Life Science，Taizhou University，Taizhou，Zhejiang 318000，China）

杨梅是双子叶植物纲杨梅科杨梅属乔木，广泛分布于中国南方各地。其成熟果实呈紫红色，营养丰富，色泽诱人，果味酸甜，是深受中国消费者喜爱的著名特色水果之一［1］。目前，杨梅种植规模逐年扩大，产量不断提高，加之杨梅收获期短，自然条件下难以保存，迫切要求对杨梅进行深加工，减少由于产品积压造成的浪费。目前，杨梅的深加工方式主要有杨梅 果 脯［2］、杨 梅 凉 果［3］、杨 梅 罐 头［3］、杨 梅 酒［4］、杨 梅汁［5－7］和杨梅粉［8－10］等。其中，生产的杨梅粉极易吸湿引起制剂结块、流动性降低、潮解等，使产品的物理、化学和生物稳定性降低，从而影响消费者对杨梅粉产品的接受度，影响杨梅粉产品的开发。因此，获得低吸湿性特征的杨梅粉加工工艺是解决杨梅粉产业发展瓶颈的关键。

本试验拟通过深入研究喷雾干燥工艺对杨梅粉吸湿性的影响，获得低吸湿性杨梅粉的加工工艺参数，为杨梅粉的进一步工业化生产提供技术参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 试验原料

杨梅：东魁，购于浙江临海市场。

1.1.2 试验试剂

麦芽糊精：DE值为5，汕头市西陇化工厂有限公司；

可溶性淀粉：无锡市展望化工试剂有限公司；

β－环糊精：有效物质含量99%，河南保信化工产品有限公司；

阿拉伯胶：有效物质含量99%，郑州众信化工产品有限公司；

NaCl：分析纯，浙江中星化工试剂有限公司。

1.2 试验仪器

喷雾干燥机：SP－1500实验型，上海顺仪实验设备有限公司；

精密色差仪：HP－200型，上海汉谱光电科技有限公司；

电子天平：FA2204B型，上海精密科学仪器有限公司；

高速组织捣碎机：DS－1型，上海标本模型厂；

电热鼓风干燥箱：DHG－9203A型，上海一恒科学仪器有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 杨梅粉制作工艺流程

新鲜杨梅→挑选→清洗→热水漂烫→打浆、榨汁→澄清→离心→调配→均质→喷雾干燥

1.3.2 助干剂的选择 杨梅汁含糖量高，需要添加助干剂才能进行喷雾干燥。试验选用麦芽糊精、可溶性淀粉、β－环糊精和阿拉伯胶作为助干剂，在添加质量分数为15%，进风温度为150℃，进料流量为500 m L／h的条件下进行喷雾干燥试验，研究上述助干剂对喷雾干燥杨梅粉品质的影响，选择最适合杨梅粉加工的助干剂。

1.3.3 淀粉添加量的确定 采用可溶性淀粉为杨梅粉加工的助干剂，试验选择添加量分别为8%，10%，12%，14%，16%，18%，20%，在进风温度为150℃，进料速度为500 m L／h的条件下进行喷雾干燥试验，研究淀粉添加量对喷雾干燥过程和产品吸湿性的影响，选择适合杨梅粉加工的淀粉添加量。

1.3.4 热风温度的确定 试验选择喷雾干燥的进风温度分别为130，140，150，160，170，180℃，在添加质量分数为15%的淀粉，进料速度为500 m L／h的条件下进行喷雾干燥试验，研究热风温度对喷雾干燥过程和产品吸湿性的影响，选择适合杨梅粉加工的热风温度。

1.3.5 进料速度的确定 试验选择进料速度分别为200，300，400，500，600，700 m L／h，在添加质量分数为15%的淀粉，进风温度为150℃的条件下进行喷雾干燥试验，研究进料速度对喷雾干燥过程和产品吸湿性的影响，选择适合杨梅粉加工的进料速度。

1.3.6 正交试验设计 在单因素试验基础上，选择淀粉添加量、进风温度和进料速度3个因素进行正交试验分析。

1.3.7 验证实验 按正交设计试验结果中的最佳喷雾干燥条件进行3次验证实验，考察此喷雾干燥条件下，产品质量指标的稳定性。

1.4 分析方法

1.4.1 吸湿率的测定 参照文献［11］修改如下：恒湿器中的平衡相对湿度为75%，在25℃的恒温培养箱中放置24 h。

1.4.2 水分含量的测定 参照文献［12］。

1.4.3 色泽的测定 用色差计测量，Hunter a值代表试样红绿程度，值越大表示样品越红，测量6次，取平均值。

1.4.4 表观密度的测定 参照文献［13］。

1.4.5 湿润性的测定 参照文献［13］。

2 结果与分析

2.1 助干剂对喷雾干燥杨梅粉品质的影响

含糖类物料在喷雾干燥过程容易出现粘壁问题，添加助干剂是解决粘壁问题的最主要方法，杨梅汁中含糖量高（可溶性固形物达到12%左右），不能直接干燥，必须加入助干剂［14］。麦芽糊精、可溶性淀粉、阿拉伯胶和β－环糊精是喷雾干燥过程中常用的助干剂，添加以上助干剂制得的杨梅粉的品质见表1。由表1可知，助干剂种类对杨梅粉的品质有较大的影响，在色泽方面，添加可溶性淀粉的杨梅粉色泽最好，添加β－环糊精的杨梅粉的色泽最差，可能是β－环糊精对杨梅汁里的色素成分包埋效果最好，造成杨梅粉色泽最浅；在水分含量方面，添加淀粉、麦芽糊精和β－环糊精的杨梅粉的水分含量较低，加入阿拉伯胶的杨梅粉的水分含量达到9.12%，水分含量偏高，不利于产品的贮藏；在表观密度方面，加入β－环糊精后杨梅粉表观密度较小，为0.603 g／cm3，加入阿拉伯胶的表观密度较高，为0.648 g／cm3；在润湿性方面，以阿拉伯胶为助干剂的杨梅粉在水中分散的时间较长，分散性差，而添加其它3种助干剂的杨梅粉可以比较迅速地分散。

从制得的4种杨梅粉的品质可以看出，加入β－环糊精的颜色偏淡；加入阿拉伯胶的不易溶解；而加入可溶性淀粉和麦芽糊精的没有明显的缺陷，其中添加可溶性淀粉的色泽最鲜艳。根据4种助干剂对喷雾干燥杨梅粉品质的影响，选择可溶性淀粉作为喷雾干燥杨梅粉的助干剂。

表1 助干剂对喷雾干燥杨梅粉品质的影响Table 1 Effect of drying aids on spray－dried bayberry powder quality

表1 助干剂对喷雾干燥杨梅粉品质的影响Table 1 Effect of drying aids on spray－dried bayberry powder quality

同一列中不同字母表示差异显著（P＜0.05）。

助干剂种类Hunter a值水分含量／%表观密度／（g·cm－3）湿润性／s麦芽糊精 18.07a 8.53a 0.617a 96a可溶性淀粉 23.87b 8.56a 0.621a 98a β－环糊精 16.35c 8.41a 0.603b 92b阿拉伯胶 19.10 d 9.12b 0.648c 127c

2.2 淀粉添加量对杨梅粉喷雾干燥和吸湿性的影响

在喷雾干燥过程中，当物料中的可溶性固形物含量较低时，其最终产物中的水分含量就相对较多，就越不利于干燥，粉末不容易形成，容易产生粘壁的现象，造成出粉率较低；随着淀粉添加量的增加，物料中的可溶性固形物含量增加，但是，可溶性固形物含量过高，可能会造成黏度太大，入料困难，同时会造成粉体颜色偏浅和杨梅香味偏淡。淀粉添加量对喷雾干燥的影响见表2。

由表2可知，当淀粉添加量为8%、10%时，喷雾干燥过程中都存在严重的粘壁现象，而淀粉添加量为8%时还有少量的杨梅汁流出，这是由于产物中水分的含量高，粉末之间容易相互粘连，造成产物不干燥。而当淀粉添加量上升到12%以上时，产物中的水分含量较低，更容易干燥，出粉率上升。当淀粉添加量上升到18%时，粉体颜色变浅，气味变淡。

由表2还可知，喷雾干燥杨梅粉的吸湿率随着淀粉添加量的增加而增大，也就是说淀粉添加量越高，杨梅粉吸湿率越高。当淀粉添加量从10%上升到16%时，吸湿率缓慢增大，而淀粉添加量超过16%时吸湿率增加较快，可能是淀粉添加量超过16%时，粉体的粒径随淀粉添加量的增加而快速减小，造成粉体表面积增加，从而使吸湿率增加较快［15］。

表2 淀粉添加量对杨梅粉喷雾干燥和吸湿性的影响Table 2 Effect of the starch addition amount on spray drying and hydroscopicity of bayberry powder

表2 淀粉添加量对杨梅粉喷雾干燥和吸湿性的影响Table 2 Effect of the starch addition amount on spray drying and hydroscopicity of bayberry powder

“－”表示很难得收集到杨梅粉，未进行吸湿率的测定。

淀粉添加量／% 对喷雾干燥的影响 吸湿率／%8 粘壁严重，有少量杨梅汁流出 －10 粘壁严重 10.37 12 粘壁较少 10.42 14 粘壁较少 10.49 16 粘壁较少 10.60 18 粘壁较少，粉体颜色变浅，气味变淡 11.32 20 粘壁较少，粉体颜色较浅，气味变淡 11.68

2.3 进风温度对杨梅粉喷雾干燥和吸湿性的影响

进风温度能够影响产品的品质，是喷雾干燥过程中重要的工艺参数。进风温度越高越容易蒸发水分，越有利于产物干燥，促进粉末的形成，但是，进风温度过高，会造成喷雾干燥的粉体焦化，营养物质破坏。进风温度对杨梅粉干燥的影响见表3。

表3 进风温度对杨梅粉喷雾干燥和吸湿性的影响Table 3 Effect of the inlet air temperature on spray drying and hydroscopicity of bayberry powder

表3 进风温度对杨梅粉喷雾干燥和吸湿性的影响Table 3 Effect of the inlet air temperature on spray drying and hydroscopicity of bayberry powder

“－”表示很难收集到杨梅粉，未进行吸湿率的测定。

进风温度／℃ 对喷雾干燥的影响 吸湿率／%120 粘壁严重，有少量杨梅汁流出 －130 粘壁严重 8.71 140 粘壁较少 10.14 150 粘壁较少 11.57 160 粘壁较少 9.85 170 粘壁较少，粘壁的粉体硬化 9.50 180 部分粉体焦化 8.29

由表3可知，当进风温度在相对较低（120，130℃）的时候，出现了比较严重的粘壁现象，在120℃时还有少量的杨梅汁流出，喷雾干燥的效果不理想，这是由于进风温度低，使得大雾滴在干燥室内不能完全的干燥，接触干燥室时与四周的壁接触后粘附上去造成粘壁现象；当进风温度在140，150，160℃时，喷雾干燥的效果比较理想，粘壁现象都较少；而当进风温度高于170℃时，由于温度过高，在水分完全蒸发完后，过多的热量使粘壁的粉体硬化或焦化。

由表3还可知，当进风温度在120～150℃时，吸湿率随进风温度的上升而增大。当进风温度大于150℃的时候，吸湿率随进风温度的上升而减小，温度达到180℃时，吸湿率减小到8.29%，可能是因为温度过高，造成部分粉体焦化而变硬，使水分和粉体之间的吸附作用减弱，减小单分子水分含量，从而降低了粉体的吸湿性［16］。

2.4 进料速度对杨梅粉喷雾干燥和吸湿性的影响

在喷雾干燥过程中，进料速度也是影响干燥产品质量的一个重要参数。如果进料速度过小，产生的雾滴很小，干燥速度快，粉体温度上升较快，造成营养成分破坏严重；如果进料速度过大，会造成雾滴过大，雾滴在干燥室内不能充分干燥。入料流量对喷雾干燥的影响见表4。

表4 进料速度对杨梅粉喷雾干燥和吸湿性的影响Table 4 Effect of the feed rate on spray drying and hydroscopicity of bayberry powder

表4 进料速度对杨梅粉喷雾干燥和吸湿性的影响Table 4 Effect of the feed rate on spray drying and hydroscopicity of bayberry powder

“－”表示很难收集到杨梅粉，未进行吸湿率的测定。

进料速度／（m L·h－1） 对喷雾干燥的影响 吸湿率／%200 粘壁较少，部分粉体硬化 11.68 300 粘壁较少 11.41 400 粘壁较少 10.20 500 粘壁较少 10.21 600 粘壁较严重 10.13 700 粘壁严重，有少量杨梅汁流出 －

由表4可知，当进料速度为200 m L／h时，出现部分粉体硬化，说明进料速度过小；当进料速度为300，400，500 m L／h时，喷雾干燥的效果比较理想，粘壁现象都较少；当进料速度超过600 m L／h时，出现严重的粘壁问题；当进料速度增加到700 m L／h时，有少量杨梅汁流出，其原因主要是超过了雾化室的干燥能力。

由表4还可知，随着进料速度的增加喷雾干燥杨梅粉的吸湿率减小，也就是说进料速度越大，杨梅粉越不容易吸湿，可能是因为增加进料速度可以使粉体的粒径增大，造成粉体表面积相对减小，从而降低了吸湿性［16］。当进料速度超过400 m L／h时，吸湿率变化不是十分明显。

2.5 喷雾干燥条件的优化

由以上各单因素试验结果可知，淀粉添加量、进风温度和进料速度都能影响杨梅粉的吸湿性，因此，选择淀粉添加量、进风温度和进料速度进行正交试验［17］，因素水平表见表5，正交试验结果见表6。

表5 正交试验的因素水平表Table 5 Factors and levels of orthogonal test

表6 正交试验结果Table 6 Results of orthogonal experiment

由表6可知，各因素影响杨梅粉的吸湿性的主次顺序为B＞C＞A，即进风温度对杨梅粉吸湿性影响最大，其次是进料速度，再次是淀粉添加量。降低杨梅粉吸湿性的最优喷雾干燥条件为A1B3C2。即淀粉添加量为12%、进风温度为160℃、进料速度为400 m L／h。

2.6 验证实验

按淀粉添加量为12%、进风温度为160℃、进料速度为400 m L／h的喷雾干燥优化条件进行3次验证实验，结果见表7。由表7可知，3次实验得到的喷雾干燥杨梅粉的吸湿性相近，而且都低于正交试验中的9号试验，证明正交试验结果可靠，喷雾干燥工艺稳定。同时，所制得的产品还有含水率低、Hunter a值高的优点，因此，降低杨梅粉吸湿性的最优喷雾干燥条件为淀粉添加量12%、进风温度160℃、进料速度400 m L／h。

表7 优化条件的验证试验结果Table 7 Results of verification test for optimization conditions

表7 优化条件的验证试验结果Table 7 Results of verification test for optimization conditions

同一列中不同字母表示差异显著（P＜0.05）。

试验序号 吸湿率／% 水分含量／% Hunteraα值1 9.31a 6.35a 24.56a 2 9.34a 6.37a 24.61a 3 9.28a 6.40a 24.67a

3 结论

本试验以喷雾干燥杨梅粉的吸湿性为指标，通过单因素试验和正交试验优化，得到低吸湿性杨梅粉的最佳喷雾干燥条件为淀粉添加量12%、进风温度160℃、进料速度400 m L／h。该喷雾干燥工艺加工得到的杨梅粉具有吸湿性低、含水率低、Hunter a值高的优点。研究结果为杨梅粉的进一步工业化喷雾干燥生产提供了技术参考。

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