不同干燥方式对壶瓶枣粉品质的影响

张耀雷,黄立新,*,张彩虹,2,谢普军,张琼,丁莎莎

(1.中国林业科学研究院 林产化学工业研究所;生物质化学利用国家工程实验室;国家林业局林产化学工程重点开放性实验室;江苏省 生物质能源与材料重点实验室,江苏南京 210042;2. 中国林业科学研究院 林业新技术研究所,北京 100091)



不同干燥方式对壶瓶枣粉品质的影响

张耀雷1,黄立新1,*,张彩虹1,2,谢普军1,张琼1,丁莎莎1

(1.中国林业科学研究院 林产化学工业研究所;生物质化学利用国家工程实验室;国家林业局林产化学工程重点开放性实验室;江苏省 生物质能源与材料重点实验室,江苏南京 210042;2. 中国林业科学研究院 林业新技术研究所,北京 100091)

研究不同干燥方式对壶瓶枣粉品质的影响,采用热风干燥、真空干燥、真空冷冻干燥、二流体喷雾干燥及超声波雾化干燥对壶瓶枣肉进行干燥处理,比较不同干燥方式对产品含水率、色差、水溶性成分、粒度的影响。研究表明,热风干燥、真空干燥和真空冷冻干燥的产品均呈不规则块状,且热风干燥和真空干燥对壶瓶枣肉中水溶性成分影响较大,产品色差(ΔE)偏高;二流体喷雾干燥和超声波雾化干燥的产品含水量最低,分别为2.39%和2.58%,均呈颗粒状,粒度在30～200 μm范围内呈正态分布,平均粒度均为75 μm左右,说明超声波雾化干燥和二流体喷雾干燥的干燥效果较佳。

干燥,壶瓶枣,含水量,水溶性成分,色差,粒度

红枣为我国的传统果品,被誉为“百果之王”,素有“木本粮食,滋补佳品”之称,与桃、李、杏、栗并称为我国“古代五果”,既可以食用也可以入药。红枣营养丰富,富含糖类、维生素、氨基酸、矿物质、环磷酸腺苷、三萜类化合物、达玛烷型皂苷、有机酸、胡萝卜素、粗纤维和钙、磷、铁等营养成分[1-2]。历代中医认为红枣具有补脾和胃、调和营卫、益气养血生津、解药毒等作用,主治胃虚食少、脾弱便溏、气血津液亏损、怔忡、癔症等[3]。“红枣粉”或“红枣精”是以红枣为原料,经干燥等手段制成的红枣粉末,不仅保存了红枣原有的药用和食用功效,而且延长了红枣的货架期,减少了储存空间。“红枣粉”可作为食品添加剂、枣茶、保健品等使用,市场需求量极大。目前,“红枣粉”的售价约为原枣价格的10～20倍以上,由于存在易变质、耐贮性差等缺点,我国每年仅因腐烂损失的红枣就高达总产量的30%左右[4],将红枣干燥制粉是一种绝佳的解决途径,而传统的干燥方法对红枣产品品质影响较大,能耗成本较高,因此有必要对红枣的干燥方式进行研究。本文以壶瓶枣为原料,采用热风干燥、真空干燥、真空冷冻干燥、二流体雾化干燥及超声波雾化干燥对其进行干燥处理,研究不同干燥方式对壶瓶枣粉及其提取物品质的影响,以期为我国红枣产业的发展提供理论基础。

1　材料与方法

1.1材料与仪器

红枣,产地为山西太谷,购于南京市锁金村农贸市场,中国林科院林产化学工业研究所王成章研究员鉴定为壶瓶枣(ZiziphusJujubeMill. cv. Hupingzao)。

葡萄糖、浓硫酸、蒽酮、芦丁、牛血清白蛋白、考马斯亮蓝 G-250、磷酸、氢氧化钠、亚硝酸钠、硝酸铝、氯化铝,均为分析纯。

JM型胶体磨温州市康而达实业有限公司;DHG-9070A型电热恒温鼓风干燥箱上海索谱仪器有限公司;Wizard2.0型真空冷冻干燥机美国 VirTis公司;DZF型真空干燥箱上海一恒科学仪器有限公司;QZR-5型喷雾干燥机江苏林洲干燥机厂;FX680-30型空气压缩机菲克苏工业集团;HC40M1型超声波雾化器北京东方金荣超声电器有限公司;MB45型卤素水分测定仪美国奥豪斯公司;CPA225D型分析天平赛多利斯科学仪器有限公司;SHZ-D(III)型循环水式真空泵上海东玺制冷仪器有限公司;RE-5299型旋转蒸发仪上海东玺制冷仪器有限公司;HH-4型数显恒温水浴锅金坛市荣华仪器制造有限公司;UV-2102PC型紫外可见分光光度仪上海尤尼科光谱设备有限公司;WSC-S型测色色差计上海精密科学仪器有限公司;MS2000E型激光粒度分析仪英国Malvern公司;3400-Ⅰ型扫描电子显微镜日本日立公司。

1.2实验方法

1.2.1壶瓶枣预处理将壶瓶枣削皮、去核后,用胶体磨制浆,配制成固含量为4%的壶瓶枣肉浆液以备干燥。

1.2.2.1真空冷冻干燥取壶瓶枣肉浆液1000 g于干燥盘中,物理厚度为25 mm,工艺参数为-40 ℃下预冻4 h后,在真空度42.66 Pa、冷凝温度-55 ℃下干燥100 h,冷冻温度设置如图1所示；

图1　真空冷冻干燥在线监控曲线Fig.1　Curve of vacuum freeze drying on-line monitoring processing

1.2.2.2真空干燥取壶瓶枣肉浆液1000 g于干燥盘中,物理厚度为25 mm,工艺参数为温度60 ℃,时间100 h,真空度10×103Pa;

1.2.2.3热风干燥取壶瓶枣肉浆液1000 g于干燥盘中,物理厚度为25 mm,工艺参数为温度60 ℃,时间100 h;

1.2.2.4二流体喷雾干燥工艺参数为进风温度135 ℃,出风温度80 ℃,进料量为12.5 mL/min,进气压力为200×103Pa;

1.2.2.5超声波雾化干燥 工艺参数为进风温度135 ℃,出风温度80 ℃,进料量12.5 mL/min,功率4.5 W,不加压缩空气,超声波雾化器如图2所示。其中,进液口可进待雾化或者干燥的料液,进风口可保证雾化器在工作量较大时保持合适的雾化半径并可起到降温的作用,温度传感器接口可连接温度表,实时监控超声波喷头处温度,避免超声波雾化器过热工作。

在实践中，一些法定评估业务的委托人为了使评估对象评出预期的高价或者低价，达到非法目的，往往对评估专业人员施加非法干预，操控评估结果，使评估活动无法做到独立、客观、公正，无法起到防止国有资产流失、维护公共利益的作用。为此，本法第二十七条明确规定，委托人不得串通、唆使评估机构或者评估专业人员出具虚假评估报告。根据本条规定，委托人或者其他组织、个人非法干预评估行为和评估结果的，评估专业人员有权拒绝。同时，根据本法第十九条的规定，委托人要求出具虚假评估报告或者有其他非法干预评估结果情形的，评估机构有权解除合同。

图2　超声波雾化器设计简图Fig.2　Dimensional sketch of the ultrasonic atomizer

1.2.3壶瓶枣粉中水溶性成分的测定采用减压内部沸腾法对不同干燥方式得到的壶瓶枣粉进行提取,提取工艺为体系内温度为60 ℃,液料比为20∶1(mL∶g),提取时间为30 min[5]。趁热抽滤,得提取液定容至50 mL,得溶液A,测总糖、还原糖、蛋白质、黄酮含量;在溶液中加200 mL无水乙醇冷藏静置过夜,过滤所得沉淀用一定量无水乙醇洗涤,用蒸馏水定容至50 mL,得溶液B,测多糖含量。

1.2.4含水量及色差的测定采用卤素水分测定仪测定干燥后壶瓶枣粉的含水量,每次测量取1.0 g,温度设定为100 ℃,测量时间为20 min,重复3次操作,取平均值;采用测色色差计测量色度,每个样品测量值取3次的平均值。

1.2.5总糖及多糖含量的测定以葡萄糖为标准品,总糖及多糖含量的测定采用蒽酮-硫酸法[6]。不同葡萄糖浓度与吸光值A的线性关系如图3所示。标准曲线为c=0.0901A-0.0014(R2=0.9959),并按下式计算总糖及多糖得率。

式中:VA-溶液A体积,mL;VB-溶液B体积,mL;m-枣粉质量,g;c1-溶液A中总糖质量浓度,mg/mL;c2-溶液B中多糖质量浓度,mg/mL。

图3　葡萄糖浓度与吸光值的关系Fig.3　Relationship of Glucose Concentration and Absorbance

1.2.6蛋白质含量的测定以牛血清白蛋白(BSA)为标准品,蛋白质含量测定采用考马斯亮蓝法[7],不同蛋白质浓度与吸光值A的线性关系如图4所示。标准曲线为c=0.1232A-0.0065(R2=0.9862),并按下式计算蛋白质得率。

式中:VA-溶液A体积,mL;m-枣粉质量,g;c3-溶液A蛋白质质量浓度,mg/mL。

图4　蛋白质浓度与吸光值的关系Fig.4　Relationship of Protein Concentration and Absorbance

1.2.7还原糖含量的测定以葡萄糖为标准品,还原糖含量测定采用DNS法[8],不同葡萄糖浓度与吸光值A的线性关系如图5所示。标准曲线为c=1.0687A+0.001176(R2=0.9996),并按下式计算还原糖含量。

式中:VA-溶液A体积,mL;m-枣粉质量,g;c4-溶液A还原糖质量浓度,mg/mL。

图5　葡萄糖浓度与吸光值的关系Fig.5　Relationship of Glucose Concentration and Absorbance

1.2.8黄酮含量的测定以芦丁为标准品,黄酮含量测定采用NaNO2-AlCl3法[9],不同芦丁浓度与吸光值A的线性关系如图6所示。标准曲线为c=0.1938A-0.00401(R2=0.9862),并按下式计算黄酮含量。

式中:VA-溶液A体积,mL;m-枣粉质量,g;c5-溶液A中黄酮质量浓度,mg/mL。

图6　芦丁浓度与吸光值的关系Fig.6　Relationship of Rutin Concentration and Absorbance

2　结果与分析

2.1不同干燥方式对枣粉含水量的影响

含水量是检验干燥效果的重要指标,直接影响产品的储存条件和保质期限,过高的含水量会增加产品保存的难度,容易造成枣粉的结块,不利于壶瓶枣粉的利用,经卤素水分测定仪测得不同干燥方式的枣粉含水量见表1。由表1可知,真空冷冻干燥所得枣粉含水量最高,而二流体雾化干燥和超声波雾化干燥所得枣粉含水量最低,干燥效果更佳。

表1　不同干燥方式的红枣粉末含水量

2.2不同干燥方式对枣粉色差的影响

色泽分在食品总的质量评价中约占总分的45%[21],而不同干燥方式所得壶瓶枣粉末的颜色不同,因此需要对其进行色泽考察。采用测色色差计进行测量,参照物为白板,其明度L为 92.92,偏红a为-0.90,偏黄b为0.54,其色差ΔE为0,壶瓶枣粉末色差公式如下:

式中,L*、a*、b*为壶瓶枣粉末的测量值。

五种干燥方式得到的壶瓶枣粉末的明度L*、偏红a*、偏黄b*及色差ΔE相关数据见表2。由表2可知,热风干燥和真空干燥得到的壶瓶枣粉的明度L*较低,五种干燥方式所得壶瓶枣粉色差值大小顺序为热风干燥>真空干燥>真空冷冻干燥>超声波雾化干燥>二流体雾化干燥,这是因为壶瓶枣中存在的大量还原糖与氨基酸,易发生了美拉德反应生成类黑精,造成壶瓶枣粉的非酶褐变,并且温度越高、时间越长美拉德反应越剧烈[10],导致热风干燥和真空干燥所得壶瓶枣粉的明度较低,色差值偏高,干燥效果较差。真空冷冻干燥的温度及氧气含量较低,而喷雾干燥的时间较短,导致喷雾干燥和真空冷冻干燥得到的壶瓶枣粉色泽较佳,干燥效果较好。

表2　不同干燥方式的红枣粉末含水量

2.3不同干燥方式对枣粉水溶性成分的影响

采用减压内部沸腾法对干燥后壶瓶枣粉中水溶性成分进行提取,各成分含量如表3所示。由表3可知,壶瓶枣粉中总糖含量(热风干燥<真空干燥<二流体喷雾干燥<超声波雾化干燥<真空冷冻干燥),这是因为热风干燥的温度较高、干燥时间较长,消耗糖类物质较多,真空干燥的真空环境、喷雾干燥时间极短、真空冷冻干燥的低温与真空环境使美拉德反应较弱,因此总糖含量较多[11];壶瓶枣粉中还原糖含量(热风干燥>真空干燥>超声波雾化干燥>二流体喷雾干燥>真空冷冻干燥),这可能是由壶瓶枣中蔗糖等糖类在较高的温度下转化而来[12];壶瓶枣粉中多糖含量(热风干燥<真空干燥<二流体波喷雾干燥<超声波雾化干燥<真空冷冻干燥),这是因为多糖为热敏性物质,在较高的温度下干燥较长时间容易造成了多糖的降解;五种干燥方式得到的壶瓶枣肉中蛋白质含量大致相同,而黄酮含量较少,且干燥方式对其含量影响较小。

表3　不同干燥方式红枣粉末的水溶性成分(mg/g)

2.4粒度与微观形态分析

干燥后壶瓶枣粉的微观形态及粒度分布分别见图7和图8。由图7可知,由于雾化器将物料分散后,迅速与热空气接触,在瞬间将水分除去,二流体喷雾干燥和超声波雾化干燥得到的壶瓶枣粉均呈颗粒状,且表面有褶皱,这主要因为干燥过程中液滴不同部位所受干燥强度不同造成的;热风干燥、真空干燥和真空冷冻干燥的壶瓶枣粉呈不规则块状,故不具备粒径分析的条件。因此,只对二流体喷雾干燥和超声波雾化干燥所得壶瓶枣粉进行粒径分析。由图8可知,超声波雾化干燥和二流体喷雾干燥壶瓶枣粉均在30～200 μm范围内呈正态分布,平均粒度均为75 μm左右,说明超声波雾化干燥和二流体喷雾干燥的干燥效果较佳。

图7　扫描电镜微观形态对比Fig.7　Comparison of microstructure by SEM

图8　粒径分布对比Fig.8　Comparison of particle size distribution注：a.二流体波喷雾干燥；b.超声波雾化干燥。

3　结论

3.1五种干燥方式的壶瓶枣粉中蛋白质含量大致相同,而黄酮含量较少,且干燥方式对其含量影响较小;对总糖、还原糖及多糖含量影响较大,且真空冷冻干燥、二流体喷雾干燥和超声波雾化干燥后产品总糖、多糖含量较高,还原糖含量较低。

3.2在本实验条件下,真空冷冻干燥枣粉含水量较高,而超声波雾化干燥和二流体喷雾干燥枣粉含水量最低,分别为2.39%和2.58%;真空干燥、二流体喷雾干燥和超声波雾化干燥枣粉色差较低,而热风干燥和真空干燥过程中壶瓶枣粉发生美拉德反应,色差值偏高;热风干燥、真空干燥和真空冷冻干燥的壶瓶枣粉呈不规则块状,二流体喷雾干燥和超声波雾化干燥得枣粉在30～200 μm范围内呈正态分布且均呈颗粒状,平均粒度均为75 μm左右。因此,超声波雾化干燥和二流体喷雾干燥的干燥效果较佳。

[1]王军,张宝善,陈锦屏. 红枣营养成分及其功能的研究[J].食品研究与开发,2003,24(2):68-72.

[2]王晓玲. 枣中功能成分的研究现状[J]. 新农村(黑龙江),2013,(16):173-173.

[3]苗明三,孙丽敏. 大枣的现代研究[J]. 河南中医,2003,23(3):59-60.

[4]李里特. 21世纪初我国果蔬保鲜与加工的发展方向[J]. 中国食品工业,2000,7:5-7.

[5]张耀雷,黄立新,张彩虹,等. 减压内部沸腾法提取壶瓶枣多糖及其脱色工艺的研究[J]. 林产化学与工业,2015,35(2):97-102.

[6]庄永亮,孙丽平,尚小丽. 红托竹荪菌盖多糖的提取及抗氧化能力的研究[J]. 林产化学与工业,2011,31(3):45-49.

[7]Marion M. Bradford. A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding[J]. Analytical Biochemistry,1976,72:248-254.

[8]张永勤,王哲平,宋雨梅,等.还原糖测定方法的比较研究[J]. 食品工业科技,2010,31(6):321-323.

[9]何书美,刘敬兰. 茶叶中总黄酮含量测定方法的研究[J]. 分析化学,2007,35(9):1365-1368.

[10]杨韦杰,肖更生,徐玉娟,等. 不同干燥工艺对荔枝果干品质影响的比较研究[J]. 食品科学,2013,34(13):95-100.

[11]吴惠玲,王志强,韩春,等. 影响美拉德反应的几种因素研究[J]. 现代食品科技,2010,26(5):440-444.

[12]于静静,毕金峰,丁媛媛,等. 不同干燥方式对红枣品种特性的影响[J]. 现代食品科技,2011,27(6):610-614.

Effects of different drying methods on the quality ofZiziphusJujubeMill. cv. Hupingzao

ZHANG Yao-lei1,HUANG Li-xin1,ZHANG Cai-hong1,2,XIE Pu-jun1,ZHANG Qiong1,DING Sha-sha1

(1.Institute of Chemical Industry of Forest Products,CAF;National Engineering Lab. for Biomass Chemical Utilization,Key and Open lab. of Forest Chemical Engineering,SFA;Key Lab. of Biomass Energy and Material,Jiangsu Province,Nanjing 210042,China;2.Research Institute of Forestry New Technology,CAF,Beijing 100091,China)

The hot air drying(HD),vacuum drying(VD),vacuum freeze drying(FD),two-fluid spray drying(TFSD)and ultrasonic spray drying(USD)technologies were used to dryZiziphusJujubeMill. cv. Hupingzao in this paper. And the properties(moisture content,color difference(ΔE),water-soluble component,particle size distribution)of the dried product by the five drying methods were compared. The HD and VD demonstrated significant impact on the water-soluble component of the product,and the ΔE of the products was higher. The product by TFSD and USD was more granular,the moisture contents of that were lower(2.39% and 2.58%),and the particle size distribution of that appeared normal distribution within 30～200 μm,but the products by HD,VD and FD were showed in block shape. Considering all these factors,TFSD and USD was the suitable drying methods for jujube drying.

drying;ZiziphusjujubeMill. cv. Hupingzao;moisture content;water-soluble component;color difference;particle size distribution

2015-04-27

张耀雷(1989-),男,硕士,主要从事农林产品深加工研究工作,E-mail:yaolei_zhang@163.com。

黄立新(1967-),男,研究员,主要从事天然产物提取分离纯化及新型干燥技术研究,E-mail:l_x_huang@163.com。

国家林业局948技术引进项目(2012-4-12);中国林科院林业新技术所基本科研业务费专项资金(CAFINT2013C04)。

TS201.2

A

1002-0306(2016)01-0000-00

10.13386/j.issn1002-0306.2016.01.000