马铃薯早餐粉工艺优化

来源:用户上传      作者:孔雀 吴俊彩 孙万成

　　摘要 以马铃薯生全粉为原料，料液比为1∶70混合均匀后，再添加30%鲜榨苹果浆。经预煮、糊化、喷雾干燥等工艺处理后以麦芽糊精、单甘酯、白砂糖、牦牛奶粉等添加剂研发马铃薯生全粉早餐粉。确定了生产马铃薯早餐粉的工艺参数为料液比1∶70，进风口温度180 ℃，转速17 r/min，麦芽糊精添加量为5%;早餐粉配方最适添加量为60%的喷雾干燥马铃薯全粉、单甘酯5%、白砂糖15%、牦牛奶粉15%。
　　关键词 早餐粉;马铃薯生全粉;喷雾干燥;集粉率
　　中图分类号 TS215 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2020）03-0171-04
　　Abstract The potato raw powder was used as raw material， and 70 times water was added to mix evenly， and then 30% fresh apple pulp was added. After pretreatmenting， gelatinizationing， spray drying， malt dextrin， monoglyceride， white granulated sugar， yak milk powder and other additives were added to develop potato powder. The technological parameters for the production of potato breakfast powder were determined： material liquid ratio 1∶70， air inlet temperature 180 ℃， rotating speed 17 r/min， the amount of maltodextrin is 5%. The optimum formulation of breakfast powder was 60% spray dried potato powder， monoglyceride 5%， white granulated sugar 15%， yak milk powder 15%.
　　Key words Breakfast powder;Whole potato flour;Spray drying;Flour collecting rate
　　马铃薯属于碱性食品，能够中和人体内过多酸性食品所带来的酸度，具有保持人体内酸碱均衡的作用。脂肪含量仅0.2%，属于低脂肪食品，有减重减脂的功效。同时它含有维持人类生命所必需的7类营养物质和8种氨基酸，富含VC、VB、胡萝卜素、类胡萝卜素、纤维素、复合碳水化合物以及其他多种微量成分。它被公认为是一种全营养食品，享有“地下苹果”“第二面包”和“珍貴作物”等美誉。马铃薯所含有的干物质约占自身重量的20%，主要物质是淀粉，含量为132%～20.5%，有2种不同的结构形态，包括直链淀粉与支链淀粉[1-3]。
　　喷雾干燥技术是用喷雾的方法，使物料以雾滴状态分散于热气流中，物料与热空气在短时间充分接触，在瞬间完成传热和传质的过程[4]。具有传热快、水分蒸发迅速和干燥时间短的特点，且制品质量好，质地松脆，溶解性能也好，能改善某些制剂的溶出速率，适用于热敏性药物[5-6]。
　　目前市面上的早餐粉多以杂粮为原料，如黑芝麻糊、米粉、藕粉、豆奶粉[7-8]，但以马铃薯作为主要原料的早餐品种较少。2015年1月，我国政府提出马铃薯主粮化战略，即将马铃薯作为第四大主粮进行主食产品研发及产业开发。在不久的将来会涌现出一批以马铃薯生全粉为原料的主粮产品，以马铃薯生全粉为原料的食品开发将更加广泛[9]。
　　该研究以马铃薯生全粉为材料，研发马铃薯早餐粉，改善传统的以含大量淀粉的谷物作为原料的早餐粉冲调性不佳的问题。笔者选择马铃薯生全粉为主要原料，混合苹果浆以增加膳食纤维含量并进一步提高速溶性，采用喷雾干燥工艺对马铃薯生全粉早餐粉的生产工艺和配方作了优化研究，以期开发出具有特色的马铃薯全粉产品，为马铃薯生全粉加工提供理论依据。
　　1 材料与方法
　　1.1 材料与试剂
　　马铃薯生全粉（青海省互助县青薯9号）;麦芽糊精（秦皇岛鹏远淀粉有限公司）;白砂糖（江西巧嫂食品有限公司）;单甘酯（河南恩苗食品有限公司）;牦牛奶粉（青海雪峰牦牛乳业有限责任公司）;柠檬酸、氯化钠、氢氧化钾、盐酸、碘均为分析纯。
　　1.2 仪器与设备
　　LPG-5高速离心喷雾干燥机（江苏无锡市尚德干燥设备有限公司）;台式高速离心机（湖南赫西仪器装备有限公司）;B13L-I可调式电炉（青海天地乐科技有限责任公司）;精密电子秤（沈阳市龙腾电子有限责任公司）;电热恒温鼓风干燥箱（上海一恒科学仪器有限公司）;UV-2600分光光度计（岛津企业管理有限公司）;磁力搅拌器（上海力辰科技有限公司）;糊化锅（诸城凯朗恩有限公司）。
　　1.3 方法
　　1.3.1 马铃薯早餐粉技术路线。图1为马铃薯早餐粉制作工艺。
　　1.3.1.1
　　调浆。将苹果洗净、削皮，切成1 cm3的小块，加入柠檬酸与氯化钠护色，并将其与马铃薯生全粉和麦芽糊精混合均匀后转移入糊化锅中。
　　1.3.1.2 预煮糊化。加热期间不间断搅拌，使之受热均匀，煮沸后继续加热3 min使其糊化完全。
　　1.3.1.3 过滤、浓缩。对浆液进行过滤，浓缩至原体积的1/2。
　　1.3.1.4 再润湿。对喷雾干燥完成的马铃薯苹果干粉使用0.2%的大豆卵磷脂溶液进行喷涂。
　　1.3.1.5 过筛。待二次调配完成后将产品用60目筛子过筛，充分混匀，及时包装防止吸潮。 　　1.3.2 助干剂选择。
　　选择麦芽糊精[10]为助干剂，在喷雾干燥之前加入，使其质量分数为马铃薯生全粉的6%、8%、10%、12%，以不加干燥助剂为对照，固定物料浓度为70%。进风口温度为180 ℃，出风口温度为80 ℃，转速为17 r/min，经过喷雾干燥后，计算出当麦芽糊精添加量为10%时出粉率最高。
　　1.3.3 集粉率[11]计算。
　　集粉率=集粉瓶中收集的粉质量喷雾干燥前料液的固形物质量×100%
　　1.3.4 糊化度。
　　改进Birch方法[12]，将样品全部通过60目筛网，取样品0.2 g悬浮于98 mL蒸馏水中，加2 mL 10 mol/L的KOH溶液，磁力搅拌5 min后，4 500 r/min离心10 min。取0.2 mL上清液，加0.2 mL 0.2 mol/L的HCl溶液，再加入15 mL蒸馏水，最后加入碘溶液（1 g碘、4 g碘化钾溶解到100 m/L蒸馏水当中）0.2 mL，在600 nm紫外分光光度计下测定吸光度，此时得到吸光度A1。
　　另取0.2 g样品悬浮于95 mL蒸馏水中，加入5 mL 10 mol/L KOH溶液，磁力搅拌5 min，4 500 r/min离心10 min。取上清液0.2 mL，加入0.5 mol/L HCl溶液02 mL中和，再加入15 mL蒸馏水，最后加入碘液0.2 mL，在600 nm条件下比色测定吸光度，此时得到吸光度A2。糊化度计算公式为：
　　糊化度=A1A2×100%
　　1.3.5 感官评价。
　　为确定各因素添加量对马铃薯早餐粉感官品质的影响，邀请10位相关人员，5名男生5名女生组成感官评定小组，参照表1进行感官评分[13]。
　　1.3.6 护色剂选择。
　　由于苹果在打浆过程中易与空气接触而发生褐变，所以选用柠檬酸与氯化钠对苹果浆进行护色，以保护苹果浆原有颜色。将新鲜苹果去皮、破碎后浸泡在水中，分别加入0.20%、0.25%、0.30%、0.35%、0.40%柠檬酸和0.7%、0.8%、0.9%、1.0%、1.1%氯化钠作为护色剂进行护色[14]。
　　48卷3期 孔 雀等 马铃薯早餐粉工艺优化
　　1.4 单因素和正交试验设计
　　1.4.1 单因素试验设计。分别考察料液比[1∶50、1∶60、1∶70、1∶80、1∶90（g∶mL）]、进风口温度（160、170、180、190、200 ℃）、进料转子速度（13、15、17、19、21 r/min）对喷雾干燥效果的影响。
　　1.4.2 正交试验设计。选择料液比、进风口温度、进料转子速度3个因素，采用L9（34）正交试验设计，以喷雾干燥产品集粉率为主要指标，优化喷雾干燥參数，试验因素水平见表2。集粉率是以集粉瓶中的粉末质量为计算基准，可以间接反映糊化后马铃薯生全粉的黏壁与喷干粉的收集情况，可以用于考察马铃薯早餐粉喷雾干燥工艺参数的优劣。
　　1.5 马铃薯早餐粉调味配方优化
　　采用L9（34）正交试验，以产品感官评分为指标，确定最佳调味配方，试验因素水平见表3。马铃薯早餐粉的感官评价按100分制进行评分，评分标准为色泽20分、组织状态20分、口感30分、冲调性30分。
　　2 结果与分析
　　2.1 喷雾干燥助剂量的确定
　　由图2可以得出，随着麦芽糊精添加量的增加，集粉率不断增加。但添加量超过5%，集粉率增加不明显。综合费用、添加量等情况确定喷雾干燥助剂添加量为5%。
　　2.2 苹果浆添加量的确定
　　从图3可以看出，当苹果浆的添加量为30%时集粉率最高，原因是当苹果浆添加量增大时，料液中的含糖量也会增加，使料液黏度增大，不利于喷雾干燥。
　　2.3 苹果浆护色剂的选择
　　由表4可知，柠檬酸添加量为0.35%或0.40%，氯化钠添加量为1.0%或1.1%时，苹果浆的褐变程度最轻，护色效果最好，最接近苹果原有的颜色，因此选用0.35%柠檬酸与1.0%氯化钠共同作为护色剂，可最大限度地保持苹果浆原有的色泽，获得最佳护色效果。
　　2.4 料液比对喷雾干燥效果的影响
　　由图4可知，随着料液比的增加，集粉率呈先增大后减少的趋势，当料液比小于1∶70时，固形物含量增大，单位时间内需要干燥雾化的液滴数也相应增加，而系统供给的热量一定，致使较多液滴不能完全干燥而产生黏壁[15]。当料液比大于1∶70时，固形物含量降低，水分含量较高，在干燥塔内不能充分干燥，黏壁较为严重，料液比过高或者过低均会导致物料在干燥塔内不能充分干燥，所以确定料液比为1∶70。
　　2.5 进风口温度对喷雾干燥效果的影响
　　如图5所示，随着进风口温度的升高，集粉率先升高后降低。当进风口温度较低时，物料在干燥塔内无法充分干燥，从而发生黏壁现象，导致集粉率降低。当进风口温度过高，物料表面水分蒸发加快，其表面形成硬壳，阻止了水分的扩散与蒸发，同时物料内部蒸气压增大，使粉粒开裂、水分外溢，回潮[4，16]，从而发生黏壁现象，甚至导致干燥塔内黏附的粉粒发生焦糊。当温度达180 ℃时，集粉率最高，所以确定最佳进风口温度是180 ℃。
　　2.6 转子速度对喷雾干燥效果的影响
　　由图6可知，随着转子速度的增大，集粉率呈先增大后减小的趋势。当转速过高时，进料速度增大，未被雾化的液滴体积增大，有较多液滴不能被干燥完全，水分不能彻底蒸发，在干燥塔表面产生黏壁。另外液滴直径的增大会影响喷雾干燥的时间，更易发生黏壁现象。转速为19 r/min时，集粉率最高，所以确定最佳转速为19 r/min。
　　2.7 喷雾干燥正交试验结果 　　从料液比、进风口温度、转子速度对喷雾干燥效果影响来看，影响产品集粉率的各因素主次为A>B>C，即料液比>进风口温度>转子速度（表5）。不考虑交互作用时，喷雾干燥产品集粉率最高的组合是A2B2C1，即当料液比为1∶70、进风口温度为180 ℃、转子速度为17 r/min时，喷雾干燥效果最好。
　　2.8 马铃薯早餐粉调味配方优化
　　从表6马铃薯粉、单甘酯、牦牛奶粉、白砂糖对马铃薯粉感官评价值的影响结果来看，影响产品感官评定的各因素主次为B>A>D>C，即单甘酯>马铃薯粉>白砂糖>牦牛奶粉。由结果可知，马铃薯粉以A2为最佳，单甘酯以B2为最佳，牦牛奶粉以C3为最佳，白砂糖以D1为最佳。综合来看A2B2C3D1为最佳组合，即各辅料最佳的添加量为马铃薯粉60%、单甘酯5%、牦牛奶粉15%、白砂糖15%。
　　优化马铃薯早餐粉调味配方时，影响产品感官评定的各因素主次为B>A>D>C，即单甘酯>马铃薯粉>白砂糖>牦牛奶粉。马铃薯粉添加量对早餐粉感官品质的影响达到极显著水平（P<0.01），单甘酯对早餐粉感官品质的影响达到极显著水平（P<0.01），白砂糖对早餐粉感官品质的影响达到显著水平（P<0.05），牦牛奶粉对早餐粉感官品质的影响差异不显著。
　　3 结论
　　该试验对马铃薯早餐粉的生产工艺以及调味配方进行了优化。通过单因素、正交试验确定了喷雾干燥工艺的参数和最佳调味配方，结果表明在马铃薯生全粉中添加5%的麦芽糊精作为干燥助剂，可以明显提高集粉率;喷雾干燥时选择料液比为1∶70、进风口温度为180 ℃、转子速度17 r/min，产品的集粉率最高，各参数对产品集粉率的影响主次因子顺序为料液比、进风口温度、转子转速;马铃薯粉、单甘酯的添加量都对产品感官品质有极显著影响，白砂糖添加量对产品感官品质的影响显著，影响产品感官评定的主次顺序为单甘酯>马铃薯粉>白砂糖>牦牛奶粉，最佳配方为马铃薯粉60%、单甘酯5%、白砂糖15%、牦牛奶粉15%。
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