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中文题目喷雾干燥法加工草莓、南瓜复合果蔬粉的工艺研究及设计英文题目ResearchontheTechnologyandDesignMethodofSprayDryingProcessingStrawberries,PumpkinsMixedVegetablePowder目录TOC\o"1-3"\h\u9399摘要 第一章绪论1.1课题背景我国是果蔬品生产大国,水果蔬菜产量居世界第一位。其中果品年产量约7000万吨,蔬菜产量5亿多吨。从上世纪九十年代至今,我国果蔬产量得到了很大的提升,我国果蔬产业已经成为了仅次于粮食作物的第二大农业产业。我国水果总体质量不高,优质水果不超过30%,能与外国进口水果品质持平的水果不足5%。水果的加工量不足10%,储藏量不足30%。蔬菜在我国农业中占有很重要的地位,是最受欢迎的经济作物之一。目前,我国蔬菜的种植面积超过世界总量的三分之一,产量占世界总产量的40%左右。果蔬品含有较高的水分含量,水分含量越高,水分活度越大。在高水分活度下,酶的活性升高,所以更易发生生化反应。因此果蔬品容易腐烂。目前,我国新鲜果蔬损耗率达到30%~40%,发达国家诸如美国,其损耗率则不足7%[[]朱小兰.果蔬加工呈新趋势[J].农友之家,2005,(4):28]。可见,我国果蔬品的损耗率是发达国家的5倍左右。说明,我国在解决果蔬品的损耗问题上离世界发达国家有很大的差距。果蔬品的损耗主要是由于生产、加工和流通过程中的不当?[]朱小兰.果蔬加工呈新趋势[J].农友之家,2005,(4):28果蔬含有丰富的营养成分。其中含有人体所必需的一些维生素、无机盐,还含有植物纤维。但是,果蔬品具有很强的季节性。此外,果蔬品还具有很强的地域性,如香蕉在热带或亚热带环境中才能生长。随着生活水平的提高,人们对果蔬品的供应提出了更高的要求,急需开发新的产品来满足消费者的需求[[]史碧波,罗晓妙.[]史碧波,罗晓妙.果蔬粉的加工现状及应用[J].中国食品添加剂,2005(3):86-881.2果蔬粉开发的意义果蔬粉是将新鲜水果蔬菜在干燥技术的作用下加工成粉末状成品。将果蔬加工成果蔬粉后,可以解决果蔬粉季节性与地域性的问题。使人们不管在什么时候,什么地方,都可以通过摄入果蔬粉来补充体内所需的营养成分。将果蔬品加工成果蔬粉,在理化性质上可以表现出很多独特的优势。首先,加工而成的果蔬粉,水分含量会有很大程度的下降,导致水分活度也随之下降,使得酶活性降低,在一定程度上抑制了微生物的生化反应。另外,脱水后得到的果蔬粉体重减轻,体积减少,降低了包装费用和储藏流通费用;其次,在原料的选择上,对原料的形状和大小没有要求,特别是对可食的皮、核也可以使用,对原料可以做到充分的利用;最后,果蔬粉具有营养丰富的特点,能很好的保留原料的成分。另外,果蔬粉可以作为调料加入到其他食品中,制成复合食品,增加其色泽、风味、口感及其营养价值。从市场角度分析,自从果蔬粉产品出世以来,深受消费者的欢迎,消费者也逐渐意识到果蔬粉的优势所在。可见,果蔬粉有很大的市场潜力。很多食品加工企业也意识到果蔬粉的市场潜力,大力开发果蔬粉生产。果蔬粉在我国的生产工艺还不成熟,与世界发达国家还有一定的差距。总之,在果蔬粉领域,我们还有很长的路要走。1.2.1草莓的营养保健功能草莓又叫红莓、洋莓、地莓等,是一种红色的水果。草莓富含氨基酸、果糖、蔗糖、葡萄糖、柠檬酸、苹果酸、果胶、胡萝卜素、维生素B1、B2、烟酸及矿物质钙、镁、磷、钾、铁等。草莓是对蔷薇科草莓属植物的通称,属多年生草本植物。草莓的外观呈心形,鲜美红嫩,果肉多汁,含有特殊的浓郁水果芳香。草莓营养价值高,含丰富维生素C。其功效主要表现在以下四个方面:①草莓中所含的胡萝卜素是合成维生素A的重要物质,具有明目养肝作用;②草莓对胃肠道和贫血均有一定的滋补调理作用;③草莓除可以预防坏血病外,对防治动脉硬化,冠心病也有较好的疗效;④草莓是鞣酸含量丰富的植物,在体内可吸附和阻止致癌化学物质的吸收,具有防癌作用。1.2.2南瓜的营养保健功能南瓜是葫芦科南瓜属的植物。每100克含蛋白质0.6克,脂肪1克。碳水化合物5.7克,粗纤维1.1克,灰分6克,钙10毫克,磷32毫克,铁0.5毫克,胡萝卜素0.57毫克,核黄素0.04毫克,尼克酸0.7毫克,抗坏血酸5毫克。此外,还含有瓜氨素、精氨酸、天门冬素、葫芦巴碱、腺嘌呤、葡萄糖、甘露醇、戊聚糖、果胶。南瓜营养丰富,含有大量的生理活性物质,具有多种药用价值,长期食用具有保健,防病治病的功效,特别是对糖尿病患者有很好的食疗效果[[]肖锦腾,王喜生,闫志.保健奶粉治疗老年Ⅱ型糖尿病的效用观察[J].营养学报,1999,21(2):235][[]李全宏,田泽,蔡同一.南瓜提取物对糖尿病大鼠降糖效果研究[J].营养学报,2003,25(1):34-36]。预计在2030年中国糖尿病人口总数将增至4200多万人[[]冯耐红,卫天业,郑洪源,等.小米南瓜复合饮料的研制[J].中国食品学报,2006,6(3):65-69]。南瓜中含有丰富的锌,参与人体内核酸、蛋白质的合成,是肾上腺皮质激素固有成分,为人体生长发育的重要物质。南瓜中对人体的有益成分有:多糖、氨基酸、活性蛋白、类胡萝卜素及多种微量元素等。南瓜性温,味甘无毒,入脾、胃二经,有润肺益气,化痰排脓,驱虫解毒,疗肺痈便秘,滋润毛囊壁、美容抗痘等功效。[]肖锦腾,王喜生,闫志.保健奶粉治疗老年Ⅱ型糖尿病的效用观察[J].营养学报,1999,21(2):235[]李全宏,田泽,蔡同一.南瓜提取物对糖尿病大鼠降糖效果研究[J].营养学报,2003,25(1):34-36[]冯耐红,卫天业,郑洪源,等.小米南瓜复合饮料的研制[J].中国食品学报,2006,6(3):65-691.3国内外果蔬粉加工现状1.3.1国内果蔬粉的加工现状我国果蔬粉的生产技术还不成熟,有些方面不完善。果蔬粉加工企业的生产条件简单,果蔬品的品种过少,产品颗粒粗糙,风味不足等。大多数的果蔬粉加工企业采用热风干燥的形式生产果蔬粉,当空气温度过高时,会使得果蔬内原有的营养成分降解,使得营养价值下降。当温度高到超过一定限度时,成品会产生糊味,影响了果蔬粉整体的品质。甚至会使营养成分变异,产生有毒成分,摄入人体后,会威胁人体的健康。不符合食品安全的要求。少数企业采用喷雾干燥技术生产果蔬粉。1.3.2国外果蔬粉的加工现状发达国家对果蔬粉加工的重视度要远远强于我国,包括研发方面提供高额的研究费用,生产方面提供更高新的设备,产品标准体系与质量控制体系更加完善等。目前,发达国家正在朝低温和超微粉碎的方向发展。低温是为了保证果蔬内的营养成分最少限度的流失,超微粉碎是为了是果蔬粉有更佳的口感,复水性。此外,发达国家还能做到原料的充分利用,拥有很高的效率[[]梁琼,张培政.果蔬粉的加工技术及开发价值[J].食品科技,2006(5):31-34][]梁琼,张培政.果蔬粉的加工技术及开发价值[J].食品科技,2006(5):31-341.4果蔬粉的传统加工方法果蔬粉加工符合当今食品加工业“高效、优质、环保”的发展要求[[]张德权,艾启俊.蔬菜深加工新技术[M].北京:化学工业出版社,2003]。果蔬粉的传统加工方法比较简单,先是对果蔬原料进行干燥脱水操作,然后[]张德权,艾启俊.蔬菜深加工新技术[M].北京:化学工业出版社,2003原料的选择→原料的清洗→预处理→压榨→打浆→干燥→粉碎→包装1.4.1真空冷冻干燥法在高真空的条件下,将冻结了的食品中的水分直接从固态冰升华为水蒸汽。这种升华脱水技术不破坏原有物质的物理、化学结构[[]刘志恒主编.现代微生物学[M].北京:北京科学出版社.2002]。江英[[[]刘志恒主编.现代微生物学[M].北京:北京科学出版社.2002[]曾胤新,蔡明宏,俞勇,陈波,何剑锋.微生物低温酶适冷机制研究进展[J].中国生物工程杂志,2003,23(10):52-561.4.2微波冷冻干燥法在果蔬品干燥技术中,利用微波冷冻干燥技术,能很好的保留物料中的营养成分,色泽、外观形状保持不变,制品的复水性能优异等[[]胡秋林.微波冷冻干燥技术制作蔬菜固体饮料[J].使用市场技术,2000,(1):31-33]。吴翔[[]吴翔,蔡金滕.刺梨果微波冷冻干燥试验简报[J].山地农业生物学报.2000,19(1):72-74]等人采用微波干燥刺梨果后,仍保持鲜果的天然色泽和物理形状,[]胡秋林.微波冷冻干燥技术制作蔬菜固体饮料[J].使用市场技术,2000,(1):31-33[]吴翔,蔡金滕.刺梨果微波冷冻干燥试验简报[J].山地农业生物学报.2000,19(1):72-741.4.3膨化干燥法膨化干燥技术是在20世纪60年代出现的一种干燥方法。其原理是利用热空气进行膨化干燥的[[]潘永康,王喜忠.现代干燥技术[M].北京:化学工业出版社,1998]。[]潘永康,王喜忠.现代干燥技术[M].北京:化学工业出版社,19981.4.4超微粉碎法超微粉碎一般是指将粒径为3mm以上的物料颗粒粉碎至10~25um以下的过程。目前主要有板栗粉、苹果粉、马铃薯粉、南瓜粉、胡萝卜粉、大蒜粉、香菇粉、海带粉等产品的加工[[]刘树立,王春艳,盛占武,等.超微粉碎技术在食品工业中的优势及应用研究现状[J].四川食品与发酵,2006(6):5-8]。目前,国外果蔬粉的加工朝着低温超微粉碎的方向发展[[]梁琼,张培政.果蔬品的加工技术及价值[J].食品科技,2006(5):33-35]。超微粉碎技术是一种新型的技术,对于新产品的开发必将带来巨大的推动力[[[]刘树立,王春艳,盛占武,等.超微粉碎技术在食品工业中的优势及应用研究现状[J].四川食品与发酵,2006(6):5-8[]梁琼,张培政.果蔬品的加工技术及价值[J].食品科技,2006(5):33-35[]高福成.现代食品工程高新技术[M].北京:中国轻工业出版社,19971.5喷雾干燥技术1.5.1喷雾干燥技术简介随着科学技术水平的提高,果蔬粉的生产技术也有了一定程度的提高。如真空冷冻干燥、微波冷冻干燥、膨化干燥、超微粉碎及喷雾干燥技术等都应用于果蔬粉的加工。这几类果蔬粉加工工艺中,最受关注的技术方法是喷雾干燥法。之所以喷雾干燥技术应如此广泛,是因为喷雾干燥有着很多优异的特征:1)物料温度低,最大限度的保留了果蔬原料的营养成分;2)干燥速度迅速,加工时间短,更高效;3)能够实现连续化生产。在喷雾干燥前,原料需要进行打浆处理,有效解决了成型困难的问题。在喷雾干燥时,在较低温度的条件下,只用几秒钟就可以完成干燥过程。在这种前提下,果蔬原料的营养成分能得到很好的保留[[]AdhikariB,HowesT,BhandariBR,Troung.Effectofadditionofmaltodextrinondryingkineticsandstickinessofsugarandacid-richfoodsconvectivedrying:ExperimentsandModeling[J].FoodEngineering,2004(62):53-681]。喷雾干燥法在1865年诞生以来,至今差不多有150年的历史,得到了很大的发展。在第二次世界大战期间,喷雾干燥技术得到了更加快速的发展。现在科技快速发展,我们要抓住机遇,喷雾干燥技术的应用领域还会越来越广,喷雾干燥技术的研究与改进还要不停的进行[[[]AdhikariB,HowesT,BhandariBR,Troung.Effectofadditionofmaltodextrinondryingkineticsandstickinessofsugarandacid-richfoodsconvectivedrying:ExperimentsandModeling[J].FoodEngineering,2004(62):53-681[]刘广文.喷雾干燥实用技术大全[M].北京:中国轻工业出版社,2001台湾的King[[]KingVAE.StudiesOiltheproductionofbananajuicepowderusingspraydrying[J].Chung-kuo-Nung-Yeh-Hua.Hsueh-Hui-Chih-J-Chin-Agile.Chcm-Soc,1985,23(I/2):62-72]在1985年就利用喷雾干燥技术完成了香蕉粉的制备。到目前已取得很多研究成果[[]刘长海,夏雨,杜冰,等.香蕉粉的制备工艺优化研究[J].食品科学,2008,29(12):270-273][[]王建立,管正学,张学予.我国香蕉资源的加工利用研究[J].资源科学,1995(1):57-62]。喷雾干燥产品主要有枣粉[[]林勤保,高大维,李国基,等.枣粉喷雾干燥的初步研究[J].食品科学.1997,18(9):37-40],猕猴桃粉[[]张凤英,董安全,刘火兴,等.猕猴桃果粉的研制[J].食品科学.1997,18(12):30-32],龙眼粉[[[]KingVAE.StudiesOiltheproductionofbananajuicepowderusingspraydrying[J].Chung-kuo-Nung-Yeh-Hua.Hsueh-Hui-Chih-J-Chin-Agile.Chcm-Soc,1985,23(I/2):62-72[]刘长海,夏雨,杜冰,等.香蕉粉的制备工艺优化研究[J].食品科学,2008,29(12):270-273[]王建立,管正学,张学予.我国香蕉资源的加工利用研究[J].资源科学,1995(1):57-62[]林勤保,高大维,李国基,等.枣粉喷雾干燥的初步研究[J].食品科学.1997,18(9):37-40[]张凤英,董安全,刘火兴,等.猕猴桃果粉的研制[J].食品科学.1997,18(12):30-32[]腾建文,文良娟,于兰等.龙眼粉喷雾干燥的初步研究[J].广西园艺.2000,(1):13-14[]陈民,朱德明,李珠柱,等.芒果粉生产工艺的研究[J].热带农业工程.1999(3):20-211.5.2喷雾干燥技术的原理喷雾干燥技术是使液态物料经过喷嘴雾化成细微的雾状液滴,以获得大的比表面积,在进入干燥塔内流动的热力场后,雾状液滴立即被干燥并分离为粉料的热力过程。进料可以是溶液、乳浊液、悬浮液、糊状物、胶状液体等可流动的液体。喷雾干燥技术是干燥领域发展最快、应用范围最广的一种干燥方式,目前被广泛应用于医药工业、食品工业、化学工业、乳品工业、建材工业、染料工业等。1.5.3喷雾干燥技术在果蔬粉加工过程中的主要问题(1)粘壁问题粘壁指的是在干燥过程中,物料粘在容器壁上的现象。粘壁现象的发生会影响制品的品质,影响企业的收益。甚至产生有毒成分,威胁人类的健康,不符合健康食品的原则。干燥的原料分为两类:有粘性原料和无粘性原料[[]AthanasiaMGoula,KonstantinosG1AdamopoulosSpraydryingoftomatopulpindehumidifiedairII.Theeffectonproductrecovery[J].JournalofFoodEngineering,2005,66:25-341]。粘性原料主要是组成成分中含有大量低玻璃态转化温度的成分。在生产过程中,主要通过两种方案来解决这类问题:1)通过加入夹层来冷却内壁的温度;2)加入助干剂如麦芽糊精来降低其粘性。本实验的实验对象为草莓和南瓜,其成分中含有大量的葡萄糖和果糖,它们的玻璃态转化温度(Tg)分别是31℃和5℃[[]BhandariBR,DattaN,HowesT.Problemsassociatedwithspraydryingofsugar-richfoods[J].DryingTechnology,1997,15(2):671-685]。其粘性大,很难进行喷雾干燥,且在喷雾干燥过程中,果蔬粉会因其的热塑性和吸湿性而出现结块问题[]AthanasiaMGoula,KonstantinosG1AdamopoulosSpraydryingoftomatopulpindehumidifiedairII.Theeffectonproductrecovery[J].JournalofFoodEngineering,2005,66:25-341[]BhandariBR,DattaN,HowesT.Problemsassociatedwithspraydryingofsugar-richfoods[J].DryingTechnology,1997,15(2):671-685[]GoulaAM,AdamopoulosKG.Spraydryingperformanceofalaboratoryspraydryerfortomatopowderpreparation[J].DryingTechnology,2003,21(7):1273-1289(2)护色问题在物料的研磨磨浆过程中,料液与空气的接触面积增加,果蔬中含有的多酚氧化酶会使物料发生酶促褐变。在酶促褐变中,氧气是主要的影响因素。而研磨过程中,物料与氧气的接触面积大大增加,会促进酶促褐变的进行。进而最终会影响果蔬粉成品的感官指标。在实验中,添加一定的酶促褐变抑制剂会抑制酶促褐变的进行,对果蔬品的护色能起到较好的作用。亚硫酸盐是一种被广泛使用的抑制剂。其除了可以抑制酶促褐变,同时也可以抑制微生物的繁殖。但是,亚硫酸盐是一种公认的致癌物质,会导致人们不良反应。液氮也是一种良好的护色剂[[]赵国建,杨公明.苹果液氮降温排氧打浆技术研究[J].农业工程学报,2007(6):228-232],研究发现,液氮能抑制其酶的活性,从而起到护色效果,但由于其价格贵,储藏不方便等原因,很少被厂家所使用。本实验中采用0.02%[]赵国建,杨公明.苹果液氮降温排氧打浆技术研究[J].农业工程学报,2007(6):228-232(3)能耗问题目前,我国正在贯彻节能减排的方针。而喷雾干燥具有很低的热效率[[]张文孝,姚学勇,王玉德.喷雾干燥现状及展望[J].食品与机械,2004(12):33-351][]张文孝,姚学勇,王玉德.喷雾干燥现状及展望[J].食品与机械,2004(12):33-3511)余热回收:排除的废气中含有大量的热能,可以回收再利用,达到节能的目的。2)预热原料液:在进入干燥设备前,将原料液进行预热,能有效降低能耗。并能实现原料液粘性降低的目的。3)降低出口空气温度:在预热过程中,废气能有大量的热量,可以达到总热量的60%[[]柏兆钰,董金善.喷雾干燥的节能分析[J].江苏化工,2007(4):54-59]。降低出口温度,[]柏兆钰,董金善.喷雾干燥的节能分析[J].江苏化工,2007(4):54-591.6本文研究的主要内容本文研究的主要内容是喷雾干燥法加工草莓、南瓜复合果蔬粉的工艺研究及设计。通过一系列的实验,得出草莓、南瓜复合果蔬粉的最佳加工工艺。(1)进行单因素试验,得出影响果蔬粉的产品质量的主要因素。考虑到本系实验室现有的实验条件,主要研究的是影响果蔬粉产品质量的感官质量及理化指标的一些因素。果蔬粉产品质量的理化指标主要表现在果蔬粉的含水量、容积密度、溶解度、蛋白质含量等。果蔬粉产品质量的感官质量指标主要有色泽、组织形态、气味、杂质、冲调性。喷雾干燥的条件对果蔬粉的产品质量有很大的影响。如进风口温度、热空气流量、护色剂添加量、助干剂添加量、料液浓度[[]AthanasiaMGoula,KonstantinosG.AdamopoulosSpraydryingoftomatopulpindehumidifiedairII.Theeffectonpowderproperties[J].JournalofFoodEngineering,2005,66:35-42][]AthanasiaMGoula,KonstantinosG.AdamopoulosSpraydryingoftomatopulpindehumidifiedairII.Theeffectonpowderproperties[J].JournalofFoodEngineering,2005,66:35-42(2)进行正交试验,确定果蔬粉生产的最佳工艺条件。对单因素试验进行分析、比较。在单因素试验的基础上进行优化试验。以果蔬粉的感官质量及理化指标作为主要指标,得出最优的制备工艺,确定最佳工艺参数。1.7实验方案的可行性本次试验是在喷雾干燥技术的条件下,研究草莓、南瓜复合果蔬粉的最佳生产工艺。本系实验室现有的实验设备,如喷雾干燥机、空气压缩机、干燥箱、电子天平、超声波清洗器能保证试验的顺利进行。另外,根据前人所取得成果的基础上,具备一定的理论可行性。1.8果蔬粉的产品标准根据果蔬粉产品标准NY/T1884-2010规定,果蔬粉应满足下列要求。1.8.1感官指标感官指标见表1-1。表1-1感官指标项目指标色泽具有该产品固有的色泽,且均匀一致组织形态呈疏松、均匀一致的粉末滋味、气味具有该产品固有的滋味和气味,无焦糊、酸败味及其他气味杂志无肉眼可见的杂志冲调性冲调后无结块,均匀一致1.8.2理化指标理化指标见表1-2。表1-2理化指标项目指标原料型果蔬粉即食型果蔬粉水果粉蔬菜粉坚果粉水分,%≤6≤8灰分,%≤8≤10(≤12b)≤5≤10蛋白质,%——≥8—酸不溶性灰分,%≤0.8≤1——总酸(以无水柠檬酸计),%≤10(5~9)b——酸价(以脂肪计),mg/g——≤4≤4过氧化值(以脂肪计),g/100g——≤0.08≤0.08a仅适用于含坚果类原料的产品。B仅适用于番茄粉。1.8.3微生物指标微生物指标应符合表1-3的规定。表1-3微生物指标项目指标原料型果蔬粉即食型果蔬粉水果粉蔬菜粉坚果粉菌落总数,cfu/g≤1.0×104≤2.0×104≤1.0×104≤1.0×103大肠菌群,MPN/g<30霉菌与酵母,cfu/g≤50≤50≤100≤50致病菌不得检出第二章试验方法2.1主要实验材料与试剂草莓(生鲜瑞达超市),南瓜(生鲜瑞达超市),抗坏血酸、麦芽糊精(食品级)等。2.2主要实验设备实验室L-117喷雾干燥机:北京来亨科贸有限责任公司

低噪声纯无油空气压缩机:上海慧驰机电有限公司

电热鼓风干燥箱:上海实验仪器有限公司

电热恒温水浴锅:天津市泰斯特仪器有限公司

电子天平:梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司

KQ-250DB型数控超声波清洗器:昆山超声仪器有限公司TM系列胶体磨:天津市鑫普机械制造有限公司2.3试验方法2.3.1工艺流程水抗坏血酸麦芽糊精↓↓↓南瓜→挑选→清洗→切块→调配→护色→磨浆→均质→喷雾干燥→成品↑草莓→挑选→清洗→切块操作要点:1)南瓜、草莓原材料的选择:应该选择无病虫害的新鲜果蔬,并去除损伤部位。草莓去蒂,南瓜去皮。2)原料的清洗:将选好的原料用清水清洗干净。3)切块:用刀将南瓜、草莓切成0.2cm3的小块,以便能在胶体磨中磨浆。4)调配:将南瓜与草莓按1:1的质量比混合,同时加入适量的蒸馏水。5)护色:加入适量的抗坏血酸进行护色。6)磨浆:将混合好的物料放入胶体磨中磨浆,至所得的溶液中无肉眼可见颗粒。7)均质:将调配好的复合果蔬汁在15MPa的压力下均质5min。8)喷雾干燥:用L-117喷雾干燥机将均质好的物料进行喷雾干燥。实验室L-117喷雾干燥机的使用操作方法:将喷雾干燥的干燥塔、温度控制器、分离器、收集器按照示意图装好,喷头清洗干净,安装喷头时注意喷枪保持垂直。将喷头两端分别链接空气压缩机的出风口,及物料的进料口。打开开关,调节进风量旋钮,启动旋风分离系统的鼓风机,检查系统密封性是否完好。开启进风温度旋钮,调节预定的进风温度,待温度逐渐上升。待温度上升至80℃时,开启空气压缩机,调节喷雾干燥系统内压力,逐渐使压力上升至10MP,并保持其压力。待温度上升至预期温度前,调节进料泵泵压,开启进料流速旋钮,调节预定的进料流速,选择合适的进料速率。进样液前,先使用蒸馏水检测喷雾干燥系统是否正常运转,样液在磁力搅拌器的作用下保持进样匀速。喷雾干燥系统检测正常后,按照预定的参数进行喷雾干燥。喷雾干燥结束,将用蒸馏水清洗进料管后,关闭进料速率旋钮和进风温度旋钮。待出风温度降至80℃后,关闭空气压缩机。待进风温度与出风温度降至室温25℃时,将收集器及分离器拆下,收集内部的干燥产品。将进料泵旋钮松开,使绷紧的硅胶管弹性恢复,以增加使用寿命。每次干燥结束后,将玻璃仪器及喷头重新清洗干净,吹干后再安装以便下一次使用。2.3.2指标的测定方法1)感官质量检测:请10位同学对所制得的草莓、南瓜干燥粉进行评分。按照总分100分(其中色泽20分、组织形态20分、气味20分、杂质20分、冲调性20分)计,最后取平均值。2)含水量测定:取洁净玻璃制的扁形称量瓶,置于105℃干燥箱中,瓶盖斜支于瓶边,加热1.0h,取出盖好,置干燥器内冷却0.5h,称量,并重复干燥至前后两次质量差不超过2mg,即为恒重。然后称取1~2g果蔬粉(精确至0.0001g),放入此量瓶中。加盖,精密称量后,置于105℃干燥箱中,瓶盖斜支于瓶边,加热2.0h,盖好取出,放入干燥器内冷却0.5h后称重。然后再放入105℃干燥箱中干燥1h,取出,放入干燥器内冷却0.5h后称重。并重复以上操作至前后两次质量差不超过2mg,即为恒重。3)溶解时间测定:取1g草莓南瓜复合果蔬粉,加入到盛有10mL的小烧杯中,水温为25℃,用玻璃棒轻轻搅拌,记录完全溶解所需的时间[18]。4)总固形物质量测定:精确称取100g复合果蔬,其中草莓50g,南瓜50g,在105℃的条件下烘干至恒重。然后称取恒重物的质量,即为总固形物的质量。2.3.3单因素试验设计通过单因素试验,可以找出影响喷雾干燥效果的因素。本试验共选取5个因素做单因素试验,即进风口温度、热空气流量、护色剂添加量、助干剂添加量、料液浓度。在确定每一单因素对喷雾干燥效果的影响时,应保证其他的参数水平不变。在前人所取得成果的基础上,每个因素选取6个水平进行试验,试验因素与水平见表2-1。表2-1单因素试验因素水平表试验序号进风温度/℃压缩空气流量/%护色剂添加率/%助干剂添加率/%料液浓度/%11504000102160500.0120203170600.0240304180700.0360405190800.048050注:其中各试验的样品处理量均为100g(其中草莓50g,南瓜50g),助干剂按南瓜、草莓复合汁总固形物的质量添加,护色剂按样品处理量添加,同时控制进料流速为35r/min。2.3.4多因素试验设计对单因素试验所得出的数据进行分析、讨论。在单因素试验的基础上进行优化试验。以草莓、南瓜复合果蔬粉的含水量及溶解时间作为主要指标,得出最优的制备工艺,确定最佳工艺参数。经过对单因素试验的分析讨论,得出进风口温度、压缩空气流量、料液浓度对草莓、南瓜复合果蔬粉品质的影响较为明显。同时,通过单因素试验得出:当进风口温度为170℃时,复合果蔬粉的品质较好;当压缩空气流量为70%时,复合果蔬粉的品质较好;当料液浓度为30%时,复合果蔬粉的品质较好。因此,每个因素设置3个水平,进行正交试验。正交试验的因素水平见表2-2。表2-2正交试验因素水平表水平A进风口温度/℃B压缩空气流量/%C料液浓度/%116065402170703031807520在进行正交试验前,要选好正交表。根据我们学过的《试验设计》这门课的正交表选择原理。我们可以选出作为正交试验表,并进行正交分析。正交试验表见表2-3。表2-3正交试验表因素试验号ABCD含水率/%溶解时间/%1(1)160(1)65(1)40(1)2(1)160(2)70(2)30(2)3(1)160(3)75(3)20(3)4(2)170(1)65(2)30(3)5(2)170(2)70(3)20(1)6(2)170(3)75(1)40(2)7(3)180(1)65(3)20(2)8(3)180(2)70(1)40(3)9(3)180(3)75(2)30(1)结果与分析3.1单因素试验结果与分析3.1.1进风口温度对喷雾干燥效果的影响样品的处理量为100g,其中草莓50g,南瓜50g。在麦芽糊精添加率为60%、抗坏血酸添加率为0.02%、空气压缩流量为70%、料液浓度为30%、进料流速为35r/min、内部压力为10MP的条件下,当进风口温度分别为150℃、160、170℃、180℃、190℃时,所测得的含水率如表3-1所示。表3-1不同进风口温度对复合果蔬粉含水率的影响进风口温度/℃含水率/%1505.241604.771704.681804.611904.56由表3-1可知,不同进风口温度在一定程度上对复合果蔬粉的含水量有很大的影响,随着进风口温度的升高,含水率不断下降。根据绿色食品果蔬粉标准(NY/T1884--2010)规定,果蔬粉的含水率应该不大于8%。当进风口温度较低时,喷出的雾状物不能及时的完全干燥,未完全干燥的颗粒会在干燥塔内发生粘壁现象,从而使果蔬粉产品得率下降;当进风口温度较高时,会发生热粘壁现象。当温度进一步升高时,热粘壁现象更加明显,而且干燥的果蔬粉会出现焦化,在一定程度上也影响了果蔬粉的品质。3.1.2麦芽糊精添加率对喷雾干燥效果的影响样品的处理量为100g,其中草莓50g,南瓜50g。在进风口温度为170℃、抗坏血酸添加率为0.02%、空气压缩流量为70%、料液浓度为30%、进料流速为35r/min、内部压力为10MP的条件下,当麦芽糊精添加率分别为0%、20%、40%、60%、80%时,所测得的含水率与溶解时间如表3-2所示。表3-2不同麦芽糊精添加率对复合果蔬粉含水率及溶解时间的影响麦芽糊精添加率/%含水率/%溶解时间/s404.8740504.7645604.6849704.5954804.5159由表3-2可知,麦芽糊精的添加率对喷雾干燥的含水率与溶解时间有明显的影响。随着麦芽糊精添加率的增加,复合果蔬粉的含水率不断下降,溶解时间不断延长。考虑到麦芽糊精具有一定的糊精味,添加过多的麦芽糊精会影响果蔬粉的感官质量。因此,麦芽糊精的添加率为60%较好。3.1.3抗坏血酸添加率对喷雾干燥效果的影响样品的处理量为100g,其中草莓50g,南瓜50g。在进风口温度为150℃、麦芽糊精添加率为60%、空气压缩流量为70%、料液浓度为30%、进料流速为35r/min、内部压力为10MP的条件下,当抗坏血酸添加率分别为0%、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%时,分别观察对所得果蔬粉的护色效果。实验发现,添加适当的抗坏血酸能起到明显是护色效果,通过实验发现,加入抗坏血酸与没加入抗坏血酸的果蔬粉在颜色上有很大的差异。通过分析、比较,在抗坏血酸添加率为0.02%时,果蔬粉的护色效果为最佳。3.1.4压缩空气流量对喷雾干燥效果的影响样品的处理量为100g,其中草莓50g,南瓜50g。在进风口温度为170℃、麦芽糊精添加率为60%、抗坏血酸添加率为0.02%、料液浓度为30%、进料流速为35r/min、内部压力为10MP的条件下,当压缩空气流量分别为40%、50%、60%、70%、80%时,所测得的含水率如表3-3所示。表3-3不同压缩空气流量对复合果蔬粉含水率的影响压缩空气流量/%含水率/%406.08505.48604.95704.68804.47由表3-3可知,不同的压缩空气流量对草莓、南瓜复合果蔬粉的含水率有一定程度的影响。随着压缩空气流量的增加,果蔬粉的含水率逐渐下降。压缩空气的流量越大,在喷头处施加的压力越大,从而使喷头喷出的液滴越小,产生的液滴越多。因此,液体的总表面积增加,与热空气接触的面积也增加,能很好的起到干燥的效果。但是,颗粒的粒径变小不利于产品的流动[19]。因此,压缩空气流量控制在70%左右为适宜。3.1.5料液浓度对喷雾干燥效果的影响样品的处理量为100g,其中草莓50g,南瓜50g。在进风口温度为170℃、麦芽糊精添加率为60%、抗坏血酸添加率为0.02%、进料流速为35r/min、内部压力为10MP的条件下,当料液浓度分别为10%、20%、30%、40%、50%时,所测得的含水率如表3-4所示。表3-4不同料液浓度对复合果蔬粉含水率及溶解时间的影响料液浓度/%含水率/%103.87204.21304.68404.79504.92由表3-4可知,料液浓度对喷雾干燥的效果具有显著的影响。随着料液浓度的升高,果蔬粉的含水率呈现递增趋势,溶解时间也呈现递增趋势。考虑到生产成本因素,尽管料液浓度越低,果蔬粉的含水率越低,溶解时间也越短,但是会加大生产成本。综合考虑,选择料液浓度在30%左右适宜。3.2正交试验结果与分析3.2.1感官评价的极差分析感官评价的极差分析见表3-5。表3-5感官评价极差分析因素试验号A进风口温度/℃B压缩空气流量/%C料液浓度/%D感官评分1(1)160(1)65(1)40(1)782(1)160(2)70(2)30(2)853(1)160(3)75(3)20(3)804(2)170(1)65(2)30(3)845(2)170(2)70(3)20(1)886(2)170(3)75(1)40(2)847(3)180(1)65(3)20(2)768(3)180(2)70(1)40(3)829(3)180(3)75(2)30(1)8024323824424625625524924523824424424681.079.381.382.085.385.08381.779.381.381.382.06.0优水平A2B2C2主次因素A,B,C最优组合A2B2C由表3-5可知,各因素对草莓、南瓜复合果蔬粉感官指标的影响大小顺序为A>B>C,进风口温度对果蔬粉的感官影响较大。通过极差分析得出,当工艺条件为A2B2C2时,即当进风口温度为170℃3.2.1含水率的结果与分析含水率的极差分析含水率的极差分析见表3-6。表3-6含水率的极差分析因素试验号A进风口温度/℃B压缩空气流量/%C料液浓度/%D含水率/%1(1)160(1)65(1)40(1)4.952(1)160(2)70(2)30(2)4.773(1)160(3)75(3)20(3)4.634(2)170(1)65(2)30(3)4.665(2)170(2)70(3)20(1)4.536(2)170(3)75(1)40(2)4.467(3)180(1)65(3)20(2)4.518(3)180(2)70(1)40(3)4.439(3)180(3)75(2)30(1)4.2714.3514.1213.8413.7513.6513.7313.7013.7413.2113.3613.6713.724.7834.7074.6134.5834.5504.5774.5674.5804.4034.4534.5574.5730.3800.2540.0560.010优水平A3B3C3主次因素A,B,C最优组合A3B3C通过表3-6对含水率的极差分析可知,进风口温度、压缩空气流量、料液浓度这三个因素对草莓、南瓜复合果蔬粉含水率的影响大小顺序为A>B>C,进风口温度对果蔬粉的含水率影响较大,压缩空气流量次之。通过极差分析得出,当工艺条件为A3B3C3时,即进风口温度为180℃含水率的方差分析含水率的方差分析见表3-7。表3-7含水率的方差分析因素偏差平方和自由度F比F临界值显著性A0.220288.00018.000*B0.096238.40018.000*C0.00522.00018.000D0.00020.00018.000误差0.014通过表3-6对含水率的方差分析可知,进风口温度与压缩空气流量对含水率有显著性影响。其中进风口温度对含水率有更大的显著性影响。综合其极差分析,若单考虑含水率指标,则可确定优选工艺为A3B3C3,即进风口温度为180℃3.2.2溶解时间的结果与分析溶解时间的实验结果的极差分析溶解时间的极差分析见表3-8。表3-8溶解时间的极差分析因素试验号A进风口温度/℃B压缩空气流量/%C料液浓度/%D溶解时间/s1(1)160(1)65(1)40(1)782(1)160(2)70(2)30(2)733(1)160(3)75(3)20(3)754(2)170(1)65(2)30(3)635(2)170(2)70(3)20(1)596(2)170(3)75(1)40(2)527(3)180(1)65(3)20(2)568(3)180(2)70(1)40(3)429(3)180(3)75(2)30(1)4522619717218217417418118114317219018075.33365.66757.33360.66758.00058.00060.33360.33347.66757.33363.33360.00027.6668.3346.0000.667优水平A3B3C1主次因素A>B>C最优组合A3B3C由表3-8对溶解时间的极差分析可知,进风口温度、压缩空气流量、料液浓度这三个因素对草莓、南瓜复合果蔬粉含水率的影响大小顺序为A>B>C,进风口温度对果蔬粉的溶解时间影响较大,压缩空气流量次之。通过极差分析得出,当工艺条件为A3B3C1时,即当进风口温度为180℃溶解时间的实验结果的方差分析溶解时间的方差分析见表3-9。表3-9溶解时间的方差分析因素偏差平方和自由度F比F临界值显著性A1172.66721758.12119.000*B128.6672192.90419.000*C54.000280.96019.000*D0.66721.00019.000误差0.672通过表3-9对溶解时间的方差分析可知,进风口温度、压缩空气流量、料液浓度对溶解时间都有显著性影响。其中进风口温度对溶解时间有极显著性影响。综合其极差分析,若单考虑溶解时间指标,则可确定优选工艺为A3B3C1,即进风口温度为180℃3.3确定优选工艺条件通过对含水率的极差分析与方差分析,以及对溶解时间的极差方差分析,得出如下结论:进风口温度和压缩空气流量对含水率及溶解时间都有显著性影响,而料液浓度仅对溶解时间有显著性影响,对含水率无显著性影响。若单考虑溶解时间指标,则可确定优选工艺为A3B3C1;若单考虑含水率指标,则可确定优选工艺为A3B3C3。由于含水率对溶解时间又显著性影响,对含水率无显著性影响。综合分析,得出果蔬粉的优选工艺条件为A3B3C1在其他工艺条件保持不变的情况下,进一步做验证性实验,在进风口温度为180℃、压缩空气流量为75%、料液浓度为40%时,所收集的草莓、南瓜复合果蔬粉的含水率为4.35%,溶解时间为40s。验证性实验4.1营养琼脂培养基的配制成分:琼脂18g,蛋白胨10g,氯化钠5g,牛肉膏3g,蒸馏水1000mL。制法:将各成分(除琼脂以外)溶解在蒸馏水中,加入15%的氢氧化钠

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