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噴霧干燥條件對荔枝酸奶粉乳酸菌存活率及粉體特性的影響

  • 來源:酒旗網 http://www.ffpbooth.com 發布人:旗旗 新聞分類:行業資訊
    • 酸奶風味獨特、營養豐富,具有緩解乳糖不耐癥、調整腸道菌群、降低膽固醇、抗衰老[1]等多種生理功能,備受業界關注。酸奶需在冷鏈下流通,才能保持較高的活菌數。酸奶粉是將酸奶干燥制成的粉狀產品,應用范圍比酸奶更廣,可用溫水復原后制成即食酸奶,也可用于膨化食品、焙烤食品、糖果、糕點等[2],還可作為發酵菌種使用。將酸奶制成酸奶粉,可延長貯藏期、便于運輸和攜帶、降低包裝成本,彌補普通酸奶不宜長期保藏和長途運輸的缺陷。

      酸奶粉的研究主要在乳制品消耗量較大的歐洲國家,涉及干燥工藝優化[3-4]、產品的粉體特性[5]、復原性[6]、吸濕性[7-8]及貯藏穩定性[9-10]等各個方面,產品的種類也不斷豐富,如:芒果大豆營養強化酸奶粉[11]、蜜餞栗子酸奶粉[12]、酸羊奶粉[13]和降膽固醇酸奶粉[14]等。國內關于果汁噴霧干燥的研究已有報道[15],張雯雯等研究了噴霧干燥余甘子果汁微膠囊化工藝[16],而對果汁酸奶粉的研究還鮮見報道。

      噴霧干燥法生產酸奶粉易造成產品中乳酸菌存活率下降,同時,含還原糖豐富的物料在噴霧干燥過程中容易出現粘壁、含水量高等問題。因此,酸奶在噴霧干燥過程中,為保護活性乳酸菌及營養成分、提高噴霧干燥效率,需要選擇合適的微膠囊化壁材。常用的乳酸菌抗熱保護劑有脫脂乳、谷氨酸鈉、麥芽糊精、海藻糖、蔗糖等,其中海藻糖的保護作用優異,且與脫脂乳、蔗糖復配可以提高保護效果[17-18]。海藻糖是一種能夠在高溫、高寒、高滲透壓及干燥失水等惡劣環境條件下在細胞表面形成獨特的保護膜,有效保護生物分子結構的非還原性雙糖[19],具有高玻璃態轉變溫度(115 ℃),可通過玻璃態機制、水替代作用維持細胞膜的穩定性,并降低細胞膜脂質的相轉變溫度,從而減輕高溫脫水過程中的細胞損傷[20]。

      荔枝汁營養豐富,具有多種功能成分,用于酸奶粉的生產中還可以賦予產品獨特的風味。以荔枝汁和脫脂乳為原料,經乳酸菌發酵制成荔枝酸奶,探討噴霧干燥過程中料液固形物含量、進風溫度、進料速度和海藻糖添加量等因素對荔枝酸奶粉乳酸菌存活率及粉體特性的影響,以期為果汁酸奶粉的生產提供依據。

      1 材料與方法


      1.1 材料與儀器

      高蛋白脫脂高鈣奶粉(水分含量≤5%,脂肪含量≤1.5 g/100 g,蛋白質含量≥32 g/100 g) 伊利集團;保加利亞乳酸桿菌、嗜熱鏈球菌的混合液體發酵劑(活菌數為1.27×1010 CFU/g) 華南農業大學乳品廠;荔枝(Litchi chinensis Sonn.) 品種為槐枝,廣州從化;海藻糖為食品級 市售。

      SD-Basic噴霧干燥機 英國Labplant公司;MIR-154低溫恒溫培養箱 日本松下公司;H01-1D多工位恒溫磁力攪拌器 上海馳久公司;DSC 8000差示掃描量熱儀 美國PerkinElmer公司;EVO 18掃描電子顯微鏡 德國Carl Zeiss公司。

      1.2 實驗方法

      1.2.1 荔枝酸奶的制備 參考文獻[21]的方法,將荔枝去皮、去核后榨汁,發酵基質包括荔枝汁12.5%、脫脂乳粉11%、白砂糖9%,混合均勻,90 ℃水浴滅菌20 min,迅速冷卻至40 ℃,按3%的接種量接入保加利亞乳酸桿菌、嗜熱鏈球菌的混合液體發酵劑,42 ℃恒溫培養3.5~4 h至凝乳,冷藏12~24 h,備用。

      1.2.2 噴霧干燥條件 考察料液固形物含量、進風溫度、進料速度對乳酸菌存活率、水分含量、得率的影響。當考察20%、25%、30%、35%、40%料液固形物含量作用時,進風溫度取140 ℃,進料速度10 mL/min;當考察110、120、130、140、150 ℃進風溫度作用時,料液固形物含量為30%,進料速度為10 mL/min;當考察進料速度為3.0、6.5、10.0、15.0、20.0 mL/min的作用時,料液固形物含量為30%,進風溫度為140 ℃。實驗重復3次,取平均值進行數據分析。

      1.2.3 海藻糖對乳酸菌存活率、粉體特性的影響 在較佳噴霧干燥條件下,以乳酸菌存活率、得率、水分含量及粉體特性(溶解時間、堆積密度、流動性指數CI、凝聚性指數HR)為指標,探究海藻糖不同添加量對荔枝酸奶粉品質的影響。

      1.2.4 酸奶粉的貯藏穩定性 稱取(6±0.5)g荔枝酸奶粉,采用鋁箔復合袋(6 cm×9 cm)密封包裝,在溫度25 ℃、相對濕度50%條件下貯藏90 d,測定乳酸菌活菌數。

      1.2.5 酸奶粉沖調后的感官品質 根據文獻[22]的方法,以40 ℃溫水100 mL,加入25%荔枝酸奶粉,觀察沖調效果,并評價沖調后酸奶的色澤、風味、溶解性、組織狀態。

      1.3 指標測定

      1.3.1 乳酸菌活菌數測定 參照GB 478935-2010 《食品安全國家標準 食品微生物學檢驗 乳酸菌檢驗》。

      1.3.2 水分含量測定 參照GB 5009.3-2010 《食品安全國家標準 食品中水分的測定》。

      1.3.3 得率測定 計算公式如下。

      得率

      1.3.4 堆積密度測定 在干燥的10 mL量筒中準確稱取1.0 g荔枝酸奶粉,讀取量筒讀數,粉體質量與體積之比即為荔枝酸奶粉的堆積密度;將量筒上下震動,直至粉體體積不再變化,記錄量筒讀數,得到荔枝酸奶粉的振實密度,每個樣品平行測定三次[23]。

      1.3.5 流動性指數(CI)和凝聚性指數(HR)測定 根據文獻[24]的方法測定,

      1.3.6 溶解時間測定 用量筒取10 mL 26 ℃蒸餾水于50 mL燒杯中,將燒杯置于恒溫磁力攪拌器上并設置溫度,再將1.00 g荔枝酸奶粉移至燒杯中,同時啟動恒溫磁力攪拌器,記錄其完全溶解所需時間[25]。

      1.3.7 玻璃化轉變溫度測定 采用差示掃描量熱儀測定[26],取5 mg荔枝酸奶粉樣品置于鋁盤中壓片,另取一空鋁盤為參照,對樣品進行程序升溫,溫度范圍為20~120 ℃,升溫速度為10 ℃/min。

      1.3.8 顆粒表面形貌觀察 將樣品用雙面導電膠粘于樣品臺上,經離子濺射噴金后,于掃描電子顯微鏡下觀察粉體微觀形貌[18]。

      1.4 數據統計分析

      采用鄧肯氏均數差異顯著性分析。

      2 結果與討論


      2.1 噴霧干燥工藝參數對荔枝酸奶粉乳酸菌存活率、水分含量及得率的影響

      料液的固形物含量是影響噴霧干燥效率和酸奶粉品質的重要因素,本文通過添加脫脂乳粉以調節料液固形物含量,而脫脂乳粉又是一種優良的乳酸菌抗熱保護劑[27],在噴霧干燥過程中可以提高乳酸菌存活率。

      表1顯示了料液固形物含量對荔枝酸奶粉乳酸菌存活率、水分含量、得率的影響。從表1中可以發現,料液固形物含量20%~30%范圍內,乳酸菌存活率明顯升高,最高達到51.77%;當料液固形物含量大于30%時,由于液滴表面迅速干燥,乳酸菌受熱程度加劇[28],從而導致存活率顯著下降(p<0.05)。同時,提高料液固形物含量有助于提升噴霧干燥效率、降低粉體的水分含量,這對改善其流動性、堆積密度等粉體特性具有重要意義[29-30]。隨著料液固形物含量的升高,得率呈先升高后下降的趨勢,在30%時達到最大值52.45%;而過高的料液固形物含量易造成噴嘴堵塞,影響液滴霧化效果,料液固形物含量40%時得率下降至49.83%,但下降趨勢不顯著(p>0.05)。在料液固形物含量25%~30%時,荔枝酸奶粉的乳酸菌存活率、得率均相對較高,且水分含量低于乳粉國家標準對水分含量的要求(≤5%),因而選擇料液固形物含量為25%~30%較為適宜。

      表1 料液固形物含量對荔枝酸奶粉乳酸菌存活率、水分含量及得率的影響

      Table 1 Influences of feeding concentration on survival rate of lactic acid bacteria,moisture content and lychee yogurt powder yield

      料液固形物含量(%)乳酸菌存活率(%)水分含量(%)得率(%)2038 05±1 27b6 83±0 17a36 59±4 81b2545 80±1 98a4 79±0 03b49 28±3 94a3051 77±3 71a4 75±0 06b52 45±3 51a3536 69±4 35b3 83±0 20c52 32±4 87a4023 99±2 82c3 59±0 06c49 83±3 40a

      注:同一列中不同處理數據后帶不同小寫字母表示處理間差異顯著,p<0.05。表2~表5同。

      表2顯示的是進風溫度對荔枝酸奶粉乳酸菌存活率、水分含量、得率的影響。由表2可知,升高進風溫度有利于改善噴霧干燥效果,使荔枝酸奶粉的水分含量顯著降低(p<0.05);得率也隨之升高,且均處在45%左右,上升趨勢不顯著(p>0.05)。但高溫會使液滴干燥速度加快,內部的乳酸菌受熱損傷加劇,存活率急劇下降,150 ℃時僅為33.26%。綜合考慮乳酸菌存活率和噴霧干燥的效率,發現在進風溫度140 ℃時荔枝酸奶粉的存活率、得率均相對較高,且水分含量低于5%。

      表3為進料速度對荔枝酸奶粉乳酸菌存活率、水分含量、得率的影響。由表3可知,隨著進料速度增大,乳酸菌存活率迅速升高,20.0 mL/min時最高可達到71.74%,這是因為加快進料可使霧化液滴變大,乳酸菌熱損傷減輕;霧化液滴變大會使粉體的粒徑變大,有利于改善粉體流動性、粉體溶解性等粉體特性[31]。但進料速度的升高會使粉體水分含量顯著上升(p<0.05)。在3.0~6.5 mL/min范圍內,得率基本穩定在50%左右,此時進料速度對得率的影響不顯著(p>0.05),但繼續增大進料速度,則由于液滴未完全干燥而出現粘壁現象,得率下降,20.0 mL/min時已降至21.52%。在進料速度6.5~10.0 mL/min時,荔枝酸奶粉的存活率、得率均相對較高,且水分含量低于5%,因而選擇進料速度6.5~10.0 mL/min為最適范圍。

      表2 進風溫度對荔枝酸奶粉乳酸菌存活率、水分含量及得率的影響

      Table 2 Influences of inlet temperature on survival rate of lactic acid bacteria,moisture content and lychee yogurt powder yield

      進風溫度(℃)乳酸菌存活率(%)水分含量(%)得率(%)11060 08±4 20a6 07±0 08a43 24±2 64a12056 32±0 84ab5 35±0 07b44 61±4 71a13053 58±2 14b5 08±0 15c45 77±4 07a14051 77±3 71b4 75±0 06d52 45±3 51a15033 26±1 98c4 28±0 02e52 45±0 08a

      表3 進料速度對荔枝酸奶粉乳酸菌存活率、水分含量及得率的影響

      Table 3 Influences of feeding rates on survival rate of lactic acid bacteria,moisture content and lychee yogurt powder yield

      進料速度(mL/min)乳酸菌存活率(%)水分含量(%)得率(%)3 037 09±3 68e4 37±0 05d50 06±3 66ab6 542 60±1 41d4 66±0 20c50 52±3 36a10 051 77±3 71c4 75±0 06c52 45±3 51a15 063 60±2 89b5 53±0 20b42 87±6 30b20 071 74±2 08a6 19±0 14a21 52±1 19c

      綜上所述,當料液固形物含量25%~30%,進風溫度140 ℃,進料速度6.5~10.0 mL/min時,荔枝酸奶粉的乳酸菌存活率、得率均相對較高,且水分含量較低,因而確定為較佳噴霧干燥條件。

      2.2 海藻糖對荔枝酸奶粉乳酸菌存活率、水分含量及得率的影響

      表4 海藻糖對荔枝酸奶粉乳酸菌存活率、水分含量及得率的影響

      Table 4 Influences of adding trehalose on survival rate of lactic acid bacteria,moisture content and lychee yogurt powder yield

      海藻糖添加量(%)乳酸菌存活率(%)水分含量(%)得率(%)051 77±3 71b4 75±0 06bc52 45±3 51a255 79±4 44b5 12±0 37ab51 54±3 40a467 79±0 64a5 43±0 08a44 10±4 89ab673 94±4 79a4 72±0 07bc37 79±4 67b858 42±4 58b4 49±0 32c23 87±3 02c

      表5 添加海藻糖對荔枝酸奶粉粉體特性的影響

      Table 5 Influences of trehalose on physical properties of spray-dried lychee yogurt powder

      海藻糖添加量(%)溶解時間(s)堆積密度(g/cm3)流動性指數CI凝聚性Hausner指數HR035 72±0 63a0 370±0 017a33 30±0 74b1 51±0 02b620 78±1 02b0 253±0 004b41 88±0 30a1 73±0 01a

      在料液固形物含量30%,進風溫度140 ℃,進料速度10.0 mL/min時,制得不同海藻糖添加量的荔枝酸奶粉。由表4可知,添加4%~6%的海藻糖可以顯著提高乳酸菌存活率(p<0.05),6%時存活率高達73.94%,而在添加量8%時,存活率顯著降低(p<0.05),這是因為在本實驗條件下,過高的海藻糖添加量會使料液粘度增大,霧化效果變差,乳酸菌受熱損傷加劇而使乳酸菌存活率下降。同時,這也是得率隨海藻糖添加量的增大而降低的原因。粉體水分含量在海藻糖添加量大于6%時出現下降,可能是因為顆粒表面海藻糖分子增多使顆粒間作用力增大,已干燥的粉體在旋風分離器處停留時間延長,受中低溫熱空氣干燥的時間較長(出口溫度顯示值為80 ℃)。海藻糖添加量在4%~6%時,荔枝酸奶粉的乳酸菌存活率和得率差異不顯著,但水分含量差異顯著,海藻糖添加量為6%時水分含量<5%。

      2.3 海藻糖對荔枝酸奶粉粉體特性及顆粒表面形貌的影響

      表5對比了添加6%海藻糖對荔枝酸奶粉粉體特性的影響。由表5可以看出,與不添加海藻糖相比,添加6%的海藻糖使粉體的溶解時間顯著降低至20.78 s(p<0.05),這是由于海藻糖分子含有較多羥基,易與水分子結合,因而可改善粉體的溶解性。但添加海藻糖使荔枝酸奶粉水分含量升高這一現象也將進一步導致顆粒之間易發生團聚,顆粒間界面空間增大、體積變大,使堆積密度減小,且流動性和凝聚性變差。鑒于海藻糖對荔枝酸奶粉的粉體特性有一定的不利影響,在實際生產中應綜合考慮乳酸菌存活率和粉體特性來選擇合適的添加量。

      圖1 荔枝酸奶粉顆粒表面形貌圖
      Fig.1 Surface morphology of spray-dried lychee yogurt powder particles
      注:a:海藻糖添加量0%;b:海藻糖添加量6%。

      圖1對比觀察了海藻糖添加量0、6%的荔枝酸奶粉顆粒表面形貌,發現與不添加海藻糖相比,添加6%的海藻糖可使粉體顆粒表面明顯更加圓潤,皺縮、凹陷現象減輕,裂紋縮小,這在一定程度上影響著荔枝酸奶粉的粉體特性,而且完整的顆粒表面結構也有利于保護內部乳酸菌免受高溫損傷,同時防止貯藏過程中細胞膜脂質的氧化所造成的乳酸菌失活[17]。海藻糖對荔枝酸奶粉顆粒表面形成機制的影響尚不清楚,Vehring等[32]認為其原因在于海藻糖的擴散系數遠高于蛋白質、脂肪等大分子物質,在溶質由顆粒表面向內部遷移的過程中,更傾向于分布于顆粒內部,從而減小內部空腔,減輕表面皺縮。

      2.4 荔枝酸奶粉的玻璃化轉化溫度及貯藏穩定性

      玻璃化轉變是影響食品品質、加工特性和貨架期的重要因素,奶粉的結晶、團聚和結塊均與其中存在的小分子糖類發生玻璃化轉變有關。利用玻璃化轉變溫度可預測食品的貨架期,確定有效的食品加工與貯藏條件,以保證食品的貯藏安全性和穩定性[33]。圖2顯示的是添加6%海藻糖所得荔枝酸奶粉的玻璃化轉變溫度Tg為71.61 ℃,高于一般的加工、運輸及貯藏環境溫度,說明在常溫條件下荔枝酸奶粉均可保持玻璃態,從而處于相對穩定的狀態。

      圖2 荔枝酸奶粉DSC掃描圖
      Fig.2 DSC thermogram for spray-dried lychee yogurt powder

      檢測了添加6%海藻糖所得的荔枝酸奶粉在貯藏90 d內的乳酸菌活菌數變化,結果如圖3所示。結果表明隨貯藏時間延長,乳酸菌活菌數逐漸下降,但在90 d時仍大于106 CFU/g,說明荔枝酸奶粉的貯藏穩定性良好。

      圖3 荔枝酸奶粉在貯藏過程中乳酸菌活菌數的變化
      Fig.3 Changes in lactic acid bacteria counts in lychee yogurt powder during storage

      2.5 荔枝酸奶粉沖調后的感官品質

      酸奶粉的粉體特性、沖調水溫、酸奶粉的濃度等因素均影響沖調后酸奶的風味、組織狀態等感官品質。沖調實驗結果顯示,在沖調水溫40 ℃、荔枝酸奶粉濃度25%條件下,添加6%海藻糖所得荔枝酸奶粉的溶解性好,沖調后杯底無團塊或沉淀;口感細膩;色澤呈均勻的乳白色,有光澤;具有濃厚的荔枝風味和奶香味。

      3 結論


      采用原料質量配比為:荔枝汁12.5%、脫脂乳粉11%、白砂糖9%,制備荔枝汁共發酵酸乳,探究了荔枝酸奶噴霧干燥工藝條件對粉體的乳酸菌存活率、水分含量、得率的影響,在較佳噴霧干燥條件下,研究海藻糖對乳酸菌存活率、得率、水分含量、粉體特性及顆粒表面形貌的影響。結果顯示,當料液固形物含量25%~30%,進風溫度140 ℃,進料速度6.5~10.0 mL/min時,荔枝酸奶粉的乳酸菌存活率、得率均相對較高,且水分含量較低。在此條件下,海藻糖添加量為6%時使乳酸菌存活率達到73.94%(6.34×108 CFU/g),水分含量為4.72%,得率37.79%;且粉體特性、沖調后的感官品質良好;掃描電子顯微鏡(SEM)觀察發現,與不添加海藻糖的相比,添加6%海藻糖的荔枝酸奶粉顆粒表面圓潤且裂紋較小;差示掃描量熱法(DSC)測得粉體的玻璃化轉變溫度Tg為71.61 ℃,經過90 d的貯藏實驗,表明其具有良好的貯藏穩定性。海藻糖是優良的乳酸菌抗熱保護劑,可以有效提高噴霧干燥過程中乳酸菌的存活率,但要以噴霧干燥的順利進行和良好的粉體特性為前提。


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      Effect of spray drying parameters on survival rate of lactic acid bacteria and physical properties of lychee yogurt powder

      ZHENG Ju,ZHAO Lei,WANG Kai,HU Zhuo-yan*

      (College of Food Science,South China Agricultural University,Guangzhou 510642,China)


      Abstract:The objective of this study was to explore the influencing regularities of spray drying parameters on the survival rate of microencapsulated lactic acid bacteria in lychee yoghurt powder and its physical properties. Effects of feed concentration,inlet temperature,feeding rate on survival rate of lactic acid bacteria,moisture content and yield of lychee yoghurt powder microencapsulated by spray drying were investigated. Under the better spray drying condition,the influences of trehalose on production quality were further investigated. The results showed that with 25%~30% feed concentration,140 ℃ inlet air temperature,6.5~10.0 mL/min pump rate,the lychee yoghurt powder illustrated the high survival rate of lactic acid bacteria and yield(>50%),and the low moisture content(4.66%~4.79%). Under this condition,the survival rate of lactic acid bacteria,moisture content and yield reached 73.94%(6.34×108 CFU/g),4.72% and 37.79% respectively with 6% trehalose added. Scanning electron microscopy(SEM)photographs showed that the addition of 6%(w/w)trehalose made particles more rounded surfaces and smaller cracks than the control. The probiotic powder was further analyzed using differential scanning calorimetry(DSC),the glass transition temperature Tg=71.61 ℃.


      Key words:lychee yoghurt powder;spray drying;lactic acid bacteria;trehalose


      收稿日期:2016-11-17


      作者簡介:鄭巨(1992-),男, 碩士研究生,研究方向:食品加工與保藏,E-mail:624620776@qq.com。

      *通訊作者:胡卓炎(1961-),男,博士,教授,研究方向:食品加工與保藏,E-mail:zyhu@scau.edu.cn。


      基金項目:國家荔枝龍眼產業技術體系項目(CARS-33-15);廣東省楊帆計劃創新團隊項目(2014YT02H013)。


      中圖分類號:TS252.54


      文獻標識碼:B


      文章編號:1002-0306(2017)09-0216-06


      doi:10.13386/j.issn1002-0306.2017.09.033
      文章地址:http://www.ffpbooth.com/news/1124.html

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