任元元康建平黄静侯小刚邹育
（四川省食品发酵工业研究设计院四川成都）
摘要：采用酶解法从魔芋精粉中提取葡甘露低聚糖水溶液，通过喷雾干燥制备魔芋葡甘露低聚糖粉，采用单因素和正交试验相结合确定最佳工艺。试验结果表明，当变性淀粉添加量为10％、葡甘露低聚糖水溶液固形物浓度为35％、进风温度为℃、出风温度为80℃时，喷雾干燥效果最好，在此条件下喷雾葡甘露低聚糖的出粉率为86.12％，水分含量为4.57％。
关键词：葡甘露低聚糖；喷雾干燥；变性淀粉
中图分类号：TS.4TS.4文献标识码：A文章编号：-X()05--
魔芋葡甘露低聚糖可以有效促进生物体内以双歧杆菌为代表的肠道有益菌群的特异性增殖，并具有抑制体内病原菌生长、减少有毒代谢产物产生、防止便秘、保护肝脏、抗肿癌、调节血糖血脂及增强机体免疫力等多种生理功能，是新一代功能性食品。当前对葡甘露低聚糖的制备方法，特别是酶法生产葡甘露低聚糖己有诸多研究和报道，但对适合工业化生产的水解浓缩液的干燥方法和具体干燥条件报道较少。通过合适的干燥工艺，不仅可以降低产品的水分含量，节约包装和运输成本，延长产品的保质期，而且还能够控制产品品质，提高产品的质量。
冷冻干燥、真空干燥和喷雾干燥是食品工业中最为常用的三种干燥方法。冷冻干燥和真空干燥条件较为温和，适用于热敏性物料的脱水干燥，但干燥成本高，应用于工业化生产中有一定的难度。真空冷冻干燥法干燥后，葡甘露低聚糖容易形成了一种软绵绵的絮状物，很难将它再磨成粉体形式，而仍然呈块状。相对前两种干燥方法，喷雾干燥具有处理量大、热损失少以及干燥成本费用低等优点，本研究主要对葡甘露低聚糖喷雾干燥的具体干燥条件和参数进行探讨。
l材料与方法
1.1材料与试剂
魔芋精粉，湖北惠葡生化科技有限公司；β-葡聚糖酶(酶活力U/g)，宁夏和氏璧生物技术有限公司；酿酒酵母，购自西南菌种站；变性淀粉，天津顶峰淀粉有限公司。
1.2仪器与设备
N分光光度计：上海精密科学仪器有限公司；DDS-电导率仪：上海精密科学仪器有限公司；玻璃反应釜：上海申顺生物科技有限公司；W-0恒温油水水浴锅：上海申顺生物科技有限公司；电子分析天平：上海民桥精密科学仪器有限公司；SKY-C摇床：上海苏坤实业有限公司；SC-低速离心机：科大创新股份有限公司；离子交换树脂：江阴苏青水处理工程集团：SHB循环水式多用真空泵：郑州长城科工贸有限公司：R-旋转蒸发器：上海申胜生物技术有限公司；MDR-高速离心喷雾干燥机：无锡市现代喷雾干燥设备有限公司。
1.3试验方法
1.3.1葡甘露低聚糖提取工艺流程
水β-甘露聚糖酶酵母
↓↓↓
魔芋精粉→搅拌→酶解→灭酶→酵母同化糖反应→离心分离→糖液→后处理(脱味、脱色、脱盐)→浓缩喷雾→干燥魔芋葡甘露低聚糖→检验→包装
1.3.2喷雾干燥前的工艺条件
以魔芋精粉为原料，β-甘露聚糖酶酶解，底物浓度15％，酶添加量为IU/g，pH5，温度50℃，酶解4h，加入2％蛋白胨，1％酵母粉，接种3‰酿酒酵母，30℃摇床r/min培养10h。离心机r/min过滤15min除杂得滤液，D阴离子交换树脂→阳离子交换树脂→7l7阴离子交换树脂的树脂组合对微滤液进行脱盐、脱色、脱味的提纯处理得离子提纯液；用孔径为截留1万分子量的超滤膜进行膜分离，真空浓缩，真空度0.1mPa，浓缩温度55℃，浓缩至总固形物20％左右。
2结果与分析
2.1喷雾干燥栽体对葡甘露低聚糖品质的影响
麦芽糊精的流动性良好，耐高温，结合作用好，抑制褐变反应。用量比例很高时，也不会掩盖产品原有食品的风味和香味，是一种优良的载体。
变性淀粉可直接分散在冷水中，分散性能好，在高浓度时具有低粘度，粘结力强，提高溶液体系的固形物浓度，有效降低成本，为产品提供更强的市场竞争力。
设计对照实验，样品封存于食品级塑料包装袋，常温下放置6个月后观察，比较麦芽糊精和变性淀粉作为载体后产品的吸潮性，选择最佳干燥助剂，结果见图1。
由图1可见，同一时间，麦芽糊精的吸湿率高于变性淀粉，且麦芽糊精的吸湿率增长明显快于变性淀粉。全部使用麦芽糊精的样品两个星期出现结团，1个月后严重结团，而添加了变性淀粉的样品依然保持非常流畅的状态，溶于冷水，分散性和溶解性都非常良好。因此，选择变性淀粉作为魔芋葡甘露低聚糖喷雾干燥载体。
2.2固形物含量对喷雾干燥出粉率及水分的影响
对于同一种物料，一方面，固形物浓度越高，越有助于形成大的干颗粒粒径，同时，高的物料固形物浓度还有利于减少喷雾干燥时的能耗，有助于降低生产成本。另一方面，葡甘露低聚糖样品在较高浓度条件下溶液的粘度较大，造成喷雾干燥时料液输送和雾化困难。
以加变性淀粉的总固形物含量计算，设定固形物含量分别为20％、25％、30％、35％、40％、45％，研究其对出粉率和水分含量的影响。
由图2可以看出，当固形物含量比较低时，雾滴水分蒸发不完全，导致粉末含水量较高。因葡甘露低聚糖水分含量需降到5％以下，才适合储藏，所以固形物含量需≥30％。随着固形物含量的增加，出粉率先增加后降低，在35％时达到最高，当固形物含量大于35％时，喷雾前物料的含糖量增加，喷雾时易出现粘壁、堵塞喷头等现象，降低了出粉率。因此通过单因素选出适宜的固形物含量为35％。
2.3变性淀粉添加量对出粉率的影响
纯葡甘露低聚糖经过喷雾干燥后，非常容易吸潮，适量添加变性淀粉，可降低其吸潮率，因为喷雾干燥时最佳固形物含量为35％，为保证葡甘露低聚糖成品的品质，使成品中葡甘露低聚糖含量大于50％，所以按葡甘露低聚糖浓缩液计算，设定变性淀粉的添加量为0％、4％、8％、12％，16％，将喷雾后的葡甘露低聚糖粉暴露在空气中1h，研究其对出粉率和吸湿率的影响。
由图3可以看出，未添加变性淀粉时，由于葡甘露低聚糖挂壁严重，导致喷雾干燥出粉率较低。随着变性淀粉添加量的增加，出粉率随之增高，吸湿率减少。但变性淀粉含量升高会导致葡甘露低聚糖含量相对减少，综合考虑，当变性淀粉添加量为12％时，葡甘露低聚糖的出粉率较高，吸湿率较低，因此选择添加量为12％左右。
2.4喷雾干燥进风温度对出粉率及水分含量的影响
固定出风温度8O℃，分别设定进风温度为℃，℃，℃，℃，℃，℃，研究其对葡甘露低聚糖出粉率和水分的影响，确定较适宜的喷雾干燥进风温度。
由图4可以看出．当进风温度为-℃时，葡甘露低聚糖水分含量较高，粘壁严重，出粉率低。当进风温度≥℃时，葡甘露低聚糖的水分含量降到5％以下，适合储藏，出粉率随温度增加而增加。但进风温度过高，料液雾滴与强热风接触，雾滴表面易结成硬壳，阻碍内部水分的扩散和蒸发，导致产品颗粒内气泡增多，温度大于℃，出粉率随温度增高而降低，当进风温度达到℃时，葡甘露低聚糖甚至会出现焦糊现象。综合以上因素。确定-℃为适宜的进风温度。
2.5喷雾干燥出风温度对出粉率及水分含量的影响
固定进风温度℃，分别设定出风温度为60℃，70℃，80℃，90℃，℃，研究其对出粉率及水分含量的影响，确定葡甘露低聚糖的喷雾干燥出风温度。出风温度影响到产品的干燥时间，出风温度低不能完全干燥；出风温度高，有利于减少产品颗粒的干燥时间。由图5可知，出风温度升高，葡甘露低聚糖的水分含量逐渐降低，8O℃时水分含量降到5％以下，随着出风温度的升高，出粉率先增加后降低，因温度过高会导致粉体过度受热，降低产品质量，当出风温度达到℃时。喷雾干燥过程中会伴随焦糊味道。综合考虑，选择出风温度80-9O℃为宜。
2.6正交试验结果
在单因素基础上，以固形物含量、变性淀粉添加量、进风温度、出风温度为考察因素进行正交试验。由于葡甘露低聚糖产品水分含量5％，需满足喷雾干燥条件固形物含量≥30％、进风温度≥℃、出风温度80℃。而正交试验因素水平值均满足这一范围，所以考察因素以出粉率为考察指标，进行正交试验，确定喷雾干燥最佳条件，试验结果见表1，表2。
对正交试验结果进行极差分析可知，各因素极差值大小顺序为RARBRCRD，4个因素对魔芋葡甘露低聚糖制备影响的主次顺序为ABCD，即进风温度出风温度固形物含量变性淀粉添加量。分析得知，各因素的最优水平组合是A2B1C2D1，即进风温度为℃、出风温度为80℃、固形物浓度为35％、变性淀粉添加量为10％时，为喷雾干燥最佳条件。
在各因素的最优水平组合条件下喷雾干燥法制备葡甘露低聚糖，重复3次进行验证试验。结果见表3所示。
经统计学方法检验，葡甘露低聚糖粉的平均出粉率的标准差δ=±0.08，变动系数CV=±0.09，葡甘露低聚糖粉水分的标准差δ=±O.02，变动系数CV=±0.55，实验数据可靠。喷雾干燥制备葡甘露低聚糖粉的平均出粉率为86.12％，水分为4.57％。
3结论
变性淀粉可直接分散在冷水中，分散性能好，在高浓度时具有低粘度，粘结力强，提高溶液体系的固形物浓度，适合作为葡甘露低聚糖喷雾干燥的载体，产品吸潮率低。易于保藏和使用，能有效降低成本，为产品提供更强的市场竞争力。
通过单因素实验和正交实验得出了喷雾干燥葡甘露低聚糖的最佳工艺条件，试验结果表明，以喷雾干燥方法制得的葡甘露低聚糖，粉质细腻，外观均匀，水分较少，操作过程简单，且喷雾干燥效率较高，省时省力，降低生产工序运行成本，为工业化生产提供了基础参考依据。
参考文献：（略）
英文摘要：（略）
选自：《食品与发酵科技》第49卷第5期
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