郝千紅，陳會(huì)民，孫軍杰，仲玉備，苗帥，陳樹興，*

（1.河南科技大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，河南洛陽471023；2.河南省洛陽市農(nóng)產(chǎn)品安全檢測(cè)中心，河南洛陽471023）

酶改性干酪粉噴霧干燥工藝優(yōu)化及其特性研究

郝千紅1，陳會(huì)民2，孫軍杰1，仲玉備1，苗帥1，陳樹興1，*

（1.河南科技大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，河南洛陽471023；2.河南省洛陽市農(nóng)產(chǎn)品安全檢測(cè)中心，河南洛陽471023）

為探討酶改性干酪粉的噴霧干燥工藝優(yōu)化條件，以酶改性干酪漿為原料，以產(chǎn)品回收率為主要指標(biāo)，采用中心組合設(shè)計(jì)結(jié)合響應(yīng)面分析，研究了進(jìn)料流量、進(jìn)口溫度及熱風(fēng)流量對(duì)產(chǎn)品回收率的影響，構(gòu)建回歸模型，并采用色差分析、電鏡分析、差示掃描量熱技術(shù)對(duì)最終產(chǎn)品的品質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，進(jìn)料流量增加會(huì)提高酶改性干酪粉的回收率，但流量過大會(huì)導(dǎo)致粘壁現(xiàn)象；酶改性干酪粉的回收率隨著熱風(fēng)流量的增加而先上升后下降；進(jìn)口溫度增加會(huì)提高產(chǎn)品回收率，但過高溫度會(huì)導(dǎo)致熱變性發(fā)生。響應(yīng)面分析結(jié)果顯示，對(duì)產(chǎn)品回收率（Y）影響的因素主次為：進(jìn)料流量（B）＞進(jìn)口溫度（C）＞熱風(fēng)流量（A）；最佳參數(shù)組合為熱風(fēng)流量28 m3/h，進(jìn)料流量0.25 L/h，進(jìn)口溫度170℃，在此條件下得到的產(chǎn)品回收率為46.67%，含水量3.5%，色澤良好，溶解性能佳。研究成果可為酶改性干酪粉的實(shí)際生產(chǎn)提供參考。

酶改性干酪；噴霧干燥；回收率；中心組合設(shè)計(jì)

酶改性干酪（Enzyme Modified Cheese，EMC）是指利用特定的外源酶（如蛋白酶、脂肪酶和肽酶等）或特定的微生物，作用于未成熟干酪、成熟干酪或其他乳制品基料，而形成的一種具有天然的干酪風(fēng)味的濃縮物［1］。EMC作為富含多肽物質(zhì)的再制干酪，與傳統(tǒng)的天然干酪相比具有以下的優(yōu)點(diǎn)：風(fēng)味好，經(jīng)濟(jì)成本低廉，保健作用大［2-3］，應(yīng)用與貯藏方便。目前，制備酶改性干酪的方法有，組合法、一步酶解法、兩步酶解法［4］。一步酶解法中，脂肪的降解會(huì)引起的酸度值的降低，從而抑制蛋白酶的活性［5］。兩步法制備EMC可避免上述缺點(diǎn)，但干酪漿經(jīng)兩步酶解之后，其粘度比較大，其中的蛋白質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)受熱容易變性，才用普通的熱風(fēng)干燥容易造成營養(yǎng)的損失和產(chǎn)品的品質(zhì)和風(fēng)味變差，而采用凍干又具有耗費(fèi)時(shí)間較長、經(jīng)濟(jì)成本較高的不足。因此，工業(yè)生產(chǎn)中通常選用噴霧干燥［6］。

噴霧干燥主要通過對(duì)液體的瞬間霧化以實(shí)現(xiàn)干燥［7］。噴霧干燥能將物料瞬時(shí)霧化，減少了物料與熱風(fēng)的接觸時(shí)間，可以更好地使物料中的熱敏物質(zhì)得到充分的保護(hù)，使?fàn)I養(yǎng)成分的損壞降到最低。近年來的研究表明，噴霧干燥技術(shù)被應(yīng)用于蛋粉［8］、茱萸粉［9］、乳粉［10］、果汁［11］等的干燥，但對(duì)EMC干燥工藝的研究較為少見。

本研究選取經(jīng)過兩次酶解之后得到的酶改性干酪漿為干燥原料，對(duì)其進(jìn)行噴霧干燥。對(duì)試驗(yàn)中的噴霧干燥參數(shù)采用響應(yīng)面法進(jìn)行優(yōu)化，分析噴霧干燥參數(shù)（進(jìn)口溫度、進(jìn)料流量、熱風(fēng)流量等）對(duì)產(chǎn)品回收率的影響，并對(duì)得到的EMC粉進(jìn)行理化性質(zhì)的分析與測(cè)定，為EMC的工業(yè)化生產(chǎn)提供一定的理論和數(shù)據(jù)參考。

1　材料與方法

1.1材料與試劑

切達(dá)干酪：安佳；木瓜蛋白酶、脂肪酶2F-G-NA：天津諾奧科技；三聚磷酸鈉、焦磷酸鈉（食品級(jí)）：永和化工；濃硫酸、硫酸銅、石油醚（沸程30℃～60℃）、無水乙醇：天津市德恩化學(xué)試劑有限公司；氯化鈉、氫氧化鈉：洛陽昊華化學(xué)試劑有限公司；硝酸銀、鹽酸（質(zhì)量分?jǐn)?shù)36%）：北京化工。

1.2儀器與設(shè)備

YC-015實(shí)驗(yàn)型噴霧干燥機(jī)：上海雅程設(shè)備有限公司；JSM-6010LA型掃描電子顯微鏡：日本電子株式會(huì)社；差示掃描量熱儀：梅特勒-托利多公司；color i5型色差計(jì)：美國愛色麗公司；FJ-200高速分散均質(zhì)機(jī)：上海標(biāo)本模型廠。

1.3試驗(yàn)方法

1.3.1EMC制備工藝

將切達(dá)干酪與水按1∶3（質(zhì)量比）的比例混合，加入2%的復(fù)合鹽（三聚磷酸鈉與焦磷酸鈉1∶1，質(zhì)量比），在溫度85℃、熔融時(shí)間15 min、攪拌速度1 200 r/min和均質(zhì)壓力25 MPa的條件下進(jìn)行熔融，得到干酪漿［12］。然后根據(jù)圖1的工藝流程制備EMC，并在85℃，15 min的條件下滅酶處理，并放入4℃冰箱備用。EMC工藝圖見圖1。

圖1　EMC工藝圖Fig.1Process flow chart of EMC

1.3.2噴霧干燥優(yōu)化試驗(yàn)

以酶改性干酪粉的回收率為指標(biāo)，對(duì)噴霧干燥的3個(gè)主要因素：進(jìn)料流量（0.15、0.2、0.25、0.3、0.35 L/h）、熱風(fēng)流量（20、24、28、32、36 m3/h）、進(jìn)口溫度（110、130、150、170、190℃）進(jìn)行單因素試驗(yàn)［13］。

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，進(jìn)行三因素三水平中心組合設(shè)計(jì)的響應(yīng)面試驗(yàn)研究，試驗(yàn)設(shè)計(jì)如表1所示。

表1　因素水平編碼表Table 1Factor level coding table

根據(jù)響應(yīng)面分析建立回歸模型，并對(duì)回歸方程進(jìn)行擬合度檢驗(yàn)和顯著性檢驗(yàn)，分析各試驗(yàn)因素及交互作用對(duì)產(chǎn)品回收率的影響規(guī)律，得到最優(yōu)參數(shù)組合并進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)。

產(chǎn)品回收率參照于寧華［14］等的方法。

式中：M1為所得EMC粉的質(zhì)量，g；M2為制備EMC時(shí)所用干酪的量，g。

1.3.3酶改性干酪粉基本成分及物理特性的測(cè)定

按照優(yōu)選出的工藝參數(shù)制備得到EMC粉，進(jìn)行如下品質(zhì)指標(biāo)測(cè)定。

1.3.3.1基本成分的測(cè)定

粗蛋白：按照GB/T 5009.5-2010《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中蛋白質(zhì)的測(cè)定》，凱氏定氮法；粗脂肪：按照GB/T 14772-2008《國家標(biāo)準(zhǔn)食品中粗脂肪的測(cè)定》，索氏抽提法；水分：GB/T 5009.3-2010《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中水分的測(cè)定》；食鹽：硝酸銀滴定［15］；灰分：GB 5009.4-2010《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中灰分的測(cè)定》。

1.3.3.2色度測(cè)定

用色差儀進(jìn)行測(cè)定，其中L*、a*、b*表示色度［16］。

1.3.3.3堆積密度測(cè)定

將EMC粉由漏斗自由落體至10 mL量筒內(nèi)，通過測(cè)定10 mL的EMC粉的質(zhì)量，經(jīng)計(jì)算可得堆積密度［17］。

1.3.3.4溶解時(shí)間測(cè)定

取10 g的EMC粉溶于100 mL，25℃的水中，用玻璃棒攪拌，記錄溶解完全所需的時(shí)間［18］。

1.3.3.5酶改性干酪粉的熱變性測(cè)定

采用差示掃描量熱法（different scanning calorimetry，DSC）對(duì)EMC粉的蛋白變性情況進(jìn)行分析，參照盧曉明［19］的方法，將干燥的粉末取5 mg放置于坩堝中，并對(duì)其進(jìn)行壓樣密封。放入測(cè)樣區(qū)，在50℃平衡5 min，以2℃/min升溫至140℃，用N2作保護(hù)氣，以空坩堝為對(duì)照。

1.3.3.4酶改性干酪粉微觀結(jié)構(gòu)的電鏡測(cè)定

參照蘇燕玲［20］的方法，將噴霧干燥的粉進(jìn)行掃描電鏡的測(cè)定，觀察所得粉末的微觀結(jié)構(gòu)。將粉沾到膠布上，將多余的粉吹掉，進(jìn)行噴金工藝處理，選擇電壓為3 kV，放大倍數(shù)為2 000。

1.4數(shù)據(jù)分析

所有試驗(yàn)均重復(fù)3次，利用Origin8.5軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，中心組合設(shè)計(jì)采用Design-Expert8.05進(jìn)行分析。

2　結(jié)果與分析

2.1噴霧干燥的單因素試驗(yàn)結(jié)果

選擇熱風(fēng)流量為28 m3/h，進(jìn)口溫度為170℃，研究不同進(jìn)料流量對(duì)產(chǎn)品回收率的影響，結(jié)果如圖2所示。

圖2　進(jìn)料流量對(duì)回收率的影響Fig.2The material flow on the influence of product recovery

在進(jìn)料流量為0.25 L/h之前，隨著進(jìn)料流量的增加，酶改性干酪粉的回收率隨之增加，當(dāng)進(jìn)料流量較小時(shí)所得回收率也較小。但在進(jìn)料流量為0.25 L/h之后，隨著進(jìn)料流量的繼續(xù)增加，回收率隨之降低。這是由于噴霧干燥設(shè)備的風(fēng)速確定時(shí)，隨著進(jìn)料流量的增加，進(jìn)入霧化室的物料量增加，但是風(fēng)速不夠充足，部分物料不能在短時(shí)間內(nèi)被霧化而呈液態(tài)狀，在霧化室中沾到器壁的內(nèi)表面，造成部分物料的損失，致使回收率的降低。由圖可知，在進(jìn)料流量為0.25 L/h時(shí)，酶改性干酪粉的回收率達(dá)到最大。

選擇進(jìn)口溫度為170℃，進(jìn)料流量為0.25 L/h，不同熱風(fēng)流量下產(chǎn)品回收率的試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3　熱風(fēng)流量對(duì)產(chǎn)品回收率的影響Fig.3Hot air volume on the influence of product recovery

由圖3可知，酶改性干酪粉的回收率隨著熱風(fēng)流量的增加呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，當(dāng)熱風(fēng)流量達(dá)到28 m3/h時(shí)，產(chǎn)品的回收率達(dá)到最大。當(dāng)物料的進(jìn)料流量確定時(shí)，提高熱風(fēng)流量可加快傳熱傳質(zhì)進(jìn)程，從而有助于噴霧干燥的進(jìn)行。但當(dāng)熱風(fēng)流量大于一定的值時(shí)，過大的風(fēng)速會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品攜帶率上升，一部分產(chǎn)品會(huì)從排風(fēng)口隨著廢氣排除，從而造成物料的顯著損失。因此過大的熱風(fēng)流量對(duì)于粉的回收率并不利，因此，選擇熱風(fēng)流量為28 m3/h。

選取熱風(fēng)流量為28 m3/h，進(jìn)料流量為0.25 L/h，不同進(jìn)口溫度對(duì)產(chǎn)品回收率的影響如圖4所示。

圖4　進(jìn)口溫度對(duì)產(chǎn)品回收率的影響Fig.4Inlet temperature effects on product recovery

從圖4中可以看出，隨著進(jìn)口溫度的增加，回收率也隨之增加，但在進(jìn)口溫度為170℃之后，回收率有所降低。溫度升高有利于水分的快速蒸發(fā)，從而有利于提高干燥速率，但由于酶改性干酪中含有蛋白質(zhì)等熱敏感的物質(zhì)，過高的進(jìn)口溫度會(huì)使得所干燥的物料發(fā)生熱變性，因此，綜合考慮選擇進(jìn)口溫度為170℃。

2.2噴霧干燥中心組合設(shè)計(jì)結(jié)果

根據(jù)干燥單因素所得到的試驗(yàn)結(jié)果，選擇熱風(fēng)流量為26 m3/h～30 m3/h；進(jìn)口溫度為：160℃～180℃；進(jìn)料流量為：0.2 L/h～0.3 L/h，采用Design-Expert8.05軟件進(jìn)行中心組合設(shè)計(jì)并對(duì)噴霧干燥的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。試驗(yàn)方案及結(jié)果如表2所示。

表2　Box-Behnken試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 2Design and results of Box-Behnken experiments

用Design-Expert8.05軟件對(duì)表2中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，得到產(chǎn)品回收率與進(jìn)口溫度、進(jìn)料流量、熱風(fēng)流量之間的回歸模型如式（2）所示，該方程更好的反映了各因素及其交互作用項(xiàng)與指標(biāo)產(chǎn)品回收率之間的關(guān)系：

該方程的回歸系數(shù)R2=0.989 6，說明該方程響應(yīng)值的變化98.96%來自于所選的自變量，只有不到1.04%的總變異不能用該方程來解釋。該模型的方差分析及系數(shù)的顯著性檢驗(yàn)結(jié)果見表3。

方差檢驗(yàn)采用F檢驗(yàn)來判定，P值越小表明該項(xiàng)越顯著，對(duì)指標(biāo)的影響越明顯。由表3可知，該模型的顯著水平為0.01，失擬檢驗(yàn)為不失擬（P＞0.05），表示該模型可以實(shí)現(xiàn)較高的擬合精度。顯著性分析結(jié)果顯示，對(duì)回收率影響的因素主次為：進(jìn)料流量＞進(jìn)口溫度＞熱風(fēng)流量。系數(shù)檢驗(yàn)結(jié)果表示，一次項(xiàng)A不顯著，B、C項(xiàng)極顯著，顯著水平為0.01。交互作用項(xiàng)AC不顯著，AB、BC為顯著項(xiàng)。二次項(xiàng)A2不顯著。

表3　回歸模型系數(shù)顯著性檢驗(yàn)分析表Table 3Significance test of the regression coefficients

對(duì)顯著的交互作用項(xiàng)進(jìn)行響應(yīng)面分析，進(jìn)口溫度與進(jìn)料流量的交互作用的響應(yīng)面及平面圖如圖5所示。

圖5　進(jìn)料流量和進(jìn)口溫度對(duì)產(chǎn)品回收率影響的響應(yīng)面和平面圖Fig.5Response surface and planar graph of feeding rate and inlet temperature on the yield of product

從其交互的響應(yīng)面圖可以看出，當(dāng)固定進(jìn)口溫度，隨著熱風(fēng)流量的增加產(chǎn)品的回收率呈下降的趨勢(shì)。在進(jìn)料流量為0.25 L/h，進(jìn)口溫度為170℃時(shí)，產(chǎn)品的回收率達(dá)到最大值。

熱風(fēng)流量與進(jìn)料流量的交互項(xiàng)的響應(yīng)面圖及平面圖如圖6所示。

圖6　熱風(fēng)流量和進(jìn)料流量對(duì)產(chǎn)品回收率影響的響應(yīng)面和平面圖Fig.6Response surface and planar graph of hot air flow rate and feeding rate on the yield of product

在響應(yīng)面圖可以看出，當(dāng)進(jìn)料流量為0.25 L/h，熱風(fēng)流量為28 m3/h，產(chǎn)品的回收率達(dá)到最大值。

2.3噴霧干燥參數(shù)最佳組合及驗(yàn)證試驗(yàn)

通過響應(yīng)面分析，得到噴霧干燥的最佳參數(shù)組合為：熱風(fēng)流量為27.12 m3/h、進(jìn)料流量為0.25 L/h、進(jìn)口溫度為171.14℃，在此條件下得到的產(chǎn)品回收率為46.54%。

根據(jù)響應(yīng)面分析所得到的參數(shù)與指標(biāo)間的回歸方程，進(jìn)行三次驗(yàn)證試驗(yàn)，驗(yàn)證的試驗(yàn)結(jié)果與回歸方程的預(yù)測(cè)結(jié)果相近。結(jié)果如表4所示。

2.4EMC粉的理化測(cè)定

在所得到的工藝參數(shù)下進(jìn)行干燥，測(cè)得酶改性干酪粉的組成成分及物理特性見表5。

表5　酶改性干酪粉的組成成分及物理特性Table 5Composition and physical properties of EMC powder

酶改性干酪粉的主要組成成分為蛋白質(zhì)及脂肪，含水率為3.5%有利于其保藏。亮度值L*為77.25，紅度值a*為負(fù)，黃度值b*為正，肉眼觀察產(chǎn)品外觀為微黃色，具有特殊的奶香味，且在水中具有很好的溶解性。

2.5DSC的測(cè)定結(jié)果分析

采用優(yōu)化后的噴霧干燥條件，將EMC進(jìn)行干燥，對(duì)其進(jìn)行DSC的測(cè)定，熱焓曲線的變化如圖7所示。

圖7　EMC粉的DSC變化曲線Fig.7The DSC curve of EMC powder

從圖7中可以得到，隨著溫度的升高，熱流變化明顯，曲線出現(xiàn)了吸熱峰，這是由于在升溫過程中，蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)生了異常變化，即蛋白質(zhì)變性所致。從圖中可以得到EMC粉的熱變性溫度為79.12℃。

2.6電鏡掃描結(jié)果與分析

所制備的酶改性干酪粉的掃描電鏡觀察圖見圖8，放大倍數(shù)為2 000。

圖8　EMC粉的電鏡掃描圖Fig.8Electron microscope scanning figure of EMC powder

從圖8中可以看出，EMC粉呈球形顆粒狀，可單個(gè)或多個(gè)沾在一起呈串狀存在，與蘇燕玲［20］的結(jié)果一致。粉的顆粒呈球狀，表面光滑，界面清晰，在視野中的顆粒發(fā)生凹陷的數(shù)量并不多，球狀顆粒其流動(dòng)性好。

3　結(jié)論

1）進(jìn)行了酶改性干酪粉的噴霧干燥試驗(yàn)研究，結(jié)果表明增加進(jìn)料流量會(huì)提高產(chǎn)品回收率，但流量過大會(huì)產(chǎn)生粘壁的不利現(xiàn)象；隨著熱風(fēng)流量的增加，酶改性干酪粉的回收率呈先上升后下降的趨勢(shì)；進(jìn)口溫度增加會(huì)提高產(chǎn)品回收率，但過高溫度會(huì)導(dǎo)致熱變性發(fā)生。

2）根據(jù)干燥單因素所得到的試驗(yàn)結(jié)果，選擇熱風(fēng)流量為26 m3/h～30 m3/h；進(jìn)口溫度160℃～180℃；進(jìn)料流量為0.2 L/h～0.3 L/h；通過響應(yīng)面分析，得到對(duì)回收率（Y）影響的因素主次為：進(jìn)料流量（B）＞進(jìn)口溫度（C）＞熱風(fēng)流量（A）；得到的回歸模型為：Y=-867.822+ 0.881A+942.35B+9.148C+5.95AB-0.01AC-1.7BC-0.014A2-1600.6B2-0.025C2；結(jié)合實(shí)際情況對(duì)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，熱風(fēng)流量為28 m3/h，進(jìn)料流量為0.25 L/h，進(jìn)口溫度為170℃，在此條件下得到的產(chǎn)品回收率為46.67%。

3）在最佳工藝參數(shù)條件下制備得到的EMC粉蛋白質(zhì)含量為24.51%、脂肪含量22.9%，含水率為3.5%有利于其保藏。色澤呈微黃色，具有特殊的奶香味，在水中具有很好的溶解性，熱變性溫度為79.12℃，呈球形顆粒狀存在。

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Study on the Optimization of Spray Drying Process Conditions and Characteristics of Enzymemodified Cheese Powder

HAO Qian-hong1，CHEN Hui-min2，SUN Jun-jie1，ZHONG Yu-bei1，MIAO Shuai1，CHEN Shu-xing1，*
（1.Food&Bioengineering School，Henan University of Science&Technology，Luoyang 471023，Henan，China；2.Luoyang Testing Center for Quality and Safety of Agri-produces，Luoyang 471023，Henan，China）

To obtain the optimal spray drying process conditions of enzyme modified cheese（EMC）powder，EMC slurry was used as raw material and product recovery was used as the main indicator，effects of feed flow rate，inlet temperature and hot air flow rate on the product recovery were investigated，and the regression model was built by central composite design combing with response surface analysis.The quality of the final product was also evaluated through chromatic difference analysis，electron microscope analysis，and differential scanning calorimetry（DSC）analysis.The results showed that：along with the increasing of feed flow rate，the product recovery rate of EMC increased，but also wall deposition increased；along with increasing of hot air flow rate，the product recovery rate increased at first and then decreased；along with increasing of the inlet temperature，the product recovery rate increased，but higher temperatures caused the more thermal denaturation.The results of response surface analysis showed that：the sequence of factors those affected product recovery rate（Y）was the feed flow rate（B）＞inlet temperature（C）＞hot air flow rate（A）；the final product had better color and solubility with product recovery rate of 46.67%，moisture content of 3.5%，under optimized conditions of the hot air flow rate 28 m3/h，the feed flow rate 0.25 L/h，inlet temperature 170℃.The findings should be able to serve as

for the actual production of EMC powder.

enzyme modified cheese；spray drying；recovery rate；central composite design

10.3969/j.issn.1005-6521.2016.17.017

2016-05-16

國家863項(xiàng)目資助（2007AA10Z311）

郝千紅（1989—），女（漢），在讀碩士研究生，研究方向：功能性乳制品。

陳樹興（1965—），男，教授，研究生導(dǎo)師，研究方向：功能性乳制品及干酪加工技術(shù)。