王 輝，句榮輝，王 麗，朱建晨

（北京農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院，北京 102442）

柿子是屬于生物學(xué)上柿樹科類植物結(jié)出的果子，還有其他名稱，如米果和猴棗[1-2]。我國(guó)是柿子的原產(chǎn)地，除了不生長(zhǎng)在黑龍江、寧夏、西藏等地區(qū)以外，在其他各地均有大面積的種植[3-4]。在生產(chǎn)柿子總量排行榜上，我國(guó)排在榜首，生產(chǎn)總量大約占世界總產(chǎn)量的70%。其中，最具有代表性的是北京（房山）、河北（涉縣等地方）、山西（永濟(jì)等地方）、廣西（平樂等地方）、貴州（湄潭等地方），這些地方將培養(yǎng)柿樹作為主要發(fā)展對(duì)象，產(chǎn)量加起來占全國(guó)生產(chǎn)總量的70%~80%[5-7]。韓國(guó)、泰國(guó)等國(guó)家也是柿子主要生產(chǎn)國(guó)[8]。

柿樹適應(yīng)性強(qiáng)，栽培管理容易，且壽命長(zhǎng)、產(chǎn)量高，果實(shí)色澤艷麗，味甘甜多汁，營(yíng)養(yǎng)豐富[9]。據(jù)檢測(cè)，每100 g 柿子可溶性固形物含量10%~22%，還含有10%~21%的可溶性糖。可溶性糖是構(gòu)成柿子味感的主要成分，其中90%~99%是葡萄糖和果糖，其余（1%~10%） 是蔗糖和甘露糖。柿子含較多的果糖，蛋白質(zhì)0.7 g 左右，磷19 mg，鈣10 mg，維A 0.6 mg，維C 1 mg，果膠含量大約為1.4%，有機(jī)酸含量大約為0.2%，單寧含量超過了2%，還有多種高價(jià)值的營(yíng)養(yǎng)成分，如胡蘿卜素、碘元素等。有些人還稱柿子為“有益心臟健康的水果王”[10]。柿樹不論是在平地、山地，還是在鹽堿地、土質(zhì)瘠薄地，都能種植，而且生長(zhǎng)良好。尤其是其耐鹽堿力較強(qiáng)，是適宜海灘開發(fā)種植的主要樹種之一[11]。

柿子中的多糖具有較強(qiáng)的生物活性，具有包括免疫調(diào)節(jié)、抗腫瘤、降血糖、降血脂、抗輻射、抗菌抗病毒、保護(hù)肝臟等保健作用[12]。噴霧干燥具傳熱快、水分蒸發(fā)迅速、干燥時(shí)間短的特點(diǎn)，且品質(zhì)量好、質(zhì)地松脆、溶解性能好[13]。研究噴霧干燥法制取多糖粉及其在食品加工中的應(yīng)用，對(duì)柿子資源的充分利用具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

原材料：柿子果實(shí)，購(gòu)自北京市房山區(qū)青龍湖鎮(zhèn)地區(qū)。

藥品：β - 環(huán)糊精、可溶性淀粉、麥芽糊精、乳清粉、乙基麥芽酚、卡拉膠。

試驗(yàn)試劑：無水乙醇、80%乙醇、試驗(yàn)用水為二次蒸餾水。

1.2 儀器與設(shè)備

DL-360B 型智能超聲波清洗儀，上海之信儀器有限公司產(chǎn)品；HH-4 型恒溫水浴鍋，江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司產(chǎn)品；QL-866 型渦旋振蕩，海門市其林貝爾儀器制造有限公司產(chǎn)品；HC-3018型高速離心機(jī)，安徽中科中佳科學(xué)儀器有限公司產(chǎn)品；FA-1104N 型分析天平，上海菁海儀器有限公司產(chǎn)品；H-SprayMini 型小型噴霧干燥儀，安徽霍爾斯工程技術(shù)有限公司產(chǎn)品。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 柿子多糖噴霧干燥工藝

柿子洗凈、去皮、去籽→烘干（65 ℃，48 h） →粉碎、過篩（65 目= 0.25 mg） →稱質(zhì)量→料液比（1∶10） →無水乙醇（20 mL） →振蕩、混勻→超聲輔助熱水浸提（80 ℃，1 h） →離心（4 000 r/min，10 min） →去除液體→80%乙醇沉淀（10 mL，24 h） →離心→水溶解、定容（1 000 mL） →粗多糖溶液→酶解→滅酶→振蕩（4 h） →過濾→添加助干劑→噴霧干燥→出粉。

1.3.2 助干劑對(duì)出粉率和溶解性的影響

助干劑分別選用乳清粉、乙基麥芽酚、卡拉膠、麥芽糊精、β - 環(huán)糊精、可溶性淀粉為備選助干劑，按柿子酶解液中可溶性固形物含量計(jì)算，其添加量均為1/9，噴霧干燥條件為進(jìn)風(fēng)溫度120 ℃，進(jìn)料質(zhì)量分?jǐn)?shù)20.0%，進(jìn)風(fēng)風(fēng)量100.0%，以不添加助干劑為對(duì)照，比較不同助干劑對(duì)出粉率、溶解率的影響。

1.3.3 助干劑添加量對(duì)出粉率和溶解性的影響

采用最優(yōu)助干劑，對(duì)β - 環(huán)糊精添加量進(jìn)行確定，根據(jù)柿子粉的多少進(jìn)行計(jì)算，設(shè)置β - 環(huán)糊精添加量為10%，20%，30%，40%，50%。

1.3.4 不同進(jìn)風(fēng)溫度對(duì)出粉率、溶解度的影響

試驗(yàn)采用篩選出的β - 環(huán)糊精的最優(yōu)用量5 g，固定噴霧干燥參數(shù)為進(jìn)料質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%，進(jìn)風(fēng)風(fēng)量100.0%，考查不同進(jìn)風(fēng)溫度100，110，120，130，140 ℃對(duì)出粉率、溶解度的影響。

1.3.5 不同進(jìn)料質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)出粉率、溶解度的影響

試驗(yàn)采用篩選出的β - 環(huán)糊精的最優(yōu)用量5 g，固定噴霧干燥參數(shù)為進(jìn)風(fēng)溫度120 ℃，進(jìn)風(fēng)風(fēng)量100%，考查不同進(jìn)料質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%，15%，20%，25%，30%對(duì)出粉率、溶解度的影響。

1.3.6 響應(yīng)面試驗(yàn)

根據(jù)單因素試驗(yàn)，把進(jìn)風(fēng)溫度、進(jìn)料質(zhì)量分?jǐn)?shù)、助干劑添加量為自變量，根據(jù)Box-behnken 設(shè)計(jì)原理，利用Design Expert V 8.0 軟件設(shè)計(jì)試驗(yàn)，以出粉率、溶解性為響應(yīng)值，進(jìn)行三因素三水平的響應(yīng)面分析試驗(yàn)[14]。

柿子噴霧干燥試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)見表1。

表1 柿子噴霧干燥試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)

1.4 試驗(yàn)檢測(cè)方法

1.4.1 出粉率[15]

1.4.2 溶解性

使用于婷等人[16]的方法進(jìn)行優(yōu)化：取出芒果粉1 g，在50 mL 25 ℃的水環(huán)境下進(jìn)行溶解，同時(shí)打開攪拌器進(jìn)行攪拌，并記錄溶解所需的總時(shí)間。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)

2.1.1 助干劑對(duì)出粉率和溶解性的影響

已知柿子多糖上清液中多糖含量高，分別考查可溶性淀粉、麥芽糊精、β - 環(huán)糊精、卡拉膠、乳清粉、乙基麥芽酚6 種助干劑對(duì)柿子上清液的出粉率、溶解性影響[17]。

助干劑選擇見表2。

表2 助干劑選擇

由表2 可知，與不添加助干劑的相比，添加可溶性淀粉、麥芽糊精、β - 環(huán)糊精、卡拉膠、乳清粉、乙基麥芽酚作為助干劑能夠顯著提高出粉率，減輕黏壁情況，改善粉體的感官性狀；β - 環(huán)糊精相較于其他的助干劑綜合效果較為滿意。選用β - 環(huán)糊精作為柿子噴霧干燥的助干劑。

2.1.2 助干劑添加量對(duì)出粉率和溶解性的影響

不同助干劑添加量對(duì)溶解性及出粉率影響見圖1。

圖1 不同助干劑添加量對(duì)溶解性及出粉率影響

由圖1 可知，根據(jù)β - 環(huán)糊精使用量的上升，出粉率、溶解性的改變呈現(xiàn)出很大不同；出粉率先緩慢增加，后快速持續(xù)增加，溶解性呈現(xiàn)逐漸變快的趨勢(shì)。當(dāng)β - 環(huán)糊精添加量為50%時(shí)，出粉率達(dá)到最高為16.56%，依據(jù)變化值，選擇β - 環(huán)糊精最適添加量為50%。

2.1.3 噴霧干燥參數(shù)單因素

不同進(jìn)風(fēng)溫度對(duì)溶解性及出粉率影響見圖2。

圖2 不同進(jìn)風(fēng)溫度對(duì)溶解性及出粉率影響

由圖2 可知，隨著溫度升高，出粉率、溶解性的變化趨勢(shì)差別較大；出粉率先逐漸上升后下降，溶解性差別較大。溫度為120 ℃時(shí)，出粉率達(dá)到最高，為18.84%，根據(jù)單因素試驗(yàn)，溫度可選擇為100~120 ℃。

2.1.4 噴霧干燥參數(shù)單因素

不同進(jìn)料質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)溶解性及出粉率影響見圖3。

圖3 不同進(jìn)料質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)溶解性及出粉率影響

由圖3 可知，隨著進(jìn)料質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大，出粉率、溶解性的變化趨勢(shì)差別較大；出粉率先逐漸上升后下降，溶解性先增強(qiáng)后緩慢降低。進(jìn)料質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%時(shí)，出粉率達(dá)到最高，為17.33%。根據(jù)單因素試驗(yàn)，為了同時(shí)確保出粉率和品質(zhì)，進(jìn)料質(zhì)量分?jǐn)?shù)可選擇為15~25%。

2.2 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果

各單因素試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理采用Origin 8.6 軟件繪圖，響應(yīng)面試驗(yàn)采用Design Expert V 8.0 軟件處理數(shù)據(jù)并繪圖。

（1） 模型建立與顯著性檢驗(yàn)。根據(jù)Box-behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，依據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，確定助干劑（X1）、進(jìn)風(fēng)溫度（X2） 和進(jìn)料質(zhì)量分?jǐn)?shù)（X3） 3 個(gè)因素，以出粉率%（Y1）、溶解度時(shí)間/s（Y2） 為指標(biāo)，構(gòu)建Box-behnken 試驗(yàn)，中心點(diǎn)設(shè)計(jì)5 個(gè)重復(fù)[18]。

Box-behnken 設(shè)計(jì)方案見表3。

表3 Box-behnken 設(shè)計(jì)方案

（2） 響應(yīng)面優(yōu)化柿子噴霧干燥的溶解性研究。使用Design ExpertV 8.0 軟件對(duì)7 中測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行二次線性回歸擬合，構(gòu)建出數(shù)學(xué)模型[19]：

二次多項(xiàng)回歸方程方差分析見表4。

由表4 可知，F(xiàn)值（0.37） 和p值（0.914 3） 說明模型不顯著，但擬合效果較為良好，失擬項(xiàng)不顯著，這反映了得到的二次回歸方程可信度高，可以有效對(duì)響應(yīng)值進(jìn)行預(yù)測(cè)[20]。因數(shù)據(jù)差距不大只能相對(duì)比較得知對(duì)溶解度影響進(jìn)風(fēng)溫度（B） ＞進(jìn)料質(zhì)量分?jǐn)?shù)（C） ＞助干劑添加量（A）。

表4 二次多項(xiàng)回歸方程方差分析

（3） 柿子噴霧干燥溶解性響應(yīng)面圖形分析。多種值彼此影響，產(chǎn)生了對(duì)柿子干燥溶解率作用的解析圖。因各組數(shù)據(jù)差距不大，根據(jù)二次回歸模型相對(duì)比較得知沒有最顯著突出的點(diǎn)但是相對(duì)來說助干劑添加量50%，進(jìn)風(fēng)溫度110 ℃，進(jìn)料質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%，溶解度最優(yōu)[21]。

助干劑添加量與進(jìn)風(fēng)溫度交互作用對(duì)溶解性影響響應(yīng)面圖見圖4，助干劑添加量與進(jìn)料質(zhì)量分?jǐn)?shù)交互作用對(duì)溶解性影響響應(yīng)面圖見圖5，進(jìn)料質(zhì)量分?jǐn)?shù)與進(jìn)風(fēng)溫度交互作用對(duì)溶解性影響響應(yīng)面見圖6。

圖4 助干劑添加量與進(jìn)風(fēng)溫度交互作用對(duì)溶解性影響響應(yīng)面圖

圖5 助干劑添加量與進(jìn)料質(zhì)量分?jǐn)?shù)交互作用對(duì)溶解性影響響應(yīng)面圖

圖6 進(jìn)料質(zhì)量分?jǐn)?shù)與進(jìn)風(fēng)溫度交互作用對(duì)溶解性影響響應(yīng)面

（4） 響應(yīng)面優(yōu)化柿子噴霧干燥的出粉率研究。利用Design Expert 8.0 軟件將上述表5 中的測(cè)試數(shù)據(jù)分別使用二次線性回歸擬合，構(gòu)建出數(shù)學(xué)模型[22]：

二次多項(xiàng)回歸方程方差分析見表5。

表5 二次多項(xiàng)回歸方程方差分析

由表5 可知，F(xiàn)值（4.03） 和p值（0.039 8） 說明模型較顯著，模型擬合效果比較良好[23]，失擬項(xiàng)不顯著，則意味著得到的二次回歸方程可行度高，可以在一定程度上對(duì)響應(yīng)值的估計(jì)起作用。因數(shù)據(jù)差距不大只能相對(duì)比較得知對(duì)出粉率的影響助干劑添加量（A） ＞進(jìn)風(fēng)溫度（B） ＞進(jìn)料質(zhì)量分?jǐn)?shù)（C）。

（5） 柿子噴霧干燥出粉率響應(yīng)面圖形分析。多種值彼此影響。因各組數(shù)據(jù)差距不大，根據(jù)二次回歸模型相對(duì)比較得知沒有最顯著突出的點(diǎn)但是相對(duì)來說助干劑添加量50%，進(jìn)風(fēng)溫度110 ℃，進(jìn)料質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%，出粉率最優(yōu)[24]。

助干劑添加量與進(jìn)風(fēng)溫度交互作用對(duì)出粉率影響響應(yīng)面圖見圖7，助干劑添加量與進(jìn)料質(zhì)量分?jǐn)?shù)交互作用對(duì)出粉率影響響應(yīng)面圖見圖8，進(jìn)風(fēng)溫度與進(jìn)料質(zhì)量分?jǐn)?shù)交互作用對(duì)出粉率影響響應(yīng)面圖見圖9。

圖7 助干劑添加量與進(jìn)風(fēng)溫度交互作用對(duì)出粉率影響響應(yīng)面圖

圖8 助干劑添加量與進(jìn)料質(zhì)量分?jǐn)?shù)交互作用對(duì)出粉率影響響應(yīng)面圖

圖9 進(jìn)風(fēng)溫度與進(jìn)料質(zhì)量分?jǐn)?shù)交互作用對(duì)出粉率影響響應(yīng)面圖

3 結(jié)論

以得粉率和溶解時(shí)間為響應(yīng)值，柿子干燥最佳工藝條件為助干劑添加量50%，進(jìn)風(fēng)溫度110 ℃，進(jìn)料質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%。在優(yōu)化的條件下得粉率為33.64%，溶解時(shí)間為14.42 s。在此工藝條件下制得的柿子粉為淡黃色。由方差分析可知，以溶解時(shí)間為因變量來看，影響因素中助干劑添加量、進(jìn)風(fēng)溫度、進(jìn)料質(zhì)量分靈敏對(duì)柿子制粉均有一定的影響，并經(jīng)綜合考慮確定了柿子噴霧干燥最佳工藝條件。

采用Design Expert 8.0 軟件，通過響應(yīng)面分析得到噴霧干燥的進(jìn)料質(zhì)量分?jǐn)?shù)、進(jìn)風(fēng)溫度和助干劑添加量因素的模型方程，各因素對(duì)柿子噴霧影響不是很顯著。在相對(duì)情況下助干劑添加量50%，進(jìn)風(fēng)溫度110℃，進(jìn)料質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%時(shí)出粉率、溶解度均最優(yōu)。可以為實(shí)際生產(chǎn)提供一定的技術(shù)參考。