紅棗是一種營養(yǎng)價值極高的果品，含有豐富的維生素C、維生素P、多糖及二磷酸腺苷和三萜類化合物。目前，市場上的紅棗產(chǎn)品以干制棗為主。益生菌發(fā)酵棗粉是一種新型的休閑食品，不僅具備紅棗的抗氧化、保護腸胃等營養(yǎng)價值，還具備相應(yīng)益生菌調(diào)節(jié)腸道菌群等益生功能，且更易儲存和運輸，是一種良好的營養(yǎng)深加工產(chǎn)品，成為近年來棗果深加工的一種趨勢。
目前常用的干燥技術(shù)有噴霧干燥、微波干燥、真空冷凍干燥、熱風(fēng)干燥、膨化干燥等，其中噴霧干燥法是果蔬粉加工最常用的方法。噴霧干燥法制備的果蔬粉具有含水量低、營養(yǎng)成分保存好、溶解性好、成本較低等優(yōu)點，但也存在熱敏性成分損失的缺點。利用該方法生產(chǎn)的產(chǎn)品主要有番茄粉、棗粉、獼猴桃粉、龍眼粉、芒果粉等，均有良好的效果。
本試驗通過噴霧干燥法，以脫脂乳粉為助干劑，對噴霧干燥條件進行優(yōu)化，以期制備高活菌數(shù)、低含水量、高營養(yǎng)、感官評價良好的發(fā)酵益生菌發(fā)酵棗粉。
材料與方法
1.材料與試劑
靈武紅棗：市售；植物乳桿菌、凝結(jié)芽孢桿菌；LB肉湯培養(yǎng)基、MRS肉湯培養(yǎng)基；瓊脂粉；試驗所用試劑均為分析純。
2.方法
2.1工藝流程及操作要點
發(fā)酵棗漿→添加助干劑→噴霧干燥→益生菌發(fā)酵棗粉
發(fā)酵棗漿（由前期試驗得到）：植物乳桿菌和凝結(jié)芽孢桿菌按3%和1%的接種量接種于滅菌棗漿中，混菌發(fā)酵18h，溫度為37℃。發(fā)酵結(jié)束后測定發(fā)酵棗漿的活菌數(shù)為1.62×108CFU/mL。
添加助干劑：向發(fā)酵棗漿中添加一定量的脫脂乳粉(助干劑)，攪拌均勻，防止噴霧干燥過程中堵塞細管。
噴霧干燥：在一定條件下對發(fā)酵棗漿進行噴霧干燥。
益生菌發(fā)酵棗粉：噴霧干燥結(jié)束后，待出口溫度降至90℃后及時收集益生菌發(fā)酵棗粉，稱質(zhì)量。計算出粉率、測定含水量、活菌數(shù)和堆積密度，同時記錄感官評分。
2.2單因素試驗
噴霧干燥機進口溫度的確定：其他條件確定不變，進口溫度分別設(shè)置為140℃、150℃、160℃、170℃，通過考察益生菌發(fā)酵棗粉的感官評分、出粉率、含水量、堆積密度、活菌數(shù)確定噴霧干燥機進口溫度。
噴霧干燥機霧化流量的確定：其他條件確定不變，霧化流量分別設(shè)置為414L/h、473L/h、536L/h、601L/h，通過考察益生菌發(fā)酵棗粉的感官評分、出粉率、含水量、堆積密度、活菌數(shù)確定噴霧干燥機霧化流量。
噴霧干燥機蠕動泵速的確定：其他條件確定不變，調(diào)整蠕動泵速分別為10%、20%、30%、40%，通過考察益生菌發(fā)酵棗粉的感官評分、出粉率、含水量、堆積密度、活菌數(shù)確定噴霧干燥機的蠕動泵速。
脫脂乳粉添加量的確定：調(diào)整脫脂乳粉添加量為1.5%、2.5%、3.5%、4.5%，蠕動泵速為20%，霧化流量為473L/h，進口溫度為150℃，通過考察益生菌發(fā)酵棗粉的感官評分、出粉率、含水量、堆積密度、活菌數(shù)確定最佳脫脂乳粉的添加量。
2.3響應(yīng)面分析試驗
在單因素試驗的基礎(chǔ)上，根據(jù)Box-Behnken試驗設(shè)計4因素3水平響應(yīng)面試驗，以進口溫度(A)、霧化流量(B)、蠕動泵速(C)、脫脂乳粉添加量(D)為評價因素，以感官評分(Y)為響應(yīng)值進行響應(yīng)面分析，響應(yīng)面試驗因素與水平見表1。
2.4測定方法
益生菌發(fā)酵棗粉出粉率的計算：
水分的測定：準(zhǔn)確稱量益生菌發(fā)酵棗粉2g置于已質(zhì)量恒定的有蓋稱量瓶中，置于105℃的恒溫鼓風(fēng)干燥箱中干燥2～4h，蓋好蓋子取出，在干燥器內(nèi)冷卻0.5h后稱質(zhì)量。重復(fù)操作，直至前后的稱量差＜2mg即為質(zhì)量恒定。
活菌數(shù)檢測：傾注平板計數(shù)法：取1g樣品加入9mL滅菌后的生理鹽水，用渦旋振蕩器充分混合均勻后，采用10倍系列稀釋，選擇3個合適稀釋度的樣品均液，各取1mL加入無菌玻璃平板中，倒入滅菌后的MRS培養(yǎng)基，放入37℃ 培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。每個梯度做三組平行，取平均值。
1.進口溫度對益生菌發(fā)酵棗粉的影響
當(dāng)進口溫度低于150℃時，隨著進口溫度的升高，干燥越來越充分，使出粉率和感官評價升高，同時含水量和堆積密度下降，說明益生菌發(fā)酵棗粉的顆粒變小。當(dāng)進口溫度為150℃時出粉率、感官評分、活菌數(shù)最大，分別為39.56%、95.6分、1.83×109CFU/g，堆積密度最小為0.252g/mL，含水量為4.17%。當(dāng)進口溫度高于150℃時，隨著溫度繼續(xù)升高，益生菌存活率迅速下降，粘壁現(xiàn)象嚴重，使出粉率和感官評定下降，益生菌發(fā)酵棗粉的顆粒變大，導(dǎo)致棗粉的堆積密度增大。因此選擇進口溫度150℃為宜。
2.霧化流量對益生菌發(fā)酵棗粉的影響
當(dāng)霧化流量＜473L/h時，隨著霧化流量的增大，噴霧液滴越來越小，霧化效果越來越好，干燥速度變快，活菌存活率升高，出粉率和感官得分增大，含水量和堆積密度變小，益生菌發(fā)酵棗粉的顆粒越來越小，棗粉質(zhì)量越來越高。當(dāng)霧化流量增大至473L/h時，出粉率、感官評分、活菌數(shù)最大，分別為39.15%、94.9分、1.82×109CFU/g，堆積密度最小為0.256g/mL，含水量為4.16%。當(dāng)霧化流量＞473L/h時，由于噴霧液滴過小，干燥過程中水分蒸干帶走少量的熱量，所以活菌數(shù)迅速下降，出粉率略微下降。由于噴霧干燥過程過高的溫度，使益生菌焦糊嚴重，感官評價也快速下降，導(dǎo)致含水量和堆積密度變小。因此選擇霧化流量473L/h為宜。
3.蠕動泵速對益生菌發(fā)酵棗粉的影響
由圖3可知，當(dāng)蠕動泵速＜20%時，隨著蠕動泵速的增大，感官評價基本不變，由于棗的噴霧效果更充分，出粉率增大，由于蠕動泵速增大，平均噴霧液滴增大，在干燥成粉的過程中蒸干的水分帶走更多的熱量，所以活菌數(shù)略微升高，含水量略微上升，堆積密度略微下降。當(dāng)蠕動泵速為20%時，出粉率、感官評分、活菌數(shù)最大，分別為39.43%、93.8分、1.82×109 CFU/g，堆積密度最小為0.253 g/mL，含水量為4.12%。當(dāng)蠕動泵速＞20%時，由于物料的干燥越來越不充分，所以益生菌發(fā)酵棗粉的含水量快速上升，導(dǎo)致感官評定下降，堆積密度不斷上升，說明益生菌發(fā)酵棗粉的顆粒越來越大。粘壁現(xiàn)象嚴重，導(dǎo)致出粉率下降，活菌數(shù)下降。因此選擇蠕動泵速20%為宜。
4.脫脂乳粉添加量對益生菌發(fā)酵棗粉的影響
當(dāng)脫脂乳粉添加量＜2.5%時，隨著脫脂乳粉的添加量增加，由于可溶性固形物含量升高，出粉率不斷升高，含水量和堆積密度變小，說明益生菌發(fā)酵棗粉的顆粒變小，同時對益生菌的保護效果越來越好，使益生菌存活率升高，當(dāng)脫脂乳粉添加量升至2.5%時，出粉率、感官評分、活菌數(shù)達到最大，分別為39.56%、96.5分、1.82×109CFU/g，含水量最小為4.15%，堆積密度為0.254 g/mL。當(dāng)脫脂乳粉添加量＞2.5%時，由于脫脂乳粉含量過大，棗粉特有的香氣和顏色被掩蓋，所以隨著脫脂乳粉繼續(xù)增大，感官評定開始下降�？扇苄怨绦挝锖窟^大，反而影響噴霧效果，所以出粉率也開始下降，過大比例的脫脂乳粉， 相當(dāng)于益生菌發(fā)酵棗粉被稀釋，所以活菌數(shù)開始下降，含水量和堆積密度開始微上升，說明益生菌發(fā)酵棗粉的顆粒大小略增大。因此選擇脫脂乳粉添加量2.5%為宜。
5.響應(yīng)面試驗結(jié)果
以進口溫度(A)、霧化流量(B)、蠕動泵速(C)、脫脂乳粉添加量(D)為自變量，以感官評分(Y)為響應(yīng)值進行Box-Behnken響應(yīng)面分析
6.益生菌發(fā)酵棗粉香氣成分的測定
經(jīng)過益生菌發(fā)酵的棗漿制備的棗粉之所以感官評價較高，是因為棗漿在發(fā)酵過程中乙酸、癸酸等一些酸味較重影響口感的物質(zhì)逐漸減少，產(chǎn)生一些使棗粉更加醇香的物質(zhì)，如乙酸甲酯、辛酸甲酯、月桂酸甲酯等以及一些對香氣有好的影響的烷類、醇類，使益生菌發(fā)酵棗粉更加醇香。
8.益生菌發(fā)酵棗粉理化指標(biāo)及營養(yǎng)成分
測得最佳工藝條件的益生菌發(fā)酵棗粉的活菌數(shù)為1.78×109CFU/g，含水量為3.82%，堆積密度為0.251g/mL，多糖含量為(3.1±0.05)mg/g，總酸含量為(368±5)mg/g，乳酸含量為(73±2)mg/g。
由響應(yīng)面分析試驗可得益生菌發(fā)酵棗粉噴霧干燥最佳工藝參數(shù)為蠕動泵速20%、霧化流量475L/h、進口溫度150℃、脫脂乳粉添加量2.5%，在此優(yōu)化條件下得到益生菌發(fā)酵棗粉出粉率為39.15%，感官評定為95.6分。
測得最佳工藝條件下益生菌發(fā)酵棗粉的活菌數(shù)為1.78×109CFU/g，含水量為3.82%，堆積密度為0.251g/mL，多糖含量(3.1±0.05)mg/g，總酸含量(368±5)mg/g，乳酸含量(73±2)mg/g。測得的益生菌發(fā)酵棗粉香氣成分相比于未發(fā)酵棗漿棗粉更豐富多樣，闡明了益生菌發(fā)酵棗粉香氣醇厚的原因。采用脫脂乳粉作為助干劑相比于傳統(tǒng)助干劑β-環(huán)糊精等在出粉率、感官評定和活菌數(shù)存活率方面都有很大優(yōu)勢。
