绿番石榴浓缩汁喷雾干燥条件的优化：温度和麦芽糊精的影响

本研究通过中心复合旋转设计优化绿仙人掌浓缩汁喷雾干燥工艺参数，发现最佳条件为145℃和16.5%麦芽糊精浓度，显著提高干燥产量（68.24%）、维生素C保留（25.86 g/100 g）及抗氧化活性，同时降低水分活性和吸湿性，为工业化应用提供理论依据。

　　
酸角（Acerola）作为热带水果，因其丰富的营养成分和潜在的工业价值备受关注。然而，其高挥发性成分和易腐特性使得加工过程中的质量保持成为技术难点。本研究聚焦于优化喷雾干燥工艺参数，以制备高得率、高保留率生物活性成分的酸角粉末。通过中心复合旋转设计（CCRD）考察温度（110–180°C）和麦芽糊精浓度（3–30%）对关键品质指标的影响，结合响应面法与多目标优化，最终确定了最佳工艺条件。

### 研究背景与意义
酸角富含维生素C（干基含量可达25–45g/100g）、多酚类物质及花青素，其维生素C含量是橙子的100倍以上。然而，其果肉极不耐储存，加工过程中易发生成分降解和结块问题。喷雾干燥作为常见的瞬时高温干燥技术，虽能快速脱水，但高温易导致热敏感成分（如维生素C）氧化分解，同时果糖等低聚糖的高玻璃化转变温度（Tg）特性易引发颗粒粘连。已有研究证实，添加麦芽糊精等高Tg载体可改善干燥流变学特性，但针对未成熟酸角（青果）的工艺优化仍存在空白。本研究首次系统探讨青果浓缩汁喷雾干燥中温度与麦芽糊精浓度的协同效应，为开发功能性酸角粉提供了理论依据。

### 关键发现与技术创新
1. **工艺参数优化**
- **最佳温度**：145°C时，干燥得率达68.24%，维生素C保留率25.24g/100g（干基），显著高于120°C（得率60.93%）和170°C（得率53.84%）。
- **载体浓度阈值**：16.5%麦芽糊精（干基）时，水分活性最低（0.181），吸湿性最弱（20.02%），且与干燥得率呈正相关（R2=65.73%）。
- **协同效应**：低温（<145°C）下高载体浓度（>20%）可形成致密保护层，抑制氧气渗透；高温（>160°C）时载体浓度需控制在15%以下以避免热降解加剧。

2. **质量特性提升**
- **营养成分保留**：维生素C含量达25.24g/100g（干基），较传统热风干燥（通常<15g/100g）提升67%。总酚含量稳定在240–378mg GAE/100g，抗氧化活性（DPPH/ABTS）分别达1.19g/g和4201.18μmol TE/g。
- **物理性能改善**：优化条件下粉末粒径分布均匀（20–50μm），表面光滑无结块（SEM图像显示无黏连结构），水分活性值（0.181）低于食品稳定临界值（0.35），显著降低吸湿性（20.02% vs. 未优化时的23–27%）。

3. **机制解析**
- **载体作用**：麦芽糊精通过氢键结合多酚和维生素C，形成三维保护网络。当浓度超过20%时，体系黏度剧增导致雾化效果下降，得率反而降低。
- **热力学平衡**：145°C时，颗粒内部水分扩散速率与外部传热速率达到平衡，既避免高温直接氧化维生素C（否则高温下30分钟即损失15%），又通过载体包裹延缓氧化反应。
- **颜色稳定性**：亮度（L*值78.19）和色相角（h°83.25）与新鲜酸角接近，较传统干燥方法（L*值>85，h°值>80）色差降低12%，归因于载体对花青素的锚定作用。

### 工程应用价值
1. **生产效率提升**：得率从常规工艺的40–50%提升至68%，设备处理能力提高70%，降低生产成本。
2. **功能性食品开发**：高维生素C（25.24g/100g）和抗氧化活性（4201.18μmol TE/g）的粉末可直接用于营养强化剂、抗衰老护肤品原料或冻干复合食品。
3. **工业化可行性**：参数范围覆盖常规喷雾干燥设备能力（温度120–180°C，载体添加量3–30%），且无需特殊设备（采用常规实验室型喷干燥机即可实现）。

### 研究局限性及未来方向
- **未考察因素**：研究中未涉及进料流速（0.45L/h固定）和雾化压力（3.5kg/cm2固定）的动态影响，实际生产中需进一步优化。
- **长期稳定性**：吸湿性测试仅持续7天，未评估长期储存中的水分迁移规律，需补充加速老化实验。
- **载体替代**：麦芽糊精的高成本可能限制应用，未来可探索其他载体（如β-环糊精、多糖复合物）的经济性替代方案。

### 结论
通过多响应面优化，证实145°C和16.5%麦芽糊精（干基）为青果喷雾干燥的黄金组合。该工艺不仅实现68%的高得率，还能最大程度保留维生素C（25.24g/100g）和总酚（3789.64mg GAE/kg），同时使水分活性降至0.181（通过载体浓度梯度调节），吸湿性控制在20%以内。研究为开发功能性酸角粉提供了可复制的工艺包，其成果可直接应用于植物基饮料原料、医药中间体及化妆品原料的生产。