微波輔助法提取生鮮濕面褐變產(chǎn)物工藝研究

張瓊瓊，張國治，王遠(yuǎn)輝，許 飛，吳宵云，張?zhí)m蘭，張依琳，李博宇

河南工業(yè)大學(xué) 糧油食品學(xué)院，河南 鄭州 450001

生鮮濕面是日常飲食中較受歡迎的面條種類之一，其水分含量高、彈性足、口感溫和而筋道，且營養(yǎng)成分得到了最大限度的保留，符合消費(fèi)者對面條營養(yǎng)性的選擇[1]。高品質(zhì)的生鮮濕面呈亮白或亮黃色，無酸味、霉味等異味。由于生鮮濕面的水分含量高，其在制作完成后1～2 d便會(huì)發(fā)生劣變，主要有褐變和微生物兩方面的原因，嚴(yán)重限制了貨架期，制約著生鮮濕面的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展[2]。針對生鮮濕面的褐變現(xiàn)象，已有研究集中于抑制褐變的方法[3-6]，但仍處于探索階段，需要更加系統(tǒng)和全面的研究幫助解析生鮮濕面的褐變機(jī)制。

研究生鮮濕面褐變產(chǎn)物的首個(gè)任務(wù)是提取褐變產(chǎn)物，本團(tuán)隊(duì)已利用溶劑浸提法和超聲輔助提取法對生鮮濕面中褐變產(chǎn)物進(jìn)行提取，并對提取參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，但提取時(shí)間長達(dá)數(shù)小時(shí)[7]。時(shí)間過長不利于制備褐變產(chǎn)物及分析實(shí)驗(yàn)，故需要更高效的提取方法。微波輔助法已經(jīng)廣泛用于天然產(chǎn)物的提取工藝[8-9]，利用電磁波的高頻性、波動(dòng)性等特點(diǎn)加快分子運(yùn)動(dòng)、迫使細(xì)胞破裂，使得萃取成分快速溶解于溶劑中，相比于傳統(tǒng)溶劑萃取法，具有高效、穩(wěn)定、低能耗等優(yōu)點(diǎn)[10-11]。作者通過測定樣品的色澤，并利用單因素結(jié)合響應(yīng)面法，對微波輔助法提取生鮮濕面褐變產(chǎn)物的工藝進(jìn)行優(yōu)化，獲得最佳提取參數(shù)，為進(jìn)一步高效收集生鮮濕面褐變產(chǎn)物提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與設(shè)備

精制小麥粉(特二等)：河南金苑糧油有限公司；無水乙醇(分析純)：天津市天力化學(xué)試劑有限公司；蒸餾水：自制。CR-400色差儀：日本柯尼卡美能達(dá)株式會(huì)社；DXF-10C 500 g密封型搖擺式粉碎機(jī)：廣州市大祥電子機(jī)械設(shè)備有限公司；JHMZ200和面機(jī)、JMTD-168/140試驗(yàn)面條機(jī)：北京東孚久恒儀器技術(shù)有限公司；SD-9011色度儀：上海昕瑞儀器儀表有限公司；H1850臺(tái)式高速離心機(jī)：湖南湘儀實(shí)驗(yàn)室儀器開發(fā)有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 褐變產(chǎn)物提取工藝

褐變產(chǎn)物提取工藝：褐變后的生鮮濕面→干燥→粉碎→微波提取→離心→測定上清液鉑鈷指數(shù)。在精制粉中加入1%的食鹽和34%的蒸餾水，經(jīng)和面、熟化、壓延、切條，制成厚度為1 mm的生鮮濕面，常溫(約25 ℃)放置24 h使其褐變。將褐變后的生鮮濕面避光晾干(水分含量12%～13%)，粉碎為粒徑小于125 μm的粉狀樣品，每份稱取2.0 g樣品，分別按照試驗(yàn)要求的乙醇體積分?jǐn)?shù)、料液比、微波時(shí)間和微波功率提取褐變產(chǎn)物，以10 000 r/min離心20 min取上清液。離心后提取物的剩余殘?jiān)谑覝叵铝栏?，再使用高速粉碎機(jī)粉碎至粒徑均小于125 μm。使用色度儀測定上清液的鉑鈷指數(shù)，用來表征提取液中褐變產(chǎn)物的多少[7]。

1.2.2 色澤測定

利用色差儀測定原料小麥粉、褐變后的生鮮濕面粉狀樣、提取褐變產(chǎn)物后的生鮮濕面殘?jiān)蹱顦拥纳珴?，樣品粒徑均小?25 μm。以白色標(biāo)準(zhǔn)板為空白，將粉狀樣品倒入粉狀樣專用測定盒中進(jìn)行測定，得到L*、a*和b*值，并計(jì)算亨特白度(Hunter whiteness)，公式如下：

亨特白度=100-[(100-L*)2+a*2+b*2]1/2。

1.2.3 單因素試驗(yàn)

考察乙醇體積分?jǐn)?shù)(50%、60%、70%、80%、90%)、料液比(1∶6、1∶8、1∶10、1∶12、1∶14 g/mL)、微波時(shí)間(1、2、3、4、5、6 min)、微波功率(80、240、400、640、800 W)4個(gè)因素對褐變產(chǎn)物提取效果的影響。

1.2.4 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，以乙醇體積分?jǐn)?shù)、料液比、微波時(shí)間、微波功率為考察因素，鉑鈷指數(shù)為響應(yīng)值，采用中心組合原理設(shè)計(jì)四因素三水平的響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)，確定褐變產(chǎn)物的最佳提取工藝。

1.3 數(shù)據(jù)處理

各組試驗(yàn)均進(jìn)行平行試驗(yàn)(n=3)，以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示結(jié)果。使用軟件Design Expert 7.0進(jìn)行響應(yīng)面分析，采用統(tǒng)計(jì)分析軟件SPSS Statistics 20.0對數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著性分析(P<0.05)，使用Sigmaplot 12.5軟件繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 色澤測定結(jié)果

為減小粉狀樣品粒度對色澤測定的影響，褐變的生鮮濕面和提取后的殘?jiān)环鬯橹僚c原料小麥粉相似的粒度。各樣品的亨特白度見圖1。原料小麥粉的亨特白度最高，達(dá)到90.82，此數(shù)值達(dá)到市場銷售小麥粉的白度要求[12]。褐變后生鮮濕面的亨特白度顯著降低(P<0.05)，僅為81.90，說明制作的生鮮濕面的色澤發(fā)生明顯的褐變。殘?jiān)暮嗵匕锥容^提取前顯著增加(P<0.05)，達(dá)到86.81，說明微波輔助提取有效地降低生鮮濕面中褐變產(chǎn)物，也可認(rèn)為褐變產(chǎn)物能被提取。

注：用t檢驗(yàn)法進(jìn)行分析，標(biāo)有不同小寫字母者表示組間差異顯著(P<0.05)；標(biāo)有相同小寫字母者表示組間差異不顯著(P>0.05)。

2.2 單因素試驗(yàn)

2.2.1 乙醇體積分?jǐn)?shù)

在料液比1∶10(g/mL)、微波時(shí)間2 min、微波功率400 W的條件下，考察乙醇體積分?jǐn)?shù)對生鮮濕面褐變產(chǎn)物提取效果的影響。由圖2可知，隨著乙醇體積分?jǐn)?shù)的不斷增大，鉑鈷指數(shù)呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢，當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)為70%時(shí)，鉑鈷指數(shù)最大。當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)低于70%時(shí)，鉑鈷指數(shù)隨著乙醇體積分?jǐn)?shù)的增加而顯著提高，較低的乙醇體積分?jǐn)?shù)無法使物料中的褐變產(chǎn)物被有效提取，鉑鈷指數(shù)低。當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)過高時(shí)，萃取體系沸騰現(xiàn)象明顯，乙醇揮發(fā)，影響褐變產(chǎn)物提取效果[13]。因此微波萃取的最佳乙醇體積分?jǐn)?shù)為70%。

圖2 乙醇體積分?jǐn)?shù)對褐變產(chǎn)物提取效果的影響

2.2.2 料液比

在乙醇體積分?jǐn)?shù)80%、微波時(shí)間2 min、微波功率400 W的條件下，考察料液比對生鮮濕面褐變產(chǎn)物提取效果的影響。由圖3可知，當(dāng)料液比在1∶6～1∶10(g/mL)范圍內(nèi)時(shí)，鉑鈷指數(shù)快速增加，料液比為1∶10(g/mL)時(shí)鉑鈷指數(shù)達(dá)到最大值，隨著料液比的繼續(xù)增加，鉑鈷指數(shù)出現(xiàn)了下降趨勢。適當(dāng)?shù)脑黾恿弦罕瓤商岣吆肿儺a(chǎn)物的提取率。當(dāng)料液比較小時(shí)，溶劑中提取到的褐變產(chǎn)物濃度高，且少量的萃取溶劑不能吸收和傳遞足夠的微波能，這些因素均不利于物質(zhì)的傳遞，影響褐變產(chǎn)物提取率[14]。當(dāng)繼續(xù)增大料液比時(shí)，鉑鈷指數(shù)無顯著性變化(P>0.05)，褐變產(chǎn)物提取率不再明顯增加，根據(jù)后續(xù)濃縮純化等操作的便利性原則和節(jié)約溶劑原則，料液比最佳參數(shù)為1∶10(g/mL)。

圖3 料液比對褐變產(chǎn)物提取效果的影響

2.2.3 微波功率

在乙醇體積分?jǐn)?shù)80%、料液比1∶10(g/mL)、微波時(shí)間2 min的條件下，考察微波功率對生鮮濕面褐變產(chǎn)物提取效果的影響。由圖4可知，當(dāng)微波功率大于240 W時(shí)，鉑鈷指數(shù)顯著增加(P<0.05)，在400 W和640 W時(shí)達(dá)到最大值，褐變產(chǎn)物提取效果最佳。微波輻射主要是利用電磁波的高頻性和波動(dòng)性加強(qiáng)提取體系中的物質(zhì)傳遞，當(dāng)微波功率低于240 W時(shí)，到達(dá)物料內(nèi)部微波能不足以使物料的溫度快速上升，物料內(nèi)壓力達(dá)不到膨脹破裂的壓力，則褐變產(chǎn)物由物料向溶劑的物質(zhì)傳遞效果較差，鉑鈷指數(shù)低[15]。當(dāng)微波功率超過640 W時(shí)，提取溶劑爆沸現(xiàn)象嚴(yán)重，影響褐變產(chǎn)物提取效果。因此選擇400 W作為MAE最佳提取功率。

圖4 微波功率對褐變產(chǎn)物提取效果的影響

2.2.4 微波時(shí)間

在乙醇體積分?jǐn)?shù)80%、料液比1∶10(g/mL)、微波功率400 W的條件下，考察微波時(shí)間對生鮮濕面褐變產(chǎn)物提取效果的影響。如圖5所示，隨著微波提取時(shí)間的延長，鉑鈷指數(shù)快速升高并趨于穩(wěn)定，在3 min時(shí)鉑鈷指數(shù)達(dá)到最大值。理論上微波提取時(shí)間的延長使得物料吸收的能量更大，分子熱運(yùn)動(dòng)加劇，褐變產(chǎn)物提取率更高，鉑鈷指數(shù)更大，但當(dāng)微波輻射時(shí)間達(dá)到一定值時(shí)，物料中分子溶解速度達(dá)到最大，延長微波時(shí)間還有可能破壞某些成分使得鉑鈷指數(shù)變小；當(dāng)微波時(shí)間過短時(shí)，物料對微波輻射能的吸收效果較差，鉑鈷指數(shù)較低[16]。因此，從最佳提取效果和省時(shí)低耗能的角度考慮，選擇3 min作為褐變產(chǎn)物的最佳微波提取時(shí)間。

圖5 微波時(shí)間對褐變產(chǎn)物提取效果的影響

2.3 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)

2.3.1 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方差分析

響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)因素與水平見表1。

表1 因素與水平

根據(jù)中心組合設(shè)計(jì)原理，在單因素試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，以鉑鈷指數(shù)為響應(yīng)值，選擇乙醇體積分?jǐn)?shù)(A)、料液比(B)、微波功率(C)和微波時(shí)間(D)設(shè)計(jì)響應(yīng)面試驗(yàn)，29組試驗(yàn)設(shè)計(jì)和結(jié)果見表2。

表2 微波輔助提取褐變產(chǎn)物工藝優(yōu)化結(jié)果

對表2中微波輔助提取褐變產(chǎn)物的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行響應(yīng)面分析，得到多元回歸模擬方程：Y=392.67+120.81A-2.08B+19.67C-0.39D+0.08AB+15.42AC-25.08AD+51.58BC-3.42BD-23.33CD-122.69A2+30.72B2-32.65C2-2.57D2。對上述模型進(jìn)行方差分析，結(jié)果見表3，該模型具有極高顯著性(P<0.01)；失擬項(xiàng)不顯著(P>0.05)，表明擬合效果良好。由表4可知，模型擬合度(0.95)與校正擬合度(0.90)兩者接近，且均接近于1，且信噪比高于14，說明該模型具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，可靠、試驗(yàn)誤差小，此回歸方程能對微波輔助提取褐變產(chǎn)物試驗(yàn)進(jìn)行良好擬合，可用于優(yōu)化其提取工藝參數(shù)。在選取的試驗(yàn)范圍內(nèi)比較各因素的F值可知，單個(gè)因素對褐變產(chǎn)物提取效果的影響程度依次為A>C>B>D。模型各項(xiàng)中，A、BC、A2對褐變產(chǎn)物提取效果有極顯著影響(P<0.01)，B2、C2對褐變產(chǎn)物提取效果有顯著影響(P<0.05)。

表3 微波輔助提取工藝擬合回歸方程方差分析

表4 響應(yīng)面模型的回歸方程分析結(jié)果

2.3.2 驗(yàn)證試驗(yàn)

生鮮濕面褐變產(chǎn)物MAE法利用響應(yīng)面優(yōu)化后最佳工藝參數(shù)：乙醇體積分?jǐn)?shù)73.5%，料液比1∶11(g/mL)，微波功率400 W，微波時(shí)間2.5 min，鉑鈷指數(shù)預(yù)測值為537.35。在此條件下進(jìn)行5次平行試驗(yàn)驗(yàn)證，測得的鉑鈷指數(shù)均值為529.60，與預(yù)測值相比，偏差率為1.44%，說明此模型擬合性良好，可用于預(yù)測褐變產(chǎn)物的提取效果，得到的最佳工藝參數(shù)也可靠準(zhǔn)確。

3 結(jié)論

經(jīng)過測定原料小麥粉、褐變的生鮮濕面、提取褐變產(chǎn)物后的生鮮濕面殘?jiān)纳珴桑l(fā)現(xiàn)采用微波輔助提取法可高效提取生鮮濕面中褐變產(chǎn)物。以提取液中鉑鈷指數(shù)為評價(jià)指標(biāo)，評價(jià)提取褐變產(chǎn)物的效果。通過響應(yīng)面法優(yōu)化微波輔助提取得到最佳工藝參數(shù)：乙醇體積分?jǐn)?shù)73.5%，料液比1∶11(g/mL)、微波功率400 W、微波時(shí)間2.5 min。方差分析顯示響應(yīng)面模型擬合及預(yù)測性良好，并對此條件進(jìn)行了驗(yàn)證試驗(yàn)，實(shí)際測量值與預(yù)測值接近，試驗(yàn)誤差小，得到的工藝參數(shù)可用于褐變產(chǎn)物的提取研究。微波輔助提取大大縮短生鮮濕面褐變產(chǎn)物的提取時(shí)間，為高效制取褐變產(chǎn)物以及后續(xù)的分離純化及結(jié)構(gòu)鑒定奠定了基礎(chǔ)。