張瓊瓊，張國治，王遠輝，許 飛，吳宵云，張?zhí)m蘭，張依琳，李博宇

河南工業(yè)大學 糧油食品學院，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便會發(fā)生劣變，主要有褐變和微生物兩方面的原因，嚴重限制了貨架期，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制。

研究生鮮濕面褐變產(chǎn)物的首個任務(wù)是提取褐變產(chǎn)物，本團隊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)物進行提取，并對提取參數(shù)進行優(yōu)化，但提取時間長達數(shù)小時[7]。時間過長不利于制備褐變產(chǎn)物及分析實驗，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、波動性等特點加快分子運動、迫使細胞破裂，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[10-11]。作者通過測定樣品的色澤，并利用單因素結(jié)合響應面法，對微波輔助法提取生鮮濕面褐變產(chǎn)物的工藝進行優(yōu)化，獲得最佳提取參數(shù)，為進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)：天津市天力化學試劑有限公司；蒸餾水：自制。CR-400色差儀：日本柯尼卡美能達株式會社；DXF-10C 500 g密封型搖擺式粉碎機：廣州市大祥電子機械設(shè)備有限公司；JHMZ200和面機、JMTD-168/140試驗面條機：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臺式高速離心機：湖南湘儀實驗室儀器開發(fā)有限公司。

1.2 試驗方法

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，分別按照試驗要求的乙醇體積分數(shù)、料液比、微波時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渣在室溫下晾干，再使用高速粉碎機粉碎至粒徑均小于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)物后的生鮮濕面殘渣粉狀樣的色澤，樣品粒徑均小于125 μm。以白色標準板為空白，將粉狀樣品倒入粉狀樣專用測定盒中進行測定，得到L*、a*和b*值，并計算亨特白度(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

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

1.2.4 響應面優(yōu)化試驗

根據(jù)單因素試驗結(jié)果，以乙醇體積分數(shù)、料液比、微波時間、微波功率為考察因素，鉑鈷指數(shù)為響應值，采用中心組合原理設(shè)計四因素三水平的響應面優(yōu)化試驗，確定褐變產(chǎn)物的最佳提取工藝。

1.3 數(shù)據(jù)處理

各組試驗均進行平行試驗(n=3)，以平均值±標準差表示結(jié)果。使用軟件Design Expert 7.0進行響應面分析，采用統(tǒng)計分析軟件SPSS Statistics 20.0對數(shù)據(jù)進行顯著性分析(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渣被粉碎至與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，達到90.82，此數(shù)值達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。殘渣的亨特白度較提取前顯著增加(P<0.05)，達到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，也可認為褐變產(chǎn)物能被提取。

注：用t檢驗法進行分析，標有不同小寫字母者表示組間差異顯著(P<0.05)；標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

2.2.1 乙醇體積分數(shù)

在料液比1∶10(g/mL)、微波時間2 min、微波功率400 W的條件下，考察乙醇體積分數(shù)對生鮮濕面褐變產(chǎn)物提取效果的影響。由圖2可知，隨著乙醇體積分數(shù)的不斷增大，鉑鈷指數(shù)呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢，當乙醇體積分數(shù)為70%時，鉑鈷指數(shù)最大。當乙醇體積分數(shù)低于70%時，鉑鈷指數(shù)隨著乙醇體積分數(shù)的增加而顯著提高，較低的乙醇體積分數(shù)無法使物料中的褐變產(chǎn)物被有效提取，鉑鈷指數(shù)低。當乙醇體積分數(shù)過高時，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數(shù)為70%。

圖2 乙醇體積分數(shù)對褐變產(chǎn)物提取效果的影響

2.2.2 料液比

在乙醇體積分數(shù)80%、微波時間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，當料液比在1∶6～1∶10(g/mL)范圍內(nèi)時，鉑鈷指數(shù)快速增加，料液比為1∶10(g/mL)時鉑鈷指數(shù)達到最大值，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?shù)脑黾恿弦罕瓤商岣吆肿儺a(chǎn)物的提取率。當料液比較小時，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]。當繼續(xù)增大料液比時，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

在乙醇體積分數(shù)80%、料液比1∶10(g/mL)、微波時間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，當微波功率大于240 W時，鉑鈷指數(shù)顯著增加(P<0.05)，在400 W和640 W時達到最大值，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性加強提取體系中的物質(zhì)傳遞，當微波功率低于240 W時，到達物料內(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]。當微波功率超過640 W時，提取溶劑爆沸現(xiàn)象嚴重，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 微波時間

在乙醇體積分數(shù)80%、料液比1∶10(g/mL)、微波功率400 W的條件下，考察微波時間對生鮮濕面褐變產(chǎn)物提取效果的影響。如圖5所示，隨著微波提取時間的延長，鉑鈷指數(shù)快速升高并趨于穩(wěn)定，在3 min時鉑鈷指數(shù)達到最大值。理論上微波提取時間的延長使得物料吸收的能量更大，分子熱運動加劇，褐變產(chǎn)物提取率更高，鉑鈷指數(shù)更大，但當微波輻射時間達到一定值時，物料中分子溶解速度達到最大，延長微波時間還有可能破壞某些成分使得鉑鈷指數(shù)變小；當微波時間過短時，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間。

圖5 微波時間對褐變產(chǎn)物提取效果的影響

2.3 響應面優(yōu)化試驗

2.3.1 響應面試驗設(shè)計與方差分析

響應面優(yōu)化試驗設(shè)計因素與水平見表1。

表1 因素與水平

根據(jù)中心組合設(shè)計原理，在單因素試驗結(jié)果的基礎(chǔ)上，以鉑鈷指數(shù)為響應值，選擇乙醇體積分數(shù)(A)、料液比(B)、微波功率(C)和微波時間(D)設(shè)計響應面試驗，29組試驗設(shè)計和結(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)物的試驗數(shù)據(jù)進行響應面分析，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)計學意義，可靠、試驗誤差小，此回歸方程能對微波輔助提取褐變產(chǎn)物試驗進行良好擬合，可用于優(yōu)化其提取工藝參數(shù)。在選取的試驗范圍內(nèi)比較各因素的F值可知，單個因素對褐變產(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 響應面模型的回歸方程分析結(jié)果

2.3.2 驗證試驗

生鮮濕面褐變產(chǎn)物MAE法利用響應面優(yōu)化后最佳工藝參數(shù)：乙醇體積分數(shù)73.5%，料液比1∶11(g/mL)，微波功率400 W，微波時間2.5 min，鉑鈷指數(shù)預測值為537.35。在此條件下進行5次平行試驗驗證，測得的鉑鈷指數(shù)均值為529.60，與預測值相比，偏差率為1.44%，說明此模型擬合性良好，可用于預測褐變產(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)物后的生鮮濕面殘渣的色澤，發(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)為評價指標，評價提取褐變產(chǎn)物的效果。通過響應面法優(yōu)化微波輔助提取得到最佳工藝參數(shù)：乙醇體積分數(shù)73.5%，料液比1∶11(g/mL)、微波功率400 W、微波時間2.5 min。方差分析顯示響應面模型擬合及預測性良好，并對此條件進行了驗證試驗，實際測量值與預測值接近，試驗誤差小，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)。