小麦麸皮脱色工艺研究

黄世瑜，邓源喜，王家良，许 晖，李晓之

蚌埠学院食品与生物工程学院，蚌埠，233030

小麦麸皮是麦粒最外层的表皮，是麦粒经磨粉机加工磨粉后留下来的一部分，是面粉厂的主要副产物。小麦麸皮含蛋白质、碳水化合物、维生素和矿物质等多种营养素，特别是丰富的膳食纤维和B族维生素，具有很好的保健功能。以往小麦麸皮大多被当作饲料用来喂猪或其它牲口，或用于酿造酱油、制醋等，经济价值不高。现在越来越多的研究是从小麦麸皮中提取麸皮蛋白、E和B族维生素、膳食纤维、低聚糖等活性物质，开始作为食品辅助原料使用，甚至直接食用。为了提高麸皮的食用性，需要做精制处理，淡化褐变的颜色和降低令人不愉快的气味。通常采用蒸煮、加酸、加糖、干燥等处理改善风味。本研究利用脱色剂，降低麸皮的褐色，提高麸皮二次加工的适应性,使人们更好地接受小麦麸皮类的食品[1-2]。

脱色剂又称为漂白剂，是指能破坏或者抑制食品色泽形成因素，使其色泽褪去或者避免食品褐变的一类添加剂，按作用机理分为氧化型脱色剂和还原型脱色剂。氧化型脱色剂是通过本身的氧化作用破坏着色物质或发色基团，从而达到脱色的目的[3-6]；还原型脱色剂主要是通过所产生的二氧化硫的还原作用，使色素成分分解或褪色[7-9]。过氧化氢和焦亚硫酸钠是食品加工中比较常用的脱色剂，前者为氧化型脱色剂， GB 2760-2014 《食品安全国家标准食品添加剂使用标准》批准其作为加工助剂使用,后者为还原型脱色剂。脱色剂除可改善食品色泽外，还具有一定的抑菌防腐、抗氧化等作用[10]。

本研究分别选用过氧化氢和焦亚硫酸钠作为脱色剂对小麦麸皮进行脱色处理，通过对脱色剂的使用量、脱色时间、脱色温度等因素的考察，在各单因素实验基础之上，通过正交优化实验，确定小麦麸皮的最佳脱色工艺，并对产品中脱色剂的残留量进行检测[11-12]。

1 实验部分

1.1 主要实验材料与试剂

小麦麸皮由安徽雁湖面粉(集团)有限公司提供，30%过氧化氢由天津市永大化学试剂有限公司生产，食品级焦亚硫酸钠由湖南岳阳三湘化工有限公司生产。

1.2 主要仪器与设备

电子天平(YP1102型，上海越平科学仪器有限公司)；台秤(SL-525型，武义县金宇衡器有限公司)；电热鼓风干燥箱(101-OAB型，天津市泰斯特仪器有限公司)；数显恒温水浴锅(HH-2型，金坛市杰瑞尔电器有限公司)；测色色差计(CR-10型，日本MINNOTA公司)。

1.3 实验方法

1.3.1 小麦麸皮脱色工艺流程

原料验质→浸泡→脱色→漂洗→干燥→成品冷却→色泽测定。

1.3.2 主要操作说明

(1)原料验质：原料干燥，无杂质。

(2)浸泡：将小麦麸皮与去离子水按照1∶3的比例浸泡约30 min。金属离子存在会降低漂白剂的效力，所以试验过中用软化水，在实际生产中可使用金属螯合剂。

(3)脱色：将所选择的不同脱色剂按照不同用量，选择不同温度、脱色时间等进行脱色处理，水浴加热过程中需要不断进行搅拌,以防脱色不均匀。

(4)干燥：脱色后的小麦麸皮用清水漂洗，再用纱布滤水后放入干燥箱中，在70 ℃条件下干燥成松散的碎屑状，含水量13%以下。

(5)色泽测定：利用CR-10色差仪对脱色后的小麦麸皮进行测定。取下色差计镜头保护盖，打开电源，按一下样品目标键。先将镜头口对正白色样板，按录入工作键，将标准样板记存。再将镜头对准需检测物品的被测部位，按录入工作键，输出该被检物品与样板的色差值L*、a*和b*值。Lab色彩模型是由照度L*和有关色彩的a*、b*三个要素组成：L*表示照度(Luminosity)，相当于亮度，取值范围为0～100，0代表黑色，100代表白色；a*表示从洋红色至绿色的范围；b*表示从黄色至蓝色的范围。测得的小麦麸皮表面色泽L*值，数值越大表明样品颜色越浅，脱色效果越好；反之，则为样品的颜色越深，脱色效果越差[13]。

1.3.3 单因素试验

过氧化氢是二元弱酸,在水中逐步电离：

H2O2→H++HO2-

HO2-→H++O22-

过氧氢根离子HO2-是脱色的有效成分，可与色素中的共轭羰基结构反应破坏其发色基团，产生脱色作用。OH-有利于HO2-的生成，脱色效果好。但考虑到强碱对小麦麸皮营养成分特别是膳食纤维结构和维生素B1的破环性大，所以脱色过程中不添加OH-，pH值自然状态。

焦亚硫酸钠是强还原剂，色素经还原作用而褪色。焦亚硫酸钠漂白作用的有效成分为SO2，反应分解方程式：

Na2S2O5+H2O2NaHSO3

NaHSO3NaOH+SO2

焦亚硫酸钠水溶液呈酸性，与强酸接触有利于放出SO2，在脱色过程中，通常加入稀盐酸或柠檬酸作为助剂。柠檬酸是食品添加剂，考虑到食品安全，脱色过程中加入0.2 %的柠檬酸作为助剂。

在以上条件下，分别用过氧化氢和焦亚硫酸钠作为脱色剂。选择与脱色相关的三个因素(脱色剂用量、脱色温度、脱色时间)进行单因素试验。测定L*值，确定最佳单因素水平。

1.3.4 正交试验

分别根据单因素试验结果，确定三因素水平表，并进行了因素3水平( 33)正交实验，确定最佳脱色工艺条件，并比较过氧化氢和焦亚硫酸钠最佳脱色工艺条件下的脱色效果[14]。

1.3.5 过氧化氢和总二氧化硫残留量的测定

过氧化氢残留量检出限为0.5 mg/kg，定量限为3 mg/kg。

二氧化硫残留量检出限为3.0 mg/kg,定量限为10.0 mg/kg。

2 结果和讨论

2.1 过氧化氢脱色试验结果分析

2.1.1 过氧化氢脱色剂在不同用量下对小麦麸皮脱色效果的影响

在50 ℃、2.5 h条件下，分别用0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%、1.2%、1.4%、1.6%、1.8%、2.0%的过氧化氢对小麦麸皮进行脱色处理，结果如图1所示。随着过氧化氢用量的增加，L*值不断增加，当过氧化氢用量1.6%后，L*值增加幅度很小。H2O2是强氧化剂，不仅有脱色作用，用量过高对小麦麸皮的营养成分也会有一定的副作用，因而取浓度1.6 %为最佳脱色用量。

图1 过氧化氢浓度对小麦麸皮色泽的影响

图2 过氧化氢脱色温度对小麦麸皮色泽的影响

2.1.2 过氧化氢脱色剂在不同温度下对小麦麸皮脱色效果的影响

在过氧化氢浓度为1.6%的条件下，分别选择10 ℃、20 ℃、30 ℃、40 ℃、50 ℃、60 ℃、70 ℃、80 ℃对小麦麸皮脱色处理2.5 h，结果如图2所示。50 ℃时L*值最大，脱色效果最好，这可能与过氧化氢的稳定性有关。在温度30 ℃以下过氧化氢比较稳定，随着温度的增高，分解速率加快，不断释放出活性成分，但温度过高，反应速度过快，过氧化氢分解出O2，无漂白能力。

2.1.3 过氧化氢脱色剂在不同时间下对小麦麸皮脱色效果的影响

在过氧化氢浓度为1.6 %、温度50 ℃的条件下，分别对小麦麸皮脱色处理0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0 h，结果如图3所示。小麦麸皮L*值呈现先上升后下降的趋势，2 h前L*值明显增加，之后增加缓慢，3 h时L*值达到最大。再之后，随着脱色时间的延长，L*值几乎没增加，反而有所下降。以上现象可能是随着时间的延长，过氧化氢逐渐分解，存在量越来越少，最后完全分解，脱色不再进行。而因过氧化氢的作用，小麦麸皮中的一些成分可能进入浸泡液中形成杂质，在这样复杂的浸泡液体系中，小麦麸皮中的磷脂、蛋白质等物质可能与这些杂质发生氧化或相互结合等副反应，又生成了一些有色物质。

图3 过氧化氢脱色时间对小麦麸皮色泽的影响

2.1.4 过氧化氢脱色正交试验结果分析

在单因素试验的基础上，综合考虑脱色剂用量(A)、脱色温度(B)、脱色时间(C)三个因素对小麦麸皮脱色效果的影响，确定三因素水平并进行正交组合试验。正交试验因素水平及结果如表1、表2所示。

表1 H2O2脱色正交试验因素水平表

表2 H2O2脱色正交试验结果

由表1、表2的正交试验可知：三个因素对小麦麸皮脱色的影响程度为A>B>C，即过氧化氢用量对小麦麸皮脱色效果的影响最大，脱色温度次之，脱色时间影响效果较小。最佳脱色工艺参数为A2B2C3，即过氧化氢用量为1.6%，在50 ℃下脱色3.5 h，小麦麸皮脱色效果最好，L*值为59.47。

2.2 焦亚硫酸钠脱色试验结果分析

2.2.1 焦亚硫酸钠脱色剂在不同用量下对小麦麸皮脱色效果的影响

在40 ℃条件下，分别用0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%、0.7%、0.8%的焦亚硫酸钠对小麦麸皮进行脱色处理，结果如图4所示。随着焦亚硫酸用量的增加，L*值有所增加，0.5%后，L*值增加幅度很小。从节约成本和残留量考虑，选0.5%为最佳浓度。

图4 焦亚硫酸钠浓度对小麦麸皮色泽的影响

2.2.2 焦亚硫酸钠在不同温度下对小麦麸皮脱色效果的影响

在焦亚硫酸钠浓度为0.5%的条件下，分别选择10 ℃、20 ℃、30 ℃、40 ℃、50 ℃、60 ℃、70 ℃、80 ℃对小麦麸皮脱色处理4 h，结果如图5所示。60 ℃时L*值最大，脱色效果最好。因为焦亚硫酸钠本身可缓慢分解，加热时分解速度加快，SO2挥发也会加快。

2.2.3 焦亚硫酸钠在不同时间下对小麦麸皮脱色效果的影响

在焦亚硫酸钠浓度为0.5%、温度60 ℃的条件下，分别对小麦麸皮脱色处理1、2、3、4、5、6、7、8 h，结果如图7所示。浸泡时间对于小麦麸皮脱色开始几乎成直线上升，4 h后，继续延长浸泡时间，脱色效果并无明显增强。这可能是随着时间的延长，浸泡液pH值上升，降低了漂白的反应速度。综合考虑，选择5 h为最佳浸泡时间。

图5 焦亚硫酸钠脱色温度对小麦麸皮色泽的影响

图6 焦亚硫酸钠脱色时间对小麦麸皮色泽的影响

2.2.4 焦亚硫酸钠脱色正交试验结果分析

在单因素试验的基础上，进行正交组合试验，正交试验因素水平与结果如表3、表4所示。

由表3、表4的正交试验可知：三个因素对小麦麸皮脱色的影响程度为A>C>B，即焦亚硫酸钠用量对小麦麸皮脱色效果的影响最大，脱色时间次之，脱色温度影响最小。最佳脱色工艺参数为A2B2C3，即焦亚硫酸钠用量为0.5%，在60 ℃的温度下脱色6 h，小麦麸皮脱色效果最好，L*值为67.25。

表3 Na2S2O5脱色正交试验因素水平表

表4 Na2S2O5脱色正交试验结果

2.3 过氧化氢和二氧化硫残留量测定结果

参照GB 5009.226-2016 食品安全国家标准中过氧化氢残留量的测定方法，未检测出过氧化氢的残留；参照GB 5009.34-2016 食品安全 食品中二氧化硫的测定方法，检测SO2残留量为9.23 mg·kg-1，符合国家标准。

2.4 过氧化氢和焦亚硫酸钠脱色效果比较

过氧化氢脱色L*最大值为59.47，焦亚硫酸钠脱色L*最大值为67.25。

3 结束语

小麦麸皮是小麦加工成面粉过程中的副产品，营养价值丰富，开始作为食品辅料使用，甚至直接食用。但小麦麸皮有令人不愉快的褐变色，为了提高麸皮的食用性，利用脱色剂淡化其色泽。实验分别选择氧化型脱色剂过氧化氢和还原型脱色剂焦亚硫酸钠进行脱色试验，通过对脱色剂的使用量、脱色时间、脱色温度等因素的考察，在单因素实验基础之上，通过正交优化实验，依据色差仪测得的L*值确定小麦麸皮的最佳脱色工艺，并对产品中脱色剂的残留量进行检测。结果显示：过氧化氢浓度1.6%、50 ℃脱色3.5 h，小麦麸皮脱色效果最好；焦亚硫酸钠用量0.5%、60 ℃脱色6 h，小麦麸皮脱色效果最好。L*值相比，焦亚硫酸钠脱色效果较显著，优于过氧化氢，脱色剂的使用及残留量均符合国家标准。小麦麸皮脱色工艺的研究对小麦麸皮的深加工和升值利用有一定的促进作用，相信小麦麸皮将会在食品市场被推广，被越来越多的人愉快地接受，从而产生较好的经济效益和社会效益。