微波辅助花生壳漂白工艺的研究

那广宁，张丁洁，赵杰，刘洪铭，丛靖晗，陈存坤

（1.沈阳工学院生命工程学院，辽宁抚顺113122；2．国家农产品保鲜工程技术研究中心（天津），农业农村部农产品贮藏保鲜重点实验室，天津市农产品采后生理与贮藏保鲜重点实验室，天津300384）

吊炉花生是一种口感香酥、较受欢迎的传统食品[1-4]。在实际生产过程中为了改善花生壳的外观品质，达到均匀白皙的目的，通常使用漂白剂对花生壳进行漂白。传统花生壳漂白一般采用Na2SO3、ClO2等做漂白剂，其中Na2SO3漂白效果虽好，但会有SO3残留，在食用安全及环境保护中均有极大危害；另外，使用含氯漂白剂不仅会有难闻的气味残留，还会造成一定程度的环境污染[5-7]。食品安全作为食品营养的基础一直备受人们关注，因此选用无毒、无污染且经济、高效的漂白剂，对花生壳的漂白有重要意义[8-13]。陈团伟等[14]证明了过氧化氢与过氧乙酸混合液是一种可行且效果较好的花生壳无氯漂白剂。本文在吊炉花生制作工艺中，以过氧化氢和过氧乙酸混合液作为漂白剂，以微波处理[15-20]替代传统的水浴加热，分析了过氧化氢与过氧乙酸混合溶液中过氧化氢体积分数、微波时间、微波功率、pH 值4 个因素对花生壳漂白效果的影响，并应用Box-Behnken 试验设计原理进行响应面分析，确定了花生壳的最佳漂白工艺参数。采用最佳的漂白工艺参数，缩短了花生壳的漂白时间，且在微波的作用下，促进了过氧乙酸的分解，产品过氧乙酸残留量更少，食用更安全。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料与设备

大白沙花生：辽宁省义县张家堡；50%食品级过氧化氢、15%食品级过氧乙酸：荆州双雄化工科技有限公司；95%乙醇、醋酸、碳酸氢钠：均为分析纯，广州化学试剂厂。

电子秤（旺丰ACS-15 型）：永康市杰力衡器有限公司；色差计（WSC-S 型）：上海精密科学仪器有限公司；实验室微波合成仪（HX-MC-1）：北京祥鹄科技发展有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 花生壳漂白工艺流程

（原料称重）原辅料预处理→花生煮制（浸泡、沥干）→花生烘烤→漂白剂浸泡→烘干→成品

1.2.2 混合漂白剂的配制

将浓度为35%的过氧化氢溶液与浓度为15%的过氧乙酸溶液按比例混合，配制成不同规格，以原35 %浓度过氧化氢体积分数计的混合漂白剂。

1.2.3 单因素试验设计

将1 kg 烘烤后的花生浸泡于1 000 mL 混合漂白剂中，分别对不同的过氧化氢体积分数（10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%）、微波时间（1、2、3、4、5、6、7 min）、pH 值（4、5、6、7、8、9、10）和微波功率（400、480、560、640、720、800、880 W）进行单因素试验，考察各单因素对漂白效果的影响。

1.2.4 Box-Behnken 试验设计

根据Box-Behnken 的中心复合试验设计原理，结合之前得到的数据结果，基于Design-Expert 软件进行Box-Behnken 试验设计。以色差计色泽白度L 值为考察指标，选取过氧化氢体积分数（A）、微波时间（B）、pH值（C）、微波功率（D）4 个因素为自变量，每个自变量的低、中、高试验水平分别以-1、0、1 进行编码。试验因素水平设计见表1。

表1 响应面试验因素水平Table 1 Factors and levels in response surface analysis

1.2.5 花生亮度L 值的测定

将95%乙醇与醋酸按体积比5 ∶1 配制成混合溶液，将漂白后烘干的花生浸泡于混合溶液中2 h，用WSC-S 型测色色差计测定浸渍液Huter L 值，L 值为明度指数，L=0 表示黑色，L=100 表示白色，中间有100个等级，以L 值表示花生壳亮度。

1.2.6 数据处理与分析

花生壳漂白试验结果分析：Excel 数据分析工具进行方差分析；Box-Behnken 试验结果分析：Design-Expert 8.0.6.1 软件。

2 结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1 不同过氧化氢体积分数对花生漂白效果的影响漂白溶液中过氧化氢体积分数对漂白效果的影响见图1。

图1 漂白溶液中过氧化氢体积分数对漂白效果的影响Fig.1 Effect of hydrogen peroxide volume fraction in bleaching solution on bleaching effect

由图1 可知，溶液中过氧化氢的体积分数对漂白效果有明显影响，当达到峰值后，随着过氧化氢体积分数的增加漂白效果基本一致，呈平缓趋势。在过氧化氢的体积分数在20%以下时，漂白后的花生壳依旧为褐色没有达到预期效果，不予以考虑。在漂白溶液中，当过氧化氢体积分数超过40%以上时，漂白后花生壳在颜色变白的同时花生壳表面也变得粗糙不光滑，出于对花生壳的外观以及成本等问题的综合考虑，漂白溶液中过氧化氢最佳体积分数选择30%。

2.1.2 不同微波时间对花生漂白效果的影响

微波时间对漂白效果的影响见图2。

由图2 可知，在花生壳漂白的过程中，微波时间是影响漂白效果的重大因素之一，随着微波时间的增长，漂白效果越来越好直至微波时间为4 min 时，花生壳色泽均匀，达到预期效果并保持不变。因此，考虑到快速、高效等诸多因素，将花生壳最优微波时间定为4 min。

图2 微波时间对漂白效果的影响Fig.2 Effect of microwave time on bleaching effect

2.1.3 不同pH 值对花生漂白效果的影响

pH 值对漂白效果的影响见图3。

图3 pH 值对漂白效果的影响Fig.3 Effect of pH value on bleaching effect

在花生壳的漂白中，漂白效果与溶液的pH 值有着很大的关系，由图3 可知，在pH 值为8 时，花生壳的漂白效果是最好的，因此，花生壳漂白的最优工艺中的最佳pH 值为8。

2.1.4 不同漂白温度对花生漂白效果的影响

微波功率对漂白效果的影响见图4。

图4 微波功率对漂白效果的影响Fig.4 Influence of microwave power on bleaching effect

在漂白过程中，确定混合漂白剂比例不变，随着微波功率的上升，漂白溶液中的有效成分也在随之上升而开始分解，漂白效果也呈现先上升后下降的现象，漂白效果在640 W 之前逐渐增强，640 W 之后漂白效果则随着漂白剂的有效成分的分解呈现下降的趋势。

2.2 响应面试验分析

按响应面设计方案，花生壳漂白结束后分别对其进行亮度值L 的测定，结果见表2。

表2 试验方案与结果Table 2 Experimental design and results

运用Design-Expert（Version 8.0.6）软件对试验数据进行响应曲面分析，建立A（过氧化氢体积分数）、B（微波时间）、C（pH 值）和 D（微波功率）4 个因素与亮度值L 之间的二次多项式模型，拟合得到二次回归方程：

回归方程的方差分析见表3。

表3 回归方程的方差分析Table 3 Variance analysis of regression equation

由表3 可知：响应面优化拟合出的方程回归项的模型 p＜0.05，有差异显著性，失拟项（p=0.173 5＞0.05）差异不显著。D，A2，B2，C2，D2影响极显著。从 F 值大小得出，4 个因素对亮度值L 的影响大小排列顺序为：D（微波功率）＞B（微波时间）＞A（过氧化氢体积分数）＞C（pH 值）。

2.3 亮度值L 的响应面曲面分析

为考察影响因素间的曲面效应，对二次回归模型进行响应的曲面分析。通过Design ExpertV 8.0.6.1 软件获得三维响应面，能够直观地反映出各个因素及其相互作用对试验结果的影响。等高线的形状反映交互效应的强弱，圆形表示两个因素交互作用不显著，椭圆形表示两个因素交互作用显著。结果见图5～图7。

由图5～图7 可看出，过氧化氢体积分数和微波时间、过氧化氢体积分数和微波功率对L 值的交互作用均显著。

图5 过氧化氢体积分数和微波时间交互作用对L 值的影响Fig.5 Influence of interaction between hydrogen peroxide volume fraction and microwave time on L value

图6 过氧化氢体积分数和微波功率交互作用对L 值的影响Fig.6 Influence of interaction between hydrogen peroxide volume fraction and microwave power on L value

图7 微波时间和pH 值交互作用对L 值的影响Fig.7 Influence of interaction between microwave time and pH value on L value

图5 结果显示，随着过氧化氢体积分数的增加，L值在低微波时间下呈缓慢上升至平稳后略缓慢下降的趋势，而在高微波时间下呈略缓慢上升至平稳后缓慢下降趋势；随着微波时间的增加，L 值在低过氧化氢体积分数下呈缓慢上升至平稳后略缓慢下降趋势，而在高过氧化氢体积分数下呈缓慢下降趋势。这说明AB 两种因素互交作用显著。图6 结果显示，随着过氧化氢体积分数的增加，L 值在低微波功率下呈缓慢上升至平稳后略缓慢下降趋势，而在高微波功率下呈缓慢上升至平稳后略缓慢下降趋势；随着微波功率的增加，L 值在低过氧化氢体积分数下呈缓慢上升趋势；而在高过氧化氢体积分数下呈略缓慢下降趋势。这说明两种因素互交显著。图7 结果显示，随着微波时间的增加，L 值在低pH 值下呈略上升趋势，而在高pH 值下呈略缓慢下降趋势；随着pH 值的增加，L 值在低微波时间下呈缓慢上升至平稳后略缓慢下降趋势，而在高微波时间下呈缓慢下降趋势，这说明BC 两种因素交互作用不显著。综上表明AB、BC 和AD 的互交作用显著，与方差分析结果一致。

2.4 最佳工艺条件的预测与检验

通过软件对所建立的模型进行分析，预测花生壳漂白的最优工艺条件为：过氧化氢体积分数30%，微波时间4.023 min，pH 值为8.014，微波功率640 W，此条件下所得L 值可高达71.84。考虑到实际操作的可行性，修正漂白工艺条件为：过氧化氢体积分数30%，微波时间4 min，pH 值为8，微波功率640 W，在此条件下进行5 次平行性试验，所测得的色泽白度L 值平均数值为70.12，与理论预测值71.84 的相对误差较小，这说明试验中的回归方程适合于花生壳漂白效果的预测和分析。

3 结论

通过响应面综合考虑过氧化氢体积分数、微波时间、微波功率、pH 值4 个因素对花生壳色泽白度L 值的影响。根据Box-Behnken 中心组合设计原理设计了四因素三水平试验，用Design-Expert 软件处理试验数据，试验结果表明花生壳漂白工艺的最优条件为过氧化氢体积分数30%、微波时间4 min、pH 值为8、微波功率640 W；在漂白过程中，过氧化氢体积分数和微波时间、过氧化氢体积分数和微波功率对L 值的交互作用显著。虽然花生壳使用漂白剂的类型会有所差异，但优化后L 值的条件对其他漂白剂有一定参考价值。