微波辅助法提取生鲜湿面褐变产物工艺研究

张琼琼，张国治，王远辉，许 飞，吴宵云，张兰兰，张依琳，李博宇

河南工业大学 粮油食品学院，河南 郑州 450001

生鲜湿面是日常饮食中较受欢迎的面条种类之一，其水分含量高、弹性足、口感温和而筋道，且营养成分得到了最大限度的保留，符合消费者对面条营养性的选择[1]。高品质的生鲜湿面呈亮白或亮黄色，无酸味、霉味等异味。由于生鲜湿面的水分含量高，其在制作完成后1～2 d便会发生劣变，主要有褐变和微生物两方面的原因，严重限制了货架期，制约着生鲜湿面的产业化发展[2]。针对生鲜湿面的褐变现象，已有研究集中于抑制褐变的方法[3-6]，但仍处于探索阶段，需要更加系统和全面的研究帮助解析生鲜湿面的褐变机制。

研究生鲜湿面褐变产物的首个任务是提取褐变产物，本团队已利用溶剂浸提法和超声辅助提取法对生鲜湿面中褐变产物进行提取，并对提取参数进行优化，但提取时间长达数小时[7]。时间过长不利于制备褐变产物及分析实验，故需要更高效的提取方法。微波辅助法已经广泛用于天然产物的提取工艺[8-9]，利用电磁波的高频性、波动性等特点加快分子运动、迫使细胞破裂，使得萃取成分快速溶解于溶剂中，相比于传统溶剂萃取法，具有高效、稳定、低能耗等优点[10-11]。作者通过测定样品的色泽，并利用单因素结合响应面法，对微波辅助法提取生鲜湿面褐变产物的工艺进行优化，获得最佳提取参数，为进一步高效收集生鲜湿面褐变产物提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 试验材料与设备

精制小麦粉(特二等)：河南金苑粮油有限公司；无水乙醇(分析纯)：天津市天力化学试剂有限公司；蒸馏水：自制。CR-400色差仪：日本柯尼卡美能达株式会社；DXF-10C 500 g密封型摇摆式粉碎机：广州市大祥电子机械设备有限公司；JHMZ200和面机、JMTD-168/140试验面条机：北京东孚久恒仪器技术有限公司；SD-9011色度仪：上海昕瑞仪器仪表有限公司；H1850台式高速离心机：湖南湘仪实验室仪器开发有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 褐变产物提取工艺

褐变产物提取工艺：褐变后的生鲜湿面→干燥→粉碎→微波提取→离心→测定上清液铂钴指数。在精制粉中加入1%的食盐和34%的蒸馏水，经和面、熟化、压延、切条，制成厚度为1 mm的生鲜湿面，常温(约25 ℃)放置24 h使其褐变。将褐变后的生鲜湿面避光晾干(水分含量12%～13%)，粉碎为粒径小于125 μm的粉状样品，每份称取2.0 g样品，分别按照试验要求的乙醇体积分数、料液比、微波时间和微波功率提取褐变产物，以10 000 r/min离心20 min取上清液。离心后提取物的剩余残渣在室温下晾干，再使用高速粉碎机粉碎至粒径均小于125 μm。使用色度仪测定上清液的铂钴指数，用来表征提取液中褐变产物的多少[7]。

1.2.2 色泽测定

利用色差仪测定原料小麦粉、褐变后的生鲜湿面粉状样、提取褐变产物后的生鲜湿面残渣粉状样的色泽，样品粒径均小于125 μm。以白色标准板为空白，将粉状样品倒入粉状样专用测定盒中进行测定，得到L*、a*和b*值，并计算亨特白度(Hunter whiteness)，公式如下：

亨特白度=100-[(100-L*)2+a*2+b*2]1/2。

1.2.3 单因素试验

考察乙醇体积分数(50%、60%、70%、80%、90%)、料液比(1∶6、1∶8、1∶10、1∶12、1∶14 g/mL)、微波时间(1、2、3、4、5、6 min)、微波功率(80、240、400、640、800 W)4个因素对褐变产物提取效果的影响。

1.2.4 响应面优化试验

根据单因素试验结果，以乙醇体积分数、料液比、微波时间、微波功率为考察因素，铂钴指数为响应值，采用中心组合原理设计四因素三水平的响应面优化试验，确定褐变产物的最佳提取工艺。

1.3 数据处理

各组试验均进行平行试验(n=3)，以平均值±标准差表示结果。使用软件Design Expert 7.0进行响应面分析，采用统计分析软件SPSS Statistics 20.0对数据进行显著性分析(P<0.05)，使用Sigmaplot 12.5软件绘图。

2 结果与分析

2.1 色泽测定结果

为减小粉状样品粒度对色泽测定的影响，褐变的生鲜湿面和提取后的残渣被粉碎至与原料小麦粉相似的粒度。各样品的亨特白度见图1。原料小麦粉的亨特白度最高，达到90.82，此数值达到市场销售小麦粉的白度要求[12]。褐变后生鲜湿面的亨特白度显著降低(P<0.05)，仅为81.90，说明制作的生鲜湿面的色泽发生明显的褐变。残渣的亨特白度较提取前显著增加(P<0.05)，达到86.81，说明微波辅助提取有效地降低生鲜湿面中褐变产物，也可认为褐变产物能被提取。

注：用t检验法进行分析，标有不同小写字母者表示组间差异显著(P<0.05)；标有相同小写字母者表示组间差异不显著(P>0.05)。

2.2 单因素试验

2.2.1 乙醇体积分数

在料液比1∶10(g/mL)、微波时间2 min、微波功率400 W的条件下，考察乙醇体积分数对生鲜湿面褐变产物提取效果的影响。由图2可知，随着乙醇体积分数的不断增大，铂钴指数呈现先增加后减小的趋势，当乙醇体积分数为70%时，铂钴指数最大。当乙醇体积分数低于70%时，铂钴指数随着乙醇体积分数的增加而显著提高，较低的乙醇体积分数无法使物料中的褐变产物被有效提取，铂钴指数低。当乙醇体积分数过高时，萃取体系沸腾现象明显，乙醇挥发，影响褐变产物提取效果[13]。因此微波萃取的最佳乙醇体积分数为70%。

图2 乙醇体积分数对褐变产物提取效果的影响

2.2.2 料液比

在乙醇体积分数80%、微波时间2 min、微波功率400 W的条件下，考察料液比对生鲜湿面褐变产物提取效果的影响。由图3可知，当料液比在1∶6～1∶10(g/mL)范围内时，铂钴指数快速增加，料液比为1∶10(g/mL)时铂钴指数达到最大值，随着料液比的继续增加，铂钴指数出现了下降趋势。适当的增加料液比可提高褐变产物的提取率。当料液比较小时，溶剂中提取到的褐变产物浓度高，且少量的萃取溶剂不能吸收和传递足够的微波能，这些因素均不利于物质的传递，影响褐变产物提取率[14]。当继续增大料液比时，铂钴指数无显著性变化(P>0.05)，褐变产物提取率不再明显增加，根据后续浓缩纯化等操作的便利性原则和节约溶剂原则，料液比最佳参数为1∶10(g/mL)。

图3 料液比对褐变产物提取效果的影响

2.2.3 微波功率

在乙醇体积分数80%、料液比1∶10(g/mL)、微波时间2 min的条件下，考察微波功率对生鲜湿面褐变产物提取效果的影响。由图4可知，当微波功率大于240 W时，铂钴指数显著增加(P<0.05)，在400 W和640 W时达到最大值，褐变产物提取效果最佳。微波辐射主要是利用电磁波的高频性和波动性加强提取体系中的物质传递，当微波功率低于240 W时，到达物料内部微波能不足以使物料的温度快速上升，物料内压力达不到膨胀破裂的压力，则褐变产物由物料向溶剂的物质传递效果较差，铂钴指数低[15]。当微波功率超过640 W时，提取溶剂爆沸现象严重，影响褐变产物提取效果。因此选择400 W作为MAE最佳提取功率。

图4 微波功率对褐变产物提取效果的影响

2.2.4 微波时间

在乙醇体积分数80%、料液比1∶10(g/mL)、微波功率400 W的条件下，考察微波时间对生鲜湿面褐变产物提取效果的影响。如图5所示，随着微波提取时间的延长，铂钴指数快速升高并趋于稳定，在3 min时铂钴指数达到最大值。理论上微波提取时间的延长使得物料吸收的能量更大，分子热运动加剧，褐变产物提取率更高，铂钴指数更大，但当微波辐射时间达到一定值时，物料中分子溶解速度达到最大，延长微波时间还有可能破坏某些成分使得铂钴指数变小；当微波时间过短时，物料对微波辐射能的吸收效果较差，铂钴指数较低[16]。因此，从最佳提取效果和省时低耗能的角度考虑，选择3 min作为褐变产物的最佳微波提取时间。

图5 微波时间对褐变产物提取效果的影响

2.3 响应面优化试验

2.3.1 响应面试验设计与方差分析

响应面优化试验设计因素与水平见表1。

表1 因素与水平

根据中心组合设计原理，在单因素试验结果的基础上，以铂钴指数为响应值，选择乙醇体积分数(A)、料液比(B)、微波功率(C)和微波时间(D)设计响应面试验，29组试验设计和结果见表2。

表2 微波辅助提取褐变产物工艺优化结果

对表2中微波辅助提取褐变产物的试验数据进行响应面分析，得到多元回归模拟方程：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。对上述模型进行方差分析，结果见表3，该模型具有极高显著性(P<0.01)；失拟项不显著(P>0.05)，表明拟合效果良好。由表4可知，模型拟合度(0.95)与校正拟合度(0.90)两者接近，且均接近于1，且信噪比高于14，说明该模型具有统计学意义，可靠、试验误差小，此回归方程能对微波辅助提取褐变产物试验进行良好拟合，可用于优化其提取工艺参数。在选取的试验范围内比较各因素的F值可知，单个因素对褐变产物提取效果的影响程度依次为A>C>B>D。模型各项中，A、BC、A2对褐变产物提取效果有极显著影响(P<0.01)，B2、C2对褐变产物提取效果有显著影响(P<0.05)。

表3 微波辅助提取工艺拟合回归方程方差分析

表4 响应面模型的回归方程分析结果

2.3.2 验证试验

生鲜湿面褐变产物MAE法利用响应面优化后最佳工艺参数：乙醇体积分数73.5%，料液比1∶11(g/mL)，微波功率400 W，微波时间2.5 min，铂钴指数预测值为537.35。在此条件下进行5次平行试验验证，测得的铂钴指数均值为529.60，与预测值相比，偏差率为1.44%，说明此模型拟合性良好，可用于预测褐变产物的提取效果，得到的最佳工艺参数也可靠准确。

3 结论

经过测定原料小麦粉、褐变的生鲜湿面、提取褐变产物后的生鲜湿面残渣的色泽，发现采用微波辅助提取法可高效提取生鲜湿面中褐变产物。以提取液中铂钴指数为评价指标，评价提取褐变产物的效果。通过响应面法优化微波辅助提取得到最佳工艺参数：乙醇体积分数73.5%，料液比1∶11(g/mL)、微波功率400 W、微波时间2.5 min。方差分析显示响应面模型拟合及预测性良好，并对此条件进行了验证试验，实际测量值与预测值接近，试验误差小，得到的工艺参数可用于褐变产物的提取研究。微波辅助提取大大缩短生鲜湿面褐变产物的提取时间，为高效制取褐变产物以及后续的分离纯化及结构鉴定奠定了基础。