響應面法優(yōu)化生濕面防褐變工藝

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(1.湖南農(nóng)業(yè)大學食品科技學院,湖南長沙 410128;2.長沙凱雪糧油食品有限公司,湖南長沙 410008)

面條在亞洲居民飲食文化中占據(jù)重要的一席之地。近年來,生濕面作為日益興起的一種新型方便面制品,其口感風味俱佳,新鮮營養(yǎng),相比于通過干燥和油炸方式降低面條中水分含量而制得的掛面和方便面,更能滿足消費者對食品安全健康營養(yǎng)的飲食消費需求[1-2]。然而生濕面水分含量高,成分復雜,在常溫條件下貯藏易發(fā)生褐變,其主要外在表現(xiàn)為表面色澤變暗,且顏色分布不規(guī)則,嚴重影響外觀,降低了產(chǎn)品的商業(yè)價值[3]。因此,褐變問題是生濕面貯藏期間需要研究者們亟待解決的難點之一。影響面條色澤變化的因素眾多,既與小麥粉的色澤、制粉工藝、多酚氧化酶(PPO)活性等密切相關,還與面粉中主要組分如蛋白質、淀粉、脂肪的含量等有關,生濕面的制作工藝以及貯藏環(huán)境等因素也占有部分的原因[4-5]。

目前,有關褐變的機理仍未明確,有研究表明:生濕面發(fā)生褐變其重要因素為面粉中PPO，在有氧條件下可催化酚類物質轉變?yōu)轷愇镔|，進而產(chǎn)生黑色素,從而引起酶促褐變[6]。因此,抑制生濕面PPO的活性,是維持其良好感官品質和色澤的關鍵出發(fā)點。當前生濕面抑制褐變的措施常采用物理、化學方式,如熱處理、酸處理、添加酶活抑制劑等[7-8]。牛猛等[9]采用超聲波與抗壞血酸聯(lián)用,對生濕面中PPO活性產(chǎn)生協(xié)同抑制作用,有效地抑制了褐變的發(fā)生。李華等[10]考察了抗壞血酸、檸檬酸、異抗壞血酸和植酸這類有機酸對生濕面護色的效果,其主要通過降低面條體系中的pH來防止褐變。茶多酚抗氧化性較強,能抑制氧化酶的活性,可與促進酶促褐變的金屬離子螯合,從而抑制褐變[11];馬鈴薯淀粉可改善面條的色澤,提高面條的食用品質[12];葡萄糖氧化酶可利用氧氣將葡萄糖分子上的醛基轉變?yōu)轸然?生成葡萄糖酸,抑制褐變的發(fā)生[13];熱燙作為一種物理手段常應用于果蔬護色方面,如生姜汁、南瓜葉、香蕉漿等,能有效鈍化PPO的活性,排除氧氣,從而達到抑制酶促褐變的目的[14]。熱燙實現(xiàn)成本低,便于操作,然而鮮見其在生濕面防褐變研究中的應用。本試驗主要通過研究熱燙時間、茶多酚、馬鈴薯淀粉、葡萄糖氧化酶、抗壞血酸對生濕面防褐變效果的影響,篩選出抑制褐變效果較好的幾個因素并采用響應面法優(yōu)化,以期獲得最優(yōu)的生濕面防褐變工藝條件。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

高筋面粉 長沙楊裕興食品有限公司提供;雞蛋、食用堿 市售;抗壞血酸、葡萄糖氧化酶 德國三顆星食品物料公司;馬鈴薯淀粉 河南恩斯食品有限公司;茶多酚 深圳恒生生物科技有限公司。

DK-98-IIA型電熱恒溫水浴鍋 天津市泰斯特儀器有限公司;電子天平 北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司;BS216型壓面機型 石家莊西美特炊事機械制造有限公司;WSC-Y型自動測色色差計 北京光學儀器廠;GZ-250-S型生化培養(yǎng)箱 韶關市廣智科技設備發(fā)展有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 生濕面的制作 稱取高筋粉100 g,稱取質量比為26%飲用水(煮沸后備用)、0.3%食用堿以及4%全蛋液,將其充分混勻,進行手工和面,和面完畢時,要求面絮呈松散的顆粒狀,手握可成團,輕輕搓揉仍可松散復原即可。將其置于壓面機上,將輥距從5 mm逐步調至3.5 mm,每檔反復壓延3～4次,最后形成厚3.5 mm、組織細密、厚薄均勻、平整光滑的面片,將壓延好的面片切成10 cm×10 cm,采用真空包裝袋普通密封包裝后即可。

1.2.2 單因素實驗

1.2.2.1 熱燙時間對生濕面防褐變效果的影響 根據(jù)1.2.1中制作好生濕面用真空包裝袋密封包裝,置于設有85 ℃的恒溫水浴鍋的中央位置,分別熱燙50、60、70、80、90 s,在28 ℃下貯藏，定期測定其色度,并計算色差值ΔE。

1.2.2.2 護色劑對生濕面防褐變效果的影響 面粉中分別加入不同添加量(以面粉質量比計算)的護色劑:茶多酚(0.008%、0.010%、0.012%、0.014%、0.016%);馬鈴薯淀粉(2%、4%、6%、8%、10%);葡萄糖氧化酶(0.01%、0.02%、0.03%、0.04%、0.05%);抗壞血酸(0.012%、0.014%、0.016%、0.018%、0.020%),并根據(jù)1.2.1的方法制作好生濕面用真空包裝袋密封包裝,在28 ℃下貯藏，定期測定其色度,并計算色差值ΔE,探究各單一護色劑的褐變抑制效果。

1.2.3 響應面試驗 根據(jù)單因素實驗結果,選取防褐變效果較優(yōu)的三個因素:熱燙時間、葡萄糖氧化酶添加量、抗壞血酸添加量為自變量,以色差值為響應值,設計Box-Benhnken三因素三水平的響應面優(yōu)化試驗,以確定生濕面的最優(yōu)防褐變工藝條件,各因素和水平見表1。

表1 Box-Behnken試驗因素水平表Table1 Factors and levels of Box-Behnken experiment design

1.2.4 色差值的測定 采用色差儀分別測定生濕面片制作完成后0、2、4、6、8、10、24 h時面片的L*、a*、b*值,其中L*代表面片的亮度值,取值從0～100表示顏色由黑到白;a*代表面片的紅綠值,+a*呈紅色趨勢、-a*呈綠色趨勢;b*代表面片的黃綠值,+b*呈黃色趨勢、-b*呈藍色趨勢。ΔE代表面片某時間段間的色差值,體現(xiàn)面片的褐變程度,ΔE值越小,表示褐變程度越輕,反之亦然[15-16]。

式中：ΔL=L0-L,Δa=a-a0,Δb=b-b0,其中L0、a0、b0為0 h樣品的色澤參數(shù);L、a、b為除0 h外某貯藏時間點樣品的色澤參數(shù)。

1.3 數(shù)據(jù)處理 試驗數(shù)據(jù)以平均值±標準差的形式表示,采用Origin Pro 8.5軟件進行制圖,SPSS 18.0進行數(shù)據(jù)分析,Design Expert 8.0.6軟件進行響應面分析以及方差分析。

2 結果與分析

2.1 單因素實驗

2.1.1 熱燙時間對生濕面防褐變效果的影響 PPO對熱不穩(wěn)定,采用短時高溫處理可使PPO失活,從而抑制酶促褐變,一般而言,熱處理溫度控制在75～95 ℃下便可使大多數(shù)酶失活[17]。如圖1所示,生濕面片在不同熱燙時間處理條件下,隨著貯藏時間的延長,色差值均有所升高,貯藏10～24 h時色差值上升趨勢相對較快,經(jīng)過不同熱燙時間處理條件下的生濕面片與CK組相比存在顯著性差異(P<0.05)。貯藏10 h后,熱燙時間為80 s的面片色差值與熱燙時間為90 s的樣品存在顯著性差異(P<0.05),且色差值低于其它組。這說明熱燙可以使引起生濕面褐變的PPO失活,從而進一步有效控制褐變,但熱燙時間過長,更大程度地鈍化酶活的同時可能會造成非酶褐變,其次導致面條熟化,品質改變[18-19]。綜合考慮,選取熱燙時間為60～80 s進行后續(xù)試驗。

圖1 熱燙時間對生濕面色差值的影響Fig.1 Effects of blanching time on color difference of fresh wet noodles

2.1.2 葡萄糖氧化酶添加量對生濕面防褐變效果的影響 面粉中含有的天然色素也是影響面條色澤的重要因素之一,其中葉黃素、胡蘿卜素等色素易被氧化,不穩(wěn)定,葡萄糖氧化酶在有氧條件下通過促使葡萄糖產(chǎn)生過氧化氫,使其氧化面條中這類色素而達到護色目的[20-21]。如圖2所示,加入不同葡萄糖氧化酶添加量的生濕面片在貯藏時間內(nèi)色差值顯著低于CK組樣品(P<0.05),其中貯藏2～6 h時面片色差值的增長速率較快,而6～24 h時色差值的增長速率趨于平緩;葡萄糖氧化酶添加量為0.01%和0.04%兩個樣品間色差值差異不顯著(P>0.05)。貯藏6 h后,葡萄糖氧化酶添加量為0.03%的面片色差值相比于添加量為0.05%的樣品呈現(xiàn)顯著性差異(P<0.05),且對生濕面褐變抑制效果最佳。綜合考慮,選取葡萄糖氧化酶添加量為0.02%～0.04%進行后續(xù)試驗。

圖2 葡萄糖氧化酶添加量對生濕面色差值的影響Fig.2 Effects of glucose oxidase amount on color difference of fresh wet noodles

2.1.3 抗壞血酸添加量對生濕面防褐變效果的影響 抗壞血酸具有強還原性,可將酶促褐變過程中產(chǎn)生的醌還原成酚,還可與醌結合產(chǎn)生脫氫抗壞血酸和鄰二酸,同時可減少體系中的氧含量,從而間接抑制多酚氧化酶的活性,延滯了黑色素的生成[22-23]。如圖3所示,色差值隨著抗壞血酸添加量的增加整體呈現(xiàn)出先降低后增高的趨勢,抗壞血酸添加量為0.018%和0.020%的兩個面片間色差值無顯著性差異(P>0.05)。抗壞血酸添加量為0.014%的面片色差值在貯藏時間內(nèi)與CK組樣品存在顯著性差異(P<0.05),且低于其它各處理組。抗壞血酸添加量多高或過低都不利于護色,可能與其自身氧化,加劇了面片的不穩(wěn)定性,造成非酶促褐變有關[24]。綜合考慮,選取抗壞血酸添加量為0.012%～0.016%進行后續(xù)試驗。

圖3 抗壞血酸添加量對生濕面色差值的影響Fig.3 Effects of ascorbic acid amount on color difference of fresh wet noodles

2.1.4 茶多酚添加量對生濕面防褐變效果的影響 茶多酚具有抗氧化作用,可抑制褐變,有利于色素的穩(wěn)定[25]。如圖4所示,CK組和茶多酚處理組樣品在常溫下貯藏時,色差值會隨著貯藏時間的增加而增大,且在0～10 h時上升趨勢較快。當茶多酚添加量為0.008%時,對生濕面褐變抑制效果最佳。但隨著茶多酚添加量的增大,色差值逐漸增大,面片表面顏色反而相對變差,可能與茶多酚自身帶有顏色,且PPO可催化茶多酚氧化聚合成茶紅素、茶黃素等深色物質有關[26]。添加茶多酚的面片色差值總體要低于CK組,說明茶多酚對生濕面褐變具有一定的抑制作用。但相比于葡萄糖氧化酶、抗壞血酸,其褐變抑制效果較差。

圖4 茶多酚添加量對生濕面色差值的影響Fig.4 Effects of tea polyphenol amounton color difference of fresh wet noodles

2.1.5 馬鈴薯淀粉添加量對生濕面防褐變效果的影響 馬鈴薯淀粉護色效果的體現(xiàn)一方面可能由于馬鈴薯淀粉能夠通過束縛更多水而使多酚氧化酶的活性降低,同時,促使淀粉和蛋白質分子之間緊密連接形成致密的結構,從而抑制氧化反應造成的褐變;另一方面,淀粉顆粒較小,易與面粉混勻,對光的反射程度偏大,色澤較好[5,12,27]。如圖5所示,馬鈴薯淀粉處理下的生鮮面隨著貯藏時間的延長,色差值均低于CK組,表明馬鈴薯淀粉對生濕面有護色效果。隨著馬鈴薯淀粉添加量的增大,面片色差值呈現(xiàn)先下降后升高的趨勢,當添加量為4%時,各時間段內(nèi)色差值均最小,對生濕面褐變抑制效果最佳。但相比于葡萄糖氧化酶、抗壞血酸,其褐變抑制效果較差。

表3 模型回歸方程方差分析Table 3 Analysis of variance of regression equation

圖5 馬鈴薯淀粉添加量對生濕面色差值的影響Fig.5 Effects of potato starch amount on color difference of fresh wet noodles

注:**為差異極顯著(P<0.01);*為差異顯著(P<0.05)。

2.2 響應面優(yōu)化設計及結果

綜合單因素實驗結果,以熱燙時間、葡萄糖氧化酶添加量、抗壞血酸添加量為自變量,色差值為響應值,采用Box-Behnken中心組合試驗設計原理,進行三因素三水平共17個實驗點的響應面試驗,對生濕面防褐變工藝進行優(yōu)化,響應面試驗方案及結果見表2。

表2 響應面試驗方案及結果Table 2 Scheme and results of Box-Behnken experiment

2.2.1 回歸模型的建立及方差分析 以色差值為響應值,利用Design-Expert8.0.6軟件對表2中的試驗數(shù)據(jù)進行處理與分析,通過回歸擬合得到二次多項式模型如下:

Y=2.35-0.34A-0.11B+0.065C-0.025AB+0.035AC+0.075BC+0.25A2+0.25B2+0.091C2

2.2.2 響應面分析 圖6～圖8分別表示熱燙時間、葡萄糖氧化酶添加量和抗壞血酸添加量之間的交互作用對生濕面色差值的影響。由圖6、圖7所示,兩兩因素交互作用不顯著。由圖8可知,葡萄糖氧化酶添加量與抗壞血酸添加量交互作用的響應面圖呈先降低后升高的拋物線型趨勢,且坡度偏陡,等高線的形狀呈橢圓形,表明抗壞血酸添加量與葡萄糖氧化酶添加量交互作用顯著,對色差值的影響程度較高。當抗壞血酸添加量固定時,色差值隨著葡萄糖氧化酶添加量的增加呈現(xiàn)先快速下降后緩慢升高的趨勢;當葡萄糖氧化酶添加量固定時,色差值隨著抗壞血酸添加量的增加呈現(xiàn)先緩慢下降后緩慢升高的趨勢。

圖6 熱燙時間與葡萄糖氧化酶添加量對生濕面色差值影響的響應面圖Fig.6 Response surface graph for the effect of blending time and glucose oxidase amount on color difference of fresh wet noodles

圖7 熱燙時間與抗壞血酸添加量對生濕面色差值影響的響應面圖Fig.7 Response surface graph for the effect of blending time and ascorbic acid amount on color difference of fresh wet noodles

圖8 葡萄糖氧化酶添加量與抗壞血酸添加量對生濕面色差值影響的響應面圖Fig.8 Response surface graph for the effect of glucose oxidase and ascorbic acid amount on color difference of fresh wet noodles

通過Design Expert 8.0.6軟件處理分析得到,生濕面防褐變工藝最佳條件為:熱燙時間77.61 s、葡萄糖氧化酶添加量為0.034%、抗壞血酸添加量為0.013%,預測此時色差值為2.18。按照上述優(yōu)化工藝條件處理生濕面,考慮實際的易操作性,將防褐變工藝條件修改為熱燙時間77 s、葡萄糖氧化酶添加量為0.03%、抗壞血酸添加量為0.013%。為驗證該模型所得結果的可靠性,進行三次平行驗證試驗,得到生濕面色差值為2.23,與預測值較相符,相對誤差為0.14%,表明響應面法優(yōu)化得到的生濕面防褐變工藝條件準確可靠,具有一定的實際參考價值。

3 討論與結論

微生物生長繁殖及褐變是當前生濕面流通過程中存在的兩大技術瓶頸,本試驗采用普通密封包裝,包裝好的生濕面放于常溫(28 ℃)下貯藏,當貯藏時間超過24 h時,測定其菌落總數(shù)已超過生濕面微生物限量標準106lg(CFU/g),已不可食用,且貯藏24 h后肉眼可見面條色澤變差。生濕面在貯藏期間,其色澤指標基本采用非等間距時間段進行測定,且生濕面ΔL值在貯藏12～24 h基本無顯著變化。通過預試驗得到,樣品L值和ΔE值在貯藏10～24 h基本無顯著性變化,故本試驗未進行時間細化。

在單因素實驗的基礎上,通過Box-Benhnken響應面優(yōu)化試驗,建立熱燙時間、葡萄糖氧化酶添加量和抗壞血酸添加量對生濕面色差值的回歸模型,該模型下得到影響生濕面色差值的因素主次順序為熱燙時間>葡萄糖氧化酶添加量>抗壞血酸添加量,確定生濕面最佳防褐變工藝條件為熱燙時間77 s、葡萄糖氧化酶添加量為0.03%、抗壞血酸添加量為0.013%,此條件下生濕面色差值為2.23,與模型預測值相接近,表明模型對試驗擬合性較高,適用于生濕面防褐變工藝的優(yōu)化。本研究所得的防褐變工藝有利于改善生濕面易褐變等問題,但影響生濕面色澤的因素較多,抑制生濕面褐變研究仍存在較大的上升空間,可以從不同面粉種類、非酶褐變等方面進行進一步研究。