東北黑蜂椴樹蜜的解晶技術優(yōu)化

劉 寧，黎晨晨，宋秀超，李 健*

（哈爾濱商業(yè)大學食品工程學院，黑龍江省普通高等學校食品科學與工程重點實驗室，黑龍江 哈爾濱 150076）

東北黑蜂椴樹蜜的解晶技術優(yōu)化

劉 寧，黎晨晨，宋秀超，李 健*

（哈爾濱商業(yè)大學食品工程學院，黑龍江省普通高等學校食品科學與工程重點實驗室，黑龍江 哈爾濱 150076）

以東北黑蜂椴樹蜜為原料，分別采用機械解晶法、超聲波水浴聯(lián)合解晶法對蜂蜜的解結晶技術進行研究。探討加熱溫度、加熱時間、攪拌子轉速、超聲功率等因素對解晶率的影響。在單因素試驗基礎上，進行正交試驗，確定兩種解晶法最佳解晶條件，并對兩種方法的效果進行比較。結果表明：機械解晶法最佳條件是加熱溫度80 ℃、攪拌子轉速150 r/min、加熱時間15 min，該條件下解晶率為97.98%；超聲波水浴聯(lián)合解晶法最佳條件是超聲功率84 W、水浴溫度80 ℃、加熱時間30 min，該條件下解晶率為72.69%。通過比較得出機械解晶法優(yōu)于超聲波水浴聯(lián)合解晶法。

東北黑蜂椴樹蜜；解結晶；機械解晶法；超聲波水浴聯(lián)合解晶法

蜂蜜是蜜蜂采集植物的花蜜、分泌物或蜜露，與自身分泌物結合后，經(jīng)過在巢脾內(nèi)轉化、脫水、貯存至成熟過程而成的天然甜物質(zhì)[1]。東北黑蜂是我國黑龍江省饒河地區(qū)特定的生態(tài)環(huán)境中特有的優(yōu)良蜂種，具有維持大群、采集力強、抗病抗逆性強等特點[2]。東北黑蜂蜜具有一般蜂蜜的性征，作為地理標志產(chǎn)品，對其質(zhì)量要求較其他蜂蜜相比更高，如在氣味上應有該種蜜源植物花的香氣，果糖和葡萄糖含量高于普通蜂蜜，蔗糖含量低于普通蜂蜜，此外對其水分、灰分、羥甲基糠醛、酸度、淀粉酶值等均有要求[3]。其原因在于新鮮蜂蜜大都是黏稠的透明或半透明膠狀液體，由于外界環(huán)境如蜂蜜的放置溫度、含水量、果葡比、相變過程、過飽和度以及蜂蜜的品種、成分等的影響會生成結晶體[4-10]，結晶的蜂蜜對食用性影響較小，但容易增加上部液體的含水量，使蜂蜜發(fā)酵變質(zhì)，影響了蜂蜜的品質(zhì)[11]。為了保證產(chǎn)品的貨架期，生產(chǎn)廠家有時會反復加熱，導致蜂蜜中的酶類物質(zhì)的損失，同時造成羥甲基糠醛嚴重超標，超過國家限量，而羥甲基糠醛在人體內(nèi)積累到一定劑量時對人體產(chǎn)生危害[12-13]。蜂蜜的結晶同時給質(zhì)量檢驗、加工銷售帶來一定的困擾，因此在不改變蜂蜜品質(zhì)的條件下，解決蜂蜜結晶問題是非常重要的。

近階段國內(nèi)外研究蜂蜜解結晶技術的方法主要有：檸檬酸添加法[14]、融化結晶核法[15-18]、過濾法[19-20]、微波加熱解晶法、超導強磁處理蜂蜜、機械解晶法、超聲波解晶法等方法[21]。從過濾、溫度、添加物等方面入手，雖然起到一定作用，但效果還是不如人意[22]，且從資料來看，對于解晶的方法多是綜述性文章，給出實驗具體數(shù)據(jù)較少。從實際研究角度出發(fā)，本實驗探討了機械解晶法、超聲波水浴聯(lián)合解晶法對東北黑蜂椴樹蜜解結晶的最佳條件，對其效果進行了比較分析。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

東北黑蜂椴樹蜜 黑龍江省東北黑蜂開發(fā)有限責任公司。

葡萄糖、果糖（優(yōu)級純） 中國醫(yī)藥上?；瘜W試劑公司。

1.2 儀器與設備

ESJ180-4電子天平 上海恒平科學儀器有限公司；ALC-210.4分析天平 梅特勒-托利多儀器有限公司；H198/28pH計測試筆 北京海星順達經(jīng)銷公司；DK-98-HA電熱恒溫水浴鍋 天津市泰斯特儀器有限公司；KQ3200DE數(shù)控超聲波清洗器 昆山市超聲儀器有限公司；DK-8AX電熱恒溫水槽 上海一恒科技有限公司；HJ-3磁力攪拌器 江蘇省金壇市環(huán)宇科學儀器廠。

1.3 方法

1.3.1 機械解晶法

1.3.1.1 操作方法

用天平準確稱取蜂蜜45.00 g，取蜂蜜自然結晶體5.00 g，放入100 mL的燒杯中，置于可恒溫加熱的磁力攪拌器中，在一定的攪拌子轉速、加熱時間、加熱溫度條件下對蜂蜜進行解晶實驗，實驗結束后，過20 目篩，取濾渣稱質(zhì)量，按下式計算出解晶率。

式中：X為蜂蜜的解晶率/%；m為殘余晶體質(zhì)量/g；M為蜂蜜自然結晶體質(zhì)量/g。

1.3.1.2 加熱溫度對蜂蜜解晶的影響

按1.3.1.1節(jié)方法，取6 組樣品，分別在40、50、60、70、80、90 ℃溫度條件下加熱，在攪拌子轉速100 r/min、加熱時間10 min 條件下進行解晶實驗，研究不同加熱溫度對蜂蜜解晶的影響。每組分別做3 次平行，取平均值按公式計算出解晶率。

1.3.1.3 加熱時間對蜂蜜解晶的影響

按1.3.1.1節(jié)方法，取5 組樣品，在轉子轉速100 r/min、加熱溫度40 ℃的條件下，分別加熱10、15、20、25、30 min，進行解晶實驗，研究不同加熱時間對蜂蜜解晶的影響。每組分別做3 次平行，取平均值按公式計算出解晶率。

1.3.1.4 攪拌子轉速對蜂蜜解晶的影響

按1.3.1.1節(jié)方法，取5 組樣品，分別取攪拌子轉速50、100、150、200、250 r/min，在加熱溫度40 ℃、加熱時間10 min 條件下進行解晶實驗，研究不同攪拌子轉速對蜂蜜解晶的影響。每組分別做3 次平行，取平均值按公式計算出解晶率。

1.3.1.5 機械解晶法的正交試驗設計

在解晶單因素試驗的基礎上進行正交試驗，以解晶率為指標，每個因素選擇3 個水平，采用L9（34）正交試驗表進行試驗。

1.3.2 超聲波水浴聯(lián)合解晶法

1.3.2.1 操作方法

用天平準確稱取蜂蜜45.00 g，取蜂蜜自然結晶體5.00 g，放入100 mL的燒杯中，置于具有水浴恒溫加熱的超聲波清洗器中，在不同水浴溫度、超聲功率、加熱時間條件下對蜂蜜進行解晶實驗，實驗結束后，過20 目篩，取濾渣稱質(zhì)量，按公式計算出解晶率。

1.3.2.2 水浴溫度對蜂蜜解晶的影響

按1.3.2.1節(jié)方法，取6 組樣品，分別在40、50、60、70、80 、90 ℃進行水浴加熱，超聲功率60 W、加熱時間10 min的條件下進行解晶實驗，研究不同水浴溫度對蜂蜜解晶的影響。每組分別做3 次平行，取平均值按公式計算出解晶率。

1.3.2.3 超聲波振蕩頻率對蜂蜜解晶的影響

按1.3.2.1節(jié)方法，取6 組樣品，超聲功率分別為48、60、72、84、96、108 W，水浴溫度40℃、加熱時間10 min的條件下進行解晶實驗，研究不同超聲波頻率對蜂蜜解晶的影響。每組分別做3 次平行，取平均值按公式計算出解晶率。

1.3.2.4 加熱時間對蜂蜜解晶的影響

按1.3.2.1節(jié)方法，取5 組樣品，超聲功率60 W、水浴溫度40 ℃的條件下，分別加熱10、15 、20 、25、30 min，進行解晶實驗，研究不同加熱時間對蜂蜜解晶的影響。每組分別做3 次平行，取平均值按公式計算出解晶率。

1.3.2.5 超聲波水浴聯(lián)合解晶法的正交試驗設計

在解晶單因素試驗的基礎上進行正交試驗，以解晶率為指標，每個因素選擇3 個水平，采用L9（34）正交試驗表進行試驗。

我國奧數(shù)成績舉世第一，但是科學創(chuàng)造力卻乏善可陳，研究表明，中美學生的差距不在于數(shù)學能力，而在于數(shù)學學習的方法，繁重的考試和復雜的題海戰(zhàn)術讓中國學生喪失了學習的興趣，正如哈佛大學?；账鶎懀覀円凶非笳胬淼臒崆?。數(shù)學教育最怕的就是追求不必要的復雜性，創(chuàng)造脫離實際的問題，一味翻新花樣為了難倒學生，這不符合高職學生的特點。同時，高數(shù)教學的另一個重大障礙，是缺乏數(shù)學的歷史知識，沒有數(shù)學文化和歷史教育，學生就不能深刻理解數(shù)學的應用環(huán)境和時代背景。

2 結果與分析

2.1 機械解晶法解晶條件確定

2.1.1 加熱溫度對蜂蜜解晶的影響

如圖1所示，蜂蜜的解晶率隨著溫度的升高也隨之增加，當加熱溫度超過70 ℃，解晶率隨著溫度的變化趨勢不大。這是由于蜂蜜中的糖類物質(zhì)溶解度隨著溫度的升高而增大，使蜂蜜的結晶體慢慢溶化，從而蜂蜜的解晶率增大。當溫度達到一定程度時，蜂蜜中的水分會被蒸發(fā)減少，解晶率降低，所以通過各方面因素考慮蜂蜜的解晶溫度選擇60～70 ℃解晶效果較好。

圖1 加熱溫度對蜂蜜解晶的影響Fig.1 Effect of heating temperature on decrystallization efficiency

2.1.2 加熱時間對蜂蜜解晶的影響

圖2 加熱時間對蜂蜜解晶的影響Fig.2 Effect of heating time on decrystallization efficiency

如圖2所示，蜂蜜的解晶率隨著時間的延長而增大，當加熱時間超過20 min后，蜂蜜的解晶率變化趨勢不明顯。加熱時間越長，蜂蜜中的營養(yǎng)物質(zhì)損失越多，通過綜合考慮蜂蜜的解晶時間選擇20 min較好。

2.1.3 攪拌子轉速對蜂蜜解晶的影響

圖3 攪拌子轉速對蜂蜜解晶的影響Fig.3 Effect of stirring speed on decrystallization efficiency

2.1.4 機械解晶法對蜂蜜解結晶的正交試驗

表1 機械解晶法正交試驗設計及結果Table 1 Orthogonal array design and results for honey decrystallization by magnetic stirring-heating method

表2 機械解晶正交試驗方差分析表Table 2 Analysis of variance for the optimization of honey decrystallization by magnetic stirring-heating method

由表1和表2可知，各因素對解晶率影響顯著程度為A＞B＞C，即加熱溫度＞攪拌子轉速＞加熱時間，各因素的最佳水平是A3B2C1，由于最優(yōu)水平搭配在所做的正交試驗之列，所以不用對其進行驗證，該條件下解晶率為97.98%，高于任一組已做試驗的解晶率，所以最佳組合為A3B2C1，即加熱溫度80 ℃、攪拌子轉速150 r/min、加熱時間15 min。

2.2 超聲波水浴聯(lián)合解晶法

2.2.1 水浴溫度對蜂蜜解晶的影響

圖4 水浴溫度對蜂蜜解晶的影響Fig.4 Effect of water bath temperature on decrystallization efficiency

如圖4所示，蜂蜜的解晶率隨著溫度的升高而增加，當水浴溫度超過70 ℃，解晶率不隨著溫度的升高而增加，在較小的范圍內(nèi)波動。蜂蜜中葡萄糖、果糖等物質(zhì)隨著溫度的升高而溶解度增大，如果溫度過高，蜂蜜中的水分會蒸發(fā)損失，間接減小兩種糖的溶解度，同時水分的減少使蜂蜜更加黏稠，解晶率會降低，所以水浴溫度選擇70 ℃最佳。

2.2.2 超聲功率對蜂蜜解晶的影響

圖5 超聲功率對蜂蜜解晶的影響Fig.5 Effect of ultrasonic power on decrystallization efficiency

由圖5可以看出，蜂蜜的解晶率隨著超聲功率的升高也隨之增加，當超聲功率大于84 W時，解晶率隨著功率的變化趨勢不大。隨著功率的增大，超聲壓強引起的機械作用，使分子解聚，同時超聲波產(chǎn)生的空化現(xiàn)象會產(chǎn)生大量的顯微氣泡，利用這些氣泡的定向擴散形成共振腔，破壞了分子，促使蜂蜜的溶解。

2.2.3 加熱時間對蜂蜜解晶的影響

圖6 加熱時間對蜂蜜解晶的影響Fig.6 Effect of heating time on decrystallization efficiency

由圖6可以看出，加熱時間在10～20 min時，蜂蜜的解晶率隨著時間的延長而增加，當加熱時間超過20 min后，蜂蜜的解晶率波動趨勢不大。加熱時間越長，蜂蜜中的營養(yǎng)物質(zhì)損失越多，通過綜合考慮蜂蜜的解晶時間選擇20 min較好。

2.2.4 超聲波水浴聯(lián)合解晶法的正交試驗

由表3、4可知，各因素對解晶率影響顯著程度為B＞A＞C，即水浴溫度＞超聲功率＞加熱時間，各因素的最好水平是A2B3C3，即超聲功率84 W、水浴溫度80 ℃、加熱時間30 min，由于最優(yōu)水平搭配不在所做的正交試驗之列，所以按照正交試驗所得到的條件進行驗證，得該條件下解晶率為72.69%，高于任一組已做試驗的解晶率。

表3 超聲波水浴聯(lián)合解晶法的正交試驗結果Table 3 Orthogonal array design and results for honey decrystallization by ultrasonication-water bath heating method

表4 超聲波水浴解晶正交試驗方差分析表Table 4 Analysis of variance for the optimization of honey decrystallization by ultrasonication-water bath heating method

3 結 論

蜂蜜作為市場上的一種重要營養(yǎng)品，受到眾多消費者的青睞[24]。然而，蜂蜜的結晶會使其殘留較多的水分，從而縮短其保藏期。在當前的生產(chǎn)加工中，多采用濃縮、加熱、過濾的方法使其水分含量達到國家規(guī)定要求，但也帶來了一些不足，如營養(yǎng)成分受高溫破壞、產(chǎn)生羧甲基糠醛有害物質(zhì)等。因此，研究適宜的蜂蜜解結晶技術顯得尤為必要。本實驗結合現(xiàn)實需求，對兩種不同的蜂蜜解結晶技術進行了比較研究，并對結晶工藝進行了優(yōu)化，確定了各自的適宜工藝參數(shù)；對東北黑蜂椴樹蜜而言，機械解晶的效果要優(yōu)于超聲波水浴聯(lián)合解晶法，從而為該種蜂蜜在實際生產(chǎn)中的解晶提供了依據(jù)。但蜂蜜的來源、成分不同，結晶的情況有很大的差別[25]，也會影響到解結晶效果，對于它們之間的關系，將在今后工作中對其作進一步的深入研究。

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Optimization of Decrystallization of Black Bee Linden Honey from Northeast China

LIU Ning, LI Chen-chen, SONG Xiu-chao, LI Jian*
(Key Laboratory of Food Science and Engineering, College of Food Engineering, Harbin University of Commerce, Harbin 150076, China)

In this study, magnetic stirring with heating, and ultrasonication with water bath heating were optimized and compared for their efficiency in decrystallizing black bee linden honey from northeast China. For the two decrystallization methods, the decrystallization efficiency as a function of operating parameters was investigated using orthogonal array design. The optimal conditions for decrystallizing black bee linden honey by simultaneously magnetic stirring and heating were determined as heating at 80 ℃ for 15 min while stirring at 150 r/min, leading to a decrystallization rate of 97.98%. Ultrasonication with an output power of 84 W while water bath heating at 80 ℃ for 30 min was found to be optimal for the decrystallization of black bee linden honey, resulting in a decrystallization rate of 72.69%. We concluded that magnetic stirring with heating was superior to ultrasonication with water bath heating.

black bee linden honey from northeast China; decrystallization; mechanical decrystallization; ultrasonic-waterbath heating method

TS896.1

A

1002-6630（2014）22-0068-05

10.7506/spkx1002-6630-201422013

2014-06-26

黑龍江省教育廳重點項目（12521z009）；黑龍江省教育廳科學技術面上項目（12541199）

劉寧（1978—），女，副教授，博士，研究方向為農(nóng)產(chǎn)品化學與綜合利用。E-mail：wendingzi666@163.com

*通信作者：李健（1956—），男，教授，學士，研究方向為食品科學。E-mail：lijian4852147@163.com