利用三維混合儀制備葉酸強(qiáng)化面粉

賈敏，李漸鵬，邱斌，宗愛珍，劉瑋，劉麗娜，徐同成

利用三維混合儀制備葉酸強(qiáng)化面粉

賈敏，李漸鵬，邱斌，宗愛珍，劉瑋，劉麗娜，*徐同成

（山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品研究所，山東省農(nóng)產(chǎn)品精深加工技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東濟(jì)南250100）

采用直接混勻法將葉酸加入面粉中，使用三維混合儀制得葉酸強(qiáng)化面粉。通過高效液相法檢測(cè)樣品中葉酸的含量，計(jì)算葉酸損失率與葉酸強(qiáng)化粉的混合均勻度，以此調(diào)整三維混合儀參數(shù)并獲得最優(yōu)值。

葉酸；面粉；三維混合儀；食品加工

葉酸是人體進(jìn)行新陳代謝必不可少的維生素之一，是由碟啶環(huán)連接對(duì)氨基苯甲酸與谷氨酸鹽形成的一類化合物[1]，可溶于水，被稱為VB9[2]。保障足夠的葉酸攝入量對(duì)人體健康極為重要，葉酸攝入不足可能導(dǎo)致心腦血管疾病[3]、結(jié)腸癌[4]、貧血[5]等病癥，女性備孕期間與妊娠前幾周攝入足量葉酸可大大降低嬰幼兒患神經(jīng)管缺陷的概率[6]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界每年新增神經(jīng)管缺陷癥患兒約30萬名，其中大多數(shù)可通過母體備孕與妊娠期間補(bǔ)充足量葉酸來避免[7]。由于人體自身無法合成葉酸[6]，食物中的天然葉酸容易被破壞，且很多女性備孕期間難以做好營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充，許多國(guó)家規(guī)定在主食中添加葉酸以避免妊娠女性的攝入不足問題。1998年，美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局規(guī)定了每100 g谷物制品中需添加葉酸140 μg[8]，由于此項(xiàng)措施的實(shí)施，美國(guó)神經(jīng)管缺陷患兒的發(fā)生率減少了19%[9]?！吨袊?guó)居民膳食營(yíng)養(yǎng)素參考攝入量》2013版提出，成人日常所需葉酸量為320 μg/d，推薦攝入量為400 μg/d，孕期婦女?dāng)z入量應(yīng)為600 μg/d，可耐受最高攝入量為1 000 μg/d[10]。調(diào)查顯示，我國(guó)育齡婦女葉酸攝入量普遍較低，缺乏率北方高于南方、農(nóng)村高于城市，末期妊娠女性葉酸缺乏率高達(dá)48.4%；而且我國(guó)成年人群中葉酸水平偏低的比例也較高，北方男性春季的葉酸缺乏率高達(dá)60%[11]，但迄今為止我國(guó)仍未有強(qiáng)制性添加葉酸的政策。

面粉作為我國(guó)傳統(tǒng)主食，尤其對(duì)于北方居民而言，是不可或缺的日常主食，可作為葉酸營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化的良好載體。試驗(yàn)以面粉與葉酸為原料，使用三維混合儀制備了一種高混勻度的葉酸強(qiáng)化面粉，可為廣大消費(fèi)者提供營(yíng)養(yǎng)支撐。

1 材料與設(shè)備

1.1 原料與試劑

面粉，德州巨嘴鳥面粉；葉酸，食品級(jí)，河南百福食品添加劑；水，超純水；氨水、乙酸銨和甲醇，均為分析純，天津市富宇精細(xì)化工有限公司提供。

1.2 儀器與設(shè)備

ML104型電子分析天平，梅特勒-托利多儀器有限公司產(chǎn)品；TDL-5-A型離心機(jī)，上海安亭科學(xué)儀器廠產(chǎn)品；FD-1B-80型冷凍干燥機(jī)，北京博醫(yī)康實(shí)驗(yàn)儀器有限公司產(chǎn)品；XO-SM100型超聲波組合反應(yīng)系統(tǒng)，南京先歐儀器制造有限公司產(chǎn)品；三維混合儀，江陰市祥力粉體設(shè)備有限公司產(chǎn)品；Agilent1200型高效液相色譜儀，美國(guó)安捷倫公司產(chǎn)品；超微粉碎儀，北京永光明醫(yī)療儀器有限公司產(chǎn)品。

2 試驗(yàn)方法

2.1 葉酸測(cè)定方法

2.1.1 樣品制備

試驗(yàn)使用標(biāo)準(zhǔn)曲線法測(cè)量樣品的葉酸含量。

（1）葉酸標(biāo)品溶液的制備。精密稱量葉酸標(biāo)品20 mg，置于100 mL容量瓶中，加入0.5%的氨溶液至刻度，搖勻得到質(zhì)量濃度200 mg/L的葉酸標(biāo)品溶液。以此方法類推可得100，50，20 mg/L的葉酸標(biāo)品溶液，以繪制葉酸標(biāo)準(zhǔn)曲線。

（2）供試品溶液的制備。取強(qiáng)化粉樣品2 g溶于10 mL的0.5%氨溶液中，漩渦混勻1 min，超聲處理15 min，以轉(zhuǎn)速4 000 r/min離心10 min，取上清液。因?yàn)閺?qiáng)化粉中葉酸含量為2 mg/kg，上清液中葉酸質(zhì)量濃度約為0.4 mg/L。將上清液置于真空冷凍干燥機(jī)中凍干，再滴加400 μL氨水，即得到濃縮25倍后約為10 mg/L的樣品。

2.1.2 高效液相色譜洗脫條件

使用C18型色譜柱（50 mm×2.1 mm，1.7 μm），進(jìn)樣量5 μL，柱溫30℃，流動(dòng)相：A為10 mmol/L乙酸銨水溶液（pH值6.3）、B為甲醇，梯度洗脫程序?yàn)椋孩?～15 min，B從2%升至22%；②15～16 min，B從22%降至2%；③16～20min，B從2%升至22%，洗脫時(shí)間共20min，檢測(cè)波長(zhǎng)280nm，流速1.2mL/min。2.2三維混合儀參數(shù)優(yōu)化方法

分別選取混合儀填裝系數(shù)（0.4，0.5，0.6，0.7，0.8）、轉(zhuǎn)速（10，15，20，25，30 r/min）、混勻時(shí)間（2，4，6，8，10 min）作為3個(gè)因素進(jìn)行單因素試驗(yàn)，并計(jì)算面粉混勻度，選擇混勻度最高的水平進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)。

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，采用中心組合試驗(yàn)Box-Benhnken設(shè)計(jì)方案，選取填裝系數(shù)（A）、混勻時(shí)間（B）、轉(zhuǎn)速（C）3個(gè)因素為自變量，以-1，0，1分別代表變量的水平，以三維混勻度為響應(yīng)值，進(jìn)行中心組合響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)。每個(gè)試驗(yàn)重復(fù)3次，取其平均值作為最優(yōu)的三維混合儀參數(shù)。

試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)見表1。

表1 試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)

混勻度測(cè)量方式[12]：每批面粉組分N中隨機(jī)選取6個(gè)樣品，測(cè)定葉酸含量，這個(gè)組分N的葉酸含量為N1，N2，N3，N4，N5，N6，則混勻度M為：

式中：Na=min{Nn}，n=1，2，3，4，5，6；

2.3 葉酸強(qiáng)化粉制備方法

使用2.2中得到三維混合儀參數(shù)制備的葉酸強(qiáng)化面粉。制備強(qiáng)化粉共需三維混合3次。首先，將10 g進(jìn)行超微粉碎的食品級(jí)葉酸粉加入到1 kg面粉中，采用三維混合儀充分混勻，制成葉酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10 g/kg的基料a；取10 g基料a加入到1 kg面粉中，采用三維混合儀充分混合篩勻，制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為100 mg/kg的基料b；再取20 g基料b均勻兌入1 kg的面粉中，制得質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2 mg/kg的葉酸強(qiáng)化面粉成品。

3 結(jié)果分析與討論

3.1 葉酸標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制結(jié)果

葉酸質(zhì)量濃度標(biāo)準(zhǔn)曲線見圖1。

圖1 葉酸質(zhì)量濃度標(biāo)準(zhǔn)曲線

使用高效液相色譜法分別測(cè)定質(zhì)量濃度為20，50，100，200 mg/L葉酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的峰面積，得到峰面積分別為186，279，540，1 256 mAu/s，以葉酸質(zhì)量濃度作為橫坐標(biāo)、峰面積作為縱坐標(biāo)制得圖1。

葉酸標(biāo)準(zhǔn)曲線公式為：

3.2 三維混合儀參數(shù)優(yōu)化結(jié)果

3.2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

填裝系數(shù)對(duì)混勻度影響的單因素試驗(yàn)結(jié)果見圖2。

圖2 填裝系數(shù)對(duì)混勻度影響的單因素試驗(yàn)結(jié)果

固定轉(zhuǎn)速為20 r/min，混勻時(shí)間為6 min，考查填裝系數(shù)對(duì)三維混合儀混勻度的影響。由圖2可知，二者呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，即面粉填裝越多，越難混勻。在填裝系數(shù)由0.4上升為0.5過程中，混勻度下降不明顯，因此選擇0.5作為響應(yīng)面試驗(yàn)中的中間水平。

混勻時(shí)間對(duì)混勻度影響的單因素試驗(yàn)結(jié)果見圖3。

圖3 混勻時(shí)間對(duì)混勻度影響的單因素試驗(yàn)結(jié)果

固定轉(zhuǎn)速為20 r/min，填裝系數(shù)為0.5，考查混勻時(shí)間對(duì)混勻度的影響。由圖3可知，在混勻時(shí)間低于6 min時(shí)，轉(zhuǎn)速與填裝系數(shù)呈正相關(guān)；混勻度在混勻時(shí)間為6 min時(shí)達(dá)到最高值，之后保持不變。因此，將混勻時(shí)間設(shè)定為6 min較理想。

2）建立新坐標(biāo)系。根據(jù)計(jì)算的三角形邊長(zhǎng)，構(gòu)建計(jì)算用三角形，其三角形頂點(diǎn)為M1、M2、M3，把M1點(diǎn)作為新坐標(biāo)系的原點(diǎn)（0，0），M1及M2構(gòu)成的邊作為X軸，如圖3所示，則這3個(gè)點(diǎn)在新坐標(biāo)系下的坐標(biāo)

轉(zhuǎn)速對(duì)混勻度影響的單因素試驗(yàn)結(jié)果見圖4。

圖4 轉(zhuǎn)速對(duì)混勻度影響的單因素試驗(yàn)結(jié)果

固定填裝系數(shù)為0.5，混勻時(shí)間為6 min，考查轉(zhuǎn)速對(duì)混勻度的影響。由圖4可知，起初隨著轉(zhuǎn)速的增加，混勻度逐漸升高；在轉(zhuǎn)速為20 r/min時(shí)，混勻度達(dá)到最高值97%；之后轉(zhuǎn)速的提高對(duì)混勻度影響效果不顯著。

3.2.2 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果與模型建立

在單因素試驗(yàn)結(jié)果上，以填裝系數(shù)（A）、混勻時(shí)間（B）、轉(zhuǎn)速（C）為自變量，以混勻度（M）作為響應(yīng)值，設(shè)計(jì)三水平三因素的Box-Behnken響應(yīng)面分析試驗(yàn)。

響應(yīng)面分析試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案及混勻度見表2，回歸方程模型方差分析及其系數(shù)的顯著性檢驗(yàn)見表3。

由表3可知，回歸模型顯著，R2為0.997 9，調(diào)整后R2為0.995 2，說明模型的擬合度好。試驗(yàn)的模擬失擬項(xiàng)p值為0.615 1，不顯著，進(jìn)一步說明此模型的擬合度好。變異系數(shù)CV值僅為0.74%，說明模擬方程能夠很好地反映真實(shí)值。綜合分析該模型擬合程度高，可用來分析和預(yù)測(cè)三維混合儀參數(shù)優(yōu)化工藝。由表3可知，各試驗(yàn)因素對(duì)混勻度（M）的影響順序?yàn)榛靹驎r(shí)間=轉(zhuǎn)速＞填裝系數(shù)。

表2 響應(yīng)面分析試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案及混勻度

表3 回歸方程模型方差分析及其系數(shù)的顯著性檢驗(yàn)

根據(jù)二次回歸的數(shù)學(xué)模型分析結(jié)果，得出最優(yōu)組合為填裝系數(shù)0.5，混勻時(shí)間6.92 min，轉(zhuǎn)速23.3 r/min，此時(shí)混勻度理論值最高為99.48%，實(shí)際測(cè)得的混勻度為98.32%，與理論值預(yù)測(cè)相比誤差在2%以內(nèi)。因此，采用響應(yīng)面法優(yōu)化三維混合儀混勻參數(shù)準(zhǔn)確可靠，具有實(shí)用價(jià)值。

3.2.3 響應(yīng)面試驗(yàn)三因素交互作用分析

混勻時(shí)間與填裝系數(shù)對(duì)混勻度的影響見圖5。

由圖5（a）可知，混勻時(shí)間和填裝系數(shù)2個(gè)因素存在協(xié)同作用，圖5（b）中等高線圖呈明顯橢圓形，說明交互作用顯著。當(dāng)填裝系數(shù)為0.40～0.55且混勻時(shí)間為5～8 min時(shí)，混勻度高達(dá)90%以上。

圖5 混勻時(shí)間與填裝系數(shù)對(duì)混勻度的影響

轉(zhuǎn)速與填裝系數(shù)對(duì)混勻度的影響見圖6。

圖6 轉(zhuǎn)速與填裝系數(shù)對(duì)混勻度的影響

由圖6（a）可知，轉(zhuǎn)速與填裝系數(shù)間同樣存在協(xié)同作用；圖6（b）中等高線圖呈橢圓形，說明交互作用明顯。當(dāng)填裝系數(shù)為0.40～0.53，轉(zhuǎn)速為17～25 r/min時(shí)，混勻度高達(dá)95%以上。

轉(zhuǎn)速與混勻時(shí)間對(duì)混勻度的影響見圖7。

由圖7（a）可知，轉(zhuǎn)速與混勻時(shí)間存在協(xié)同作用；圖7（b）中等高線圖呈橢圓形，說明交互作用明顯。當(dāng)混勻時(shí)間為5.5～8.0 min，轉(zhuǎn)速為17～25 r/min時(shí)，混勻度高達(dá)95%以上。

圖7 轉(zhuǎn)速與混勻時(shí)間對(duì)混勻度的影響

4 結(jié)論

試驗(yàn)考查了在葉酸強(qiáng)化面粉的制備中，三維混合儀填裝系數(shù)、轉(zhuǎn)速與混勻時(shí)間對(duì)混勻度的影響?；靹驎r(shí)間與轉(zhuǎn)速對(duì)混勻度的影響力相同，比填裝系數(shù)的影響力大，三者之間都存在協(xié)同作用，且交互作用顯著。當(dāng)設(shè)置填裝系數(shù)0.5，轉(zhuǎn)速23.3 r/min，混勻時(shí)間6.92 min時(shí)，混勻度最高，可達(dá)98%以上。

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The Preparation of Folic Acid Enriched Flour via Three-dimensional Mixer

JIA Min，LI Jianpeng，QIU Bin，ZONG Aizhen，LIU Wei，LIU Li'na，*XU Tongcheng
（Institute of Agro-Food Science and Technology，Shandong Academy of Agricultural Science，Shandong Provincial Key Laboratory of Agricultural Products Deep Processing，Ji'nan，Shandong 250100，China）

In this experiment，adding folic acid into flour directly and used three-dimensional mixer to produce folic acid enriched flour.Through folic acid content detected by high performance liquid chromatography，can calculat folic acid loss ratio and mixing uniformity of enriched flour samples，and that is the criteria to adjust mixer to obtain the optimal parameters.

folic acid；flour；three-dimensional mixer；food processing

R151.2

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2017.07.002

1671-9646（2017）07a-0007-04

2017-05-18

賈敏（1989—），女，碩士，研究實(shí)習(xí)員，研究方向?yàn)樘厥馍攀呈称返难邪l(fā)。

*通訊作者：徐同成（1980—），男，博士，副研究員，研究方向?yàn)樘厥馍攀呈称返难邪l(fā)。