微波處理對鮮濕面片褐變及其特性的影響

王瑞，林江濤，岳清華，宋安琪，宋喜雅，蘇東民,2*

（1.河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院，河南鄭州 450000）（2.鄭州輕工業(yè)大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，河南鄭州 450001）

面條是我國傳統(tǒng)主食之一，已有2 000多年歷史。面條因制作工藝簡單，食用方便等優(yōu)點(diǎn)，受眾人群較廣。目前市場中主要有3類面條：干面條、方便面、鮮濕面條[1]。鮮濕面條與干面條相比，其制作工藝簡單，口感更好，營養(yǎng)豐富，因此更受大眾的喜歡[2]。然而生濕面水分含量高，成分復(fù)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(yán)重影響外觀，降低了產(chǎn)品的商業(yè)價值，這成為亟待解決的難點(diǎn)之一[3]。鮮濕面條色澤受很多因素的影響，內(nèi)在因素包括蛋白質(zhì)含量[4]、麥麩色澤、灰分含量[5]、多酚氧化酶[6]、類胡蘿卜素、酚類化合物[7]和面粉色澤；加工參數(shù)等外部影響因素包括：磨粉提取率、破損淀粉、加鹽量、加水量[8]、水分活度和pH值等。

已有研究表明，鮮濕面條的褐變主要有酶促褐變和非酶促褐變，酶促褐變主要過程是酚類物質(zhì)在多酚氧化酶（Polyphenol Oxidase，PPO）的催化作用下，氧化酶為醌類物質(zhì)，醌類物質(zhì)再經(jīng)過一系列反應(yīng)生成深褐色色素類化合物[6,9]。因此降低PPO活性成為抑制褐變的關(guān)鍵。目前多數(shù)研究集中于化學(xué)方法，添加外源物質(zhì)如檸檬酸、抗壞血酸[10]、磷酸鹽[11]等；物理手段也有很多如冷等離子體處理[12]、臭氧處理[13]、高強(qiáng)超聲[14]等。微波是一種電磁波，有著反射、穿透、吸收這三個特性，簡單快捷，使用范圍較廣，主要被用于食品加熱、殺菌、滅酶、成分萃取等[14]。同時它穿透性較強(qiáng)，且滅酶比較徹底，酶復(fù)活率低，因此在滅酶和滅菌方面有較大的使用價值。本文主要通過微波處理小麥粉，研究微波處理對鮮濕面條色澤及面片特性的影響，同時探索微波技術(shù)對面片褐變影響的原因，為防止鮮濕面條褐變提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 原料

F3粉，取自于河南天香面業(yè)公司。

1.2 儀器與設(shè)備

CR-410色彩色差儀，日本柯尼卡美能達(dá)公司；Micro MR-CL-I核磁共振成像分析儀，蘇州（上海）紐邁電子科技有限公司；哈克流變儀，德國賽默飛世爾科技有限公司；UV-4802S紫外可見分光光度計(jì)，尤尼柯（上海）儀器有限公司；JHMZ-200針式和面機(jī)，北京東方孚德技術(shù)發(fā)展中心；Freezone 6 Plus真空冷凍干燥機(jī)，美國Labconco公司；JMTD-168/140實(shí)驗(yàn)面條機(jī)，北京東方孚德技術(shù)發(fā)展中心；SPX-100 B-Z恒溫培養(yǎng)箱，上海迅博實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 微波處理小麥粉

每次稱取100 g小麥粉均勻平鋪于22 cm×22 cm的微波專用托盤中，在研究微波功率對小麥粉的影響時，分別在120、280、462、581、700 W功率下處理100 s；在研究微波處理時間對小麥粉的影響時，在700 W功率下，分別處理40、60、80、100 s，經(jīng)微波處理后的小麥粉放置至常溫備用。

1.3.2 鮮濕面片的制作

稱取處理后的小麥粉100 g，加水量以未處理樣品的31%為基準(zhǔn)，測定各處理后樣品的水分，使最終面片含水量保持一致。使用針式和面機(jī)均勻攪拌7 min至面絮，面絮放置醒發(fā)箱熟化20 min，隨后以3、2.5、2、1.5、1 mm的壓面機(jī)輥間距依次壓延至1 mm面片，面片用于測定。

1.3.3 鮮濕面片色澤的測定

將制作的鮮濕面片放置于25 ℃恒溫培養(yǎng)箱中，使用色彩色差儀分別測定放置0、2、4、6、8、24 h的面片色澤，得到L*、a*、b*值，白度按照公式（1）計(jì)算：

式中：

H——樣品白度值；

L*——樣品亮度值；

a*——樣品紅色值；

b*——樣品黃色值。

1.3.4 PPO活性的測定

參照張淼等[15]方法測定，并稍做修改。稱取4 g樣品，加入20 mL磷酸鹽緩沖溶液（pH值6.0，0.2 mol/L），振蕩后置于4 ℃冰箱中浸提12 h，以4 000 r/min離心15 min，得到粗酶液。取4 mL磷酸鹽緩沖液，加入1 mL澄清離心液置于37 ℃恒溫水浴鍋中3 min后，再加入1 mL鄰苯二酚溶液（0.1 mol/L），水浴15 min后測定420 nm處吸光值，以不加小麥粉樣品為對照。PPO活性按照公式（2）計(jì)算[16]：

式中：

X——樣品中多酚氧化酶活性，U；

A——吸光度；

0.001 ——活力單位換算系數(shù)；

m——樣品質(zhì)量，g；

t——反應(yīng)時間，min。

1.3.5 鮮濕面片的水分分布測定

參照黃美琳[17]的方法測定，并稍做修改。稱取1.0 g制作的鮮濕面片，用剪刀剪切成3 cm左右的細(xì)條，用聚四氟乙烯膜包裹細(xì)條，放入核磁共振試管中，然后利用Carr-Purcell-Meiboom-Gill脈沖序列掃描得到橫向弛豫時間T2。參數(shù)設(shè)置：采樣點(diǎn)數(shù)TD為40 000，采樣頻率SW為100.0 kHz，采樣間隔時間TW為1 000 ms，累加次數(shù)NS為4。檢測結(jié)束后，利用T2反演程序得出T2弛豫時間繁衍譜圖。

1.3.6 蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)分析

參照郭曉丹等[18]方法測定。在紅外燈下取出干燥處理后的溴化鉀固體在研缽中研磨，處理后的樣品與研磨后的溴化鉀以1:100的比例混合均勻并壓片，用傅里葉紅外光譜進(jìn)行測定，掃描波長范圍為4 000～400 cm-1，溴化鉀為空白對照，采用Omnic軟件分析找到酰胺Ⅰ帶的位置（1 600～1 700 cm-1），并使用Peakfit軟件處理計(jì)算各特征峰的面積。

1.3.7 鮮濕面片動態(tài)流變學(xué)特性測定

參考Yazar等[19]方法，并稍作修改。將制作的鮮濕面片軋至1 mm，使用模具切割成半徑為2 cm的圓形片，放置于測試臺上，面片周圍涂抹硅油防止水分揮發(fā)。頻率掃描參數(shù)設(shè)置：應(yīng)變0.1%，溫度30 ℃，頻率0.1～10 Hz，測定面片的彈性模量（G′）、黏性模量（G″），損耗因子由公式tanδ=G″/G′得出。

1.3.8 多酚含量的測定

參照文獻(xiàn)測定并稍做修改[20,21]。鮮濕面片經(jīng)冷凍干燥后，研磨過100目篩，稱取1 g研磨后樣品至10 mL離心管內(nèi)，加入5 mL 70%（V/V）的甲醇（預(yù)熱70 ℃）水浴震蕩培養(yǎng)1 h，然后2 000 r/min離心15 min，收集上清液，重復(fù)上述提取步驟，合并上清液，用甲醇溶液定容至10 mL。多酚含量的測定：取1 mL上清液置于50 mL離心管內(nèi)，加入1 mL福林酚試劑，避光反應(yīng)7 min，然后再加入5 mL的7.5%（m/m）Na2CO3避光反應(yīng)1 h，反應(yīng)結(jié)束后測定765 nm處的吸光度。

標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制：采用濃度分別為0、12.5、25、50、100、200 mg/L的沒食子酸溶液代替相同體積的上清液，根據(jù)多酚含量測定方法，得到吸光值-濃度標(biāo)準(zhǔn)曲線，y=0.008 8x+0.037 7（R2=0.998 2）。

1.3.9 巰基、二硫鍵含量的測定

參照Ellman’s試劑比色法測定[22]。75 mg面粉樣品用1 mL Tris-甘氨酸緩沖液混勻后加4.7 g鹽酸胍，用緩沖液定容至10 mL。測定巰基時，取1 mL該液加4 mL脲-鹽酸胍溶液和0.05 mL Ellman’s試劑，于412 nm處測取光吸收值。測定二硫鍵時，取1 mL溶液，加0.05 mL巰基乙醇和4 mL脲-鹽酸胍溶液，于25 ℃保溫1 h，然后加入10 mL 12%（m/m）三氯乙酸，繼續(xù)于25 ℃恒溫1 h，4 500 r/min離心15 min，用5 mL 12%（m/m）三氯乙酸清洗沉淀物二次，將沉淀物溶于10 mL 8 mol/L脲中，加0.05 mL Ellman’s試劑，測取412 nm處的吸光值。

1.4 數(shù)據(jù)處理

使用Origin 2018進(jìn)行圖表的繪制，使用數(shù)據(jù)分析軟件SPSS對數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著性分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 微波處理對面片色澤的影響

2.1.1 微波處理時間對面片色澤的影響

白度值通過L*、a*、b*計(jì)算得出，可直觀表示鮮濕面片的色澤。在微波功率700 W，不同微波處理時間條件下，鮮濕面片24 h內(nèi)色澤變化如圖1所示，不同處理?xiàng)l件下鮮濕面片24 h內(nèi)白度呈現(xiàn)下降趨勢，面片出現(xiàn)褐變現(xiàn)象，其中在0～2 h內(nèi)面片褐變速度最快。經(jīng)微波處理后的小麥粉制作的面片與未處理的相比，白度明顯增加，面片白度隨著微波處理時間的增加呈現(xiàn)上升的趨勢，處理時間為100 s時，白度達(dá)到最大。鮮濕面片的褐變分為酶促褐變和非酶促褐變，其中酶促褐變主要是由于多酚氧化酶氧化多酚類物質(zhì)，形成褐色的醌類物質(zhì)。上述現(xiàn)象可能是因?yàn)槲⒉訜釋?dǎo)致多酚氧化酶活性降低，生成的色素類物質(zhì)減少，面片的白度增大。另外，微波加熱處理后面片內(nèi)部的水分狀態(tài)發(fā)生改變，這也是可能導(dǎo)致面片色澤得到改善的原因。微波處理100 s時，小麥粉由于中間溫度過高，散熱不及時，容器中間部位會出現(xiàn)輕微糊化現(xiàn)象，小麥粉色澤變暗，面片色澤也會受到影響，這與余曉宇等[23]研究相似，在微波處理80 s時的面片L*值開始下降，由于高溫發(fā)生美拉德反應(yīng)，生成棕色類物質(zhì)，面片色澤變暗。

圖1 不同微波處理時間下面片24 h內(nèi)白度變化Fig.1 The whiteness change of the dough patch within 24 h under different microwave treatment times

2.1.2 微波功率對面片色澤的影響

不同微波功率條件下，處理100 s后的小麥粉制成的面片24 h內(nèi)白度變化如圖2所示。在不同功率處理?xiàng)l件下小麥粉制作的面片，白度在24 h內(nèi)呈現(xiàn)下降趨勢，未經(jīng)處理小麥粉制作的面片褐變程度較大。同一時間內(nèi)，隨著微波功率的不斷增大，面片白度值也不斷增大，可能加熱使其多酚氧化酶活性降低，抑制面片褐變。然而低微波功率處理（120 W）后小麥粉制作的面片在24 h后面片白度與未處理組無顯著性差異，這可能是由于低微波功率雖然使其PPO活性降低，但是其影響較小，并不能改善面片的白度。

圖2 不同微波功率下面片24 h內(nèi)白度變化Fig.2 The whiteness change of the dough patch within 24 h under different microwave power

2.2 微波處理對小麥粉PPO活性的影響

微波用于酶的滅活是基于微波的熱效應(yīng)和非熱生化效應(yīng)。熱效應(yīng)是指微波作用于物料，物料表里同時吸收微波能，溫度升高后使微生物體內(nèi)蛋白質(zhì)、核酸等分子變性，導(dǎo)致失活，從而達(dá)到滅酶的目的；非熱生化效應(yīng)主要是指在外電磁場的作用下物料中細(xì)胞膜發(fā)生功能障礙，使細(xì)胞正常代謝功能受到干擾和破壞，致使細(xì)胞DNA和RNA分子結(jié)構(gòu)中的氫鍵松馳、斷裂和重新組合，誘發(fā)基因突變、染色體畸變，從而中斷細(xì)胞的正常功能，最終導(dǎo)致酶活力下降[24]。由圖3和圖4可知，微波處理后的面粉PPO活性下降，微波功率為700 W時，隨著處理時間的增加，PPO活性呈現(xiàn)下降趨勢；在微波時間一定時，隨著微波功率的增加，PPO活性呈現(xiàn)下降趨勢，在功率為700 W，處理時間為100 s時，PPO活性下降了42.78%。Yadav等[25]研究得出在900 W處理全麥粉80 s，其活性下降了93.39%，這可能是由于樣品種類和初始分水的原因而導(dǎo)致的差異。PPO可直接影響面片的褐變，其活性降低，面片褐變速度也會下降，其白度值增大。

圖3 不同微波時間下小麥粉中PPO活性的變化Fig.3 The PPO activity change in wheat flour under different microwave treatments times

圖4 不同微波功率下小麥粉中PPO活性的變化Fig.4 The PPO activity change in wheat flour under different microwave treatments power

2.3 微波處理對游離多酚含量的影響

小麥粉中的一些多酚類物質(zhì)如綠原酸，在PPO的催化作用下可發(fā)生氧化褐變[11]，因此游離多酚含量的變化可用來評價褐變反應(yīng)發(fā)生的程度。微波處理小麥粉對于面片多酚含量的影響如圖5和圖6所示。微波處理后，面片中游離多酚初始含量顯著降低，且微波處理時間越長，功率越大，多酚含量下降的越多，是由于微波加熱導(dǎo)致小麥粉中一部分多酚類物質(zhì)氧化分解[26]，多酚含量減少。鮮濕面片放置24 h后，其多酚含量顯著降低，同時微波處理時間越長，微波功率越大，儲藏期間多酚含量的變化幅度越小，減緩了多酚類物質(zhì)氧化反應(yīng)。與未處理組比較24 h內(nèi)減少量最大下降了54.78%。鮮濕面片酶促褐變過程中多酚類物質(zhì)的氧化是重要途徑，經(jīng)微波處理，可以顯著降低游離多酚含量，同時減緩多酚類物質(zhì)氧化造成的褐變過程。

圖5 不同微波時間下面片24 h內(nèi)多酚含量變化Fig.5 The change of polyphenol content in dough patch within 24 h under different microwave times

圖6 不同微波功率下面片24 h多酚含量的變化Fig.6 The change of polyphenol content in dough patch within 24 h under different microwave power

2.4 微波處理對鮮濕面片水分分布的影響

采用核磁共振技術(shù)測定鮮濕面片水分分布。從結(jié)果分析，主要出現(xiàn)了3個不同的波峰，分別代表三種流動性不同的水分，分別為深層結(jié)合水、弱結(jié)合水和自由水。橫向弛豫時間代表了水分與面片中組分的結(jié)合狀態(tài)，橫向弛豫時間越長，水的流動性越大，深層結(jié)合水、弱結(jié)合水和自由水依次是T21、T22、T23[18]。不同水分的含量用峰面積表示，分別為A21、A22、A23。

表1和表2分別為在不同微波功率和處理時間下處理面粉，制作的面片其T2及對應(yīng)的峰面積比例A2的變化。隨著微波功率和處理時間的增加，面片中深層結(jié)合水無顯著性差異，然而弱結(jié)合水和自由水含量有不同程度的下降，且T22、T23也呈現(xiàn)下降趨勢，說明微波處理后，弱結(jié)合水和自由水的水分狀態(tài)發(fā)生改變，其流動性減小，轉(zhuǎn)化為結(jié)合更為緊密的水。這可能由于微波處理導(dǎo)致面片結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，降低水的自由度，從而減緩褐變的發(fā)生。

表1 不同微波時間小麥粉面片水分弛豫時間T2及對應(yīng)峰面積比例A2的變化Table 1 Variation of water relaxation time T2 and corresponding peak area ratio A2 of wheat flour flakes under different microwave times

表2 不同微波功率小麥粉面片水分弛豫時間T2及對應(yīng)峰面積比例A2的變化Table 2 Variation of water relaxation time T2 and corresponding peak area ratio A2 of wheat flour flakes under different microwave power

2.5 微波處理對蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的影響

蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)主要有：α-螺旋、β-折疊、β-轉(zhuǎn)角、無規(guī)則卷曲結(jié)構(gòu)，是蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的基礎(chǔ)。采用傅里葉紅外儀器測定，找出酰胺Ⅰ帶，各結(jié)構(gòu)對應(yīng)的特征峰分別為：1 600～1 639 cm-1為β-折疊；1 640～1 649 cm-1為無規(guī)則卷曲；1 650～1 659 cm-1為α-螺旋；1 660～1 699 cm-1為β-轉(zhuǎn)角[18]。由表3和表4可知，隨著微波功率和時間的增加，α-螺旋含量下降11.96%，無規(guī)則卷曲結(jié)構(gòu)含量增加7.76%，β-折疊含量無顯著性差異，β-轉(zhuǎn)角出現(xiàn)先增加后減少的趨勢，這與余曉宇等[23]研究結(jié)果一致，微波功率增加到一定程度后，有規(guī)則的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)會向無規(guī)則轉(zhuǎn)變，這可能是由于微波加熱后，氫鍵受到破壞，螺旋、折疊等有序結(jié)構(gòu)受到影響。

表3 不同微波時間對蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的影響Table 3 Effect of different microwave time on protein secondary structure

表4 不同微波功率對蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的影響Table 4 Effect of different microwave power on protein secondary structure

2.6 微波處理對游離巰基和二硫鍵的影響

面片制作時，小麥粉中的蛋白質(zhì)和水相互作用，游離巰基（-SH）之間會相互連接，二硫鍵（-S-S）是由兩個半胱氨酸殘基巰基基團(tuán)形成的共價鍵，它代表著蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性[27]，在一定條件下，巰基和二硫鍵可以相互轉(zhuǎn)化[28]，游離巰基和二硫鍵含量可以表示蛋白質(zhì)的交聯(lián)程度。游離巰基和二硫鍵在微波處理下的變化由圖7和圖8所示，隨著微波功率和微波處理時間的增大，游離巰基呈現(xiàn)下降趨勢，在較高功率和處理時間下（700 W，80 s和100 s）含量較低；二硫鍵含量先上升后下降，這可能是由于高溫促進(jìn)巰基交聯(lián)氧化形成二硫鍵，這與之前的研究相似[17,29]，熱處理可以促進(jìn)面片中的游離巰基參與到蛋白質(zhì)交聯(lián)的過程中，形成分子內(nèi)或分子間二硫鍵。當(dāng)微波功率為700 W，處理100 s時，二硫鍵減少，由于微波加熱后，巰基和二硫鍵吸收的熱能超過自身的鍵能，共價鍵發(fā)生斷裂[30]。由以上結(jié)果分析，低溫短時微波處理小麥粉可促進(jìn)面片中面筋網(wǎng)絡(luò)的形成，改變了面片中水分存在狀態(tài)和遷移，可能影響褐變反應(yīng)。

圖7 不同微波時間小麥粉中游離-SH、-S-S-的變化Fig.7 Changes of free -SH and -S-S- in wheat flour under different microwave treatment times

圖8 不同微波功率小麥粉中游離-SH、-S-S-的變化Fig.8 Changes of free -SH and -S-S- in wheat flour under different microwave treatment power

2.7 微波處理小麥粉對鮮濕面片流變特性的影響

2.7.1 微波處理時間對鮮濕面片流變特性的影響

儲能模量（G′）也稱彈性模量，反映了鮮濕面片的彈性、維持初始狀態(tài)的能力；損耗模量（G″）也稱黏性模量，反映鮮濕面片的整體黏性、發(fā)生形變的能力[31]。儲能模量和損耗模量的比值為損耗因子（tanδ），tanδ值越小，高聚物含量多，面片結(jié)構(gòu)更為緊密，反之聚合度差。由圖9和圖10可知，當(dāng)微波處理時間在40～60 s時，G′和G″呈上升趨勢，當(dāng)處理時間為80 s時，G′和G″略有下降，可能由于時間的加長，小麥粉所受溫度升高，巰基和二硫鍵減少，面筋網(wǎng)絡(luò)的形成受到一定影響，致使面片的黏彈性下降。

圖9 不同微波時間下面片G′的變化Fig.9 Variation of G′ of the dough patch under different microwave times

圖10 不同微波時間下面片G″的變化Fig.10 Variation of G″ of the dough patch under different microwave times

圖11 不同微波時間下面片tanδ的變化Fig.11 Variation of tanδ of the dough patch under different microwave times

2.7.2 微波功率對鮮濕面片流變特性的影響

由圖12和圖13可知，經(jīng)微波處理后，鮮濕面片G′和G″與對照組相比，呈上升趨勢，面片的黏彈性增大，在120 W時到達(dá)最大，與劉海波等[30]研究結(jié)果相似，可能由于淀粉受熱膨脹，加水形成面片時與其蛋白質(zhì)結(jié)合的更加緊密，從而增加了面片的黏性和彈性。由圖14可知，tanδ值均小于1，說明面片體系中彈性比例較高，具有類固相特性[32]。除功率為280 W和462 W，處理后面片tanδ值均小于對照組，彈性增大，這與趙梅等[33]研究結(jié)果一致，微波熱效應(yīng)促使蛋白質(zhì)等組分聚合，分子量增大，能增加面團(tuán)的彈性和類固體性質(zhì)。

圖12 不同微波功率下面片G′的變化Fig.12 Variation of G′ of the dough patch under different microwave power

圖13 不同微波功率下面片G″的變化Fig.13 Variation of G″ of the dough patch under different microwave power

圖14 不同微波功率下面片tanδ的變化Fig.14 Variation of tanδ of the dough patch under different microwave power

3 結(jié)論

本文使用不同的微波功率和微波時間處理小麥粉，從而研究微波處理對鮮濕面片褐變及其特性的影響。研究結(jié)果表明：微波處理后小麥粉中PPO活性顯著下降，抑制褐變，鮮濕面片的白度增大。隨著微波功率和微波時間的增大，PPO活性減小，當(dāng)700 W處理100 s時，由原來活性9.00 U降至5.14 U。經(jīng)微波處理后的面片中多酚含量的變化量小于未處理組；鮮濕面片弛豫時間T22和T23減小，說明面片內(nèi)部水分狀態(tài)發(fā)生改變，從而抑制褐變；小麥粉蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)向無序結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變明顯，同時巰基含量下降，二硫鍵含量升高，面片黏彈性增加，微波處理雖然可以抑制面片的褐變，但過度處理會導(dǎo)致小麥粉蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的改變，應(yīng)合理是使用該技術(shù)，以避免小麥粉品質(zhì)變性，使用中等強(qiáng)度的微波功率和時間，結(jié)合其他技術(shù)達(dá)到抑制面片褐變的效果。