響應(yīng)面法優(yōu)化花椒油常溫浸提工藝

響應(yīng)面法優(yōu)化花椒油常溫浸提工藝

青椒是廣州青椒科的一種干燥、成熟的果皮，具有濃郁的苦味和刺。通常所說(shuō)的花椒特指紅花椒?；ń肥俏覈?guó)傳統(tǒng)的調(diào)味品,在各地菜肴尤其是川菜中廣泛使用花椒油是近年來(lái)興起的頗受消費(fèi)者喜愛(ài)的產(chǎn)品,其加工不僅保留了花椒原有的麻香味,還解決了花椒粒和花椒粉給烹飪及食用帶來(lái)的不便。目前花椒油的制備大多采用傳統(tǒng)熱浸提法(也稱油炸法)采用花椒研磨機(jī)對(duì)花椒進(jìn)行研磨處理,該設(shè)備可使花椒表皮得到充分破碎而花椒籽不被損壞,此工藝為花椒油低溫浸提工藝改進(jìn)提供了十分重要的參考依據(jù)。1材料和方法1.1儀器、設(shè)備和測(cè)試儀器花椒,新鮮漢源紅花椒;玉米胚芽油;色譜純甲醇;色譜級(jí)乙腈;層析級(jí)AlNRSDH-5-13-30碟式分離機(jī):宜興市海德分離機(jī)械有限公司;AS205008超聲波清洗器:天津奧特賽恩斯儀器有限公司;LD4-2A低速離心機(jī):北京醫(yī)用離心機(jī)廠;BS224S電子精密天平(精度0.0001g):上海志榮電子科技有限公司;可調(diào)移液器(10~100μL、100~1000μL):上海托莫斯科學(xué)儀器有限公司;針筒式濾膜過(guò)濾器(有機(jī)系)(0.45μm):上海楚柏實(shí)驗(yàn)室設(shè)備有限公司;一次性塑料注射器(2mL):上海楚柏實(shí)驗(yàn)室設(shè)備有限公司;島津LC-6AD型半制備液相色譜儀:日本島津。1.2測(cè)試方法1.2.1青椒油的制備過(guò)程1.2.1.1.流程圖通過(guò)查閱文獻(xiàn)[14-16]以及預(yù)試驗(yàn)對(duì)各種試驗(yàn)方案進(jìn)行比較,得出的生產(chǎn)工藝流程:1.2.1.2.關(guān)鍵準(zhǔn)備將新鮮原料進(jìn)行篩選、去雜、去枝。1.2.1.機(jī)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)按一定料液比稱取新鮮漢源紅花椒及玉米胚芽油,采用自主研發(fā)的花椒研磨機(jī)對(duì)原料進(jìn)行研磨。研磨機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示。研磨的目的在于擦破花椒表面的油苞,提高花椒麻味物質(zhì)的溶出率,同時(shí)保持籽的完整,保證花椒油的品質(zhì)。研磨機(jī)工作時(shí),通過(guò)調(diào)節(jié)螺母根據(jù)生產(chǎn)需要靈活調(diào)節(jié)上下研磨板間距,由電機(jī)帶動(dòng)下研磨盤轉(zhuǎn)動(dòng),上下研磨盤均為網(wǎng)紋結(jié)構(gòu),可對(duì)物料進(jìn)行充分研磨,同時(shí)可避免磨破花椒籽。1.2.1.2.3攪拌將經(jīng)研磨處理后的油和花椒混合物在常溫下進(jìn)行攪拌浸提,保持?jǐn)嚢杷俾蕿?00r/min。1.2.1.粗油、花椒果皮與花椒籽的混合物的制備浸提結(jié)束后,采用80目篩網(wǎng)過(guò)濾使得油渣分離,得到粗油和花椒果皮與籽的混合物,混合物經(jīng)篩分處理后可得到破碎的花椒果皮與花椒籽,該副產(chǎn)物可通過(guò)一定的加工手段而得到再利用。1.2.1.2.5離心和過(guò)濾粗油經(jīng)碟式分離機(jī)處理達(dá)到去水、去雜的目的。在實(shí)驗(yàn)室采用濾紙進(jìn)行精濾,得澄清的成品花椒油。1.2.2-基苯乙烯提取率的測(cè)定和計(jì)算方法有研究報(bào)道1.2.2.超聲處理取100μL花椒油,按體積比1∶20加入色譜級(jí)甲醇,室溫振蕩5min,超聲5min,超聲頻率55Hz;超聲處理完之后將浸提液移入離心管中,在4000r/min下離心10min;迅速取上清液,過(guò)Al1.2.2.2.試驗(yàn)方法檢測(cè)條件1.2.2.回歸方程的繪制將實(shí)驗(yàn)室自制的麻味物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)品(羥基-α-山椒素)配制成不同濃度的溶液,以各濃度樣液在270nm下吸收峰面積值為縱坐標(biāo),濃度為橫坐標(biāo),繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線,如圖2所示。線性回歸方程為:y=16014x,R式中:W-溶劑(植物油)從花椒中提取羥基-α山椒素的得率,%;x-試樣溶液中羥基-α-山椒素的含量,即為所測(cè)試樣的峰面積值y對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)曲線上的x值,μg/mL;V-制得花椒油的體積,mL;m-所用花椒的質(zhì)量,g。1.2.3花椒油的提取稱取新鮮漢源紅花椒15g,分別按照表1~表3設(shè)定條件,按照1.2.1所述工藝制取花椒油。通過(guò)測(cè)定羥基-α-山椒素提取率,確定各因素的范圍。1.2.4中心組合設(shè)計(jì)工藝在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上根據(jù)Box-Benhnken的中心組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理,采用響應(yīng)面法對(duì)花椒油常溫浸提工藝參數(shù)進(jìn)行3因素3水平的優(yōu)化試驗(yàn)。試驗(yàn)采取料液比、浸提時(shí)間、研磨速度為自變量,分別用X1.2.5數(shù)據(jù)分析及驗(yàn)證試驗(yàn)將通過(guò)Design-Expert(version7.0,Stat-EaseInc,Minneapolis,MN.USA)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,并按照1.2.1及1.2.2方法進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。2結(jié)果與分析2.1料液比對(duì)羥基--山椒素提取率的影響浸提時(shí)間為15min,研磨速度為45r/min?？疾炝弦罕?∶1,1∶2,1∶3,1∶4和1∶5(g/mL)對(duì)羥基-α-山椒素提取率的影響,結(jié)果如圖3所示。由圖3可以看出,隨著料液比的增大,羥基-α山椒素提取率逐漸上升。當(dāng)料液比為1∶1~1∶3(g/mL)時(shí),羥基-α-山椒素提取率快速上升。當(dāng)料液比超過(guò)1∶3(g/mL)時(shí),羥基-α-山椒素提取率幾乎持平。料液比不僅影響羥基-α-山椒素的提取率,也關(guān)系著花椒油的得率。在生產(chǎn)中,料液比較低時(shí)往往花椒油的得率也較低。綜合考慮選擇料液比為1∶2.5~1∶3.5(g/mL)較為合適。2.1.2預(yù)研磨時(shí)羥基--山椒素提取率低料液比為1∶3(g/mL),浸提時(shí)間為15min?？疾煅心ニ俣?5,30,45,60和75r/min對(duì)羥基-α-山椒素提取率的影響,結(jié)果如圖4所示。通過(guò)預(yù)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)不進(jìn)行研磨時(shí),羥基-α-山椒素提取率很低,僅為0.385%,與進(jìn)行表皮處理的樣品差距很大,因此有必要對(duì)花椒進(jìn)行研磨處理。由圖4可以看出,隨著研磨速度加快,羥基-α-山椒素提取率有所上升,當(dāng)研磨速度超過(guò)45r/min時(shí),提取率呈直線下降。當(dāng)研磨速度為15~45r/min時(shí),羥基-α-山椒素提取率較高且提取率相當(dāng),研磨速度越慢,研磨越充分,越有利于羥基-α-山椒素的提取。但是研磨速度過(guò)低則會(huì)影響生產(chǎn)效率。因此,綜合考慮選擇研磨速度為40~50r/min較為合適。2.1.3浸提時(shí)間對(duì)羥基--山椒素提取率的影響料液比為1∶3(g/mL),研磨速度為45r/min?？疾旖釙r(shí)間0,5,10,15和20min對(duì)羥基-α-山椒素提取率的影響,結(jié)果如圖5所示。由圖5可以看出,隨著浸提時(shí)間的延長(zhǎng),羥基-α山椒素提取率逐漸上升。由圖可知不進(jìn)行攪拌浸提時(shí),羥基-α-山椒素提取率較低,與進(jìn)行攪拌浸提的樣品麻味物質(zhì)含量差距較大。當(dāng)攪拌時(shí)間為5~15min時(shí),羥基-α-山椒素提取率變化較大。而攪拌時(shí)間超過(guò)15min時(shí),羥基-α-山椒素提取率不再上升。綜合考慮選擇攪拌時(shí)間為12~18min較為合適。2.2反應(yīng)分析是優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果的途徑2.2.1羥基--山椒素提取率測(cè)定試驗(yàn)采用3因子二次正交回歸旋轉(zhuǎn)組合試驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì),按照設(shè)計(jì)表進(jìn)行試驗(yàn),并測(cè)定各組樣品的羥基-α-山椒素提取率。試驗(yàn)共有17個(gè)試驗(yàn)點(diǎn),其中5個(gè)零點(diǎn)試驗(yàn),12個(gè)析因試驗(yàn)。2.2.2模型建立與方差分析根據(jù)表5結(jié)果,利用Design-Expert軟件對(duì)各因子進(jìn)行分析經(jīng)整理,建立羥基-α-山椒素提取率與料液比XY=-8.28809+2.60717X采用F檢驗(yàn)來(lái)判定回歸方程中各變量對(duì)響應(yīng)值影響的顯著性,概率p越小,相應(yīng)變量的顯著程度越高:p<0.01時(shí)影響為高度顯著,p<0.05時(shí)影響為顯著。由表6的方差分析結(jié)果可知,模型的p<0.0001,表明回歸模型極顯著;復(fù)相關(guān)系數(shù)為0.9889,說(shuō)明該模型擬合程度良好,試驗(yàn)誤差較小,可以此模型來(lái)分析和預(yù)測(cè)花椒油常溫浸提的最佳工藝參數(shù)。從方差分析中還可得知,回歸方程的一次項(xiàng)X由分析結(jié)果可知,當(dāng)X回歸模型的響應(yīng)曲面圖及其等高線如圖6~圖8所示。從曲面圖可以直觀的反應(yīng)各因素對(duì)響應(yīng)值的影響。其中,曲線越陡峭則該因素對(duì)響應(yīng)值影響越大。而等高線圖預(yù)測(cè)存在極值的條件在圓心處。等高線的形狀可以反映出交互效應(yīng)的強(qiáng)弱,橢圓形表示兩因素交互作用顯著,而圓形則表示交互作用不顯著。由圖6~圖8可看出,X2.3回歸方程結(jié)果與預(yù)測(cè)值對(duì)比,見(jiàn)表1.為確認(rèn)優(yōu)化條件的可靠性,對(duì)常溫浸提花椒油工藝進(jìn)行了驗(yàn)證性試驗(yàn),重復(fù)3次。實(shí)際測(cè)得的羥基-α山椒素提取率為1.127461%,與預(yù)測(cè)值1.12919%基本一致。這說(shuō)明回歸方程與試驗(yàn)數(shù)據(jù)很吻合,驗(yàn)證了所建模型的正確性。同時(shí),對(duì)所得樣品進(jìn)行酸價(jià)的檢測(cè),發(fā)現(xiàn)其酸價(jià)平均值為1.0mg/g,而熱浸提花椒油酸價(jià)一般為1.85mg/g,證明了該常溫浸提花椒油工藝條件的可行性。常溫浸提花椒油液相色譜圖如圖9所示。3花椒油品質(zhì)的影響1)目前,花椒麻味物質(zhì)的定量方法各有不同,且大多數(shù)都以得到的提取物的總量作為參考指標(biāo),此法雖然可以定量,但試驗(yàn)結(jié)果容易受到提取溶劑溶解范圍及提取條件的影響,可能使一些非麻味成分溶于溶劑而使試驗(yàn)結(jié)果不準(zhǔn)確。試驗(yàn)采用實(shí)驗(yàn)室自制的麻味物質(zhì)作為標(biāo)準(zhǔn)品,準(zhǔn)確定量至花椒中含量最高的麻味物質(zhì)羥基-α-山椒素的含量,使試驗(yàn)結(jié)果更為準(zhǔn)確,因此更能全面準(zhǔn)確地考察試驗(yàn)因素的影響,得到的工藝參數(shù)和回歸模型可信度較高。2)試驗(yàn)采用了自主研發(fā)的花椒磨皮機(jī)對(duì)新鮮漢源紅花椒進(jìn)行磨皮處理,該設(shè)備能夠使花椒果皮充分破碎而花椒籽不被損壞,在