响应面法优化花椒油常温浸提工艺

响应面法优化花椒油常温浸提工艺

青椒是广州青椒科的一种干燥、成熟的果皮，具有浓郁的苦味和刺。通常所说的花椒特指红花椒。花椒是我国传统的调味品,在各地菜肴尤其是川菜中广泛使用花椒油是近年来兴起的颇受消费者喜爱的产品,其加工不仅保留了花椒原有的麻香味,还解决了花椒粒和花椒粉给烹饪及食用带来的不便。目前花椒油的制备大多采用传统热浸提法(也称油炸法)采用花椒研磨机对花椒进行研磨处理,该设备可使花椒表皮得到充分破碎而花椒籽不被损坏,此工艺为花椒油低温浸提工艺改进提供了十分重要的参考依据。1材料和方法1.1仪器、设备和测试仪器花椒,新鲜汉源红花椒;玉米胚芽油;色谱纯甲醇;色谱级乙腈;层析级AlNRSDH-5-13-30碟式分离机:宜兴市海德分离机械有限公司;AS205008超声波清洗器:天津奥特赛恩斯仪器有限公司;LD4-2A低速离心机:北京医用离心机厂;BS224S电子精密天平(精度0.0001g):上海志荣电子科技有限公司;可调移液器(10~100μL、100~1000μL):上海托莫斯科学仪器有限公司;针筒式滤膜过滤器(有机系)(0.45μm):上海楚柏实验室设备有限公司;一次性塑料注射器(2mL):上海楚柏实验室设备有限公司;岛津LC-6AD型半制备液相色谱仪:日本岛津。1.2测试方法1.2.1青椒油的制备过程1.2.1.1.流程图通过查阅文献[14-16]以及预试验对各种试验方案进行比较,得出的生产工艺流程:1.2.1.2.关键准备将新鲜原料进行筛选、去杂、去枝。1.2.1.机结构的设计按一定料液比称取新鲜汉源红花椒及玉米胚芽油,采用自主研发的花椒研磨机对原料进行研磨。研磨机结构如图1所示。研磨的目的在于擦破花椒表面的油苞,提高花椒麻味物质的溶出率,同时保持籽的完整,保证花椒油的品质。研磨机工作时,通过调节螺母根据生产需要灵活调节上下研磨板间距,由电机带动下研磨盘转动,上下研磨盘均为网纹结构,可对物料进行充分研磨,同时可避免磨破花椒籽。1.2.1.2.3搅拌将经研磨处理后的油和花椒混合物在常温下进行搅拌浸提,保持搅拌速率为100r/min。1.2.1.粗油、花椒果皮与花椒籽的混合物的制备浸提结束后,采用80目筛网过滤使得油渣分离,得到粗油和花椒果皮与籽的混合物,混合物经筛分处理后可得到破碎的花椒果皮与花椒籽,该副产物可通过一定的加工手段而得到再利用。1.2.1.2.5离心和过滤粗油经碟式分离机处理达到去水、去杂的目的。在实验室采用滤纸进行精滤,得澄清的成品花椒油。1.2.2-基苯乙烯提取率的测定和计算方法有研究报道1.2.2.超声处理取100μL花椒油,按体积比1∶20加入色谱级甲醇,室温振荡5min,超声5min,超声频率55Hz;超声处理完之后将浸提液移入离心管中,在4000r/min下离心10min;迅速取上清液,过Al1.2.2.2.试验方法检测条件1.2.2.回归方程的绘制将实验室自制的麻味物质标准品(羟基-α-山椒素)配制成不同浓度的溶液,以各浓度样液在270nm下吸收峰面积值为纵坐标,浓度为横坐标,绘制标准曲线,如图2所示。线性回归方程为:y=16014x,R式中:W-溶剂(植物油)从花椒中提取羟基-α山椒素的得率,%;x-试样溶液中羟基-α-山椒素的含量,即为所测试样的峰面积值y对应的标准曲线上的x值,μg/mL;V-制得花椒油的体积,mL;m-所用花椒的质量,g。1.2.3花椒油的提取称取新鲜汉源红花椒15g,分别按照表1~表3设定条件,按照1.2.1所述工艺制取花椒油。通过测定羟基-α-山椒素提取率,确定各因素的范围。1.2.4中心组合设计工艺在单因素试验的基础上根据Box-Benhnken的中心组合试验设计原理,采用响应面法对花椒油常温浸提工艺参数进行3因素3水平的优化试验。试验采取料液比、浸提时间、研磨速度为自变量,分别用X1.2.5数据分析及验证试验将通过Design-Expert(version7.0,Stat-EaseInc,Minneapolis,MN.USA)软件进行数据分析,并按照1.2.1及1.2.2方法进行试验验证。2结果与分析2.1料液比对羟基--山椒素提取率的影响浸提时间为15min,研磨速度为45r/min。考察料液比1∶1,1∶2,1∶3,1∶4和1∶5(g/mL)对羟基-α-山椒素提取率的影响,结果如图3所示。由图3可以看出,随着料液比的增大,羟基-α山椒素提取率逐渐上升。当料液比为1∶1~1∶3(g/mL)时,羟基-α-山椒素提取率快速上升。当料液比超过1∶3(g/mL)时,羟基-α-山椒素提取率几乎持平。料液比不仅影响羟基-α-山椒素的提取率,也关系着花椒油的得率。在生产中,料液比较低时往往花椒油的得率也较低。综合考虑选择料液比为1∶2.5~1∶3.5(g/mL)较为合适。2.1.2预研磨时羟基--山椒素提取率低料液比为1∶3(g/mL),浸提时间为15min。考察研磨速度15,30,45,60和75r/min对羟基-α-山椒素提取率的影响,结果如图4所示。通过预试验发现不进行研磨时,羟基-α-山椒素提取率很低,仅为0.385%,与进行表皮处理的样品差距很大,因此有必要对花椒进行研磨处理。由图4可以看出,随着研磨速度加快,羟基-α-山椒素提取率有所上升,当研磨速度超过45r/min时,提取率呈直线下降。当研磨速度为15~45r/min时,羟基-α-山椒素提取率较高且提取率相当,研磨速度越慢,研磨越充分,越有利于羟基-α-山椒素的提取。但是研磨速度过低则会影响生产效率。因此,综合考虑选择研磨速度为40~50r/min较为合适。2.1.3浸提时间对羟基--山椒素提取率的影响料液比为1∶3(g/mL),研磨速度为45r/min。考察浸提时间0,5,10,15和20min对羟基-α-山椒素提取率的影响,结果如图5所示。由图5可以看出,随着浸提时间的延长,羟基-α山椒素提取率逐渐上升。由图可知不进行搅拌浸提时,羟基-α-山椒素提取率较低,与进行搅拌浸提的样品麻味物质含量差距较大。当搅拌时间为5~15min时,羟基-α-山椒素提取率变化较大。而搅拌时间超过15min时,羟基-α-山椒素提取率不再上升。综合考虑选择搅拌时间为12~18min较为合适。2.2反应分析是优化试验结果的途径2.2.1羟基--山椒素提取率测定试验采用3因子二次正交回归旋转组合试验进行设计,按照设计表进行试验,并测定各组样品的羟基-α-山椒素提取率。试验共有17个试验点,其中5个零点试验,12个析因试验。2.2.2模型建立与方差分析根据表5结果,利用Design-Expert软件对各因子进行分析经整理,建立羟基-α-山椒素提取率与料液比XY=-8.28809+2.60717X采用F检验来判定回归方程中各变量对响应值影响的显著性,概率p越小,相应变量的显著程度越高:p<0.01时影响为高度显著,p<0.05时影响为显著。由表6的方差分析结果可知,模型的p<0.0001,表明回归模型极显著;复相关系数为0.9889,说明该模型拟合程度良好,试验误差较小,可以此模型来分析和预测花椒油常温浸提的最佳工艺参数。从方差分析中还可得知,回归方程的一次项X由分析结果可知,当X回归模型的响应曲面图及其等高线如图6~图8所示。从曲面图可以直观的反应各因素对响应值的影响。其中,曲线越陡峭则该因素对响应值影响越大。而等高线图预测存在极值的条件在圆心处。等高线的形状可以反映出交互效应的强弱,椭圆形表示两因素交互作用显著,而圆形则表示交互作用不显著。由图6~图8可看出,X2.3回归方程结果与预测值对比,见表1.为确认优化条件的可靠性,对常温浸提花椒油工艺进行了验证性试验,重复3次。实际测得的羟基-α山椒素提取率为1.127461%,与预测值1.12919%基本一致。这说明回归方程与试验数据很吻合,验证了所建模型的正确性。同时,对所得样品进行酸价的检测,发现其酸价平均值为1.0mg/g,而热浸提花椒油酸价一般为1.85mg/g,证明了该常温浸提花椒油工艺条件的可行性。常温浸提花椒油液相色谱图如图9所示。3花椒油品质的影响1)目前,花椒麻味物质的定量方法各有不同,且大多数都以得到的提取物的总量作为参考指标,此法虽然可以定量,但试验结果容易受到提取溶剂溶解范围及提取条件的影响,可能使一些非麻味成分溶于溶剂而使试验结果不准确。试验采用实验室自制的麻味物质作为标准品,准确定量至花椒中含量最高的麻味物质羟基-α-山椒素的含量,使试验结果更为准确,因此更能全面准确地考察试验因素的影响,得到的工艺参数和回归模型可信度较高。2)试验采用了自主研发的花椒磨皮机对新鲜汉源红花椒进行磨皮处理,该设备能够使花椒果皮充分破碎而花椒籽不被损坏,在