微波輔助花生殼漂白工藝的研究

那廣寧，張丁潔，趙杰，劉洪銘，叢靖晗，陳存坤

（1.沈陽工學院生命工程學院，遼寧撫順113122；2．國家農產品保鮮工程技術研究中心（天津），農業農村部農產品貯藏保鮮重點實驗室，天津市農產品采后生理與貯藏保鮮重點實驗室，天津300384）

吊爐花生是一種口感香酥、較受歡迎的傳統食品[1-4]。在實際生產過程中為了改善花生殼的外觀品質，達到均勻白皙的目的，通常使用漂白劑對花生殼進行漂白。傳統花生殼漂白一般采用Na2SO3、ClO2等做漂白劑，其中Na2SO3漂白效果雖好，但會有SO3殘留，在食用安全及環境保護中均有極大危害；另外，使用含氯漂白劑不僅會有難聞的氣味殘留，還會造成一定程度的環境污染[5-7]。食品安全作為食品營養的基礎一直備受人們關注，因此選用無毒、無污染且經濟、高效的漂白劑，對花生殼的漂白有重要意義[8-13]。陳團偉等[14]證明了過氧化氫與過氧乙酸混合液是一種可行且效果較好的花生殼無氯漂白劑。本文在吊爐花生制作工藝中，以過氧化氫和過氧乙酸混合液作為漂白劑，以微波處理[15-20]替代傳統的水浴加熱，分析了過氧化氫與過氧乙酸混合溶液中過氧化氫體積分數、微波時間、微波功率、pH 值4 個因素對花生殼漂白效果的影響，并應用Box-Behnken 試驗設計原理進行響應面分析，確定了花生殼的最佳漂白工藝參數。采用最佳的漂白工藝參數，縮短了花生殼的漂白時間，且在微波的作用下，促進了過氧乙酸的分解，產品過氧乙酸殘留量更少，食用更安全。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料與設備

大白沙花生：遼寧省義縣張家堡；50%食品級過氧化氫、15%食品級過氧乙酸：荊州雙雄化工科技有限公司；95%乙醇、醋酸、碳酸氫鈉：均為分析純，廣州化學試劑廠。

電子秤（旺豐ACS-15 型）：永康市杰力衡器有限公司；色差計（WSC-S 型）：上海精密科學儀器有限公司；實驗室微波合成儀（HX-MC-1）：北京祥鵠科技發展有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 花生殼漂白工藝流程

（原料稱重）原輔料預處理→花生煮制（浸泡、瀝干）→花生烘烤→漂白劑浸泡→烘干→成品

1.2.2 混合漂白劑的配制

將濃度為35%的過氧化氫溶液與濃度為15%的過氧乙酸溶液按比例混合，配制成不同規格，以原35 %濃度過氧化氫體積分數計的混合漂白劑。

1.2.3 單因素試驗設計

將1 kg 烘烤后的花生浸泡于1 000 mL 混合漂白劑中，分別對不同的過氧化氫體積分數（10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%）、微波時間（1、2、3、4、5、6、7 min）、pH 值（4、5、6、7、8、9、10）和微波功率（400、480、560、640、720、800、880 W）進行單因素試驗，考察各單因素對漂白效果的影響。

1.2.4 Box-Behnken 試驗設計

根據Box-Behnken 的中心復合試驗設計原理，結合之前得到的數據結果，基于Design-Expert 軟件進行Box-Behnken 試驗設計。以色差計色澤白度L 值為考察指標，選取過氧化氫體積分數（A）、微波時間（B）、pH值（C）、微波功率（D）4 個因素為自變量，每個自變量的低、中、高試驗水平分別以-1、0、1 進行編碼。試驗因素水平設計見表1。

表1 響應面試驗因素水平Table 1 Factors and levels in response surface analysis

1.2.5 花生亮度L 值的測定

將95%乙醇與醋酸按體積比5 ∶1 配制成混合溶液，將漂白后烘干的花生浸泡于混合溶液中2 h，用WSC-S 型測色色差計測定浸漬液Huter L 值，L 值為明度指數，L=0 表示黑色，L=100 表示白色，中間有100個等級，以L 值表示花生殼亮度。

1.2.6 數據處理與分析

花生殼漂白試驗結果分析：Excel 數據分析工具進行方差分析；Box-Behnken 試驗結果分析：Design-Expert 8.0.6.1 軟件。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗

2.1.1 不同過氧化氫體積分數對花生漂白效果的影響漂白溶液中過氧化氫體積分數對漂白效果的影響見圖1。

圖1 漂白溶液中過氧化氫體積分數對漂白效果的影響Fig.1 Effect of hydrogen peroxide volume fraction in bleaching solution on bleaching effect

由圖1 可知，溶液中過氧化氫的體積分數對漂白效果有明顯影響，當達到峰值后，隨著過氧化氫體積分數的增加漂白效果基本一致，呈平緩趨勢。在過氧化氫的體積分數在20%以下時，漂白后的花生殼依舊為褐色沒有達到預期效果，不予以考慮。在漂白溶液中，當過氧化氫體積分數超過40%以上時，漂白后花生殼在顏色變白的同時花生殼表面也變得粗糙不光滑，出于對花生殼的外觀以及成本等問題的綜合考慮，漂白溶液中過氧化氫最佳體積分數選擇30%。

2.1.2 不同微波時間對花生漂白效果的影響

微波時間對漂白效果的影響見圖2。

由圖2 可知，在花生殼漂白的過程中，微波時間是影響漂白效果的重大因素之一，隨著微波時間的增長，漂白效果越來越好直至微波時間為4 min 時，花生殼色澤均勻，達到預期效果并保持不變。因此，考慮到快速、高效等諸多因素，將花生殼最優微波時間定為4 min。

圖2 微波時間對漂白效果的影響Fig.2 Effect of microwave time on bleaching effect

2.1.3 不同pH 值對花生漂白效果的影響

pH 值對漂白效果的影響見圖3。

圖3 pH 值對漂白效果的影響Fig.3 Effect of pH value on bleaching effect

在花生殼的漂白中，漂白效果與溶液的pH 值有著很大的關系，由圖3 可知，在pH 值為8 時，花生殼的漂白效果是最好的，因此，花生殼漂白的最優工藝中的最佳pH 值為8。

2.1.4 不同漂白溫度對花生漂白效果的影響

微波功率對漂白效果的影響見圖4。

圖4 微波功率對漂白效果的影響Fig.4 Influence of microwave power on bleaching effect

在漂白過程中，確定混合漂白劑比例不變，隨著微波功率的上升，漂白溶液中的有效成分也在隨之上升而開始分解，漂白效果也呈現先上升后下降的現象，漂白效果在640 W 之前逐漸增強，640 W 之后漂白效果則隨著漂白劑的有效成分的分解呈現下降的趨勢。

2.2 響應面試驗分析

按響應面設計方案，花生殼漂白結束后分別對其進行亮度值L 的測定，結果見表2。

表2 試驗方案與結果Table 2 Experimental design and results

運用Design-Expert（Version 8.0.6）軟件對試驗數據進行響應曲面分析，建立A（過氧化氫體積分數）、B（微波時間）、C（pH 值）和 D（微波功率）4 個因素與亮度值L 之間的二次多項式模型，擬合得到二次回歸方程：

回歸方程的方差分析見表3。

表3 回歸方程的方差分析Table 3 Variance analysis of regression equation

由表3 可知：響應面優化擬合出的方程回歸項的模型 p＜0.05，有差異顯著性，失擬項（p=0.173 5＞0.05）差異不顯著。D，A2，B2，C2，D2影響極顯著。從 F 值大小得出，4 個因素對亮度值L 的影響大小排列順序為：D（微波功率）＞B（微波時間）＞A（過氧化氫體積分數）＞C（pH 值）。

2.3 亮度值L 的響應面曲面分析

為考察影響因素間的曲面效應，對二次回歸模型進行響應的曲面分析。通過Design ExpertV 8.0.6.1 軟件獲得三維響應面，能夠直觀地反映出各個因素及其相互作用對試驗結果的影響。等高線的形狀反映交互效應的強弱，圓形表示兩個因素交互作用不顯著，橢圓形表示兩個因素交互作用顯著。結果見圖5～圖7。

由圖5～圖7 可看出，過氧化氫體積分數和微波時間、過氧化氫體積分數和微波功率對L 值的交互作用均顯著。

圖5 過氧化氫體積分數和微波時間交互作用對L 值的影響Fig.5 Influence of interaction between hydrogen peroxide volume fraction and microwave time on L value

圖6 過氧化氫體積分數和微波功率交互作用對L 值的影響Fig.6 Influence of interaction between hydrogen peroxide volume fraction and microwave power on L value

圖7 微波時間和pH 值交互作用對L 值的影響Fig.7 Influence of interaction between microwave time and pH value on L value

圖5 結果顯示，隨著過氧化氫體積分數的增加，L值在低微波時間下呈緩慢上升至平穩后略緩慢下降的趨勢，而在高微波時間下呈略緩慢上升至平穩后緩慢下降趨勢；隨著微波時間的增加，L 值在低過氧化氫體積分數下呈緩慢上升至平穩后略緩慢下降趨勢，而在高過氧化氫體積分數下呈緩慢下降趨勢。這說明AB 兩種因素互交作用顯著。圖6 結果顯示，隨著過氧化氫體積分數的增加，L 值在低微波功率下呈緩慢上升至平穩后略緩慢下降趨勢，而在高微波功率下呈緩慢上升至平穩后略緩慢下降趨勢；隨著微波功率的增加，L 值在低過氧化氫體積分數下呈緩慢上升趨勢；而在高過氧化氫體積分數下呈略緩慢下降趨勢。這說明兩種因素互交顯著。圖7 結果顯示，隨著微波時間的增加，L 值在低pH 值下呈略上升趨勢，而在高pH 值下呈略緩慢下降趨勢；隨著pH 值的增加，L 值在低微波時間下呈緩慢上升至平穩后略緩慢下降趨勢，而在高微波時間下呈緩慢下降趨勢，這說明BC 兩種因素交互作用不顯著。綜上表明AB、BC 和AD 的互交作用顯著，與方差分析結果一致。

2.4 最佳工藝條件的預測與檢驗

通過軟件對所建立的模型進行分析，預測花生殼漂白的最優工藝條件為：過氧化氫體積分數30%，微波時間4.023 min，pH 值為8.014，微波功率640 W，此條件下所得L 值可高達71.84。考慮到實際操作的可行性，修正漂白工藝條件為：過氧化氫體積分數30%，微波時間4 min，pH 值為8，微波功率640 W，在此條件下進行5 次平行性試驗，所測得的色澤白度L 值平均數值為70.12，與理論預測值71.84 的相對誤差較小，這說明試驗中的回歸方程適合于花生殼漂白效果的預測和分析。

3 結論

通過響應面綜合考慮過氧化氫體積分數、微波時間、微波功率、pH 值4 個因素對花生殼色澤白度L 值的影響。根據Box-Behnken 中心組合設計原理設計了四因素三水平試驗，用Design-Expert 軟件處理試驗數據，試驗結果表明花生殼漂白工藝的最優條件為過氧化氫體積分數30%、微波時間4 min、pH 值為8、微波功率640 W；在漂白過程中，過氧化氫體積分數和微波時間、過氧化氫體積分數和微波功率對L 值的交互作用顯著。雖然花生殼使用漂白劑的類型會有所差異，但優化后L 值的條件對其他漂白劑有一定參考價值。