微波处理对鲜湿面片褐变及其特性的影响

王瑞，林江涛，岳清华，宋安琪，宋喜雅，苏东民,2*

（1.河南工业大学粮油食品学院，河南郑州 450000）（2.郑州轻工业大学食品与生物工程学院，河南郑州 450001）

面条是我国传统主食之一，已有2 000多年历史。面条因制作工艺简单，食用方便等优点，受众人群较广。目前市场中主要有3类面条：干面条、方便面、鲜湿面条[1]。鲜湿面条与干面条相比，其制作工艺简单，口感更好，营养丰富，因此更受大众的喜欢[2]。然而生湿面水分含量高，成分复杂，在常温条件下贮藏易发生褐变，其主要外在表现为表面色泽变暗，且颜色分布不规则，严重影响外观，降低了产品的商业价值，这成为亟待解决的难点之一[3]。鲜湿面条色泽受很多因素的影响，内在因素包括蛋白质含量[4]、麦麸色泽、灰分含量[5]、多酚氧化酶[6]、类胡萝卜素、酚类化合物[7]和面粉色泽；加工参数等外部影响因素包括：磨粉提取率、破损淀粉、加盐量、加水量[8]、水分活度和pH值等。

已有研究表明，鲜湿面条的褐变主要有酶促褐变和非酶促褐变，酶促褐变主要过程是酚类物质在多酚氧化酶（Polyphenol Oxidase，PPO）的催化作用下，氧化酶为醌类物质，醌类物质再经过一系列反应生成深褐色色素类化合物[6,9]。因此降低PPO活性成为抑制褐变的关键。目前多数研究集中于化学方法，添加外源物质如柠檬酸、抗坏血酸[10]、磷酸盐[11]等；物理手段也有很多如冷等离子体处理[12]、臭氧处理[13]、高强超声[14]等。微波是一种电磁波，有着反射、穿透、吸收这三个特性，简单快捷，使用范围较广，主要被用于食品加热、杀菌、灭酶、成分萃取等[14]。同时它穿透性较强，且灭酶比较彻底，酶复活率低，因此在灭酶和灭菌方面有较大的使用价值。本文主要通过微波处理小麦粉，研究微波处理对鲜湿面条色泽及面片特性的影响，同时探索微波技术对面片褐变影响的原因，为防止鲜湿面条褐变提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 原料

F3粉，取自于河南天香面业公司。

1.2 仪器与设备

CR-410色彩色差仪，日本柯尼卡美能达公司；Micro MR-CL-I核磁共振成像分析仪，苏州（上海）纽迈电子科技有限公司；哈克流变仪，德国赛默飞世尔科技有限公司；UV-4802S紫外可见分光光度计，尤尼柯（上海）仪器有限公司；JHMZ-200针式和面机，北京东方孚德技术发展中心；Freezone 6 Plus真空冷冻干燥机，美国Labconco公司；JMTD-168/140实验面条机，北京东方孚德技术发展中心；SPX-100 B-Z恒温培养箱，上海迅博实业有限公司医疗设备厂。

1.3 实验方法

1.3.1 微波处理小麦粉

每次称取100 g小麦粉均匀平铺于22 cm×22 cm的微波专用托盘中，在研究微波功率对小麦粉的影响时，分别在120、280、462、581、700 W功率下处理100 s；在研究微波处理时间对小麦粉的影响时，在700 W功率下，分别处理40、60、80、100 s，经微波处理后的小麦粉放置至常温备用。

1.3.2 鲜湿面片的制作

称取处理后的小麦粉100 g，加水量以未处理样品的31%为基准，测定各处理后样品的水分，使最终面片含水量保持一致。使用针式和面机均匀搅拌7 min至面絮，面絮放置醒发箱熟化20 min，随后以3、2.5、2、1.5、1 mm的压面机辊间距依次压延至1 mm面片，面片用于测定。

1.3.3 鲜湿面片色泽的测定

将制作的鲜湿面片放置于25 ℃恒温培养箱中，使用色彩色差仪分别测定放置0、2、4、6、8、24 h的面片色泽，得到L*、a*、b*值，白度按照公式（1）计算：

式中：

H——样品白度值；

L*——样品亮度值；

a*——样品红色值；

b*——样品黄色值。

1.3.4 PPO活性的测定

参照张淼等[15]方法测定，并稍做修改。称取4 g样品，加入20 mL磷酸盐缓冲溶液（pH值6.0，0.2 mol/L），振荡后置于4 ℃冰箱中浸提12 h，以4 000 r/min离心15 min，得到粗酶液。取4 mL磷酸盐缓冲液，加入1 mL澄清离心液置于37 ℃恒温水浴锅中3 min后，再加入1 mL邻苯二酚溶液（0.1 mol/L），水浴15 min后测定420 nm处吸光值，以不加小麦粉样品为对照。PPO活性按照公式（2）计算[16]：

式中：

X——样品中多酚氧化酶活性，U；

A——吸光度；

0.001 ——活力单位换算系数；

m——样品质量，g；

t——反应时间，min。

1.3.5 鲜湿面片的水分分布测定

参照黄美琳[17]的方法测定，并稍做修改。称取1.0 g制作的鲜湿面片，用剪刀剪切成3 cm左右的细条，用聚四氟乙烯膜包裹细条，放入核磁共振试管中，然后利用Carr-Purcell-Meiboom-Gill脉冲序列扫描得到横向弛豫时间T2。参数设置：采样点数TD为40 000，采样频率SW为100.0 kHz，采样间隔时间TW为1 000 ms，累加次数NS为4。检测结束后，利用T2反演程序得出T2弛豫时间繁衍谱图。

1.3.6 蛋白质二级结构分析

参照郭晓丹等[18]方法测定。在红外灯下取出干燥处理后的溴化钾固体在研钵中研磨，处理后的样品与研磨后的溴化钾以1:100的比例混合均匀并压片，用傅里叶红外光谱进行测定，扫描波长范围为4 000～400 cm-1，溴化钾为空白对照，采用Omnic软件分析找到酰胺Ⅰ带的位置（1 600～1 700 cm-1），并使用Peakfit软件处理计算各特征峰的面积。

1.3.7 鲜湿面片动态流变学特性测定

参考Yazar等[19]方法，并稍作修改。将制作的鲜湿面片轧至1 mm，使用模具切割成半径为2 cm的圆形片，放置于测试台上，面片周围涂抹硅油防止水分挥发。频率扫描参数设置：应变0.1%，温度30 ℃，频率0.1～10 Hz，测定面片的弹性模量（G′）、黏性模量（G″），损耗因子由公式tanδ=G″/G′得出。

1.3.8 多酚含量的测定

参照文献测定并稍做修改[20,21]。鲜湿面片经冷冻干燥后，研磨过100目筛，称取1 g研磨后样品至10 mL离心管内，加入5 mL 70%（V/V）的甲醇（预热70 ℃）水浴震荡培养1 h，然后2 000 r/min离心15 min，收集上清液，重复上述提取步骤，合并上清液，用甲醇溶液定容至10 mL。多酚含量的测定：取1 mL上清液置于50 mL离心管内，加入1 mL福林酚试剂，避光反应7 min，然后再加入5 mL的7.5%（m/m）Na2CO3避光反应1 h，反应结束后测定765 nm处的吸光度。

标准曲线的绘制：采用浓度分别为0、12.5、25、50、100、200 mg/L的没食子酸溶液代替相同体积的上清液，根据多酚含量测定方法，得到吸光值-浓度标准曲线，y=0.008 8x+0.037 7（R2=0.998 2）。

1.3.9 巯基、二硫键含量的测定

参照Ellman’s试剂比色法测定[22]。75 mg面粉样品用1 mL Tris-甘氨酸缓冲液混匀后加4.7 g盐酸胍，用缓冲液定容至10 mL。测定巯基时，取1 mL该液加4 mL脲-盐酸胍溶液和0.05 mL Ellman’s试剂，于412 nm处测取光吸收值。测定二硫键时，取1 mL溶液，加0.05 mL巯基乙醇和4 mL脲-盐酸胍溶液，于25 ℃保温1 h，然后加入10 mL 12%（m/m）三氯乙酸，继续于25 ℃恒温1 h，4 500 r/min离心15 min，用5 mL 12%（m/m）三氯乙酸清洗沉淀物二次，将沉淀物溶于10 mL 8 mol/L脲中，加0.05 mL Ellman’s试剂，测取412 nm处的吸光值。

1.4 数据处理

使用Origin 2018进行图表的绘制，使用数据分析软件SPSS对数据进行显著性分析。

2 结果与讨论

2.1 微波处理对面片色泽的影响

2.1.1 微波处理时间对面片色泽的影响

白度值通过L*、a*、b*计算得出，可直观表示鲜湿面片的色泽。在微波功率700 W，不同微波处理时间条件下，鲜湿面片24 h内色泽变化如图1所示，不同处理条件下鲜湿面片24 h内白度呈现下降趋势，面片出现褐变现象，其中在0～2 h内面片褐变速度最快。经微波处理后的小麦粉制作的面片与未处理的相比，白度明显增加，面片白度随着微波处理时间的增加呈现上升的趋势，处理时间为100 s时，白度达到最大。鲜湿面片的褐变分为酶促褐变和非酶促褐变，其中酶促褐变主要是由于多酚氧化酶氧化多酚类物质，形成褐色的醌类物质。上述现象可能是因为微波加热导致多酚氧化酶活性降低，生成的色素类物质减少，面片的白度增大。另外，微波加热处理后面片内部的水分状态发生改变，这也是可能导致面片色泽得到改善的原因。微波处理100 s时，小麦粉由于中间温度过高，散热不及时，容器中间部位会出现轻微糊化现象，小麦粉色泽变暗，面片色泽也会受到影响，这与余晓宇等[23]研究相似，在微波处理80 s时的面片L*值开始下降，由于高温发生美拉德反应，生成棕色类物质，面片色泽变暗。

图1 不同微波处理时间下面片24 h内白度变化Fig.1 The whiteness change of the dough patch within 24 h under different microwave treatment times

2.1.2 微波功率对面片色泽的影响

不同微波功率条件下，处理100 s后的小麦粉制成的面片24 h内白度变化如图2所示。在不同功率处理条件下小麦粉制作的面片，白度在24 h内呈现下降趋势，未经处理小麦粉制作的面片褐变程度较大。同一时间内，随着微波功率的不断增大，面片白度值也不断增大，可能加热使其多酚氧化酶活性降低，抑制面片褐变。然而低微波功率处理（120 W）后小麦粉制作的面片在24 h后面片白度与未处理组无显著性差异，这可能是由于低微波功率虽然使其PPO活性降低，但是其影响较小，并不能改善面片的白度。

图2 不同微波功率下面片24 h内白度变化Fig.2 The whiteness change of the dough patch within 24 h under different microwave power

2.2 微波处理对小麦粉PPO活性的影响

微波用于酶的灭活是基于微波的热效应和非热生化效应。热效应是指微波作用于物料，物料表里同时吸收微波能，温度升高后使微生物体内蛋白质、核酸等分子变性，导致失活，从而达到灭酶的目的；非热生化效应主要是指在外电磁场的作用下物料中细胞膜发生功能障碍，使细胞正常代谢功能受到干扰和破坏，致使细胞DNA和RNA分子结构中的氢键松驰、断裂和重新组合，诱发基因突变、染色体畸变，从而中断细胞的正常功能，最终导致酶活力下降[24]。由图3和图4可知，微波处理后的面粉PPO活性下降，微波功率为700 W时，随着处理时间的增加，PPO活性呈现下降趋势；在微波时间一定时，随着微波功率的增加，PPO活性呈现下降趋势，在功率为700 W，处理时间为100 s时，PPO活性下降了42.78%。Yadav等[25]研究得出在900 W处理全麦粉80 s，其活性下降了93.39%，这可能是由于样品种类和初始分水的原因而导致的差异。PPO可直接影响面片的褐变，其活性降低，面片褐变速度也会下降，其白度值增大。

图3 不同微波时间下小麦粉中PPO活性的变化Fig.3 The PPO activity change in wheat flour under different microwave treatments times

图4 不同微波功率下小麦粉中PPO活性的变化Fig.4 The PPO activity change in wheat flour under different microwave treatments power

2.3 微波处理对游离多酚含量的影响

小麦粉中的一些多酚类物质如绿原酸，在PPO的催化作用下可发生氧化褐变[11]，因此游离多酚含量的变化可用来评价褐变反应发生的程度。微波处理小麦粉对于面片多酚含量的影响如图5和图6所示。微波处理后，面片中游离多酚初始含量显著降低，且微波处理时间越长，功率越大，多酚含量下降的越多，是由于微波加热导致小麦粉中一部分多酚类物质氧化分解[26]，多酚含量减少。鲜湿面片放置24 h后，其多酚含量显著降低，同时微波处理时间越长，微波功率越大，储藏期间多酚含量的变化幅度越小，减缓了多酚类物质氧化反应。与未处理组比较24 h内减少量最大下降了54.78%。鲜湿面片酶促褐变过程中多酚类物质的氧化是重要途径，经微波处理，可以显著降低游离多酚含量，同时减缓多酚类物质氧化造成的褐变过程。

图5 不同微波时间下面片24 h内多酚含量变化Fig.5 The change of polyphenol content in dough patch within 24 h under different microwave times

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

2.4 微波处理对鲜湿面片水分分布的影响

采用核磁共振技术测定鲜湿面片水分分布。从结果分析，主要出现了3个不同的波峰，分别代表三种流动性不同的水分，分别为深层结合水、弱结合水和自由水。横向弛豫时间代表了水分与面片中组分的结合状态，横向弛豫时间越长，水的流动性越大，深层结合水、弱结合水和自由水依次是T21、T22、T23[18]。不同水分的含量用峰面积表示，分别为A21、A22、A23。

表1和表2分别为在不同微波功率和处理时间下处理面粉，制作的面片其T2及对应的峰面积比例A2的变化。随着微波功率和处理时间的增加，面片中深层结合水无显著性差异，然而弱结合水和自由水含量有不同程度的下降，且T22、T23也呈现下降趋势，说明微波处理后，弱结合水和自由水的水分状态发生改变，其流动性减小，转化为结合更为紧密的水。这可能由于微波处理导致面片结构发生改变，降低水的自由度，从而减缓褐变的发生。

表1 不同微波时间小麦粉面片水分弛豫时间T2及对应峰面积比例A2的变化Table 1 Variation of water relaxation time T2 and corresponding peak area ratio A2 of wheat flour flakes under different microwave times

表2 不同微波功率小麦粉面片水分弛豫时间T2及对应峰面积比例A2的变化Table 2 Variation of water relaxation time T2 and corresponding peak area ratio A2 of wheat flour flakes under different microwave power

2.5 微波处理对蛋白质二级结构的影响

蛋白质的二级结构主要有：α-螺旋、β-折叠、β-转角、无规则卷曲结构，是蛋白质结构和功能的基础。采用傅里叶红外仪器测定，找出酰胺Ⅰ带，各结构对应的特征峰分别为：1 600～1 639 cm-1为β-折叠；1 640～1 649 cm-1为无规则卷曲；1 650～1 659 cm-1为α-螺旋；1 660～1 699 cm-1为β-转角[18]。由表3和表4可知，随着微波功率和时间的增加，α-螺旋含量下降11.96%，无规则卷曲结构含量增加7.76%，β-折叠含量无显著性差异，β-转角出现先增加后减少的趋势，这与余晓宇等[23]研究结果一致，微波功率增加到一定程度后，有规则的蛋白质结构会向无规则转变，这可能是由于微波加热后，氢键受到破坏，螺旋、折叠等有序结构受到影响。

表3 不同微波时间对蛋白质二级结构的影响Table 3 Effect of different microwave time on protein secondary structure

表4 不同微波功率对蛋白质二级结构的影响Table 4 Effect of different microwave power on protein secondary structure

2.6 微波处理对游离巯基和二硫键的影响

面片制作时，小麦粉中的蛋白质和水相互作用，游离巯基（-SH）之间会相互连接，二硫键（-S-S）是由两个半胱氨酸残基巯基基团形成的共价键，它代表着蛋白质结构的稳定性[27]，在一定条件下，巯基和二硫键可以相互转化[28]，游离巯基和二硫键含量可以表示蛋白质的交联程度。游离巯基和二硫键在微波处理下的变化由图7和图8所示，随着微波功率和微波处理时间的增大，游离巯基呈现下降趋势，在较高功率和处理时间下（700 W，80 s和100 s）含量较低；二硫键含量先上升后下降，这可能是由于高温促进巯基交联氧化形成二硫键，这与之前的研究相似[17,29]，热处理可以促进面片中的游离巯基参与到蛋白质交联的过程中，形成分子内或分子间二硫键。当微波功率为700 W，处理100 s时，二硫键减少，由于微波加热后，巯基和二硫键吸收的热能超过自身的键能，共价键发生断裂[30]。由以上结果分析，低温短时微波处理小麦粉可促进面片中面筋网络的形成，改变了面片中水分存在状态和迁移，可能影响褐变反应。

图7 不同微波时间小麦粉中游离-SH、-S-S-的变化Fig.7 Changes of free -SH and -S-S- in wheat flour under different microwave treatment times

图8 不同微波功率小麦粉中游离-SH、-S-S-的变化Fig.8 Changes of free -SH and -S-S- in wheat flour under different microwave treatment power

2.7 微波处理小麦粉对鲜湿面片流变特性的影响

2.7.1 微波处理时间对鲜湿面片流变特性的影响

储能模量（G′）也称弹性模量，反映了鲜湿面片的弹性、维持初始状态的能力；损耗模量（G″）也称黏性模量，反映鲜湿面片的整体黏性、发生形变的能力[31]。储能模量和损耗模量的比值为损耗因子（tanδ），tanδ值越小，高聚物含量多，面片结构更为紧密，反之聚合度差。由图9和图10可知，当微波处理时间在40～60 s时，G′和G″呈上升趋势，当处理时间为80 s时，G′和G″略有下降，可能由于时间的加长，小麦粉所受温度升高，巯基和二硫键减少，面筋网络的形成受到一定影响，致使面片的黏弹性下降。

图9 不同微波时间下面片G′的变化Fig.9 Variation of G′ of the dough patch under different microwave times

图10 不同微波时间下面片G″的变化Fig.10 Variation of G″ of the dough patch under different microwave times

图11 不同微波时间下面片tanδ的变化Fig.11 Variation of tanδ of the dough patch under different microwave times

2.7.2 微波功率对鲜湿面片流变特性的影响

由图12和图13可知，经微波处理后，鲜湿面片G′和G″与对照组相比，呈上升趋势，面片的黏弹性增大，在120 W时到达最大，与刘海波等[30]研究结果相似，可能由于淀粉受热膨胀，加水形成面片时与其蛋白质结合的更加紧密，从而增加了面片的黏性和弹性。由图14可知，tanδ值均小于1，说明面片体系中弹性比例较高，具有类固相特性[32]。除功率为280 W和462 W，处理后面片tanδ值均小于对照组，弹性增大，这与赵梅等[33]研究结果一致，微波热效应促使蛋白质等组分聚合，分子量增大，能增加面团的弹性和类固体性质。

图12 不同微波功率下面片G′的变化Fig.12 Variation of G′ of the dough patch under different microwave power

图13 不同微波功率下面片G″的变化Fig.13 Variation of G″ of the dough patch under different microwave power

图14 不同微波功率下面片tanδ的变化Fig.14 Variation of tanδ of the dough patch under different microwave power

3 结论

本文使用不同的微波功率和微波时间处理小麦粉，从而研究微波处理对鲜湿面片褐变及其特性的影响。研究结果表明：微波处理后小麦粉中PPO活性显著下降，抑制褐变，鲜湿面片的白度增大。随着微波功率和微波时间的增大，PPO活性减小，当700 W处理100 s时，由原来活性9.00 U降至5.14 U。经微波处理后的面片中多酚含量的变化量小于未处理组；鲜湿面片弛豫时间T22和T23减小，说明面片内部水分状态发生改变，从而抑制褐变；小麦粉蛋白质二级结构向无序结构转变明显，同时巯基含量下降，二硫键含量升高，面片黏弹性增加，微波处理虽然可以抑制面片的褐变，但过度处理会导致小麦粉蛋白质结构的改变，应合理是使用该技术，以避免小麦粉品质变性，使用中等强度的微波功率和时间，结合其他技术达到抑制面片褐变的效果。