贾敏，李渐鹏，邱斌，宗爱珍，刘玮，刘丽娜，徐同成

利用三维混合仪制备叶酸强化面粉

贾敏，李渐鹏，邱斌，宗爱珍，刘玮，刘丽娜，*徐同成

（山东省农业科学院农产品研究所，山东省农产品精深加工技术重点实验室，山东济南250100）

采用直接混匀法将叶酸加入面粉中，使用三维混合仪制得叶酸强化面粉。通过高效液相法检测样品中叶酸的含量，计算叶酸损失率与叶酸强化粉的混合均匀度，以此调整三维混合仪参数并获得最优值。

叶酸；面粉；三维混合仪；食品加工

叶酸是人体进行新陈代谢必不可少的维生素之一，是由碟啶环连接对氨基苯甲酸与谷氨酸盐形成的一类化合物[1]，可溶于水，被称为VB9[2]。保障足够的叶酸摄入量对人体健康极为重要，叶酸摄入不足可能导致心脑血管疾病[3]、结肠癌[4]、贫血[5]等病症，女性备孕期间与妊娠前几周摄入足量叶酸可大大降低婴幼儿患神经管缺陷的概率[6]。据统计，全世界每年新增神经管缺陷症患儿约30万名，其中大多数可通过母体备孕与妊娠期间补充足量叶酸来避免[7]。由于人体自身无法合成叶酸[6]，食物中的天然叶酸容易被破坏，且很多女性备孕期间难以做好营养补充，许多国家规定在主食中添加叶酸以避免妊娠女性的摄入不足问题。1998年，美国食品药品监督管理局规定了每100 g谷物制品中需添加叶酸140 μg[8]，由于此项措施的实施，美国神经管缺陷患儿的发生率减少了19%[9]。《中国居民膳食营养素参考摄入量》2013版提出，成人日常所需叶酸量为320 μg/d，推荐摄入量为400 μg/d，孕期妇女摄入量应为600 μg/d，可耐受最高摄入量为1 000 μg/d[10]。调查显示，我国育龄妇女叶酸摄入量普遍较低，缺乏率北方高于南方、农村高于城市，末期妊娠女性叶酸缺乏率高达48.4%；而且我国成年人群中叶酸水平偏低的比例也较高，北方男性春季的叶酸缺乏率高达60%[11]，但迄今为止我国仍未有强制性添加叶酸的政策。

面粉作为我国传统主食，尤其对于北方居民而言，是不可或缺的日常主食，可作为叶酸营养强化的良好载体。试验以面粉与叶酸为原料，使用三维混合仪制备了一种高混匀度的叶酸强化面粉，可为广大消费者提供营养支撑。

1 材料与设备

1.1 原料与试剂

面粉，德州巨嘴鸟面粉；叶酸，食品级，河南百福食品添加剂；水，超纯水；氨水、乙酸铵和甲醇，均为分析纯，天津市富宇精细化工有限公司提供。

1.2 仪器与设备

ML104型电子分析天平，梅特勒-托利多仪器有限公司产品；TDL-5-A型离心机，上海安亭科学仪器厂产品；FD-1B-80型冷冻干燥机，北京博医康实验仪器有限公司产品；XO-SM100型超声波组合反应系统，南京先欧仪器制造有限公司产品；三维混合仪，江阴市祥力粉体设备有限公司产品；Agilent1200型高效液相色谱仪，美国安捷伦公司产品；超微粉碎仪，北京永光明医疗仪器有限公司产品。

2 试验方法

2.1 叶酸测定方法

2.1.1 样品制备

试验使用标准曲线法测量样品的叶酸含量。

（1）叶酸标品溶液的制备。精密称量叶酸标品20 mg，置于100 mL容量瓶中，加入0.5%的氨溶液至刻度，摇匀得到质量浓度200 mg/L的叶酸标品溶液。以此方法类推可得100，50，20 mg/L的叶酸标品溶液，以绘制叶酸标准曲线。

（2）供试品溶液的制备。取强化粉样品2 g溶于10 mL的0.5%氨溶液中，漩涡混匀1 min，超声处理15 min，以转速4 000 r/min离心10 min，取上清液。因为强化粉中叶酸含量为2 mg/kg，上清液中叶酸质量浓度约为0.4 mg/L。将上清液置于真空冷冻干燥机中冻干，再滴加400 μL氨水，即得到浓缩25倍后约为10 mg/L的样品。

2.1.2 高效液相色谱洗脱条件

使用C18型色谱柱（50 mm×2.1 mm，1.7 μm），进样量5 μL，柱温30℃，流动相：A为10 mmol/L乙酸铵水溶液（pH值6.3）、B为甲醇，梯度洗脱程序为：①0～15 min，B从2%升至22%；②15～16 min，B从22%降至2%；③16～20min，B从2%升至22%，洗脱时间共20min，检测波长280nm，流速1.2mL/min。2.2三维混合仪参数优化方法

分别选取混合仪填装系数（0.4，0.5，0.6，0.7，0.8）、转速（10，15，20，25，30 r/min）、混匀时间（2，4，6，8，10 min）作为3个因素进行单因素试验，并计算面粉混匀度，选择混匀度最高的水平进行响应面试验。

根据单因素试验结果，采用中心组合试验Box-Benhnken设计方案，选取填装系数（A）、混匀时间（B）、转速（C）3个因素为自变量，以-1，0，1分别代表变量的水平，以三维混匀度为响应值，进行中心组合响应面试验设计。每个试验重复3次，取其平均值作为最优的三维混合仪参数。

试验因素与水平设计见表1。

表1 试验因素与水平设计

混匀度测量方式[12]：每批面粉组分N中随机选取6个样品，测定叶酸含量，这个组分N的叶酸含量为N1，N2，N3，N4，N5，N6，则混匀度M为：

式中：Na=min{Nn}，n=1，2，3，4，5，6；

2.3 叶酸强化粉制备方法

使用2.2中得到三维混合仪参数制备的叶酸强化面粉。制备强化粉共需三维混合3次。首先，将10 g进行超微粉碎的食品级叶酸粉加入到1 kg面粉中，采用三维混合仪充分混匀，制成叶酸质量分数为10 g/kg的基料a；取10 g基料a加入到1 kg面粉中，采用三维混合仪充分混合筛匀，制成质量分数为100 mg/kg的基料b；再取20 g基料b均匀兑入1 kg的面粉中，制得质量分数为2 mg/kg的叶酸强化面粉成品。

3 结果分析与讨论

3.1 叶酸标准曲线的绘制结果

叶酸质量浓度标准曲线见图1。

图1 叶酸质量浓度标准曲线

使用高效液相色谱法分别测定质量浓度为20，50，100，200 mg/L叶酸标准溶液的峰面积，得到峰面积分别为186，279，540，1 256 mAu/s，以叶酸质量浓度作为横坐标、峰面积作为纵坐标制得图1。

叶酸标准曲线公式为：

3.2 三维混合仪参数优化结果

3.2.1 单因素试验结果

填装系数对混匀度影响的单因素试验结果见图2。

图2 填装系数对混匀度影响的单因素试验结果

固定转速为20 r/min，混匀时间为6 min，考查填装系数对三维混合仪混匀度的影响。由图2可知，二者呈负相关关系，即面粉填装越多，越难混匀。在填装系数由0.4上升为0.5过程中，混匀度下降不明显，因此选择0.5作为响应面试验中的中间水平。

混匀时间对混匀度影响的单因素试验结果见图3。

图3 混匀时间对混匀度影响的单因素试验结果

固定转速为20 r/min，填装系数为0.5，考查混匀时间对混匀度的影响。由图3可知，在混匀时间低于6 min时，转速与填装系数呈正相关；混匀度在混匀时间为6 min时达到最高值，之后保持不变。因此，将混匀时间设定为6 min较理想。

2）建立新坐标系。根据计算的三角形边长，构建计算用三角形，其三角形顶点为M1、M2、M3，把M1点作为新坐标系的原点（0，0），M1及M2构成的边作为X轴，如图3所示，则这3个点在新坐标系下的坐标

转速对混匀度影响的单因素试验结果见图4。

图4 转速对混匀度影响的单因素试验结果

固定填装系数为0.5，混匀时间为6 min，考查转速对混匀度的影响。由图4可知，起初随着转速的增加，混匀度逐渐升高；在转速为20 r/min时，混匀度达到最高值97%；之后转速的提高对混匀度影响效果不显著。

3.2.2 响应面试验结果与模型建立

在单因素试验结果上，以填装系数（A）、混匀时间（B）、转速（C）为自变量，以混匀度（M）作为响应值，设计三水平三因素的Box-Behnken响应面分析试验。

响应面分析试验设计方案及混匀度见表2，回归方程模型方差分析及其系数的显著性检验见表3。

由表3可知，回归模型显著，R2为0.997 9，调整后R2为0.995 2，说明模型的拟合度好。试验的模拟失拟项p值为0.615 1，不显著，进一步说明此模型的拟合度好。变异系数CV值仅为0.74%，说明模拟方程能够很好地反映真实值。综合分析该模型拟合程度高，可用来分析和预测三维混合仪参数优化工艺。由表3可知，各试验因素对混匀度（M）的影响顺序为混匀时间=转速＞填装系数。

表2 响应面分析试验设计方案及混匀度

表3 回归方程模型方差分析及其系数的显著性检验

根据二次回归的数学模型分析结果，得出最优组合为填装系数0.5，混匀时间6.92 min，转速23.3 r/min，此时混匀度理论值最高为99.48%，实际测得的混匀度为98.32%，与理论值预测相比误差在2%以内。因此，采用响应面法优化三维混合仪混匀参数准确可靠，具有实用价值。

3.2.3 响应面试验三因素交互作用分析

混匀时间与填装系数对混匀度的影响见图5。

由图5（a）可知，混匀时间和填装系数2个因素存在协同作用，图5（b）中等高线图呈明显椭圆形，说明交互作用显著。当填装系数为0.40～0.55且混匀时间为5～8 min时，混匀度高达90%以上。

图5 混匀时间与填装系数对混匀度的影响

转速与填装系数对混匀度的影响见图6。

图6 转速与填装系数对混匀度的影响

由图6（a）可知，转速与填装系数间同样存在协同作用；图6（b）中等高线图呈椭圆形，说明交互作用明显。当填装系数为0.40～0.53，转速为17～25 r/min时，混匀度高达95%以上。

转速与混匀时间对混匀度的影响见图7。

由图7（a）可知，转速与混匀时间存在协同作用；图7（b）中等高线图呈椭圆形，说明交互作用明显。当混匀时间为5.5～8.0 min，转速为17～25 r/min时，混匀度高达95%以上。

图7 转速与混匀时间对混匀度的影响

4 结论

试验考查了在叶酸强化面粉的制备中，三维混合仪填装系数、转速与混匀时间对混匀度的影响。混匀时间与转速对混匀度的影响力相同，比填装系数的影响力大，三者之间都存在协同作用，且交互作用显著。当设置填装系数0.5，转速23.3 r/min，混匀时间6.92 min时，混匀度最高，可达98%以上。

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[4]Rampersad G C，Bailey L B，Kauwell G P A.Relationship of folate to colorectal and cervical cancer：review and recommendations for practitioners[J].J Am Diet Assoc，2002（7）：1 273-1 282.

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[12]洪家宝.精细化工后处理装备[M].北京：化学工业出版社，1990：103-110.◇

The Preparation of Folic Acid Enriched Flour via Three-dimensional Mixer

JIA Min，LI Jianpeng，QIU Bin，ZONG Aizhen，LIU Wei，LIU Li'na，*XU Tongcheng
（Institute of Agro-Food Science and Technology，Shandong Academy of Agricultural Science，Shandong Provincial Key Laboratory of Agricultural Products Deep Processing，Ji'nan，Shandong 250100，China）

In this experiment，adding folic acid into flour directly and used three-dimensional mixer to produce folic acid enriched flour.Through folic acid content detected by high performance liquid chromatography，can calculat folic acid loss ratio and mixing uniformity of enriched flour samples，and that is the criteria to adjust mixer to obtain the optimal parameters.

folic acid；flour；three-dimensional mixer；food processing

R151.2

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2017.07.002

1671-9646（2017）07a-0007-04

2017-05-18

贾敏（1989—），女，硕士，研究实习员，研究方向为特殊膳食食品的研发。

*通讯作者：徐同成（1980—），男，博士，副研究员，研究方向为特殊膳食食品的研发。