王 玲,鄭 優(yōu),陳厚榮,汪學榮,*,彭祥偉
(1.西南大學食品科學學院,重慶 400715;2.重慶市畜牧科學研究院,重慶 402460)
提高鴨蛋蛋清蛋白凝膠強度的?;男怨に噧?yōu)化
王 玲1,鄭 優(yōu)1,陳厚榮1,汪學榮1,*,彭祥偉2
(1.西南大學食品科學學院,重慶 400715;2.重慶市畜牧科學研究院,重慶 402460)
以鴨蛋蛋清蛋白為原料,通過琥珀酸酐?;男砸蕴岣啉喌暗扒宓鞍椎哪z強度。在單因素試驗的基礎(chǔ)上,選擇琥珀酸酐與蛋清蛋白質(zhì)的添加比例、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間、反應(yīng)pH值4個因素為自變量,以蛋白凝膠強度為響應(yīng)值,進行中心組合試驗,建立鴨蛋蛋清蛋白的凝膠強度的二次回歸方程,并通過響應(yīng)面(Box-Behnken)分析,得到優(yōu)化組合條件。結(jié)果表明:經(jīng)過修正最優(yōu)工藝為琥珀酸酐與蛋清蛋白質(zhì)的添加比0.118:1、反應(yīng)時間35.24min、反應(yīng)溫度22.91℃、反應(yīng)pH8.09,在此條件下鴨蛋蛋清蛋白的凝膠強度預(yù)測值為324.66N,與驗證值319.56N接近,優(yōu)化結(jié)果可靠。
鴨蛋蛋清蛋白;?;男裕荒z強度;優(yōu)化
蛋清蛋白凝膠是通過加熱使適度變性的球蛋白質(zhì)分子首尾聚集,形成一個有規(guī)則的蛋白質(zhì)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),此結(jié)構(gòu)能保持大量水分。蛋清蛋白凝膠因其可包裹大量的水分及風味物質(zhì),同時可使肉糜中的水分、脂肪、蛋白質(zhì)、淀粉等形成穩(wěn)定均勻的體系[1],提高產(chǎn)品的咀嚼性、嫩度、風味、切片穩(wěn)定性等而廣泛用于食品中[2]。但未改性蛋清蛋白凝膠強度弱、透明性差、一定程度上限制了其在食品行業(yè)的應(yīng)用。近年來鴨蛋產(chǎn)量激增[3]、且營養(yǎng)豐富[4],而其主要的消費途徑再制蛋市場有限,商品附加值低。對于禽蛋各項應(yīng)用性質(zhì)的基礎(chǔ)研究以及深加工技術(shù)的研發(fā)成為擴大其應(yīng)用范圍、提高商品附加值、增加農(nóng)民收益、滿足工業(yè)生產(chǎn)需要的重要壁壘。目前已有人從鴨蛋蛋黃中提取較純的分離蛋白[5],制作蛋黃粉[6]等,但對蛋清的研究主要集中在蛋白粉的干燥方法上[7-8],對蛋清蛋白的改性主要集中在對蛋清蛋白乳化性能、起泡性的影響上[9-13],很少有人研究對對其凝膠應(yīng)用性能有改善作用的改性技術(shù)。作為一種新型的食品功能添加成分,因卵傳鐵蛋白會干擾纖維狀結(jié)構(gòu)的形成[14]等原因,蛋清蛋白形成凝膠的持水性、熱穩(wěn)定性、黏彈性、凝膠強度等有待提高,因此研究提高鴨蛋蛋清蛋白凝膠性能的?;夹g(shù)為提高鴨蛋附加價值,發(fā)展天然添加劑,擴大鴨蛋蛋清蛋白在食品行業(yè)中的應(yīng)用范圍,促進我國禽蛋業(yè)健康快速發(fā)展有著重要的意義。
1.1 材料、試劑與儀器
白殼鮮鴨蛋 重慶市購。
透析袋(14000) 上海源葉生物科技有限公司;琥珀酸酐、茚三酮 成都市科龍化工試劑廠;其他試劑均為國產(chǎn)分析純。
TA.XT2i型質(zhì)構(gòu)儀 英國Stable Micro System公司;PB-10精密pH計 德國賽多利斯公司;DK-8D三孔電熱恒溫水槽 上海齊欣科學儀器有限公司;90-2型定時恒溫磁力攪拌器 上海滬西分析儀器廠;721型分光光度計 上?,F(xiàn)科儀器有限公司。
1.2 方法
1.2.1 酰化反應(yīng)
工藝流程:蛋黃、蛋清分離→紗布過濾→加入琥珀酸酐→維持一定pH值→透析袋透析24h。
操作要點:室溫條件下,使用漏斗將新鮮鴨蛋的蛋清與蛋黃分離,并使用大孔紗布過濾,除去蛋清中的系帶雜質(zhì)備用。在一定的溫度下分批加入琥珀酸酐并攪拌,反應(yīng)過程中用1mol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)pH值,一定反應(yīng)時間后取出置于透析袋中透析(4℃,24h),透析后液體取出定容至相同體積備用。
1.2.2 酰化度測定[15]
配制茚三酮溶液,采用茚三酮比色法測定蛋白質(zhì)的?;潭?。計算酰化度:
1.2.3 凝膠制備
取20g蛋清按1.2.1節(jié)方法反應(yīng)后透析,取出并加水至體積為30mL。置于100mL燒杯中,用錫泊紙封好燒杯口,放入90℃的水浴鍋中加熱30min,取出后用流水冷卻30min以上,放于4℃冰箱中過夜,形成凝膠備用。
1.2.4 凝膠質(zhì)構(gòu)特性測定條件[16-17]
凝膠強度用質(zhì)構(gòu)儀測定。質(zhì)構(gòu)儀操作條件:采用p0.5探頭,測試前速度5.0mm/s,測試速度2.0mm/s,測試后速度2.0mm/s,將下壓凝膠10mm所需力定義為凝膠強度。將制備好的凝膠取出,于室溫分別測量3個點的凝膠強度,以平均值作為最終的凝膠強度值。
1.3 實驗設(shè)計
1.3.1 單因素試驗
選取蛋白質(zhì)與琥珀酸酐的反應(yīng)底物比例、反應(yīng)時間、反應(yīng)溫度、反應(yīng)pH值4個因素對?;男曾喌暗扒宓鞍椎孽;纫约爸苽淠z的凝膠強度進行研究,以確定?;男詫δz強度的作用。試驗均做3個重復(fù),按照1.2.4節(jié)方法測定凝膠強度,結(jié)果以3次測定結(jié)果的平均值表示。
1.3.2 響應(yīng)面優(yōu)化試驗設(shè)計[18-20]
在單因素試驗基礎(chǔ)上,采用四因素三水平的Box-Behnken響應(yīng)面試驗設(shè)計方法,以反應(yīng)底物比例、反應(yīng)時間、反應(yīng)溫度、反應(yīng)pH值為考察因素,以反應(yīng)后蛋清形成凝膠的強度為指標進行優(yōu)化。
1.3.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析
采用Design-Expert軟件(Version 7.1 Stat-Ease Inc.Minneapolis,MN,USA)對響應(yīng)面試驗得到的數(shù)據(jù)進行線性回歸和方差分析,模型及因素的顯著性均通過F值考察(P<0.05),所有試驗均做3個重復(fù),結(jié)果以平均值表示。
2.1 單因素試驗
2.1.1 琥珀酸酐與蛋清蛋白添加比例對鴨蛋蛋清蛋白凝膠強度的影響
圖1 反應(yīng)底物比例對?;群湍z強度的影響Fig.1 Effect of proportion of egg whites to succinic anhydride on acylation degree and gel strength
取20g過濾蛋清,分別分批加入0、0.05、0.1、0.15、0.2、0.25g/g倍比例的琥珀酸酐,于室溫反應(yīng)30min,過程中加入1mol/L NaOH溶液維持溶液pH8,透析并制備凝膠,測定其?;燃百|(zhì)構(gòu)特性見圖1。該單因素試驗加入酸酐比例最高為0.25g/g,遠低于國內(nèi)常用比例[21],琥珀酸酐作為一種廣泛應(yīng)用的食品調(diào)味劑、醫(yī)藥原料、改性劑,其食用也較為安全,且未有食品中最大允許使用量的限制。為保證凝膠過程不受酸酐影響,本實驗中多余的未反應(yīng)的酸酐在透析過程中除去。由圖1可看出,隨著加入琥珀酸酐比例的增加,?;炔粩嘣黾樱z強度則在琥珀酸酐與蛋白質(zhì)的質(zhì)量比為0~0.1的范圍內(nèi)不斷增高并達到最大值226.24;在0.1~0.3的比例范圍內(nèi)則不斷降低。因此確定最佳反應(yīng)比例為0.1左右,且此時酰化度約為75%,證明酰化反應(yīng)引起了凝膠強度的變化。
2.1.2 反應(yīng)時間對鴨蛋蛋清蛋白凝膠強度的影響
圖2 反應(yīng)時間對?;群湍z強度的影響Fig.2 Effect of reaction time on acylation degree and gel strength
取20g過濾蛋清,分批加入0.1倍比例的琥珀酸酐,于室溫下分別反應(yīng)0、10、17、24、31、38min,過程中加入1mol/L NaOH溶液維持溶液pH8,透析、制備凝膠。由圖2可看出,在反應(yīng)時間為31min之前,隨反應(yīng)時間的延長,凝膠強度逐漸增加;反應(yīng)31min之后,隨時反應(yīng)時間的延長,凝膠強度逐漸減少,而?;葎t緩慢增長。反應(yīng)31min時凝膠強度有最大值205.58N,?;葹榕c2.1.1相似的68%,依據(jù)凝膠強度,確定31min左右為最佳反應(yīng)時間。
2.1.3 反應(yīng)溫度對鴨蛋蛋清蛋白凝膠強度的影響
圖3 反應(yīng)溫度對?;潭群湍z強度的影響Fig.3 Effect of reaction temperature on acylation degree and gel strength
取20g過濾蛋清,分批加入0.1倍比例的琥珀酸酐,分別在20、25、30、35、40、45℃條件下反應(yīng)31min,過程中加入1mol/L NaOH溶液維持溶液pH8,透析、制備凝膠,測定凝膠強度、?;?。由圖3可知:凝膠強度在溫度在25~35℃時緩慢升高,高于35℃之后便不斷下降。在35℃時達到峰值327.96N,此時?;纫琅f為70%左右,因此確定30~35℃為最佳反應(yīng)溫度。
2.1.4 反應(yīng)pH值對鴨蛋蛋清蛋白凝膠強度的影響
圖4 反應(yīng)pH值對凝膠強度的影響Fig.4 Effect of reaction pH value on acylation degree and gel strength
取20g過濾蛋清,分批加入0.1倍比例的琥珀酸酐,在35℃條件下反應(yīng)31min,過程中添加1mol/L NaOH和0.1mol/L的檸檬酸溶液分別維持溶液pH6、7、8、9、10,透析制備凝膠,測定結(jié)果見圖4。在反應(yīng)pH值低于7時,凝膠強度隨著pH值的升高而升高,當pH7~10時,凝膠強度隨著pH值的升高而降低。在pH7、8時有較大值,249.32和211.25,因此確定pH7~8為最佳反應(yīng)pH值。且此時的?;葹?2.158%,與前面所測?;认嗨疲C明一定的?;壤梢蕴岣吣z強度。
2.2 響應(yīng)面試驗
根據(jù)單因素試驗結(jié)果,設(shè)定酸酐與蛋白質(zhì)反應(yīng)比例(反應(yīng)底物比例)為0.05~0.15g/g之間,反應(yīng)溫度在30~40℃之間,反應(yīng)時間在24~38min之間,反應(yīng)pH值在6~8之間;以?;男院蟮扒宓鞍啄z強度為指標,采用Box-Behnken響應(yīng)面設(shè)計法優(yōu)化反應(yīng)條件。試驗因素編碼和水平如表1所示,試驗安排及結(jié)果如表2所示。
表1 響應(yīng)面分析因素與水平Table 1 Factors and levels for RSM
表2 響應(yīng)面分析方案及試驗結(jié)果Table 2 Experimental trials of RSM and experiment results
2.2.1 二次多項式回歸模型的建立
通過分析可以得到反應(yīng)條件與凝膠強度之間的二次多項式模型為:
F檢驗反映的是回歸模型的有效性,包括失擬性檢驗和回歸方程顯著性檢驗。方差分析(ANOVA)(表3)和模型可信度分析(表4)顯示:方程復(fù)相關(guān)系數(shù)的平方R2=0.861,說明該模型極顯著(P<0.001);失擬項在0.05水平上不顯著(P=0.0683>0.05);RAdj2為0.721,說明建立的模型能夠解釋72.1%響應(yīng)值的變化,能很好地描述凝膠強度隨?;磻?yīng)條件的變化規(guī)律。因此該模型可很好地用于預(yù)測?;磻?yīng)條件對蛋清蛋白凝膠強度的影響。
表3 凝膠強度的二次響應(yīng)模型方差分析Table 3 ANOVA for response surface quadratic model of gel strength
由表3可知:一次項中X1、X4的偏回歸系數(shù)極顯著,說明反應(yīng)底物比例和反應(yīng)pH值對?;扒宓鞍啄z強度有極顯著影響;二次項中X42的偏回歸系數(shù)極顯著水平。
表4 模型可信度分析Table 4 Reliability analysis for response surface quadratic model of gel strength
2.2.2 兩因素間的交互作用分析
采用Design-Expert軟件根據(jù)多元回歸擬合分析處理反應(yīng)底物比例、反應(yīng)時間、反應(yīng)溫度、反應(yīng)pH值4個因素對鴨蛋蛋清凝膠強度影響的響應(yīng)面分析結(jié)果見圖5。由圖可見,響應(yīng)值存在極值,可以得到預(yù)期優(yōu)化結(jié)果。
圖5 各兩因素交互作用對凝膠強度影響的響應(yīng)面分析Fig.5 Response surface plots of the interactive effects of reaction temperature and reaction pH on gel strength
2.3 酰化改性工藝回歸模型的優(yōu)化和驗證實驗
通過優(yōu)化得到最佳工藝并根據(jù)實際情況修正為琥珀酸酐與蛋白質(zhì)的反應(yīng)比例0.118、反應(yīng)時間35.24min、反應(yīng)溫度22.91℃、反應(yīng)pH8.09。在上述響應(yīng)面分析結(jié)果確定的最佳工藝條件下進行3次?;磻?yīng)驗證實驗,得到凝膠的平均強度為(319.56±10.13)N,與預(yù)測值324.66N基本一致,僅與預(yù)測值相差1.5709%,說明模型與試驗數(shù)據(jù)擬合較好,優(yōu)化結(jié)果可靠。
通過采用Design-Expert軟件分析反應(yīng)底物比例、反應(yīng)時間、反應(yīng)溫度和反應(yīng)pH值4因素對蛋清蛋白凝膠強度的影響,得到?;男蕴岣啉喌暗扒宓鞍啄z強度工藝參數(shù)的回歸方程為:Y=255.14+52.78X1+8.90X2-6.43X3+105.61117X4-0.81X1X2-2.27X1X3+0.43X1X4-2.87X2X3+1.41X2X4-4.10X3X4-15.07X12-20.53116X22-11.80X32-49.90X42。方差分析結(jié)果表明擬合檢驗極顯著,決定系數(shù)達0.861,該方程能較好的預(yù)測凝膠強度隨各因素變化的規(guī)律。
根據(jù)回歸方程和實際情況得到最優(yōu)的工藝條件為琥珀酸酐與蛋白質(zhì)反應(yīng)的質(zhì)量比0.118:1、反應(yīng)時間35.24min、反應(yīng)溫度22.91℃、反應(yīng)pH8.09,得到蛋清蛋白凝膠強度的預(yù)測值為324.66N。在此優(yōu)化條件下進行驗證實驗,測得蛋白凝膠的強度為(319.56±10.13)N,與預(yù)測值接近,說明該模型可以很好地預(yù)測?;磻?yīng)條件與?;扒宓鞍啄z強度之間的關(guān)系,優(yōu)化結(jié)果可靠。
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Optimization of Acylation Modification for Enhancing Gel Strength of Duck Egg White Protein by Response Surface Methodology
WANG Ling1,ZHENG You1,CHEN Hou-rong1,WANG Xue-rong1,*,PENG Xiang-wei2
(1. College of Food Science, Southwest University, Chongqing 400715, China;2. Chongqing Academy of Animal Science, Chongqing 402460, China)
The objective of the current study was aimed to improve gel strength of duck egg white by means of acylation modification. Based on the single factor test, the proportion of egg whites to succinic anhydride, reaction temperature, reaction time and reaction pH value were selected as independent variables, gel strength of protein as dependent variable, quadratic regression equation of gel strength of duck egg white was established through central composite test. The optimal condition was obtained by response surface methodology (RSM). Results showed that the optimum condition for the reaction was proportion of egg whites to succinic anhydride being 0.118, reaction temperature being 22.9 ℃, reaction time lasting for 35.2 min and reaction pH value being 8.1. Under this condition the gel strength of duck egg white protein achieved to 319.56 N, approaching to the predicted value, so the optimized result was reliable.
duck egg white protein;acylation modification;gel strength;optimization
TS253.1
A
1002-6630(2012)10-0039-06
2011-06-16
現(xiàn)代農(nóng)業(yè)(水禽)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(nycytx-45-15);西南大學博士基金項目(09BSr07)
王玲(1986—),女,碩士研究生,研究方向為農(nóng)產(chǎn)品加工及貯藏。E-mail:tianmishuijing@163.com
*通信作者:汪學榮(1972—),男,副教授,博士,研究方向為食品化學與營養(yǎng)學。E-mail:wxr13099@163.com