提高鴨蛋蛋清蛋白凝膠強(qiáng)度的?；男怨に噧?yōu)化

王 玲，鄭 優(yōu)，陳厚榮，汪學(xué)榮,*，彭祥偉

(1.西南大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，重慶 400715；2.重慶市畜牧科學(xué)研究院，重慶 402460)

提高鴨蛋蛋清蛋白凝膠強(qiáng)度的酰化改性工藝優(yōu)化

王 玲1，鄭 優(yōu)1，陳厚榮1，汪學(xué)榮1,*，彭祥偉2

(1.西南大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，重慶 400715；2.重慶市畜牧科學(xué)研究院，重慶 402460)

以鴨蛋蛋清蛋白為原料，通過(guò)琥珀酸酐?；男砸蕴岣啉喌暗扒宓鞍椎哪z強(qiáng)度。在單因素試驗(yàn)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(shí)間、反應(yīng)pH值4個(gè)因素為自變量，以蛋白凝膠強(qiáng)度為響應(yīng)值，進(jìn)行中心組合試驗(yàn)，建立鴨蛋蛋清蛋白的凝膠強(qiáng)度的二次回歸方程，并通過(guò)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(guò)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(shí)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(qiáng)度預(yù)測(cè)值為324.66N，與驗(yàn)證值319.56N接近，優(yōu)化結(jié)果可靠。

鴨蛋蛋清蛋白；酰基化改性；凝膠強(qiáng)度；優(yōu)化

蛋清蛋白凝膠是通過(guò)加熱使適度變性的球蛋白質(zhì)分子首尾聚集，形成一個(gè)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(fēng)味物質(zhì)，同時(shí)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(fēng)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(qiáng)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(lái)鴨蛋產(chǎn)量激增[3]、且營(yíng)養(yǎng)豐富[4]，而其主要的消費(fèi)途徑再制蛋市場(chǎng)有限，商品附加值低。對(duì)于禽蛋各項(xiàng)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(kuò)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(duì)蛋清的研究主要集中在蛋白粉的干燥方法上[7-8]，對(duì)蛋清蛋白的改性主要集中在對(duì)蛋清蛋白乳化性能、起泡性的影響上[9-13]，很少有人研究對(duì)對(duì)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(huì)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(qiáng)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(jià)值，發(fā)展天然添加劑，擴(kuò)大鴨蛋蛋清蛋白在食品行業(yè)中的應(yīng)用范圍，促進(jìn)我國(guó)禽蛋業(yè)健康快速發(fā)展有著重要的意義。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

白殼鮮鴨蛋 重慶市購(gòu)。

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(guó)產(chǎn)分析純。

TA.XT2i型質(zhì)構(gòu)儀 英國(guó)Stable Micro System公司；PB-10精密pH計(jì) 德國(guó)賽多利斯公司；DK-8D三孔電熱恒溫水槽 上海齊欣科學(xué)儀器有限公司；90-2型定時(shí)恒溫磁力攪拌器 上海滬西分析儀器廠；721型分光光度計(jì) 上海現(xiàn)科儀器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 ?；磻?yīng)

工藝流程：蛋黃、蛋清分離→紗布過(guò)濾→加入琥珀酸酐→維持一定pH值→透析袋透析24h。

操作要點(diǎn)：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(guò)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(guò)程中用1mol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)pH值，一定反應(yīng)時(shí)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 ?；葴y(cè)定[15]

配制茚三酮溶液，采用茚三酮比色法測(cè)定蛋白質(zhì)的酰基化程度。計(jì)算?；龋?/p>

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(guò)夜，形成凝膠備用。

1.2.4 凝膠質(zhì)構(gòu)特性測(cè)定條件[16-17]

凝膠強(qiáng)度用質(zhì)構(gòu)儀測(cè)定。質(zhì)構(gòu)儀操作條件：采用p0.5探頭，測(cè)試前速度5.0mm/s，測(cè)試速度2.0mm/s，測(cè)試后速度2.0mm/s，將下壓凝膠10mm所需力定義為凝膠強(qiáng)度。將制備好的凝膠取出，于室溫分別測(cè)量3個(gè)點(diǎn)的凝膠強(qiáng)度，以平均值作為最終的凝膠強(qiáng)度值。

1.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3.1 單因素試驗(yàn)

選取蛋白質(zhì)與琥珀酸酐的反應(yīng)底物比例、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度、反應(yīng)pH值4個(gè)因素對(duì)?；男曾喌暗扒宓鞍椎孽；纫约爸苽淠z的凝膠強(qiáng)度進(jìn)行研究，以確定酰化改性對(duì)凝膠強(qiáng)度的作用。試驗(yàn)均做3個(gè)重復(fù)，按照1.2.4節(jié)方法測(cè)定凝膠強(qiáng)度，結(jié)果以3次測(cè)定結(jié)果的平均值表示。

1.3.2 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)[18-20]

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，采用四因素三水平的Box-Behnken響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，以反應(yīng)底物比例、反應(yīng)時(shí)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(qiáng)度為指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化。

1.3.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

采用Design-Expert軟件(Version 7.1 Stat-Ease Inc.Minneapolis，MN，USA)對(duì)響應(yīng)面試驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸和方差分析，模型及因素的顯著性均通過(guò)F值考察(P＜0.05)，所有試驗(yàn)均做3個(gè)重復(fù)，結(jié)果以平均值表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)

2.1.1 琥珀酸酐與蛋清蛋白添加比例對(duì)鴨蛋蛋清蛋白凝膠強(qiáng)度的影響

圖1 反應(yīng)底物比例對(duì)酰化度和凝膠強(qiáng)度的影響Fig.1 Effect of proportion of egg whites to succinic anhydride on acylation degree and gel strength

取20g過(guò)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(guò)程中加入1mol/L NaOH溶液維持溶液pH8，透析并制備凝膠，測(cè)定其酰化度及質(zhì)構(gòu)特性見圖1。該單因素試驗(yàn)加入酸酐比例最高為0.25g/g，遠(yuǎn)低于國(guó)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(guò)程不受酸酐影響，本實(shí)驗(yàn)中多余的未反應(yīng)的酸酐在透析過(guò)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?，而凝膠強(qiáng)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(dá)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(shí)酰化度約為75%，證明酰化反應(yīng)引起了凝膠強(qiáng)度的變化。

2.1.2 反應(yīng)時(shí)間對(duì)鴨蛋蛋清蛋白凝膠強(qiáng)度的影響

圖2 反應(yīng)時(shí)間對(duì)酰化度和凝膠強(qiáng)度的影響Fig.2 Effect of reaction time on acylation degree and gel strength

取20g過(guò)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(guò)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(shí)間為31min之前，隨反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，凝膠強(qiáng)度逐漸增加；反應(yīng)31min之后，隨時(shí)反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，凝膠強(qiáng)度逐漸減少，而?；葎t緩慢增長(zhǎng)。反應(yīng)31min時(shí)凝膠強(qiáng)度有最大值205.58N，酰化度為與2.1.1相似的68%，依據(jù)凝膠強(qiáng)度，確定31min左右為最佳反應(yīng)時(shí)間。

2.1.3 反應(yīng)溫度對(duì)鴨蛋蛋清蛋白凝膠強(qiáng)度的影響

圖3 反應(yīng)溫度對(duì)酰化程度和凝膠強(qiáng)度的影響Fig.3 Effect of reaction temperature on acylation degree and gel strength

取20g過(guò)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(guò)程中加入1mol/L NaOH溶液維持溶液pH8，透析、制備凝膠，測(cè)定凝膠強(qiáng)度、酰化度。由圖3可知：凝膠強(qiáng)度在溫度在25～35℃時(shí)緩慢升高，高于35℃之后便不斷下降。在35℃時(shí)達(dá)到峰值327.96N，此時(shí)?；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(duì)鴨蛋蛋清蛋白凝膠強(qiáng)度的影響

圖4 反應(yīng)pH值對(duì)凝膠強(qiáng)度的影響Fig.4 Effect of reaction pH value on acylation degree and gel strength

取20g過(guò)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(guò)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(cè)定結(jié)果見圖4。在反應(yīng)pH值低于7時(shí)，凝膠強(qiáng)度隨著pH值的升高而升高，當(dāng)pH7～10時(shí)，凝膠強(qiáng)度隨著pH值的升高而降低。在pH7、8時(shí)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(shí)的酰化度為72.158%，與前面所測(cè)?；认嗨?，證明一定的?；壤梢蕴岣吣z強(qiáng)度。

2.2 響應(yīng)面試驗(yàn)

根據(jù)單因素試驗(yàn)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(shí)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(qiáng)度為指標(biāo)，采用Box-Behnken響應(yīng)面設(shè)計(jì)法優(yōu)化反應(yīng)條件。試驗(yàn)因素編碼和水平如表1所示，試驗(yàn)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(yàn)結(jié)果Table 2 Experimental trials of RSM and experiment results

2.2.1 二次多項(xiàng)式回歸模型的建立

通過(guò)分析可以得到反應(yīng)條件與凝膠強(qiáng)度之間的二次多項(xiàng)式模型為：

F檢驗(yàn)反映的是回歸模型的有效性，包括失擬性檢驗(yàn)和回歸方程顯著性檢驗(yàn)。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(shuō)明該模型極顯著(P＜0.001)；失擬項(xiàng)在0.05水平上不顯著(P＝0.0683＞0.05)；RAdj2為0.721，說(shuō)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(qiáng)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(cè)?；磻?yīng)條件對(duì)蛋清蛋白凝膠強(qiáng)度的影響。

表3 凝膠強(qiáng)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(xiàng)中X1、X4的偏回歸系數(shù)極顯著，說(shuō)明反應(yīng)底物比例和反應(yīng)pH值對(duì)酰化蛋清蛋白凝膠強(qiáng)度有極顯著影響；二次項(xiàng)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(shí)間、反應(yīng)溫度、反應(yīng)pH值4個(gè)因素對(duì)鴨蛋蛋清凝膠強(qiáng)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(duì)凝膠強(qiáng)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 ?；男怨に嚮貧w模型的優(yōu)化和驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

通過(guò)優(yōu)化得到最佳工藝并根據(jù)實(shí)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(shí)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(jìn)行3次?；磻?yīng)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，得到凝膠的平均強(qiáng)度為(319.56±10.13)N，與預(yù)測(cè)值324.66N基本一致，僅與預(yù)測(cè)值相差1.5709%，說(shuō)明模型與試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合較好，優(yōu)化結(jié)果可靠。

3 結(jié) 論

通過(guò)采用Design-Expert軟件分析反應(yīng)底物比例、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度和反應(yīng)pH值4因素對(duì)蛋清蛋白凝膠強(qiáng)度的影響，得到酰化改性提高鴨蛋蛋清蛋白凝膠強(qiáng)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(yàn)極顯著，決定系數(shù)達(dá)0.861，該方程能較好的預(yù)測(cè)凝膠強(qiáng)度隨各因素變化的規(guī)律。

根據(jù)回歸方程和實(shí)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(shí)間35.24min、反應(yīng)溫度22.91℃、反應(yīng)pH8.09，得到蛋清蛋白凝膠強(qiáng)度的預(yù)測(cè)值為324.66N。在此優(yōu)化條件下進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，測(cè)得蛋白凝膠的強(qiáng)度為(319.56±10.13)N，與預(yù)測(cè)值接近，說(shuō)明該模型可以很好地預(yù)測(cè)?；磻?yīng)條件與?；扒宓鞍啄z強(qiáng)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(xiàng)(nycytx-45-15)；西南大學(xué)博士基金項(xiàng)目(09BSr07)

王玲(1986—)，女，碩士研究生，研究方向?yàn)檗r(nóng)產(chǎn)品加工及貯藏。E-mail：tianmishuijing@163.com

*通信作者：汪學(xué)榮(1972—)，男，副教授，博士，研究方向?yàn)槭称坊瘜W(xué)與營(yíng)養(yǎng)學(xué)。E-mail：wxr13099@163.com