響應(yīng)面法優(yōu)化雞脂酶解工藝

陳宏運, 孔令會

(廣東匯香源生物科技股份有限公司,廣東廣州 510663)

在繁榮的雞肉制造工業(yè)中,每年都會產(chǎn)生大量的副產(chǎn)物——雞脂.相對牛脂而言,雞脂因為含有較高含量的不飽和脂肪酸(大約 60%),而具有更高的不飽和度,且由于含有豐富的油酸和亞油酸,大部分雞脂都具有重要的營養(yǎng)價值,極具潛力加工成為人類消費的高營養(yǎng)食物[1-3].目前雞脂大多用來生產(chǎn)食品添加劑例如肉味香精,同時這類研究的發(fā)展還處于初始階段.雞肉香精在國內(nèi)是近十幾年來發(fā)展起來的新型食品添加劑,其應(yīng)用領(lǐng)域涉及雞精、方便面調(diào)料、方便米粉調(diào)料、香腸、烤雞、各類熟肉制品、香辣醬及各種休閑食品[4].

目前,雞脂生香主要方法包括:復(fù)合調(diào)配[5]、美拉德反應(yīng)[6]、雞脂酶解-氧化熱裂解[7]、雞脂氧化-美拉德反應(yīng)[8],而鮮有雞脂酶解或與美拉德等工藝偶聯(lián)生香方面的文獻(xiàn)報道.目前,大多數(shù)研究著重于溫和條件下的酶催化反應(yīng)(溫度低于 70℃,常壓,選擇性較高).游離脂肪酸(FFA)作為一種主要的酶解產(chǎn)物產(chǎn)出,通常以酸值表示其酶解程度.而對酶反應(yīng)而言,底物濃度、溫度、酶添加量、反應(yīng)時間、攪拌轉(zhuǎn)速和 pH值都可能顯著地影響酶解效率.

本研究旨在通過合適來源的脂肪酶進(jìn)行雞脂乳化酶解,而取代雞脂高溫氧化或高溫?zé)崃呀獾壬愎に?在選擇性酶解,減少高溫營養(yǎng)損失,降低工藝成本和香精配料安全性方面都有一定的意義.

1 材料與方法

1.1 材料與主要設(shè)備

商品脂肪酶:Palatase 20000L(Novozymes),LVK-F100(綠微康),Lipase DF 15-K(Amano),LipaseAY 30G(Amano).

雞脂,梁山匯味源生物科技有限公司生產(chǎn)(原料酸值為 1.402mg KOH/g脂肪).

吐溫-80、單甘酯、蔗糖酯、卵磷脂、乙醇、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、氫氧化鉀為分析純;酚酞指示劑.

實驗設(shè)備:HWS 12型電熱恒溫水浴鍋,上海一恒科學(xué)儀器有限公司;PH S-3B型 pH計,上海雷磁儀器廠;HZQ-Q200型全溫振蕩培養(yǎng)箱,杭州安靈控制技術(shù)有限公司,FA25型乳化機,F luko Equipment Shanghai Co.Ltd.

1.2 實驗方法

1.2.1 雞脂酶解

雞脂原料與磷酸鹽緩沖液(由磷酸氫二鈉和磷酸二氫鈉組成)以 1∶1比例進(jìn)行混合,添加合適的乳化劑在 10 000 r/m in條件下乳化 3m in后,分裝錐形瓶中,添加適量脂肪酶,密閉瓶口,在搖床中進(jìn)行酶解反應(yīng).定時取樣滅酶,檢測酸值(AV).

1.2.2 酸值檢測

參照 GB/T 5530—2005中熱乙醇測定法操作.適量試樣溶解于含酚酞指示劑的中性熱乙醇中,以0.1mol/LKOH標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至溶液變色,保持15s不褪色,即為滴定終點.酸值單位:mg KOH/g脂肪.

1.2.3 響應(yīng)面優(yōu)化設(shè)計

采用Design Expert 8.0.3軟件進(jìn)行中心組合設(shè)計法(central composite design)設(shè)計試驗.

2 結(jié)果與討論

2.1 商品脂肪酶的篩選

本研究試圖尋找雞脂底物合適的脂肪酶源(見表 1).酶解結(jié)果如圖 1.通過比較可知,較為合適的酶源為 Palatase 20 000 L,其能快速地進(jìn)行雞脂底物的酶解,而減少了隨著酶解反應(yīng)進(jìn)行可能發(fā)生的不利風(fēng)味的氧化反應(yīng).

表 1 商品脂肪酶詳細(xì)信息Tab.1 Details of commercial lipase

圖1 商品脂肪酶酶解雞脂酸值曲線Fig.1 Acid value curve of commercial lipase-catalytic hydrolysis of chicken fat

2.2 乳化劑的篩選及其用量的影響

乳化劑的種類和用量不僅對乳化液穩(wěn)定性有影響,更對酶解過程中油水界面接觸面積起到重要作用,而對脂肪酶這種界面酶,其影響更大,因此需要選擇合適的乳化劑和用量,結(jié)果見圖 2和圖3.通過比較得知合適的乳化劑及質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.8%吐溫-80.

2.3 酶解反應(yīng) pH值的影響

反應(yīng)體系 pH值對維持酶構(gòu)象、酶活有比較重要的影響,本研究比較在不同 pH值磷酸鹽緩沖液中的酶解結(jié)果(見圖 4),結(jié)果顯示,在 p H值為 6.5的緩沖體系中酶解效果最佳,這與該酶說明書中最優(yōu)作用 p H值為 7.0有差異,可能原因是雞脂的底物特異性導(dǎo)致.

圖 2 乳化劑種類對雞脂酶解的影響Fig.2 Effect of emulsifier on enzymatic hydrolysis of chicken fat

圖3 吐溫-80用量對雞脂酶解的影響Fig.3 Effect of dosage of Tween 80 on enzymatic hydrolysis of chicken fat

2.4 酶解反應(yīng)溫度的影響

酶解反應(yīng)溫度影響酶解過程中的脂肪酶酶活,也對反應(yīng)工藝條件有要求.通過比較不同溫度下雞脂酶解的結(jié)果(如圖 5),可知對于雞脂底物較為合適的溫度為 45℃.

2.5 酶解反應(yīng)搖床轉(zhuǎn)速的影響

圖 4 反應(yīng) pH值對雞脂酶解的影響Fig.4 Effect of p H on enzymatic hydrolysis of chicken fat

反應(yīng)體系是在搖床中進(jìn)行的,因此搖床轉(zhuǎn)速對乳化液酶解過程中油水接觸界面有影響.實驗比較了幾組不同的搖床轉(zhuǎn)速下的酶解效果(見圖 6),結(jié)果顯示較為合適的搖床轉(zhuǎn)數(shù)為 100 r/m in,過高的搖床轉(zhuǎn)數(shù)相反抑制酶解.可能的解釋是過高轉(zhuǎn)速,會減少底物和酶在油水界面的接觸面積和時間.

圖 5 反應(yīng)溫度對雞脂酶解的影響F ig.5 Effect of temperature on enzymatic hydrolysis of chicken fat

圖 6 搖床轉(zhuǎn)速對雞脂酶解的影響Fig.6 Effect of shaking rate on enzymatic hydrolysis of chicken fat

2.6 酶添加量的影響

本文研究不同酶添加量對雞脂酶解的影響(見圖 7).結(jié)果表明,在綜合考慮酶解酸值及酶成本時,酶添加量為 0.5%合適.此外,由圖 7可看出,當(dāng)酶解時間大于 4 h后,酶解酸值變化平緩,因此初步確定反應(yīng)時間為 4 h.

圖7 酶添加量對雞脂酶解的影響Fig.7 Effect of enzyme a mount on enzymatic hydrolysis of chicken fat

綜合各單因素實驗結(jié)果,初步獲得較為合適的利用 Palatase 20 000L脂肪酶進(jìn)行雞脂酶解的反應(yīng)條件為:0.5%加酶量,體系 p H值為 6.5,0.8%吐溫-80乳化,在 45℃,100 r/m in搖床轉(zhuǎn)速下酶解 4 h.3組平行樣平均酸值為 52.793mg KOH/g脂肪.

2.7 響應(yīng)面優(yōu)化

為提高酶解催化效率,需對單因素實驗參數(shù)進(jìn)一步優(yōu)化.以溫度、加酶量、p H值和反應(yīng)時間四參數(shù)為四因素變量,以反應(yīng)產(chǎn)物酸值為響應(yīng)值,進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化設(shè)計,實驗因素和水平設(shè)計如表 2,其對應(yīng)實驗酸值數(shù)據(jù)如表 3.

表 2 響應(yīng)面優(yōu)化設(shè)計因素水平表Tab.2 Level of factor for response surface experimental design

以酸值為響應(yīng)值Y,運用 Design Expert軟件進(jìn)行回歸擬合,并進(jìn)行手動優(yōu)化后,獲得回歸方程:

回歸方程方差分析見表 4.由表 4可看出,回歸模型極顯著(Mode,lF＜0.000 1),模型失擬不顯著(Lack of fi,tF=0.0742),滿足響應(yīng)面分析要求.因素B、C對酸值效應(yīng)顯著,而A、D不顯著.

通過該軟件對回歸方程求解得優(yōu)化酶解反應(yīng)參數(shù)條件為:溫度 46.6℃,加酶量 0.5%,pH值 6.4,反應(yīng)時間 4.33 h.最大估計酸值為 54.236 mg KOH/g脂肪.

表3 響應(yīng)面優(yōu)化設(shè)計實驗數(shù)據(jù)Tab.3 Experimental data for response surface experim ental design

表 4 回歸方程方差分析Tab.4 Variance analysis of regression equation

本研究以原料雞脂在最優(yōu)化酶解條件下進(jìn)行反應(yīng),3組平行樣的平均酸值為 55.535mg KOH/g脂肪,與響應(yīng)面模型優(yōu)化酸值結(jié)果相近.

3 結(jié) 論

本研究在單因素實驗基礎(chǔ)上,通過響應(yīng)面優(yōu)化,在一定程度上提高了酶解效率.

以所得最優(yōu)參數(shù)條件進(jìn)行雞脂酶解,控制反應(yīng)時間,收獲不同酸值產(chǎn)物.以酶解脂質(zhì)形式參與熱反應(yīng)體系,獲得相應(yīng)雞膏產(chǎn)物后,進(jìn)行感官品評(5‰樣品量,熱水稀釋).感官結(jié)果表明,合適酸值的酶解雞脂產(chǎn)品對提高終產(chǎn)品濃郁的雞脂香和特征肉味有較大的貢獻(xiàn).酶解雞脂的有關(guān)研究對雞肉味香精的開發(fā)和提升有一定的實用意義.

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