大豆分離蛋白-脂肪復(fù)合凝膠制備條件響應(yīng)曲面優(yōu)化研究

宋蓮軍， 劉 捷， 喬明武

(河南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，河南 鄭州 450002)

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大豆分離蛋白-脂肪復(fù)合凝膠制備條件響應(yīng)曲面優(yōu)化研究

宋蓮軍， 劉 捷， 喬明武

(河南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，河南 鄭州 450002)

以大豆分離蛋白為基質(zhì)，加入預(yù)乳化的大豆脂肪制成大豆分離蛋白-脂肪復(fù)合凝膠，通過單因素試驗(yàn)確定了蛋白質(zhì)脂肪比、加熱溫度、加熱時間、pH值、離子濃度等因素對復(fù)合凝膠質(zhì)構(gòu)特性的影響。采用響應(yīng)曲面法對PFR、加熱溫度和加熱時間3個主要影響因素進(jìn)行優(yōu)化，利用物性儀對復(fù)合凝膠的質(zhì)構(gòu)特性，如凝膠硬度、彈性、內(nèi)聚性、膠凝性等進(jìn)行測定和分析，并建立了相關(guān)的回歸模型，得到復(fù)合凝膠的最優(yōu)制備條件為：PFR為 3.48，加熱溫度為 93 ℃，加熱時間為 40 min。

大豆分離蛋白；蛋白質(zhì)脂肪比；復(fù)合凝膠；制備條件；響應(yīng)曲面

大豆分離蛋白是一種重要的食品加工原料，凝膠特性作為其最重要的功能特性之一，與乳化性、持水性、起泡性、吸油性等特性在食品的生產(chǎn)和加工過程中都有著廣泛的應(yīng)用[1]。豆制品尤其是豆腐的制作就是大豆蛋白凝膠化的過程，大豆蛋白在受熱的情況下，球狀的蛋白質(zhì)分子開始展開，原來包埋在分子鏈內(nèi)部的功能基團(tuán)，如二硫基、疏水基團(tuán)暴露出來。為減少體系的能量，相鄰的分子通過二硫鍵、氫鍵、疏水作用、靜電引力以及范德華力交聯(lián)形成具有網(wǎng)絡(luò)狀三維空間結(jié)構(gòu)，將水和其他成分包埋起來，形成凝膠[2]。大豆分離蛋白在加熱形成凝膠的過程中，使較多的水分包埋在蛋白質(zhì)凝膠中，可以提高產(chǎn)品的持水性和肉制品的嫩度，改善肉制品的風(fēng)味等，因此大豆分離蛋白在肉制品行業(yè)中應(yīng)用較多。大豆分離蛋白的凝膠性受多種因素的影響，這給其凝膠制品的工業(yè)化生產(chǎn)帶來了許多不確定因素。在現(xiàn)代化食品工業(yè)生產(chǎn)中，要使食品具有穩(wěn)定的良好品質(zhì)，就必須嚴(yán)格控制工藝條件。而確定工藝條件就必須對大豆分離蛋白的凝膠性質(zhì)進(jìn)行基礎(chǔ)和應(yīng)用性的研究。大量研究表明，凝膠的制備方法對其凝膠特性具有顯著的影響，但是大豆分離蛋白凝膠的制備并沒有完整統(tǒng)一的方法。郭興鳳等[3]研究得出，形成凝膠硬度最大的條件為：蛋白濃度為 12%，pH值為 6.5，加熱溫度為95 ℃，加熱時間為 35 min；連喜軍等[4]通過研究蛋白濃度、加熱溫度、pH、加熱時間對凝膠形成的影響，得出形成凝膠最佳條件為：蛋白濃度為 16%，溫度為 90 ℃，形成時間為 23 min；薄玉紅等[5]在測定大豆分離蛋白凝膠性時制備凝膠的方法為：蛋白濃度為 20%，2 500 r·min-1下離心25 min，溫度為 90 ℃，加熱時間為 30 min。豆制品的主要成分是蛋白質(zhì)和脂肪，以往更多研究的是蛋白質(zhì)之間、蛋白質(zhì)與碳水化合物之間的相互作用和影響，然而對于大豆分離蛋白-脂肪復(fù)合凝膠制備條件和形成機(jī)制鮮有研究，大豆中的脂肪在大豆分離蛋白-脂肪復(fù)合凝膠形成過程中發(fā)揮什么作用，以及脂肪與大豆蛋白的結(jié)合方式等科學(xué)問題尚未系統(tǒng)研究。本研究通過單因素試驗(yàn)和響應(yīng)曲面實(shí)驗(yàn)優(yōu)化復(fù)合凝膠的制備條件，利用物性儀對復(fù)合凝膠進(jìn)行質(zhì)構(gòu)特性測定和分析，探究大豆脂肪對大豆蛋白凝膠形成過程中的影響，可以為豆制品生產(chǎn)加工過程中的品質(zhì)控制提供一定科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

大豆分離蛋白，山東谷神集團(tuán);大豆脂肪，金龍魚精煉一級大豆油;氯化鈉、磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉等均為分析純。

TA.XT Plus 2物性測試儀，英國 Stable Micro Systems公司;FA2004A電子天平，上海精天電子儀器有限公司;HH21-YN電熱恒溫水浴鍋，北京市長風(fēng)儀器儀表公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 凝膠的制備 將稱量好的大豆分離蛋白和NaCl在50 ml磷酸鹽緩沖液(0.1 mol·L-1Na2HPO4+0.1 mol·L-1NaH2PO4,pH 為7.0)中充分溶解，然后加入2.3 g預(yù)乳化的大豆油，攪拌均勻，調(diào)至指定pH值，磁力攪拌30 min后轉(zhuǎn)入培養(yǎng)皿，用保鮮膜封口，靜置30 min。恒溫水浴后冷卻至室溫，置于4 ℃ 冰箱冷藏24 h。測定前將凝膠從冰箱取出在室溫下放置1 h，使其恢復(fù)至室溫再進(jìn)行測定。

1.2.2 凝膠質(zhì)構(gòu)特性的測定 采用TA.XT plus 2 物性儀進(jìn)行測定，測定時采用的參數(shù)為：Texture Profile Analysis (TPA)運(yùn)行模式，探頭為P/0.5 AOAC凝膠專用探頭，測前速度為 1.0 mm·s-1，測中速度為 0.5 mm·s-1，測后速度為 1.0 mm·s-1，穿刺距離為 5.0 mm，停留時間為 5 s，數(shù)據(jù)采集速率為 200 pps。每個樣品重復(fù)測試8次。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及方法

1.3.1 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì) 根據(jù)大豆蛋白凝膠的形成機(jī)理，本試驗(yàn)選取蛋白質(zhì)脂肪比(PFR，質(zhì)量比，Protein/Fat)、加熱溫度、加熱時間、pH和離子濃度5個影響因素，每個因素分為6個水平，單因素實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)見表1。

表1 大豆分離蛋白-脂肪復(fù)合凝膠單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3.2 響應(yīng)曲面法 本試驗(yàn)以大豆分離蛋白凝膠為基礎(chǔ)體系，根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果及凝膠感官特征，確定各因素及其交互作用在凝膠制備過程中對凝膠特性的影響，對各因素進(jìn)行分析，選取影響復(fù)合凝膠質(zhì)構(gòu)特性的3個主要因素，利用響應(yīng)曲面法進(jìn)行優(yōu)化分析，設(shè)計(jì)3因素3水平的響應(yīng)曲面分析試驗(yàn)，最終得出制備復(fù)合凝膠的最優(yōu)制備條件。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)及分析

2.1.1 PFR對復(fù)合凝膠質(zhì)構(gòu)特征的影響 復(fù)合凝膠制備條件為PFR取表1中的6個水平；NaCL添加量為0.6 mol·L-1；溶液pH調(diào)至7.0；水浴加熱溫度為90 ℃，加熱時間為30 min。水浴后冷卻至室溫，置于4 ℃冰箱靜置24 h，取出后進(jìn)行質(zhì)構(gòu)測試，測試結(jié)果見圖1、圖2。

圖1 PFR對復(fù)合凝膠硬度和彈性的影響

圖2 PFR對復(fù)合凝膠膠凝性和內(nèi)聚性的影響

PFR是影響復(fù)合凝膠特性的主要因素之一，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)當(dāng)PFR低于2.61時，制備得到的凝膠結(jié)構(gòu)松散、自支撐力差而且非常軟，4 ℃靜置24 h后析出水分較多，培養(yǎng)皿底部會出現(xiàn)粘稠未成型膠體，這與UTSUMIU[6]等人的研究結(jié)果基本一致。隨著PFR的增大，凝膠表面析出水分減少，且凝膠的結(jié)構(gòu)逐漸緊密、自支撐力逐漸增強(qiáng)，在PFR達(dá)到3.48時已經(jīng)能夠形成感官評價較好的凝膠。但是隨著PFR的繼續(xù)增大，蛋白質(zhì)混合液溶液攪拌難度加大，導(dǎo)致其無法攪拌均勻，當(dāng)PFR超過3.70后，蛋白質(zhì)溶液已經(jīng)失去流動性，制得的凝膠內(nèi)部氣泡較多，凝膠網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)也不均勻穩(wěn)定，直接致使TPA的測定結(jié)果誤差增大。

由圖1、圖2可知，隨著PFR的增大，復(fù)合凝膠的硬度、彈性、膠凝性和內(nèi)聚性均增大，硬度和膠凝性在3.70處達(dá)到最大，而彈性和內(nèi)聚性在3.48處達(dá)到最大，3.70處開始降低。熱致凝膠的強(qiáng)度主要取決于蛋白的濃度，當(dāng)?shù)鞍诐舛冗_(dá)到16%、17% 時，則會形成明顯的自支撐凝膠。這是由于隨著蛋白濃度的增加，蛋白分子間接觸交聯(lián)的機(jī)會增加，蛋白分子之間通過分子間疏水鍵、二硫鍵的結(jié)合機(jī)會增加，有利于凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成，同時隨著蛋白濃度的增加，單位體積內(nèi)分子數(shù)增加，使得同體積凝膠的密度增大，從而導(dǎo)致凝膠硬度等質(zhì)構(gòu)特性不斷增加[7]。結(jié)合制備所得凝膠的感官判斷，認(rèn)為當(dāng)PFR為3.26時所得凝膠綜合指標(biāo)較為理想。

2.1.2 加熱溫度對復(fù)合凝膠質(zhì)構(gòu)特征的影響 復(fù)合凝膠制備條件為PFR為3.26；NaCl添加量為0.6 mol·L-1；溶液pH調(diào)至7.0；水浴加熱溫度取表1中6個水平，加熱時間為30 min。水浴后冷卻至室溫，置于4 ℃冰箱靜置24 h，取出后進(jìn)行質(zhì)構(gòu)測試，測試結(jié)果見圖3、圖4。

圖3 加熱溫度對復(fù)合凝膠硬度和彈性的影響

對于熱致凝膠加熱，溫度是影響凝膠質(zhì)構(gòu)特性的主要因素之一。大豆蛋白的熱變性程度對其食用性會有一定影響，因?yàn)檫m度的熱變性可以提高蛋白質(zhì)的利用率，熱變性不足會降低蛋白質(zhì)的食用價值，而過度熱變性則會影響凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成，并對其質(zhì)構(gòu)特性和感官性質(zhì)有較大影響。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)溫度低于70 ℃時，蛋白質(zhì)無法變性，蛋白質(zhì)溶液無法形成凝膠；而當(dāng)溫度高于95 ℃時，制得的凝膠表面顏色變深，凝膠切面有大量氣泡，成膠有明顯的顆粒感，膠體易斷裂，給取樣測量造成了很大的困難。

圖4 加熱溫度對復(fù)合凝膠膠凝性和內(nèi)聚性的影響

由圖3、圖4可知，隨著加熱溫度的上升，凝膠硬度和膠凝性穩(wěn)步增加，在95 ℃時達(dá)到最大，而彈性和內(nèi)聚性呈先下降后上升的趨勢，在90 ℃時達(dá)到最大。通過加熱，大豆分離蛋白變性，使蛋白分子伸展，同時蛋白分子運(yùn)動加劇，分子間碰撞機(jī)會增加，從而使得大豆蛋白分子之間相互交聯(lián)形成凝膠。由于DSC測定出凝膠吸熱峰是出現(xiàn)在70 ℃，因此只有在達(dá)到這樣一個變性溫度條件下，凝膠才能形成較好網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[8]。當(dāng)加熱溫度較低時，蛋白質(zhì)分子無法充分展開，疏水鍵和二硫鍵不能穩(wěn)定結(jié)合，只能進(jìn)行小范圍的交聯(lián)，無法形成質(zhì)構(gòu)特征良好的凝膠；而且隨著加熱溫度的繼續(xù)升高，蛋白質(zhì)溶液內(nèi)部大量氣泡膨脹嚴(yán)重，會造成凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)被破壞，此時其內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)混亂松散，無法得到質(zhì)構(gòu)穩(wěn)定的凝膠。如果加熱溫度過高，蛋白質(zhì)則會發(fā)生熱溶解，從而導(dǎo)致蛋白溶液失去膠凝能力成為亞溶膠[9]。結(jié)合制備所得凝膠的感官判斷，認(rèn)為當(dāng)加熱溫度為90 ℃時所得凝膠綜合指標(biāo)較為理想。

2.1.3 加熱時間對復(fù)合凝膠質(zhì)構(gòu)特征的影響 復(fù)合凝膠制備條件為：PFR為3.26；NaCl添加量為0.6 mol·L-1；溶液pH調(diào)至7.0；水浴加熱溫度為90 ℃，加熱時間取表1中6個水平。水浴后冷卻至室溫，置于4 ℃冰箱靜置24 h，取出后進(jìn)行質(zhì)構(gòu)測試，測試結(jié)果見圖5、圖6。

加熱時間同樣也是影響熱致凝膠質(zhì)構(gòu)特性的主要因素之一，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在加熱30 min后凝膠硬度等增加趨勢開始減慢，這可能是由于30 min的加熱時間已經(jīng)足夠形成成熟的凝膠，且內(nèi)部網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定，對于不同PFR的凝膠加熱所需時間也不同，PFR越大，加熱時間越短。當(dāng)加熱時間超過45 min后，蛋白質(zhì)已經(jīng)完全充分變性，凝膠表面顏色變深，所得凝膠水分析出較多，凝膠切面有大量氣泡，膠體有明顯的顆粒感，較脆易折斷，對取樣測量也造成了一定困難。

圖5 加熱時間對復(fù)合凝膠硬度和彈性的影響

圖6 加熱時間對復(fù)合凝膠膠凝性和內(nèi)聚性的影響

由圖5、圖6可知，隨著加熱時間的增加，凝膠硬度和膠凝性逐漸增加，在40 min時達(dá)到最大，40～45 min階段出現(xiàn)下降趨勢，而彈性和內(nèi)聚性先下降后從25 min開始上升，分別于40 min和45 min處達(dá)到最大。整個曲線的變化過程就是大豆分離蛋白從未完全變性不能充分形成凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)到充分變性完全形成凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，再到過度變性，部分凝膠網(wǎng)絡(luò)遭到破壞的過程。隨著蛋白質(zhì)溶液的加熱，其內(nèi)部分子振動增強(qiáng)，進(jìn)而破壞了維持空間結(jié)構(gòu)的次級作用，使分子間或分子內(nèi)的范德華力、氫鍵、二硫鍵和疏水鍵均對蛋白凝膠空間網(wǎng)絡(luò)形成起重要作用，從而有利于凝膠良好網(wǎng)絡(luò)的形成。結(jié)合制備所得凝膠的感官判斷，認(rèn)為當(dāng)加熱時間為40 min時所得凝膠綜合指標(biāo)較為理想。

2.1.4 pH值 對復(fù)合凝膠質(zhì)構(gòu)特征的影響 復(fù)合凝膠制備條件為：PFR為3.26；NaCl添加量為 0.6 mol·L-1；溶液pH取表1中6個水平；水浴加熱溫度為 90 ℃，加熱時間為40min。水浴后冷卻至室溫，置于 4 ℃冰箱靜置24 h，取出后進(jìn)行質(zhì)構(gòu)測試，測試結(jié)果見圖7、圖8。

圖7 pH對復(fù)合凝膠硬度和彈性的影響

圖8 pH對復(fù)合凝膠膠凝性和內(nèi)聚性的影響

pH對于大豆分離蛋白凝膠的質(zhì)構(gòu)特性也有著一定的影響，pH值的改變會影響蛋白質(zhì)分子的離子化作用和凈電荷值，從而改變蛋白質(zhì)分子的吸引力和排斥力以及蛋白質(zhì)分子與水分子結(jié)合的能力，還影響凝膠形成和維持的作用力。

由圖7、圖8可知，凝膠硬度和內(nèi)聚性隨pH值上升而增大，最大凝膠硬度和內(nèi)聚性出現(xiàn)在pH 7.5、8.0處開始回落，而凝膠的彈性、膠凝性均隨著pH值的增大呈現(xiàn)下降趨勢，在pH 7.0處趨勢較為平穩(wěn)。當(dāng)pH<5，酸性條件下的11 S球蛋白在未加熱前就可能發(fā)生了部分解離，導(dǎo)致無法形成穩(wěn)定凝膠，也可能是由于缺乏排斥力，從而導(dǎo)致蛋白質(zhì)具有較少伸展和水合作用，形成較差凝膠[10]。隨著pH值的增加，凝膠的質(zhì)構(gòu)特性和感官都發(fā)生了一定的改變，凝膠顏色略微變深，膠體硬度增大，結(jié)構(gòu)較為緊實(shí)，切面氣泡較少，切割時也無黏刀現(xiàn)象。為了確保制得凝膠的質(zhì)構(gòu)特性穩(wěn)定，綜合考慮質(zhì)構(gòu)和感官指標(biāo)，故選取pH 7.0為宜。

2.1.5 離子濃度(NaCl)對復(fù)合凝膠質(zhì)構(gòu)特征的影響 復(fù)合凝膠制備條件為:PFR為3.26；NaCL添加量取表1中6個水平；溶液pH調(diào)至7.0；水浴加熱溫度為90 ℃，加熱時間為40 min。水浴后冷卻至室溫，置于4 ℃冰箱靜置24 h，取出后進(jìn)行質(zhì)構(gòu)測試，測試結(jié)果見圖9、圖10。

圖9 離子濃度(NaCl)對復(fù)合凝膠硬度和彈性的影響

圖10 離子濃度 NaCl 對復(fù)合凝膠膠凝性和內(nèi)聚性的影響

添加NaCl對大豆分離蛋白凝膠的質(zhì)構(gòu)特性有一定的影響，向蛋白質(zhì)溶液中加入中性鹽，會產(chǎn)生鹽溶和鹽析2種現(xiàn)象。鹽溶是指鹽離子與蛋白質(zhì)分子中的極性和離子基團(tuán)作用，降低蛋白質(zhì)分子的活度系數(shù)，使其溶解度增加，當(dāng)鹽濃度較低時以此現(xiàn)象為主。鹽析是指鹽離子與水的偶極分子作用，使其活度系數(shù)降低，從而導(dǎo)致蛋白質(zhì)水合程度降低，使蛋白質(zhì)溶解度減少，當(dāng)鹽濃度較高時以此現(xiàn)象為主[11]。

由圖9、圖10可知，隨著離子濃度的增大，凝膠硬度和膠凝性上升趨勢較為平緩，在0.6～0.8處達(dá)到最大，然后有下降的趨勢；而凝膠彈性和內(nèi)聚性波動較大，但基本都符合先下降再上升的趨勢。在蛋白質(zhì)的加熱變性過程中，低濃度的NaCl添加可以使蛋白質(zhì)溶解性提高，進(jìn)而在加熱過程中更利于蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的展開和功能性基團(tuán)的暴露，凝膠硬度會逐漸增大。而在高濃度的NaCl條件下，鹽溶作用使蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的展開和功能性基團(tuán)暴露減少，再加上蛋白質(zhì)分子的重新折疊作用，從而導(dǎo)致凝膠硬度降低。結(jié)合制備所得凝膠的感官判斷，認(rèn)為當(dāng)離子濃度(NaCl)為0.6 mol·L-1時所得凝膠綜合指標(biāo)較為理想。

2.2 響應(yīng)曲面試驗(yàn)及分析

2.2.1 響應(yīng)曲面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及測試結(jié)果 本試驗(yàn)使用Design-Expert 8.0.6軟件，采用中心組合試驗(yàn)Box-Behnken設(shè)計(jì)方案，在固定pH 7.0、離子濃度(NaCl) 0.6 mol·L-1的前提下，以PFR、加熱溫度(℃)和加熱時間(min)為因素，以凝膠硬度和彈性為響應(yīng)值進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，因素及水平見表2，試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見表3。

表2 響應(yīng)曲面試驗(yàn)因素水平編碼

表3 響應(yīng)曲面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及TPA測試結(jié)果

利用Design-Expert 8.0.6對表3中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合，分別得到大豆分離蛋白-脂肪復(fù)合凝膠硬度(Y1)、彈性(Y2)對自變量PFR(X1)、加熱溫度(X2)、加熱時間(X3)的二次多項(xiàng)回歸編碼方程為：

(1)

(2)

2.2.2 凝膠硬度響應(yīng)曲面分析 通過方差分析來驗(yàn)證響應(yīng)凝膠硬度的模型及各參數(shù)的顯著性見表4。

表4 凝膠硬度響應(yīng)曲面模型方差分析

注：擬合度=0.949 7,校正決定系數(shù)=0.885 1,信噪比=16.582。

Note： R-Squared=0.949 7, Adj R-Squared= 0.885 1, Adeq precision=16.582.

圖11 PFR與加熱溫度交互作用響應(yīng)曲面

圖12 PFR與加熱時間交互作用響應(yīng)曲面

由圖11可知，2者交互作用并不顯著。當(dāng)加熱溫度一定，凝膠硬度隨PFR的增加而逐漸增大，在3.26～3.48區(qū)間增速較大，待PFR增加到3.48時達(dá)到最大值；當(dāng)PFR一定，在溫度85～90 ℃區(qū)間凝膠硬度隨加熱溫度的增加緩慢增大，90～95 ℃區(qū)間基本保持平緩。

由圖12可知，2者交互作用顯著。當(dāng)加熱時間一定，凝膠硬度隨PFR的增加逐漸增大，在3.48時達(dá)到最大值；當(dāng)PFR一定，凝膠硬度隨加熱時間的增加經(jīng)歷了一個先減小后增大的過程，后趨于平緩。

由圖13可知，2者交互作用并不顯著。當(dāng)加熱溫度一定，凝膠硬度隨加熱時間的增加而逐漸增大；當(dāng)加熱時間一定，凝膠硬度隨加熱溫度增加而增大，85～90 ℃區(qū)間增速較大，后趨于平緩(圖13)。

2.2.3 凝膠彈性響應(yīng)曲面分析 通過方差分析來驗(yàn)證響應(yīng)凝膠彈性的模型及各參數(shù)的顯著性見表5。

圖13 加熱溫度與加熱時間交互作用響應(yīng)曲面

由圖14可知，2者交互作用并不顯著。當(dāng)PFR一定，凝膠彈性隨著加熱溫度的增加經(jīng)歷了一個先增大后減小的趨勢；當(dāng)加熱溫度一定，凝膠彈性隨著PFR的增加先急劇增大后緩慢降低。

圖14 PFR與加熱溫度交互作用響應(yīng)曲面

表5 凝膠彈性響應(yīng)曲面模型方差分析

注：E為科學(xué)計(jì)數(shù)法, 擬合度=0.914 2, 校正決定系數(shù)=0.803 9,信噪比=9.295。

Note： E for Scientific notation ，R-Squared=0.914 2 ，Adj R-Squared= 0.803 9， Adeq precision=9.295.

由圖15可知，2者交互作用并不顯著。當(dāng)PFR一定，凝膠彈性隨著加熱時間的增加先有所減小后緩慢增大；當(dāng)加熱時間一定，凝膠彈性隨著PFR增加急速增大后，在3.26～3.48區(qū)間趨于平緩(圖15)。

由圖16可知，2者交互作用并不顯著。當(dāng)加熱溫度一定，凝膠彈性隨著加熱時間的增加經(jīng)歷了一個先緩慢降低在逐漸增加的過程；當(dāng)加熱時間一定，凝膠彈性隨著加熱溫度增加先顯著上升后在溫度90～95 ℃區(qū)間趨于平緩(圖16)。

2.2.3 最優(yōu)制備條件的選取及驗(yàn)證 響應(yīng)曲面優(yōu)化結(jié)果表明，當(dāng)PFR為3.48，加熱溫度為93 ℃，加熱時間為40 min時制備得到的大豆分離蛋白-脂肪復(fù)合凝膠具有最優(yōu)的凝膠強(qiáng)度116.965 g和彈性0.926 g，在此條件下進(jìn)行3組驗(yàn)證試驗(yàn)，每個樣品的質(zhì)構(gòu)實(shí)驗(yàn)重復(fù)測量8次，所得凝膠硬度和彈性的均值分別為119.628 g和0.934 g，與理論值相符。

圖15 PFR與加熱時間交互作用響應(yīng)曲面

圖16 加熱溫度與加熱時間交互作用響應(yīng)曲面

3 結(jié)論

大豆分離蛋白-脂肪復(fù)合凝膠是一個復(fù)雜體系，凝膠性能受原料、溫度、pH、離子濃度等多種因素的影響。根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在固定pH 7.0、離子濃度 (NaCl) 0.6 mol·L-1的前提下，利用Design-expert 8.0.6軟件，以PFR、加熱溫度(℃)和加熱時間(min)為因素，以凝膠硬度和彈性為響應(yīng)值進(jìn)行響應(yīng)曲面優(yōu)化設(shè)計(jì)，得到復(fù)合凝膠的最佳制備條件：PFR 3.48，加熱溫度93 ℃，加熱時間40 min。在此條件下，復(fù)合凝膠強(qiáng)度和彈性的預(yù)測值分別為116.965 g和0.926 g，試驗(yàn)值分別為119.628 g和0.934 g。模型驗(yàn)證表明，運(yùn)用響應(yīng)曲面法對大豆分離蛋白-脂肪復(fù)合凝膠制備條件優(yōu)化是科學(xué)合理且準(zhǔn)確可靠的，具有一定的研究價值，該結(jié)果為大豆分離蛋白-脂肪復(fù)合凝膠的凝膠特性和結(jié)構(gòu)特性的進(jìn)一步研究提供了基礎(chǔ)理論依據(jù)。

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(責(zé)任編輯：李 瑩)

Optimization of preparation conditions for soy protein isolate-fat plural gel using response surface method

SONG Lianjun, LIU Jie, QIAO Mingwu

(College of Food Science and Technology,Henan Agricultural University,Zhengzhou 450002,China)

In this study, the pre-emulsion soy fat was added to the mixed solution of soy protein isolate as the base material, and then the soy isolate-protein fat plural gel was made. The impact factors were determined by single-factor test, such as protein to fat ratio, heating temperature, heating time, pH and ionic concentration. The main influencing factors of different protein to fat ratio, heating temperature, heating time on plural gel were optimized with response surface methodology in this research. The texture properties of plural gel which were made under different conditions, such as gel hardness, springiness, cohesiveness and gumminess, have been tested and researched by the texture analyzer in order to set up the regression model. The optimum preparation conditions are deremined as follows: PFR 3.48,heating temperature 93 ℃,heating time 40 min.

soy protein isolate； protein to fat ratio； plural gel； preparing conditions；response surface

2014-12-17

河南省教育廳項(xiàng)目(13B550053)

宋蓮軍(1969-)，女，河南鄭州人，教授，碩士研究生導(dǎo)師，主要從事食品科學(xué)方面的研究。

1000-2340(2015)03-0380-09

TS229

A