響應面法優(yōu)化復配蛋液配方

楊葉爽，張映萍，陳伊凡，張 晉，李歡歡，陳黎洪，唐宏剛，*，高 斌，*

(1.云南農業(yè)大學 食品科學技術學院，云南 昆明 650000； 2.浙江省農業(yè)科學院 食品科學研究所，浙江 杭州 310021)

雞蛋是人們日常生活中膳食蛋白的重要來源，也是已知天然的、營養(yǎng)全面的食品之一。除含大量蛋白質外，雞蛋還含有豐富的磷酯類和固醇等重要營養(yǎng)素，被譽為“理想的滋補食品”。雞蛋中的蛋白質主要由卵白蛋白和卵黃蛋白組成，其功能特性如凝膠性、起泡性、乳化性等在食品工業(yè)中應用相當廣泛，對蛋干、蛋腸、蛋豆腐等相關產品的加工與品質控制具有重要意義。

質構是食品的物理特性，可通過儀器和感官分析進行量化評判。蛋干是以蛋液為主要原料，通過加熱成型、鹵制、烘烤等工藝制備而成的一種休閑蛋制品。因具有攜帶方便、保質期長、風味獨特等特點，蛋干類產品深受消費者歡迎。然而，市面上的蛋干產品大多存在質構、口感不佳問題，尤其體現(xiàn)在咀嚼性不足，品質有待進一步改善。就蛋液熱誘導凝膠而言，硬度、彈性、咀嚼性、持水性等參數對產品品質起著至關重要的作用。在凝膠的質構參數中，咀嚼性、硬度與彈性是較為重要的指標。咀嚼性是模擬將樣品咀嚼至可吞咽時需做的功，與硬度、內聚性和彈性有關；彈性是表示樣品經壓縮后恢復為原狀的能力；硬度與凝膠強度呈正相關，硬度越大意味著凝膠體系的網絡結構越致密、堅實。持水性是蛋白質重要的功能性質之一，同時也是蛋制品加工中重要的物理參數，持水性的大小與凝膠質構特性明顯相關。目前，有關雞蛋熱誘導凝膠特性的研究主要以蛋清為對象，通過添加不同比例的磷酸鹽、食用膠，研究其對凝膠質構參數的影響；而針對復配蛋液凝膠性能改善的報道相對較少。結冷膠作為一種新型的微生物胞外多糖，用途非常廣泛，在食品領域主要用作增稠劑、凝結劑等。研究表明，結冷膠對蛋白凝膠性能具有明顯的改善效果，但在復配蛋液中的應用研究尚未見相關報道。本研究以雞蛋蛋清、蛋黃液為原料，通過調整復配蛋液中蛋黃比例和結冷膠、氯化鈉添加量來制備復配蛋液熱誘導凝膠，分析凝膠的質構特性、色差與持水性；采用響應面分析方法，以凝膠咀嚼性為評價指標，對蛋黃比例和結冷膠、氯化鈉的添加量進行優(yōu)化，以期為休閑蛋制品的生產和品質提升提供理論參考與技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

新鮮雞蛋，購于浙江杭州華潤萬家超市；NaCl(分析純)，購于國藥集團化學試劑有限公司；結冷膠，購于河南萬邦生物科技有限公司。

1.2 儀器與設備

AL204電子分析天平，賽多利斯科學儀器(北京)有限公司；DF-101S磁力攪拌器，上海力辰邦西儀器科技有限公司；DK-S26數顯恒溫水浴鍋，上海瑞穩(wěn)儀器設備廠；LXJ-IIB低速離心機，上海安亭科學儀器廠；RE-52AA旋轉蒸發(fā)儀，上海亞榮生化儀器廠；T18 Basic高速剪切儀，上海楚柏實驗設備有限公司，NH310色差儀，深圳市三恩時科技有限公司；Rapid TA質構儀，上海騰拔儀器科技有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 樣品制備

1)蛋液預處理：將購買的新鮮雞蛋洗凈后打蛋，分離蛋清蛋黃，蛋清利用磁力攪拌器攪拌30 min后使用雙層紗布過濾，除去系帶等雜質后置于燒杯中備用；蛋黃分離后，先使用濾紙吸取蛋黃表面殘留的蛋清液，再將蛋黃置于燒杯中，用鑷子將蛋黃膜去除，利用磁力攪拌器攪拌30 min，使其混合均勻。

2)復配蛋液熱誘導凝膠的制備：將150 mL燒杯置于電子天平上，按試驗設計的蛋黃比例將蛋黃液添加入燒杯內，按每份復配蛋液的基準質量為100 g，用蛋清液補足。另外準確稱量所需的NaCl和結冷膠，并將其倒入燒杯中。使用高速剪切儀以10 000 r·min將物料混勻30 s，混勻后的料液緩慢倒入圓底燒瓶中，利用旋轉蒸發(fā)儀進行脫氣處理15 min；處理完畢后，將料液緩慢倒入模具，90 ℃水浴加熱40 min。凝膠成型后取出，置于冰水浴中冷卻、降溫脫模，用保鮮膜包裹標記后待測。

1.3.2 單因素試驗設計

蛋黃比例：改變蛋液中蛋黃比例制備復配蛋液凝膠，蛋黃比例分別設置為0(對照組)、20%、40%、60%、80%，按每份復配蛋液的基準質量為100 g，用蛋清液補足；另外添加0.1%結冷膠、1.5%NaCl，研究蛋黃比例對復配蛋液凝膠的影響。

結冷膠添加量：蛋黃比例定為60%，按每份復配蛋液的基準質量為100 g，用蛋清液補足；另外，添加1.5% NaCl，加入不同比例(0、0.05%、0.10%、0.15%、0.20%)結冷膠制備復配蛋液凝膠，以不添加結冷膠為對照組，研究結冷膠添加量對復配蛋液凝膠的影響。

NaCl添加量對復配蛋液凝膠的影響：蛋黃比例定為60%，按每份復配蛋液的基準質量為100 g，用蛋清液補足；另外添加0.10%結冷膠和不同比例(0、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%)NaCl制備復配蛋液凝膠，以不添加NaCl為對照組，研究NaCl添加量對復配蛋液凝膠的影響。

1.3.3 響應面優(yōu)化試驗設計

在單因素試驗結果的基礎上，以復配蛋液凝膠的咀嚼性為響應值，蛋黃比例(A)、結冷膠添加量(B)、NaCl添加量(C)為考察因素，采用Design-Expert V8.0.6軟件設計，進行3因素3水平響應面試驗。響應面試驗設計與因素水平見表1。

1.3.4 質構特性測定

參考Liu等的方法，并做適當修改。采用Rapid TA質構儀對復配蛋液凝膠進行TPA質構測定，對凝膠彈性、硬度和咀嚼性進行研究。探頭采用直徑12.7 mm的平底型探頭P/36R，測定參數設置為：測試前速度5 mm·s，測試速度1 mm·s，測試后速度1 mm·s，壓縮比例50%，觸發(fā)力0.05 N。每組樣品平行測定5次，數據用平均值±標準偏差的形式表示。

1.3.5 色差分析

參考王銳等的方法并進行修改，取適量的凝膠樣品，使用色差儀進行色差分析，獲得亮度、紅度、黃度。每組樣品平行測定3次，數據用平均值±標準偏差表示。

表1 響應面試驗設計因素與水平表

1.3.6 持水性測定

參考Zhang等的方法并做適當修改，取適量的凝膠樣品稱量，記錄質量，用濾紙包裹后放入50 mL離心管內，5 000×離心30 min取出后稱量，記錄質量，利用公式進行計算。每組樣品平行測定3次，數據用平均值±標準偏差的形式表示。持水性(WHC)的計算公式如下：

(%)=(/)×100。

式中：為持水性的值；為離心前凝膠的質量，g；為離心后凝膠的質量，g。

1.4 數據處理與統(tǒng)計分析

采用SPSS 25.0統(tǒng)計軟件進行數據間相關性分析和方差分析，Ducan法進行各組數據間差異性比較(<0.05，差異顯著)。采用Origin 2018(OriginLab公司)繪制圖表。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗

2.1.1 蛋黃比例對復配蛋液凝膠的影響

由圖1可知，隨著復配蛋液中蛋黃比例的升高，逐漸降低，、逐漸增大，且添加20%、40%、60%、80%蛋黃處理的、、顯著(<0.05)低于對照組，可能是由于蛋黃中含有較多的色素，如胡蘿卜素、葉黃素、玉米黃色素等對凝膠顏色造成改變所引起。

柱上無相同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。下同。Bars marked without the same lowercase letter indicated significant differences at P<0.05. The same as below.圖1 蛋黃比例對復配蛋液凝膠色澤的影響Fig.1 Effect of yolk ratio on color of reconstituted liquid egg gel

由圖2可知，隨著蛋黃比例的升高，復配蛋液凝膠特性發(fā)生了一定改變，硬度和咀嚼性顯著(<0.05)增強。當蛋黃比例達60%時，凝膠的硬度和咀嚼性均最佳，并且彈性也顯著(<0.05)提升。未添加蛋黃的純蛋清凝膠持水性相對較差，隨著添加蛋黃比例的增加，復配蛋液凝膠的持水性顯著提高，當復配蛋液中蛋黃比例為60%時，持水性達到90.54%，較純蛋清組提高了28.86%。這是由于添加的蛋黃使復配蛋液凝膠的結構發(fā)生改變，導致更多的游離水作為固定化水被包裹在凝膠網絡中，水分與蛋白質能更好地結合，最終使持水性得到提升。綜合各項凝膠性能指標，確定復配蛋液中蛋黃的適宜比例為60%。

圖2 蛋黃比例對復配蛋液凝膠質構、持水性的影響Fig.2 Effect of egg yolk ratio on texture and water holding capacity of reconstituted liquid egg gel

2.1.2 結冷膠添加量對復配蛋液凝膠色澤的影響

由圖3可知，當復配蛋液中蛋黃比例固定為60%、NaCl固定為1.5%時，改變結冷膠添加量對復配蛋液凝膠整體色澤不會造成顯著影響。

2.1.3 結冷膠添加量對復配蛋液凝膠質構、持水性的影響

不同添加量結冷膠對復配蛋液凝膠質構與持水性的影響如圖4所示。從圖中可以看出，隨著結冷膠添加量的增加，硬度、彈性、咀嚼性也隨之增大；當添加量超過0.15%后，復配蛋液凝膠的硬度、咀嚼性、彈性顯著下降。隨著結冷膠添加量的增加，復配蛋液凝膠的持水性得到顯著提高(<0.05)。一方面，由于結冷膠富含親水基團，能夠結合大量的水分子；另一方面復配蛋液凝膠網絡的形成，增加了對水分的束縛能力。但當結冷膠添加量達到0.20%時，持水性呈下降趨勢，具體機理有待進一步探討。結合各項評價指標，結冷膠適宜添加量為0.15%。

圖3 結冷膠添加量對復配蛋液凝膠色差的影響Fig.3 Effect of gellan gum content on color of reconstituted liquid egg gel

圖4 結冷膠添加量對復配蛋液凝膠質構、持水性的影響Fig.4 Effect of gellan gum content on texture and water holding capacity of reconstituted liquid egg gel

2.1.4 NaCl添加量對復配蛋液凝膠色澤的影響

固定復配蛋液中蛋黃比例和結冷膠添加量，改變NaCl添加量，與對照組相比，隨著NaCl比例的升高，復配蛋液凝膠的、顯著上升(<0.05)，而呈現(xiàn)顯著下降趨勢(圖5)。造成這一現(xiàn)象的原因尚未明確，需作深入研究。

圖5 氯化鈉添加量對復配蛋液凝膠色差的影響Fig.5 Effect of NaCl content on color of reconstituted liquid egg gel

2.1.5 NaCl添加量對復配蛋液凝膠質構、持水性的影響

如圖6所示，隨著NaCl添加量的增加，復配蛋液凝膠硬度、彈性、咀嚼性逐漸上升，在NaCl添加量達1.50%時，凝膠硬度、咀嚼性相對較好。與對照組相比，1% NaCl能顯著提高復配蛋液凝膠的彈性(<0.05)，繼續(xù)增加NaCl添加量，提高效果則不明顯。在持水性方面，隨著NaCl添加量逐步增加(0～1.5%)，復配蛋液凝膠的持水性得到顯著(<0.05)提升；而當NaCl添加量為2.0%時，凝膠的持水性明顯下降，揭示其內部結構遭到了一定程度的破壞。因此，NaCl最適添加量為1.5%。

2.2 響應面分析法改善復配蛋液凝膠性能

圖6 NaCl添加量對復配蛋液凝膠質構、持水性的影響Fig.6 Effect of NaCl content on texture and water holding capacity of reconstituted liquid egg gel

2.2.1 響應面試驗設計、結果

根據單因素試驗結果，用Design Expert 8.0.5軟件進行響應面試驗綜合分析。以咀嚼性為衡量指標，進一步對復配蛋液中蛋黃比例(A)、結冷膠添加量(B)和NaCl添加量(C)進行3因素3水平的響應面試驗設計，通過擬合試驗數據，得到二次多項回歸方程，確定最佳添加量。試驗設計方案與結果如表2所示。

表2 響應面試驗設計與結果

對表2的試驗數據進行多元回歸擬合，得到咀嚼性()對蛋黃比例()、結冷膠添加量()、NaCl添加量()的二次多項回歸模型，=96844+8336-26.15B-4.77-1500-2354-2179-22142-124.02-118.68。

響應面回歸模型的方差分析結果如表3所示。由表3分析可知，總回歸方程的檢驗=0.004 0<0.05，說明顯著，失擬項>0.05，不顯著，說明整個模型有意義，與實際試驗擬合較好。其中，蛋黃比例對復配蛋液凝膠強度具有顯著影響(<0.05)。該回歸模型的決定系數=0.921 9，說明此模型能解釋高達92%的變化。信燥比=7.986>4，說明該回歸模型能夠在這個設計空間內運行，用來改善復配蛋液凝膠品質是有意義的。

2.2.2 響應面等高線與3D圖

根據復配蛋液凝膠咀嚼性的3D圖與等高線圖可分析出各個因素之間的交互作用和影響程度。當NaCl添加量為1.5%時，復配蛋液中蛋黃比例由40%上升到80%，咀嚼性呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢；結冷膠添加量由0.1%增長到0.2%，咀嚼性呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。當結冷膠添加量固定時，復配蛋液凝膠的咀嚼性隨著NaCl添加量的增加呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。各因素對復配蛋液凝膠咀嚼性的影響大小順序為：蛋黃比例>結冷膠添加量>氯化鈉添加量。

2.2.3 配方最優(yōu)結果與驗證試驗

對構建出的回歸模型求出一階偏導并令其等于0，得到三元一次方程組，求解3個自變量：蛋黃比例(%)=63.98，結冷膠添加量(%)=0.14，NaCl添加量(%)=1.49，得到咀嚼性的預期值為978.063。在上述試驗基礎上，結合生產實際，確定最優(yōu)配方：蛋黃比例為64%、結冷膠添加量0.14%、NaCl添加量1.50%。通過驗證試驗，最終測得復配蛋液凝膠的咀嚼性為910.494，與預測值相符度為93.09%，表明試驗方案可行。

3 討論

本研究中蛋黃比例對復配蛋液凝膠的影響與Zhang等關于蛋黃能夠使凝膠彈性增強的研究結果一致。但當復配蛋液中蛋黃比例達80%時，凝膠的硬度、咀嚼性呈現(xiàn)下降趨勢。蛋清加熱到一定程度就可以形成凝膠，蛋黃則需要經過攪拌再加熱才能形成凝膠，蛋清蛋白質的變性溫度相對蛋黃中蛋白質變性溫度要低。復配蛋液含一定比例的蛋黃能夠改善凝膠質構，隨著蛋黃蛋白質的增加，網絡結構的密度增大，同時疏水作用逐漸增強，在二硫鍵等作用下使得凝膠變得更加緊密，內部結構也更為均勻。而蛋黃比例過高時，由于其變性溫度相對更高，導致蛋白質變性延遲，凝膠過程緩慢，不利于形成細致、均勻的凝膠結構；且由于蛋黃中脂質含量較高，使得凝膠中的油脂變多，整個結構更加柔軟。

表3 咀嚼性回歸模型方差分析

圖7 各因素交互作用對復配蛋液凝膠咀嚼性的影響Fig.7 Effect of interaction of factors on chewiness of reconstituted liquid egg gel

結冷膠是一種由微生物產生的胞外陰離子多糖，其凝膠性能和熱穩(wěn)定性較好。與其他凝膠劑相比，結冷膠具有用量少、凝固點、熔點可調節(jié)，具有優(yōu)越的呈味性能和高透明度等特性。結冷膠在水中略加攪拌即可分散，加熱后溶解成透明溶液，冷卻后能形成透明、堅實的凝膠。在本研究中首次將結冷膠應用于復配蛋液中，其對凝膠質構的影響與唐宏剛等關于穩(wěn)定劑對蛋白液雞蛋干質構特性的影響研究結果一致。研究表明，結冷膠可作為蛋白之間的連接劑，使得凝膠結構更加緊密，適當添加能夠起到改善凝膠質構的作用。結冷膠在形成凝膠時，首先是構象發(fā)生改變，即結冷膠分子隨著溫度降低由無規(guī)則線團轉變成雙螺旋構型；接著雙螺旋聚集形成纏結點，并最終形成凝膠。在溫度、聚合物濃度、離子類型等條件的影響下，結冷膠能與不同物質結合形成各式各樣的凝膠結構。

復配蛋液中添加NaCl對凝膠質構的影響與王鍇等的研究結果一致。NaCl除具有調節(jié)咸味的作用，形成的Na還可與結冷膠分子形成“COO-Na-HO-Na-COO”的雙螺旋網絡結構，對凝膠結構起到增強效果。但較高濃度的NaCl起到穩(wěn)定蛋白質分子構象的作用，使凝膠結構不易形成。研究發(fā)現(xiàn)，NaCl添加量為2.0%時，凝膠硬度與咀嚼性顯著降低，造成該現(xiàn)象的原因是過多的Na對蛋白質分子所帶負電荷起屏蔽作用，使蛋白質之間排斥作用減小，引起蛋白質的聚集過程早于變性過程，不易于形成致密的交聯(lián)結構，凝膠強度降低。

4 結論

通過調整蛋液中蛋黃比例形成復配蛋液，并添加不同比例的結冷膠和NaCl形成復合凝膠體系。復配蛋液中蛋黃比例的增加能夠顯著提高凝膠的質構和持水性，當蛋黃比例達到60%時，復配蛋液凝膠性能達到最優(yōu)，蛋液中選擇合適的蛋黃比例對凝膠類產品的性能改善非常重要。并且，添加適宜的結冷膠和NaCl能夠進一步改善復配蛋液的凝膠性能。以復配蛋液凝膠的咀嚼性為目標值，經響應面優(yōu)化后，獲得復配蛋液中蛋黃、結冷膠、NaCl的最佳添加量(分別為64%、0.14%、1.5%)，制得的復配蛋液凝膠咀嚼性值達910.494，凝膠性能得到了明顯改善。該研究對蛋干、蛋腸等相關蛋制品的生產開發(fā)、品質提升具有一定的參考價值。