張佳敏,王　衛(wèi),白　婷,吉莉莉

(成都大學(xué)肉類加工四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,四川成都 610106)

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豬血凝膠條件的響應(yīng)面法優(yōu)化

張佳敏,王衛(wèi),白婷,吉莉莉

(成都大學(xué)肉類加工四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,四川成都 610106)

實(shí)驗(yàn)研究了不同加工條件下豬血凝膠的持水力和回復(fù)性的變化。在分析純血含量、加熱溫度、加熱時(shí)間及NaCl含量對豬血凝膠持水力和回復(fù)性影響的基礎(chǔ)上,以凝膠持水力和回復(fù)性的綜合評分為優(yōu)化指標(biāo),采用響應(yīng)面法對熱加工條件進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)果表明:加熱溫度、加熱時(shí)間及NaCl含量對豬血凝膠的持水力和回復(fù)性有顯著影響(p<0.05),各因素對持水力和回復(fù)性綜合評分的影響程度依次為NaCl含量>加熱溫度>加熱時(shí)間>純血含量。對各因素與持水力和回復(fù)性的綜合評分進(jìn)行擬合分析,所得擬合模型具有較好的可靠性。通過擬合模型進(jìn)行優(yōu)化,得到最佳工藝條件為:純血含量86.05%(即血蛋白含量16.66 g/100 mL)、溫度95 ℃、加熱時(shí)間20 min及NaCl含量4 g/100 mL,在此條件下的豬血凝膠綜合評分最高,綜合評分為69.66,持水力為88.21%,回復(fù)性值為0.511,具有最佳的凝膠品質(zhì)。

豬血,持水力,回復(fù)性,響應(yīng)面,工藝優(yōu)化

我國是世界上最大的畜禽肉類生產(chǎn)和消費(fèi)國,肉類總產(chǎn)量居世界第一。血液是畜禽屠宰加工產(chǎn)生的主要副產(chǎn)物。以2012年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示,我國畜禽血液總產(chǎn)量達(dá)2500多萬t。血液中蛋白質(zhì)含量17%～22%,含有18種氨基酸,尤其是賴氨酸含量豐富,還含有多種生物酶、低分子氨化物、葡萄糖、維生素、微量礦質(zhì)元素,鐵的含量高達(dá)6.4%[1-2]。目前我國對畜禽血液的加工利用率較低,除部分用于食用外,加工制品主要包括初級血粉制品、血紅素、水解蛋白、SOD以及氨基酸等產(chǎn)品[3-7]。在食品加工中,添加動物血液不僅能充分利用其營養(yǎng)價(jià)值,還可改善產(chǎn)品色澤、風(fēng)味及質(zhì)構(gòu)特性[8-12]。因此畜禽血在食品加工中的利用越來越受到重視[13-15]。但加工中的溫度、時(shí)間、含鹽量等對血液的凝膠性質(zhì)和持水性有重要影響。本實(shí)驗(yàn)以豬血為研究對象,利用質(zhì)地多面剖析法[16](Texture Profile Analysis,TPA)和離心法對豬血凝膠的質(zhì)構(gòu)特性和持水性進(jìn)行研究,探討豬血在不同條件下凝膠的持水力和回復(fù)性的變化,并采用響應(yīng)面法,以回復(fù)性和持水力權(quán)重后的綜合評分為優(yōu)化目標(biāo),對豬血的熱加工條件進(jìn)行優(yōu)化,以確定豬血的最佳凝膠條件。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

新鮮豬血由四川欣康綠食品有限公司提供。氯化鈉(分析純)購于成都市科龍化工試劑廠。

TA-XTplus型質(zhì)構(gòu)分析儀英國Stable Micro Systems公司;JA3130N電子天平上海民橋精密科學(xué)儀器有限公司;DZKW-4水浴鍋北京中興偉業(yè)儀器有限公司;TGL-20M高速臺式冷凍離心機(jī)長沙湘儀離心機(jī)儀器有限公司。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1純血含量對持水力和回復(fù)性影響經(jīng)前期預(yù)實(shí)驗(yàn)測得該批次豬血中蛋白質(zhì)含量為19.36 g/100 mL,在此基礎(chǔ)上,分別量取30、35、40、45、50 mL新鮮豬血于5個(gè)50 mL的容量瓶中,加蒸餾水定容至50 mL,制得純血含量分別為60%、70%、80%、90%及100%的血溶液,即血蛋白含量分別為11.62、13.55、15.49、17.42、19.36 g/100 mL,搖勻后轉(zhuǎn)入燒杯中,用保鮮膜封住燒杯口,在95 ℃溫度條件下加熱15 min,待豬血凝固后取出冷卻,測定豬血凝膠的持水力和回復(fù)性。

1.2.2加熱溫度對持水力和回復(fù)性影響量取50 mL新鮮純豬血分別置于5個(gè)燒杯中,用保鮮膜封住燒杯口,將燒杯放入水浴鍋中,分別于80、85、90、95、100 ℃下加熱15 min,取出冷卻,測定豬血凝膠的持水力和回復(fù)性。

1.2.3加熱時(shí)間對持水力和回復(fù)性影響量取50 mL新鮮純豬血分別置于5個(gè)燒杯中,用保鮮膜封住燒杯口,將燒杯放入水浴鍋中,分別于95 ℃下加熱5、10、15、20、25 min,取出冷卻,測定豬血凝膠的持水力和回復(fù)性。

1.2.4NaCl含量對持水力和回復(fù)性影響分別稱取1、2、3、4、5 g NaCl置于5個(gè)50 mL的容量瓶中,用純豬血定容置50 mL,即豬血溶液中NaCl的含量為2、4、6、8、10 g/100 mL,搖勻后轉(zhuǎn)入燒杯中,用保鮮膜封住燒杯口,在95 ℃溫度條件下加熱15 min,待豬血凝固后取出冷卻,測定豬血凝膠的持水力和回復(fù)性。

1.2.5熱凝固工藝條件的優(yōu)化在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上,采用Box-Behnken響應(yīng)面設(shè)計(jì),以豬血含量(A)、加熱溫度(B)及加熱時(shí)間(C)三個(gè)熱加工參數(shù)作為相應(yīng)因子,以凝膠的持水力(Y1)、回復(fù)性(Y2)和綜合評分(Y3)作為響應(yīng)值建立響應(yīng)曲面模型,以優(yōu)化出豬血凝膠最佳熱凝固條件。優(yōu)化實(shí)驗(yàn)因素水平見表1,由權(quán)重法確定持水力和回復(fù)性的權(quán)重均為0.5,考慮實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)值的數(shù)量級,確定綜合評分為:Y3=0.5×Y1+0.5×Y2×100。

表1　優(yōu)化實(shí)驗(yàn)因素水平

1.2.6持水力的測定稱量離心管的質(zhì)量(m0),將豬血凝膠樣品放進(jìn)離心管中,稱離心管和樣品的總質(zhì)量(m1),于7600 r/min轉(zhuǎn)速下離心10 min,分離液體后再次稱離心管和樣品的質(zhì)量(m2),每個(gè)樣品做3個(gè)平行,按以下公式計(jì)算持水力(WHC):

式中:WHC-凝膠持水力(%);m0-離心管的質(zhì)量(g);m1-離心前離心管與樣品的質(zhì)量總和(g);m2-離心后離心管與樣品的質(zhì)量總和(g)。

1.2.7回復(fù)性的測定以自制圓柱型模具分別從燒杯中取豬血凝膠樣,切制成直徑13 mm、高10 mm的樣品。采用TA-XTplus型質(zhì)構(gòu)分析儀進(jìn)行TPA質(zhì)構(gòu)剖面分析,測定凝膠的回復(fù)性(Resilience)?；貜?fù)性的定義為樣品在第一次壓縮過程中回彈的能力,是第一次壓縮返回過程中樣品所釋放的彈性能與壓縮時(shí)探頭的耗能之比[17]。檢測條件參數(shù)為:探頭型號(P/36R-圓柱型平底探頭)、測前探頭下降速度(Pre-Test Speed)5 mm/s、測試中探頭下降速度(Test Speed)1 mm/s、測試后探頭上升速度(Post-Test Speed)5 mm/s、測試距離(Distance)2 mm、測試時(shí)間(Time)5 s。

2　結(jié)果及分析

2.1熱凝固單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1.1純血含量對持水力和回復(fù)性的影響不同豬血含量的凝膠持水力和回復(fù)性的測定結(jié)果如圖1所示,由圖可見,隨著純豬血含量的增加,凝膠的持水力和回復(fù)性均明顯地增大(p<0.05),說明豬血蛋白含量越高,凝膠的持水力和回復(fù)性越好。豬血漿蛋白在加熱的情況下蛋白變性,結(jié)構(gòu)展開并發(fā)生分子間交聯(lián),進(jìn)而聚集形成凝膠[13]。蛋白含量過低形成凝膠不穩(wěn)定,水分易析出,血蛋白含量高的豬血漿由于加熱交聯(lián)形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加緊密,束縛水分的能力更強(qiáng),所以形成的凝膠更加穩(wěn)定[18]。但蛋白含量過高時(shí),形成的凝膠質(zhì)地較硬,口感較差,實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)當(dāng)純血含量在80%～90%時(shí),凝膠彈性、觸感較好,組織細(xì)膩光滑無孔洞。

圖1　純血含量對豬血凝膠的持水力和回復(fù)性的影響Fig.1　The influence of pure blood content on the WHC and resilience of pig blood gel

2.1.2加熱溫度對持水力和回復(fù)性的影響溫度對豬血凝膠持水力和回復(fù)性影響的測定結(jié)果如圖2所示。由圖可見,隨著溫度的升高,凝膠的持水力顯著地增大(p=0.006<0.05),回復(fù)性隨著溫度的升高先增大后降低(p=0.02<0.05)。當(dāng)溫度低于80 ℃時(shí),豬血蛋白不能完全凝固;85 ℃以下形成凝膠所需的時(shí)間較長,凝固后質(zhì)地較軟,易碎裂;90 ℃以上形成的凝膠結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,蛋白凝固完全,持水力顯著提升;當(dāng)溫度達(dá)到95 ℃時(shí),回復(fù)性達(dá)到最大值,之后降低,且形成的凝膠彈性差,表面產(chǎn)生較多孔洞,內(nèi)部組織粗糙。這一方面是由于溫度升高可促進(jìn)血蛋白快速凝結(jié),保持水分,但另一方面,過高的溫度使蛋白質(zhì)老化變硬,凝膠回復(fù)性變差[19]。實(shí)驗(yàn)表明,較佳的加熱溫度為90～95 ℃。

圖2　溫度對豬血凝膠的持水力和回復(fù)性的影響Fig.2　The influence of temperature on the WHC and resilience of pig blood gel

2.1.3加熱時(shí)間對持水力和回復(fù)性的影響豬血凝膠持水力和回復(fù)性隨時(shí)間的變化如圖3所示,由圖可知,持水力和回復(fù)性均隨著加熱時(shí)間延長而先增大后降低(p<0.05)。持水力在15 min時(shí)最高,而回復(fù)性在20 min時(shí)最大。加熱時(shí)間短,豬血蛋白凝固不完全,形成的凝膠結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定,持水力差。加熱越長,蛋白凝固越完全,形成的凝膠質(zhì)地越堅(jiān)實(shí)。但時(shí)間過長使得蛋白質(zhì)過度變性,形成的凝膠組織結(jié)構(gòu)被破壞,且由于水分在高溫下蒸發(fā),使凝膠產(chǎn)生較多孔洞,變得堅(jiān)硬而失去彈性,持水力也降低。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,加熱時(shí)間在15～20 min較為適宜。

圖3　加熱時(shí)間對豬血凝膠的持水力和回復(fù)性的影響Fig.3　The influence of heating time on the WHC and resilience of pig blood gel

2.1.4NaCl含量對持水力和回復(fù)性的影響豬血凝膠持水力和回復(fù)性隨NaCl含量的變化如圖4所示,由圖可見,持水力(p=0.022)和回復(fù)性(p=0.001)均隨著NaCl含量的增加先升高后降低(p<0.05)。持水力在NaCl含量為4 g/100 mL時(shí)最高,而回復(fù)性在3 g/100 mL時(shí)最大。這可能是由于NaCl中的Cl-提高了體系離子強(qiáng)度,從而加大豬血蛋白質(zhì)之間的凈電斥力,蛋白質(zhì)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)松弛,持水力提高[4,19];但當(dāng)NaCl含量高于3 g/100 mL時(shí),隨著NaCl含量的增加,由于NaCl的水合作用較強(qiáng)而使蛋白質(zhì)發(fā)生鹽析作用而脫水[20],凝膠內(nèi)部組織變得松散,持水力降低,回復(fù)性也隨之降低。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,NaCl含量在3～4 g/100 mL左右較為適宜。

圖4　NaCl含量對豬血凝膠的持水力和回復(fù)性的影響Fig.4　The influence of NaCl content on the WHC and resilience of pig blood gel

2.2工藝條件優(yōu)化結(jié)果及分析

在單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果基礎(chǔ)上,以純血含量、溫度、時(shí)間及NaCl含量為影響因子,以持水力、回復(fù)性及綜合評分為響應(yīng)值,采用響應(yīng)面法對豬血凝膠的熱加工條件進(jìn)行優(yōu)化,實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。對表2中各因素與響應(yīng)值的關(guān)系進(jìn)行擬合,結(jié)果的顯著性分析見表3。

表2　響應(yīng)面設(shè)計(jì)方案及結(jié)果

由表3中各項(xiàng)的p值顯著性分析可見,B、C、D、BC、A2、B2、C2及D2的p<0.05,為顯著項(xiàng),各影響因子的顯著性依次為D>B>C>A,即NaCl含量>加熱溫度>加熱時(shí)間>純血含量;由PBC=0.0490<0.05可知,溫度與時(shí)間之間存在交互作用;由P模型=0.0003<0.05,P失擬項(xiàng)=0.9466>0.05,結(jié)合相關(guān)系數(shù)R2=0.8797可知擬合模型可靠,可用于豬血凝膠工藝的優(yōu)化。通過擬合建立的綜合評分與各因素之間的擬合模型為:

綜合評分=-1664.32775+8.57987A+30.06473B-7.86727C+1.70533D+0.04AB-0.0236AC+0.0725AD+0.178BC+0.095BD-0.081CD-0.070877A2-0.19611B2-0.16531C2-1.80692D2

其中,A為純血含量,B為加熱溫度,C為加熱時(shí)間,D為NaCl含量。

圖5　溫度與加熱時(shí)間影響綜合評分的響應(yīng)面Fig.5　Response surface plot of effects combined of temperature and heating time on the score

根據(jù)上述回歸方程及溫度與時(shí)間之間存在顯著的交互作用,繪出溫度與時(shí)間對綜合評分影響的響應(yīng)面圖,如圖5所示。此回歸模型得出實(shí)驗(yàn)的最優(yōu)處理?xiàng)l件為純血含量86.05%(即血蛋白含量16.66 g/100 mL),加熱溫度95 ℃,加熱時(shí)間20 min,NaCl含量4 g/100 mL,綜合評價(jià)得分為69.03。通過驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),在此條件下處理的豬血凝膠持水力為88.21%,回復(fù)性值為0.511,綜合評分為69.66,接近預(yù)測值,此條件下得到的豬血凝膠具有較好的凝膠特性。

3　結(jié)論

單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:純血含量增加,即豬血蛋白濃度越大,形成的凝膠結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定,但過高的蛋白濃度使豬血凝膠組織過于致密,回復(fù)性降低,適宜的純血含量范圍為80%～90%;升高溫度和延長加熱時(shí)間有利于豬血蛋白變性凝固,提高凝膠的持水力和回復(fù)性,但過高的溫度和長時(shí)間加熱使血蛋白變性過度,持水力和回復(fù)性降低,適宜的溫度和時(shí)間范圍為90～95 ℃、15～20 min;添加適量的NaCl有利于提高體系離子強(qiáng)度,增大凝膠持水力,但高濃度的NaCl使蛋白發(fā)生鹽析作用,持水力和回復(fù)性降低,適宜的NaCl含量為3～4 g/100 mL。

表3　回歸模型方差分析

采用響應(yīng)面法對純血含量、加熱溫度、加熱時(shí)間和NaCl含量進(jìn)行Box-Behnken優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)表明,熱加工條件中,各影響因子對豬血凝膠持水力和回復(fù)性綜合評分的影響顯著性大小依次為:NaCl含量>加熱溫度>加熱時(shí)間>純血含量,且溫度與時(shí)間之間存在交互作用。通過擬合建立綜合評分與各因素之間的擬合模型,得到豬血熱凝固最佳工藝條件為:純血含量86.05%(即血蛋白含量16.66 g/100 mL)、溫度95 ℃、加熱時(shí)間20 min及NaCl含量4 g/100 mL。在此條件下處理的豬血凝膠持水力為88.21%,回復(fù)性值為0.511,綜合評分為69.66,具有最佳的凝膠特性。

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Optimization of pig blood gel processing with response surface method

ZHANG Jia-min,WANG Wei,BAI Ting,JI Li-li

(Meat Processing Key Laboratory. of Sichuan Province,Chengdu University,Chengdu 610106,China)

The experiment was carried out to study the water-holding capacity and resilience properties of pig blood gel processed under different conditions. Based on the analysis of the effects of pure blood content,temperature,heating time and NaCl content,by setting the synthesis score of WHC and resilience as optimization target,the processing condition was optimized with response surface method. The results showed that the temperature,heating time and NaCl content impacted the WHC and resilience significantly(p<0.05),the impact degree of different factors ranks as the following:NaCl content>heating time>temperature>pure blood content. The fitting analysis of the factors and the synthesis score results indicated that,the fitting model was comparatively reliable. By using the fitting model to optimize the gelling condition,the best condition was determined as follow:pure blood percentage was 86.05%(blood protein content was 16.66 g/100 mL),temperature,heating time and NaCl content was 95 ℃,20 min and 4 g/100 mL respectively. Under such condition,the synthesis score reached the highest level of 69.66,with 88.21% WHC and 0.511 resilience.,and the gel had the best quality.

pig blood;water-holding capacity;resilience;response surface;process optimization

2016-03-18

張佳敏(1982-)，女，碩士，講師，研究方向：農(nóng)產(chǎn)品加工與貯藏食品工程，E-mail:492346884@qq.com。

四川省教育廳2015年度科研計(jì)劃項(xiàng)目“畜禽屠宰副產(chǎn)物可食內(nèi)臟與血液的綜合利用與產(chǎn)品開發(fā)”(15ZB0389)；成都大學(xué)2014年校青年基金“豬屠宰副產(chǎn)物傳統(tǒng)特色風(fēng)味食品開發(fā)與綜合利用研究”(2014XJZ02)；成都市產(chǎn)業(yè)集群協(xié)同創(chuàng)新項(xiàng)目“優(yōu)質(zhì)豬肉精深加工與冷鏈貯運(yùn)綜合技術(shù)集成與產(chǎn)業(yè)化”。

TS251.6

B

1002-0306(2016)17-0237-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.17.038