皮鈺珍，王 森，岳喜慶，吳 帥

（沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，遼寧沈陽110086）

我國是禽蛋生產(chǎn)和消費大國，禽蛋產(chǎn)量居世界前列。咸蛋是我國特色的蛋制品，咸蛋制品一部分直接供消費者食用，另一部分咸蛋黃主要作為制作月餅和粽子的重要配料[1]。隨著這些產(chǎn)品的消費需求不斷增加，由此產(chǎn)出的副產(chǎn)物咸蛋清每年超過萬噸。蛋清具有其他食品原料所不可比擬的高起泡性，利用此性質(zhì)，蛋清作為食品營養(yǎng)添加劑、品質(zhì)改良劑被廣泛地應(yīng)用于蛋糕、餅干、冰淇淋粉、冷飲、飲料等食品的加工中[2]。咸蛋清由于含鹽量過高，難以直接利用，一般作為廢棄物處理，這造成較大的資源浪費及環(huán)境污染。蛋白質(zhì)的泡沫性質(zhì)是蛋白質(zhì)的表面性質(zhì)之一，包含蛋白質(zhì)的起泡能力（即蛋白質(zhì)溶液形成泡沫體積的多少）和形成泡沫的穩(wěn)定性兩個方面[3]。目前，國內(nèi)外對提高蛋清粉起泡性的研究主要有熱處理法[4-5]、pH法[6]、化學(xué)修飾法[7-8]及酶改性法[9]等。國內(nèi)外采用紫外輻照法來改進脫鹽蛋清粉的起泡性的研究未見報道，僅在相關(guān)領(lǐng)域有相近的研究。鐘振聲等[10]采用紫外輻射、加熱、超聲波振蕩、均質(zhì)分散和微波輻射5種物理方法對大豆分離蛋白進行改性處理，觀察大豆蛋白、起泡性、起泡穩(wěn)定性、黏度的變化等性質(zhì)，證明了紫外輻射對蛋白起泡性作用較明顯。Nishter Nishad Fathima等[11-12]研究了紫外輻照對交聯(lián)膠原蛋白的影響，證明了適度的紫外輻照可以減少膠原蛋白的交聯(lián)，但過度的輻照會引起蛋白質(zhì)構(gòu)象的改變。因此，本實驗采用紫外輻照法提高咸蛋清的起泡性，利用響應(yīng)面分析法，確定紫外輻照法提高咸蛋清起泡性的最佳工藝條件，為相關(guān)的工業(yè)生產(chǎn)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

咸蛋清 青島大洋天德食品有限公司提供；氫氧化鈉、鹽酸 均為分析純，北京化學(xué)試劑公司。

SD-1500型實驗型噴霧干燥機 上海沃迪科技有限公司；pHS-25型酸度計 上海理達儀器廠；8050型超濾裝置 MICON International；85-2型恒溫磁力攪拌器、HH-4型數(shù)顯恒溫水浴鍋 國華科技有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 工藝流程 咸蛋清→超濾脫鹽→噴霧干燥→紫外輻照→改性后的蛋清粉。

1.2.2 超濾脫鹽 把咸蛋清液稀釋2倍，采用截留分子量為1×10-4u的聚丙烯腈/聚砜共混合膜，壓力0.3MPa，時間為20min，溫度20℃[13]。

1.2.3 噴霧干燥 進風溫度為180℃，出風溫度為80℃。

1.2.4 單因素實驗 在實驗過程中分別考察了輻照時間、pH、溫度3個因素對咸蛋清粉起泡性的影響。

1.2.5 響應(yīng)面實驗設(shè)計 根據(jù)單因素實驗確定各因素的取值水平范圍，結(jié)合Box-Benhnken的中心組合試實驗設(shè)計原理，分別選取輻照時間（A），pH（B），溶液溫度（C）作為自變量，以蛋清粉的起泡力作為響應(yīng)值設(shè)計響應(yīng)面實驗。實驗設(shè)計的水平及編碼見表1。

表1 中心組合實驗因素與水平設(shè)計Table 1 Factors and levels of central composite experimental design

1.2.6 指標測定[14]

1.2.6.1 起泡力的測定 取10g/L的蛋清溶液100mL于高速攪拌機中，攪打1min，倒入量筒中讀取泡沫高度，實驗重復(fù)3次，取平均值。起泡性計算方法如下：

式中，V：攪打后泡沫的體積，mL；V0：攪打前的初始液體體積，mL。

1.2.6.2 泡沫穩(wěn)定性的測定 將上述起泡力測定的泡沫靜置30min后，觀察記錄泡沫體積，實驗重復(fù)3次，取平均值。起泡穩(wěn)定性計算方法如下：

式中，V：攪打后泡沫的體積，mL；：攪打30min后泡沫的體積，mL。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實驗結(jié)果

圖1 輻照時間對咸蛋清粉起泡性和泡性穩(wěn)定性的影響Fig.1 The influence of irradiation time on salty egg white power foamability and foam stability

2.1.1 輻照時間對咸蛋清粉起泡性的影響 用紫外輻照法提高咸蛋清粉起泡性過程中控制pH為7，溶液溫度為20℃，設(shè)定不同的輻照時間。輻照時間對咸蛋清粉起泡性的影響見圖1。由圖1可知，當輻照時間在10～30min時，起泡力及其泡沫穩(wěn)定性隨時間的增加而增大；繼續(xù)增加輻照時間，起泡力及其泡沫穩(wěn)定性呈下降趨勢。這是因為一定的時間內(nèi)，通過紫外線輻照處理，引起氨基酸的氧化、共價鍵的斷裂和聚合反應(yīng)，使蛋清粉適度變性[10]，提高其起泡力及其泡沫穩(wěn)定性。隨著時間增加，過度的輻照處理會使蛋清蛋白之間的交聯(lián)度下降，蛋白質(zhì)分子發(fā)生降解，起泡力和泡沫穩(wěn)定性隨之下降，影響蛋清粉的品質(zhì)。最終選定輻照時間為30min。

2.1.2 pH對咸蛋清粉起泡性的影響 用紫外輻照法提高咸蛋清粉起泡性過程中控制輻照時間為30min，溶液溫度為20℃，設(shè)定不同的pH。pH對咸蛋清粉起泡性的影響見圖2。由圖2可知，在pH為4～5的范圍內(nèi)，pH增加，起泡力有所增加。在pH為5.0時起泡力及其泡沫穩(wěn)定性達到最高。因為pH為5.0時，該體系處于酸性條件，蛋清蛋白靠近蛋白質(zhì)等電點，蛋白質(zhì)易發(fā)生部分變性，疏水基團暴露[15]，增加膜的機械強度，提高蛋清粉的起泡性及其泡沫穩(wěn)定性。隨著pH繼續(xù)增加，造成蛋清蛋白質(zhì)的過度變性，不利于蛋白質(zhì)之間的相互作用，泡沫的黏度降低，降低了泡沫穩(wěn)定性，并在溶液中伴有沉淀析出?？紤]起泡力與其泡沫穩(wěn)定性，最終選pH為5.0。

圖2 pH對咸蛋清起泡性和泡性穩(wěn)定性的影響Fig.2 The influence of pH on the salted egg white powder foamability and foam stability

2.1.3 蛋清液溫度對咸蛋清粉起泡性的影響 用紫外輻照法提高咸蛋清粉起泡性過程中控制輻照時間30min，pH為5，設(shè)定不同的溶液溫度。溶液溫度對咸蛋清粉起泡性的影響見圖3。由圖3可知，在20～30℃范圍內(nèi)，隨著溫度升高，破壞蛋白質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，打開疏水鍵與二硫鍵[16]，蛋清蛋白適度變性，分子柔性增強。在蛋清液溫度為30℃時，起泡力及其泡沫穩(wěn)定性最高。溫度過高導(dǎo)致氣體膨脹，溶液黏度降低，氣泡破裂[17]，泡沫穩(wěn)定性下降。最終選取蛋清液溫度為30℃。

圖3 蛋清液溫度對咸蛋清粉起泡性和泡性穩(wěn)定性的影響Fig.3 The influence of the egg white solution temperature on salted egg white powder foamability

表2 響應(yīng)面優(yōu)化實驗設(shè)計和實驗結(jié)果Table 2 The response surface optimization experimental design and results

2.2 響應(yīng)面法優(yōu)化實驗設(shè)計

以咸蛋清粉起泡力為響應(yīng)值，在單因素的基礎(chǔ)上，根據(jù)Box-Benhnken的中心組合實驗設(shè)計原理，選取輻照時間、pH、溫度進行三因素三水平的響應(yīng)面分析實驗。

應(yīng)用Minitab軟件對表2中所得數(shù)據(jù)進行多元回歸擬合分析，結(jié)果如表3所示。

表3 回歸方程各項方差分析Table 3 Regression equation of the analysis of variance

由表3可知，該模型極顯著（p＜0.01）；失擬項不顯著，R2和R2adj分別為0.9799和0.9437，說明該模型與實際擬合程度良好；自變量與響應(yīng)值之間的線性關(guān)系顯著，可以用于提高咸蛋清粉起泡力的工藝實驗的預(yù)測。各因素經(jīng)過回歸擬合后，得到咸蛋清粉起泡力對輻照時間、pH、溫度的二次多項回歸方程為：Y=64.4+2.85A-2.7875B-1.0125C-7.8875A2-6.8125B2-8.1625C2-2.9AB+1.2AC+4.825BC。

方差分析結(jié)果還表明，方程的一次項中A、B對響應(yīng)值的影響極顯著；二次項A2、B2、C2對響應(yīng)值的影響極顯著；交互項AB、BC項對響應(yīng)值的影響分別為顯著、極顯著。由此可知，各具體實驗因素對響應(yīng)值的影響并非是簡單的線性關(guān)系。

各因素的影響程度分析，各因素的F值可以反映出各因素對實驗指標的重要性，F(xiàn)值越大，表明對實驗指標的影響越大，即重要性越大。結(jié)合方差分析表，咸蛋清粉起泡力的影響程度大小順序為：輻照時間＞pH＞溶液溫度。

根據(jù)回歸方程，做出響應(yīng)面圖（見圖4～圖5），列出的圖為對起泡力影響顯著的圖，考察所擬合的響應(yīng)曲面的形狀，分析各因素對咸蛋清粉起泡力的影響。比較圖4與圖5可知，pH與溶液溫度對咸蛋清粉起泡力的影響比較顯著，表現(xiàn)為曲線較陡；而輻照時間與pH的影響相比次之，表現(xiàn)為曲線較為平滑，這也與回歸方程各項方差分析的結(jié)果相一致。

圖4 Y=（A，B）的響應(yīng)面Fig.4 Response surface curve for Y=（A，B）

圖5 Y=（B，C）的響應(yīng)面Fig.5 Response surface curve for Y=（B，C）

為了進一步確定最佳點的值，通過對二次多項式數(shù)學(xué)模型的解逆矩陣，求出提高咸蛋清粉起泡性的最佳生產(chǎn)工藝為：輻照時間32min，pH為4.8，溫度為30.3℃。預(yù)測起泡力達到了65.51%。

2.3 模型驗證

為了驗證回歸模型的有效性，通過咸蛋清粉起泡力的二次多項數(shù)學(xué)模型解逆矩陣得出的最佳工藝參數(shù)，結(jié)合生產(chǎn)實際（輻照時間32min，pH為5.0，溫度為30℃）進行驗證實驗。驗證實驗表明，實測起泡力65.33%，與預(yù)測值較接近，說明該模型是合理有效的具有一定的實際指導(dǎo)意義。

3 結(jié)論

通過單因素實驗和響應(yīng)面實驗，研究出提高咸蛋清粉起泡性的最佳工藝條件為：輻照時間32min，pH為5，溫度為30℃，此時的起泡力為65.33%。這種改良后的蛋清粉可廣泛應(yīng)用于食品加工產(chǎn)業(yè)，能大大節(jié)約我國的蛋白質(zhì)資源。

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