李俊宏，李洪軍，2，胡欣穎，李雪，曾令英，賀稚非,2*

1(西南大學(xué) 食品科學(xué)學(xué)院，重慶，400715)2(重慶市特色食品工程技術(shù)研究中心，重慶，400715)

膠凍類產(chǎn)品作為一種傳統(tǒng)保健美容休閑食品，具有低脂肪、低熱量和高蛋白等特點(diǎn)。其中用豬皮制成的水晶皮凍產(chǎn)品，富含膠原蛋白且脂肪含量極低，不僅可以除皺美容、抗衰老，更有促進(jìn)造血功能、抗癌等特殊功效[1-2]。由于豬皮膠原蛋白含量豐富，其水解之后的多種活性肽具有良好抗氧化活性[3-5]，食用價(jià)值較高且具有廣闊開發(fā)前景。

單純以豬皮為原料加工制成的水晶皮凍，凝膠黏性小，且凝膠熔點(diǎn)過(guò)低，影響其風(fēng)味口感，且對(duì)殺菌工藝運(yùn)輸條件等有一定限制[6]，為解決實(shí)際應(yīng)用中存在的問題，選用添加食品膠如卡拉膠等的方式，一方面對(duì)皮凍的凝膠強(qiáng)度，熔點(diǎn)等特性進(jìn)行優(yōu)化，另一方面相較改變生產(chǎn)工藝或使用添加劑，最終產(chǎn)品的安全性更高且成本較低[7]。

近年來(lái)，具有安全、獨(dú)特理化性質(zhì)的食品膠體的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，其中又以卡拉膠、魔芋膠、黃原膠等應(yīng)用最廣[8]，皮凍的感官及質(zhì)構(gòu)特性主要取決于其凝膠特性，而如果將某一種食品膠添加到皮凍中，可能很難同時(shí)滿足各種指標(biāo)要求，而采用復(fù)配膠的方式，其凝膠強(qiáng)度、持水力、熔點(diǎn)和感官評(píng)分可能都會(huì)達(dá)到期望水平[9]。因此，選擇常應(yīng)用于肉制品中，且單一添加對(duì)皮凍無(wú)不良影響的3種凝膠：魔芋膠、卡拉膠和結(jié)冷膠對(duì)水晶皮凍進(jìn)行復(fù)配[10-11]，以期通過(guò)凝膠間的協(xié)同作用使水晶皮凍有更好的凝膠效果。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮豬皮，鹽，料酒，十三香，均購(gòu)自重慶北碚永輝超市；食品級(jí)魔芋膠，食品級(jí)κ-卡拉膠，食品級(jí)結(jié)冷膠(高酰基)，購(gòu)自山東省青島市明月海藻集團(tuán)有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

HH-6富華數(shù)顯恒溫水浴鍋，金壇市富華儀器有限公司；CT-3型質(zhì)構(gòu)儀，美國(guó)Brookfield公司；MR-09H插入式溫度計(jì)，廣州銘睿電子科技有限公司；L16M 冷凍離心機(jī)，長(zhǎng)沙湘智離心機(jī)儀器有限公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 樣品制備

水晶皮凍的制備：新鮮豬皮購(gòu)自當(dāng)?shù)厥袌?chǎng)，于-4℃下保存。使用時(shí)切塊(2 cm×1 cm×0.3 cm)，清洗后于沸水中預(yù)煮2 min，稱量分裝，加入調(diào)味劑(鹽、料酒、十三香)和水，熬煮2 h，加入復(fù)配膠并攪拌10 min，放置冷卻，進(jìn)行指標(biāo)測(cè)定。

1.3.2 單因素試驗(yàn)

通過(guò)查閱相關(guān)文獻(xiàn)[12-14]，選擇產(chǎn)品的凝膠強(qiáng)度、持水力和熔點(diǎn)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，進(jìn)行單因素試驗(yàn)，以確定3種膠的最優(yōu)添加范圍，試驗(yàn)分組如下：(1)固定魔芋膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)比70%，結(jié)冷膠15%，卡拉膠為15%、20%、25%、30%、35%。(2)固定卡拉膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)25%，結(jié)冷膠占比15%，魔芋膠為50%、60%、70%、80%、90%。(3)固定魔芋膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)70%，卡拉膠20%，結(jié)冷膠為5%、10%、15%、20%、25%。

1.3.3 混料實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

依據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，得出3種膠的最優(yōu)添加范圍，見表1。然后采用輔助軟件Design Expert中的D-最優(yōu)混料試驗(yàn)(D-optimal)設(shè)計(jì)。以魔芋膠、κ-卡拉膠(后文簡(jiǎn)稱卡拉膠)和結(jié)冷膠的添加比例為變量，以產(chǎn)品的凝膠強(qiáng)度、持水力、熔點(diǎn)和感官評(píng)分作為響應(yīng)值，設(shè)定復(fù)合膠總量為1，三者的組合配方見表2。

表1 混料實(shí)驗(yàn)因素和水平Table 1 Mixing experimental factors and levels

表2 水晶皮凍配方的混料設(shè)計(jì)表Table 2 Crystal jelly formula mixing design table

1.3.4 凝膠強(qiáng)度的測(cè)定

采用質(zhì)構(gòu)儀，測(cè)定凝膠破裂時(shí)所施加于凝膠的作用力，將這一作用力定義為凝膠強(qiáng)度。測(cè)定方法參照王曉婧[15]的方法并稍作修改，將大小均一，平均厚度50 mm的樣品放置于250 mL燒杯中，室溫放置5 min后測(cè)定，每組樣品平行測(cè)定3次。參數(shù)設(shè)置如下：下壓距離10 mm，觸發(fā)壓力5 g，測(cè)前速度5.00 mm/s,測(cè)試速度1.00 mm/s，測(cè)后速度5.00 mm/s。探頭P/0.5。

1.3.5 持水力測(cè)定

參照王雅菲[16]的方法并稍作修改，稱取樣品5 g，用3層濾紙包裹，放于離心機(jī)中，5 000 r/min，離心15 min，分別測(cè)定離心前、后重量，按公式(1)計(jì)算持水力(water holding capcity,WHC)：

(1)

式中：X1，離心前質(zhì)量，g；X2，離心后質(zhì)量，g。

1.3.6 熔點(diǎn)測(cè)定

皮凍熔點(diǎn)的測(cè)定參考PRANOTO等[17]的方法并稍作修改，取樣品20 g分別放入50 mL燒杯中，于室溫下平衡15 min，設(shè)定水浴鍋起始溫度為25 ℃，目標(biāo)溫度80 ℃，記錄燒杯中皮凍達(dá)到固液混合，且能平衡1 min時(shí)的溫度，即為熔點(diǎn)。

1.3.7 感官評(píng)價(jià)

為明確影響晶皮凍口感的關(guān)鍵因素，以及盡可能減少人為主觀因素造成的誤差，需確定各級(jí)指標(biāo)權(quán)重，首先采用層次分析法(analytic hierarchy process, AHP)[18]，請(qǐng)10名食品專業(yè)學(xué)生，根據(jù)個(gè)人經(jīng)驗(yàn)分別給予各指標(biāo)權(quán)重，構(gòu)造判斷矩陣，采用特征向量法計(jì)算權(quán)重，最終確定綜合評(píng)分X=口感× 0.44 +色澤× 0.8 +風(fēng)味× 0.48。然后選擇10名(5男5女)經(jīng)過(guò)專業(yè)培訓(xùn)的食品專業(yè)碩士研究生，具體評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表3，每個(gè)樣品每人評(píng)價(jià)1次，最終分?jǐn)?shù)取平均值。

表3 感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)Table 3 Sensory evaluation standard

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 卡拉膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)凝膠效果的影響

由圖1可知，隨著卡拉膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)的不斷增大，皮凍凝膠強(qiáng)度不斷增大，在30% 時(shí)趨于平穩(wěn)；持水力先增大后減小，在卡拉膠濃度為20%～30%，皮凍凝膠強(qiáng)度和持水力均有顯著增大(P< 0.05),因此選擇20%～30% 作為卡拉膠最優(yōu)濃度范圍。

圖1 卡拉膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)皮凍凝膠強(qiáng)度和持水力的影響Fig.1 Effect of carrageenan mass fraction on thestrength and water holding capacity of dermal jelly gel注：大寫字母表示差異極顯著(P < 0.01)；小寫字母表示差異顯著(P < 0.05)。下同。

2.1.2 魔芋膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)凝膠效果的影響

由圖2可知，隨著魔芋膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)的不斷增大，皮凍凝膠強(qiáng)度不斷增大，在70%時(shí)趨于平穩(wěn)；持水力先增大后減小，在魔芋膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%～80%，皮凍凝膠強(qiáng)度和持水力均有顯著增大(P< 0.05),之后變化不顯著(P> 0.05)，因此選擇60%～80% 作為魔芋膠最優(yōu)質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍。

圖2 魔芋膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)皮凍凝膠強(qiáng)度和持水力的影響Fig.2 Effect of konjac gum mass fraction on thestrength and water holding capacity of dermal gel

2.1.3 結(jié)冷膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)凝膠效果的影響

由圖3可知，隨著結(jié)冷膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)的不斷增大，皮凍凝膠強(qiáng)度不斷增大，持水力先增大后減小，在結(jié)冷膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%～20%，皮凍凝膠強(qiáng)度和持水力均有顯著增大(P< 0.05),因此選擇10%～20% 作為魔芋膠最優(yōu)質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍。

圖3 結(jié)冷膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)皮凍凝膠強(qiáng)度和持水力的影響Fig.3 Effect of gellan gum mass fraction on thestrength and water holding capacity of gelatin gel

2.2 模型及回歸方程的建立

選用分析模型quadratic和special quartic回歸方程分析法分析，可得預(yù)測(cè)方程，如表4所示。根據(jù)Design Expert建議，凝膠強(qiáng)度和持水力選用特殊四次方分析模型，熔點(diǎn)和感官綜合評(píng)分選用二次分析模型。

P值的大小代表模型或各指標(biāo)的顯著水平。P<0.05 時(shí)，說(shuō)明模型或者各指標(biāo)影響顯著。P<0.01時(shí)，說(shuō)明模型或者各指標(biāo)影響極顯著。

由表5可知,以凝膠強(qiáng)度為響應(yīng)值，模型P=0.00 1<0.050 0,說(shuō)明該特殊四次方模型顯著，失擬項(xiàng)P=0.606 4>0.100 0,表明實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)學(xué)模型擬合良好，可以采用該數(shù)學(xué)模型推測(cè)試驗(yàn)結(jié)果。方程相關(guān)系數(shù)R2= 0.975 8，說(shuō)明變量Y1的變異種有97.58%是由變量(A、B、C)引起，即97.58% 的數(shù)據(jù)可以運(yùn)用此方程解釋，本試驗(yàn)變異系數(shù)為2.29%，表明該模型方程可以較好反映真實(shí)試驗(yàn)值，可以運(yùn)用此模型分析凝膠強(qiáng)度的變化。由表6也可得知AB影響差異極顯著，BC影響差異顯著，而其他組合差異不顯著。

表4 水晶皮凍的混料設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 4 Crystal jelly design and experimental results

續(xù)表4

序號(hào)配方比例/%卡拉膠(A)魔芋膠(B)結(jié)冷膠(C)凝膠強(qiáng)度/g持水力/%熔點(diǎn)/℃感官評(píng)分/分821.7066.7011.70507.240.893852.74.08930.0060.0010.00407.630.838649.84.081020.0065.0015.00482.170.885354.14.041125.0060.0015.00431.280.831753.94.161220.0070.0010.00487.20.891551.94.021325.0065.0010.00500.120.879650.84.181421.7064.2014.20499.720.8625534.211520.0070.0010.00481.320.889451.83.961620.0060.0020.00372.520.811253.14

表5 各指標(biāo)的預(yù)測(cè)模型Table 5 Predictive model for each indicator

表6 凝膠強(qiáng)度方差分析Table 6 Analysis of variance of gel strength

注: *表示差異顯著，P< 0. 05; **表示差異極顯著，P< 0. 01。

由表7可知，以持水力為響應(yīng)值，模型P<0.000 1<0.010 0，說(shuō)明該特殊四次方模型極顯著，而失擬項(xiàng)P=0.116 6>0.100 0，說(shuō)明該試驗(yàn)結(jié)果與數(shù)學(xué)模型擬合良好，可以采用該數(shù)學(xué)模型來(lái)推測(cè)試驗(yàn)結(jié)果。方程相關(guān)系數(shù)R2=0.983 6，變異系數(shù)為0.62%，表明該模型方程可以很好地反映真實(shí)試驗(yàn)值，可以采用此模型來(lái)分析持水力的變化。由表7還可以知道，AB、BC的影響差異極顯著，A2BC的影響差異顯著，而AC、AB2C、ABC2的影響差異不顯著。

由表8可知，以熔點(diǎn)為響應(yīng)值，模型P= 0. 001< 0.010 0，說(shuō)明該二次方程模型極顯著，失擬項(xiàng)P= 0.117 6 > 0.100 0，表明該試驗(yàn)結(jié)果與數(shù)學(xué)模型擬合良好，可以采用該數(shù)學(xué)模型來(lái)推測(cè)試驗(yàn)結(jié)果。方程相關(guān)系數(shù)R2= 0.971 8，變異系數(shù)為0.56%，表明該模型方程可以較好反映真實(shí)試驗(yàn)值，可采用此模型分析持水力的變化。由表8還可以知道AC、BC的影響差異極顯著，而AB的影響差異不顯著。

表7 持水力方差分析Table 7 Hydraulic analysis of variance

表8 熔點(diǎn)方差分析Table 8 Analysis of variance of melting point

注: **:差異極顯著，P< 0. 01。

由表9可知，以感官評(píng)分為響應(yīng)值，模型P=0.000 8<0.050 0，說(shuō)明該二次方程模型顯著，失擬項(xiàng)P= 0.194 6 > 0. 100 0，說(shuō)明該試驗(yàn)結(jié)果與數(shù)學(xué)模型擬合良好，可采用該數(shù)學(xué)模型來(lái)推測(cè)試驗(yàn)結(jié)果。方程相關(guān)系數(shù)R2=0.847 5，變異系數(shù)為0.93%，表明該模型方程可以較好反映真實(shí)試驗(yàn)值，可采用此模型分析感官評(píng)分的變化。由表9還可以知道AB、AC的影響差異極顯著，BC的影響差異顯著。

表9 感官評(píng)分方差分析Table 9 Analysis of variance of sensory score

2.3 復(fù)配膠不同比例組合對(duì)凝膠強(qiáng)度、持水力、熔點(diǎn)和感官評(píng)分的影響

在最優(yōu)混料設(shè)計(jì)中，各因素對(duì)指標(biāo)的影響可以用等高線圖及3D效應(yīng)面圖譜表示，在試驗(yàn)中，魔芋膠、卡拉膠和結(jié)冷膠三者的交互作用下，對(duì)凝膠強(qiáng)度、持水力、熔點(diǎn)和感官評(píng)分的作用如圖4、圖5所示。

圖4描述了3種膠復(fù)配比例變化對(duì)皮凍凝膠強(qiáng)度的影響，響應(yīng)面為曲面，說(shuō)明三者之間存在交互作用。由圖5可以看出，隨著魔芋膠添加比例的逐漸增大，整體凝膠強(qiáng)度有較大提升，這可能與魔芋膠本身的強(qiáng)親水性有關(guān)，在較低質(zhì)量分?jǐn)?shù)時(shí)就具有不同于其他水溶性高分子溶液的高黏度[19]，同時(shí)等高線圖中魔芋膠與卡拉膠的交互作用曲線趨向于橢圓形，也證實(shí)二者之間存在較強(qiáng)的交互作用，這在一些研究中也早已證實(shí)[20-22]。結(jié)果也表明結(jié)冷膠與另外兩者之間存在交互作用，但在10%～20%，結(jié)冷膠對(duì)整體凝膠強(qiáng)度變化的影響并不顯著。

a-3D效應(yīng)面圖；b-等高線圖圖4 復(fù)配膠比例對(duì)凝膠強(qiáng)度影響的3D 效應(yīng)面圖譜及等高線圖Fig.4 3D effect surface map and contour map of theeffect of compounding ratio on gel strength

圖5描述了3種膠復(fù)配比例變化對(duì)皮凍持水力的影響，響應(yīng)面為曲面證明三者之間存在交互作用，同時(shí)由等高線圖可得，魔芋膠與卡拉膠之間交互作用顯著，隨著魔芋膠添加量的增大，持水力顯著增大，而結(jié)冷膠的作用并不明顯，推測(cè)可能是因?yàn)榻Y(jié)冷膠的使用條件限制，其凝膠性質(zhì)受到陽(yáng)離子的影響[23]，以及其添加量最低，從而對(duì)持水力變化的影響并不顯著。

a-3D效應(yīng)面圖；b-等高線圖圖5 復(fù)配膠比例對(duì)持水力影響的3D 效應(yīng)面圖譜及等高線圖Fig.5 3D effect surface map and contour map of the effect of compounding rubber ratio on water holding capacity

圖6描述了3種膠復(fù)配比例變化對(duì)皮凍熔點(diǎn)的影響，響應(yīng)面為曲面證明三者之間存在交互作用，同時(shí)由等高線圖可以看出，結(jié)冷膠和卡拉膠的作用顯著，這可能與結(jié)冷膠自身性質(zhì)有關(guān)，結(jié)冷膠在較低質(zhì)量分?jǐn)?shù)時(shí)，加熱后水化，冷凝之后就可以形成熱不可逆凝膠[24]，結(jié)冷膠的加入顯著改善了皮凍熔點(diǎn)。雖然魔芋膠與卡拉膠之間存在較強(qiáng)的相互作用，對(duì)熔點(diǎn)的變化也有影響，但作用并不顯著。

a-3D效應(yīng)面圖；b-等高線圖圖6 復(fù)配膠比例對(duì)熔點(diǎn)影響的3D效應(yīng)面圖譜及等高線圖Fig.6 3D effect surface map and contour mapof the effect of compounding ratio on melting point

圖7描述了3種膠復(fù)配比例變化對(duì)皮凍綜合感官評(píng)分的影響，響應(yīng)面呈坡度較大曲面，證明三者之間存在較強(qiáng)相互作用，觀察等高線圖可以得出三者最優(yōu)配比范圍，魔芋膠在濃度低于66.7% 時(shí)口感較好，根據(jù)前文中各感官指標(biāo)所占權(quán)重，口感對(duì)水晶皮凍產(chǎn)品質(zhì)量影響較大，而魔芋膠本身具有較高粘度，因此魔芋膠的添加對(duì)產(chǎn)品口感有較大影響[25]。卡拉膠和結(jié)冷膠的添加可以改善皮凍的穩(wěn)定性和脆度，使產(chǎn)品獲得更好的口感，同時(shí)卡拉膠與結(jié)冷膠的添加對(duì)產(chǎn)品的風(fēng)味沒有不良影響，這與ZHOU等[26]的研究相符。

2.4 配方優(yōu)化及驗(yàn)證試驗(yàn)

凝膠強(qiáng)度對(duì)皮凍整體的口感影響較大，過(guò)低或過(guò)高都會(huì)對(duì)結(jié)果產(chǎn)生不良影響，綜合感官評(píng)價(jià)結(jié)果，選擇凝膠強(qiáng)度350～450 g進(jìn)行優(yōu)化；持水力高說(shuō)明凝膠具有良好穩(wěn)定性；在保證皮凍口感風(fēng)味的同時(shí)，盡可能提高其熔點(diǎn)，以便進(jìn)行后續(xù)的殺菌工藝優(yōu)化以及適應(yīng)更多的包裝運(yùn)輸條件，也是本研究的目的之一。綜上期望持水力、熔點(diǎn)和感官評(píng)分同時(shí)達(dá)到最大值，凝膠強(qiáng)度在設(shè)定范圍內(nèi)，運(yùn)用軟件進(jìn)行優(yōu)化，可得3個(gè)組合配方：配方1：卡拉膠22.6%，魔芋膠60%，結(jié)冷膠17.4%；配方2：卡拉膠20%，魔芋膠60%，結(jié)冷膠20%；配方3：卡拉膠22.8%,魔芋膠67.2%，結(jié)冷膠10%。如表10所示。分析優(yōu)化結(jié)果可知，期望值越接近1綜合評(píng)價(jià)越好，故選擇優(yōu)化配方1。

a-3D效應(yīng)面圖；b-等高線圖圖7 復(fù)配膠比例對(duì)感官評(píng)分影響的3D效應(yīng)面圖譜及等高線圖Fig.7 3D effect surface map and contour map of theeffect of compounding ratio on sensory score

表10 水晶皮凍響應(yīng)值最優(yōu)點(diǎn)參數(shù)、預(yù)測(cè)值和期望值Table 10 The most advantageous parameters, predicted values and expected values of the skin freeze response value

根據(jù)得到的3組優(yōu)化配方進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，結(jié)果見表11。配方1和配方2中凝膠強(qiáng)度與預(yù)測(cè)值差異顯著(P< 0.05)，而其他指標(biāo)結(jié)果與預(yù)測(cè)值差異與預(yù)測(cè)值不顯著(P>0.05)。配方3中凝膠強(qiáng)度和熔點(diǎn)與預(yù)測(cè)值差異顯著，其他指標(biāo)不顯著。說(shuō)明得到的目標(biāo)配方與預(yù)測(cè)值可信度高，且與實(shí)驗(yàn)值一致。

表11 優(yōu)化配方驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果Table 11 Optimized formula verification test results

3 結(jié)論

通過(guò)混料優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，證實(shí)卡拉膠、魔芋膠和結(jié)冷膠對(duì)水晶皮凍的凝膠強(qiáng)度、持水力具有一定交互作用，且魔芋膠所占比例較大時(shí)，凝膠強(qiáng)度和持水力較高；三者不同比例對(duì)皮凍熔點(diǎn)和感官評(píng)分也存在一定交互作用，總體來(lái)說(shuō)，結(jié)冷膠和卡拉膠的添加比例越大，熔點(diǎn)和感官評(píng)分的期望值越高。通過(guò)回歸方程和多目標(biāo)優(yōu)化分析，得到組合配方為22.6% 卡拉膠、60% 魔芋膠和17.4% 結(jié)冷膠，經(jīng)驗(yàn)證，優(yōu)化后的配方凝膠強(qiáng)度、持水力、熔點(diǎn)和感官評(píng)分分別為435.27 g、87.12%、54.2℃、4.21，與預(yù)測(cè)值相符，可達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。優(yōu)化配方后的水晶皮凍成凍完整，質(zhì)地適口，色澤均一且具有較高透明度，風(fēng)味協(xié)調(diào)，無(wú)腥味及其他異味。