紫外辐照法提高咸蛋清起泡性的工艺研究

皮钰珍，王 森，岳喜庆，吴 帅

（沈阳农业大学食品学院，辽宁沈阳110086）

我国是禽蛋生产和消费大国，禽蛋产量居世界前列。咸蛋是我国特色的蛋制品，咸蛋制品一部分直接供消费者食用，另一部分咸蛋黄主要作为制作月饼和粽子的重要配料[1]。随着这些产品的消费需求不断增加，由此产出的副产物咸蛋清每年超过万吨。蛋清具有其他食品原料所不可比拟的高起泡性，利用此性质，蛋清作为食品营养添加剂、品质改良剂被广泛地应用于蛋糕、饼干、冰淇淋粉、冷饮、饮料等食品的加工中[2]。咸蛋清由于含盐量过高，难以直接利用，一般作为废弃物处理，这造成较大的资源浪费及环境污染。蛋白质的泡沫性质是蛋白质的表面性质之一，包含蛋白质的起泡能力（即蛋白质溶液形成泡沫体积的多少）和形成泡沫的稳定性两个方面[3]。目前，国内外对提高蛋清粉起泡性的研究主要有热处理法[4-5]、pH法[6]、化学修饰法[7-8]及酶改性法[9]等。国内外采用紫外辐照法来改进脱盐蛋清粉的起泡性的研究未见报道，仅在相关领域有相近的研究。钟振声等[10]采用紫外辐射、加热、超声波振荡、均质分散和微波辐射5种物理方法对大豆分离蛋白进行改性处理，观察大豆蛋白、起泡性、起泡稳定性、黏度的变化等性质，证明了紫外辐射对蛋白起泡性作用较明显。Nishter Nishad Fathima等[11-12]研究了紫外辐照对交联胶原蛋白的影响，证明了适度的紫外辐照可以减少胶原蛋白的交联，但过度的辐照会引起蛋白质构象的改变。因此，本实验采用紫外辐照法提高咸蛋清的起泡性，利用响应面分析法，确定紫外辐照法提高咸蛋清起泡性的最佳工艺条件，为相关的工业生产提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

咸蛋清 青岛大洋天德食品有限公司提供；氢氧化钠、盐酸 均为分析纯，北京化学试剂公司。

SD-1500型实验型喷雾干燥机 上海沃迪科技有限公司；pHS-25型酸度计 上海理达仪器厂；8050型超滤装置 MICON International；85-2型恒温磁力搅拌器、HH-4型数显恒温水浴锅 国华科技有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 工艺流程 咸蛋清→超滤脱盐→喷雾干燥→紫外辐照→改性后的蛋清粉。

1.2.2 超滤脱盐 把咸蛋清液稀释2倍，采用截留分子量为1×10-4u的聚丙烯腈/聚砜共混合膜，压力0.3MPa，时间为20min，温度20℃[13]。

1.2.3 喷雾干燥 进风温度为180℃，出风温度为80℃。

1.2.4 单因素实验 在实验过程中分别考察了辐照时间、pH、温度3个因素对咸蛋清粉起泡性的影响。

1.2.5 响应面实验设计 根据单因素实验确定各因素的取值水平范围，结合Box-Benhnken的中心组合试实验设计原理，分别选取辐照时间（A），pH（B），溶液温度（C）作为自变量，以蛋清粉的起泡力作为响应值设计响应面实验。实验设计的水平及编码见表1。

表1 中心组合实验因素与水平设计Table 1 Factors and levels of central composite experimental design

1.2.6 指标测定[14]

1.2.6.1 起泡力的测定 取10g/L的蛋清溶液100mL于高速搅拌机中，搅打1min，倒入量筒中读取泡沫高度，实验重复3次，取平均值。起泡性计算方法如下：

式中，V：搅打后泡沫的体积，mL；V0：搅打前的初始液体体积，mL。

1.2.6.2 泡沫稳定性的测定 将上述起泡力测定的泡沫静置30min后，观察记录泡沫体积，实验重复3次，取平均值。起泡稳定性计算方法如下：

式中，V：搅打后泡沫的体积，mL；：搅打30min后泡沫的体积，mL。

2 结果与分析

2.1 单因素实验结果

图1 辐照时间对咸蛋清粉起泡性和泡性稳定性的影响Fig.1 The influence of irradiation time on salty egg white power foamability and foam stability

2.1.1 辐照时间对咸蛋清粉起泡性的影响 用紫外辐照法提高咸蛋清粉起泡性过程中控制pH为7，溶液温度为20℃，设定不同的辐照时间。辐照时间对咸蛋清粉起泡性的影响见图1。由图1可知，当辐照时间在10～30min时，起泡力及其泡沫稳定性随时间的增加而增大；继续增加辐照时间，起泡力及其泡沫稳定性呈下降趋势。这是因为一定的时间内，通过紫外线辐照处理，引起氨基酸的氧化、共价键的断裂和聚合反应，使蛋清粉适度变性[10]，提高其起泡力及其泡沫稳定性。随着时间增加，过度的辐照处理会使蛋清蛋白之间的交联度下降，蛋白质分子发生降解，起泡力和泡沫稳定性随之下降，影响蛋清粉的品质。最终选定辐照时间为30min。

2.1.2 pH对咸蛋清粉起泡性的影响 用紫外辐照法提高咸蛋清粉起泡性过程中控制辐照时间为30min，溶液温度为20℃，设定不同的pH。pH对咸蛋清粉起泡性的影响见图2。由图2可知，在pH为4～5的范围内，pH增加，起泡力有所增加。在pH为5.0时起泡力及其泡沫稳定性达到最高。因为pH为5.0时，该体系处于酸性条件，蛋清蛋白靠近蛋白质等电点，蛋白质易发生部分变性，疏水基团暴露[15]，增加膜的机械强度，提高蛋清粉的起泡性及其泡沫稳定性。随着pH继续增加，造成蛋清蛋白质的过度变性，不利于蛋白质之间的相互作用，泡沫的黏度降低，降低了泡沫稳定性，并在溶液中伴有沉淀析出。考虑起泡力与其泡沫稳定性，最终选pH为5.0。

图2 pH对咸蛋清起泡性和泡性稳定性的影响Fig.2 The influence of pH on the salted egg white powder foamability and foam stability

2.1.3 蛋清液温度对咸蛋清粉起泡性的影响 用紫外辐照法提高咸蛋清粉起泡性过程中控制辐照时间30min，pH为5，设定不同的溶液温度。溶液温度对咸蛋清粉起泡性的影响见图3。由图3可知，在20～30℃范围内，随着温度升高，破坏蛋白质内部结构，打开疏水键与二硫键[16]，蛋清蛋白适度变性，分子柔性增强。在蛋清液温度为30℃时，起泡力及其泡沫稳定性最高。温度过高导致气体膨胀，溶液黏度降低，气泡破裂[17]，泡沫稳定性下降。最终选取蛋清液温度为30℃。

图3 蛋清液温度对咸蛋清粉起泡性和泡性稳定性的影响Fig.3 The influence of the egg white solution temperature on salted egg white powder foamability

表2 响应面优化实验设计和实验结果Table 2 The response surface optimization experimental design and results

2.2 响应面法优化实验设计

以咸蛋清粉起泡力为响应值，在单因素的基础上，根据Box-Benhnken的中心组合实验设计原理，选取辐照时间、pH、温度进行三因素三水平的响应面分析实验。

应用Minitab软件对表2中所得数据进行多元回归拟合分析，结果如表3所示。

表3 回归方程各项方差分析Table 3 Regression equation of the analysis of variance

由表3可知，该模型极显著（p＜0.01）；失拟项不显著，R2和R2adj分别为0.9799和0.9437，说明该模型与实际拟合程度良好；自变量与响应值之间的线性关系显著，可以用于提高咸蛋清粉起泡力的工艺实验的预测。各因素经过回归拟合后，得到咸蛋清粉起泡力对辐照时间、pH、温度的二次多项回归方程为：Y=64.4+2.85A-2.7875B-1.0125C-7.8875A2-6.8125B2-8.1625C2-2.9AB+1.2AC+4.825BC。

方差分析结果还表明，方程的一次项中A、B对响应值的影响极显著；二次项A2、B2、C2对响应值的影响极显著；交互项AB、BC项对响应值的影响分别为显著、极显著。由此可知，各具体实验因素对响应值的影响并非是简单的线性关系。

各因素的影响程度分析，各因素的F值可以反映出各因素对实验指标的重要性，F值越大，表明对实验指标的影响越大，即重要性越大。结合方差分析表，咸蛋清粉起泡力的影响程度大小顺序为：辐照时间＞pH＞溶液温度。

根据回归方程，做出响应面图（见图4～图5），列出的图为对起泡力影响显著的图，考察所拟合的响应曲面的形状，分析各因素对咸蛋清粉起泡力的影响。比较图4与图5可知，pH与溶液温度对咸蛋清粉起泡力的影响比较显著，表现为曲线较陡；而辐照时间与pH的影响相比次之，表现为曲线较为平滑，这也与回归方程各项方差分析的结果相一致。

图4 Y=（A，B）的响应面Fig.4 Response surface curve for Y=（A，B）

图5 Y=（B，C）的响应面Fig.5 Response surface curve for Y=（B，C）

为了进一步确定最佳点的值，通过对二次多项式数学模型的解逆矩阵，求出提高咸蛋清粉起泡性的最佳生产工艺为：辐照时间32min，pH为4.8，温度为30.3℃。预测起泡力达到了65.51%。

2.3 模型验证

为了验证回归模型的有效性，通过咸蛋清粉起泡力的二次多项数学模型解逆矩阵得出的最佳工艺参数，结合生产实际（辐照时间32min，pH为5.0，温度为30℃）进行验证实验。验证实验表明，实测起泡力65.33%，与预测值较接近，说明该模型是合理有效的具有一定的实际指导意义。

3 结论

通过单因素实验和响应面实验，研究出提高咸蛋清粉起泡性的最佳工艺条件为：辐照时间32min，pH为5，温度为30℃，此时的起泡力为65.33%。这种改良后的蛋清粉可广泛应用于食品加工产业，能大大节约我国的蛋白质资源。

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