响应面法优化HVP微反应工艺的研究

于明玉，郑姣姣，李永歌，刘晓晨，杨雪娟，刘立新

(保定味群食品科技股份有限公司，河北 保定 071000)

水解植物蛋白调味粉(HVP)是以水解植物蛋白为主要原料，其较高的氨基酸含量可以丰富食品营养，增强食品鲜味[1]。1960年，Morton等人申请专利，应用美拉德反应原理，用糖、半胱氨酸和水解植物蛋白反应生成咸味、肉味香精[2,3]。肉香味作为大众最喜爱的一种风味，其合成有多种途径，利用美拉德反应将蛋白质水解物进行风味衍生是合成肉类风味的一种重要途径[4]。酸水解植物蛋白相对于酶解植物蛋白具有更强烈的肉香味，故工业生产多采用酸水解植物蛋白作为制备调味粉的原料[5-8]。

HVP作为一种天然的调味粉被广泛应用于汤料、酱料、罐头食品、休闲食品的制作中。本文利用美拉德反应原理，将酸水解植物蛋白调味液、还原糖和盐酸硫胺等进行微反应，采用Box-Benhnken设计建立数学模型，优化研究了反应温度、时间、pH值对HVP微反应的影响。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

酸水解植物蛋白调味液(HVP)：取自保定味群食品科技股份有限公司第二分公司；D-木糖：山东福田药业有限公司；盐酸硫胺(VB1)：江西天新药业有限公司；5'-呈味核苷酸二钠：聊城希杰生物科技有限公司；L-丙氨酸：冀州市华阳化工有限责任公司；食用盐：湖北盐业集团有限公司；麦芽糊精：诸城东晓生物科技有限公司；氢氧化钠、盐酸均为分析纯；去离子水。

KDM型调温电热套：保定市阳光仪器厂；JJ-1型精密增力电动搅拌器；小型喷雾干燥机：丹麦NIRO公司；

酸碱度/氧化还原电位测定器：上泰仪器(昆山)有限公司；BT100-2J型蠕动泵：保定兰格恒流泵有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 样品制备

1.2.1.1 水解植物蛋白调味粉制备工艺

将原料称量后倒入三颈瓶中，开启搅拌器和电加热套，调节pH值，搅拌均匀，加热至预设温度，保温至预定时间，所得待喷液经喷雾干燥后的粉体即为水解植物蛋白调味粉。

1.2.1.2 喷雾干燥工艺参数

入口温度设定为177 ℃，出口温度为85～90 ℃，蠕动泵转速为3～8 r/min。

1.2.2 分析方法

采用感官评价的方法，参照QBWC 0015S-2016进行评价，评价标准见表1。

1.2.3 单因素试验设计

通过单因素试验研究水解植物蛋白调味粉的生产工艺条件。选取反应时间、温度、pH值3个因素进行单因素试验，具体试验条件见表2。

表2 单因素试验条件Table 2 Single-factor experiment

注：A代表反应温度93，96，99，102，105 ℃；B代表反应pH值4.9，5.1，5.3，5.5，5.7；C代表反应时间60，90，120，150，180 min。

1.2.4 响应面试验设计

选取反应的温度、时间、pH值为影响因素，采用Box-Benhnken设计对HVP的感官评分进行三因素三水平优化试验设计。响应面试验设计因素及水平安排见表3。

表3 响应面设计因素及水平Table 3 Factors and levels of Box-Benhnken design

2 结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1 反应温度对HVP感官品质的影响

不同温度对HVP感官品质的影响见图1。

图1 温度对HVP感官品质的影响Fig.1 Effect of temperature on sensory quality of HVP

随着反应温度的升高，感官评分呈现先升后降的趋势，反应温度为102 ℃时达到最大值，温度继续升高，感官评分反而下降，故最适温度定为102 ℃。

2.1.2 反应pH值对HVP感官品质的影响

不同pH值对HVP感官品质的影响见图2。

图2 pH值对HVP感官品质的影响Fig.2 Effect of pH values on sensory quality of HVP

随着pH值的增加，感官评分呈现先升后降的趋势，pH值为5.3时达到最大值，pH值继续增加，感官评分反而下降，故最适pH值定为5.3。

2.1.3 反应时间对HVP感官品质的影响

不同反应时间对HVP感官品质的影响见图3。

图3 反应时间对HVP感官品质的影响Fig.3 Effect of reaction time on sensory quality of HVP

随着时间的增加，感官评分呈现先升后降的趋势，时间为150 min时达到最大值，反应时间继续增加，感官评分反而下降，故最适反应时间定为150 min。

2.2 响应面试验结果

响应面试验设计及结果见表4。

表4 响应面试验设计及结果Table 4 Design and results of response surface methodology

2.3 模型的建立及显著性分析

各因素经回归拟合后，解得回归方程为：

Y=+91.15-0.55A-0.76B-3.03C+(1.000E-002)AB+1.28AC-0.44BC-3.86A2-3.84B2-3.12C2。

水解植物蛋白调味粉感官评分回归方程分析见表5。

表5 方差分析Table 5 Analysis of variance

由表5可知，感官评分整体模型的P值小于0.01，表明该二次方程模型极显著，失拟项P值为0.6847，失拟项相对于其误差是不显著的。方程的相关系数R2为0.9978，调整后的R2为0.9950，表明模型可以预测99.50%的试验结果，回归拟合程度较好。这些结果证明所建模型足以表现出各条件参数之间的真实关系，可以用来预测水解植物蛋白调味粉的感官得分。温度、时间、pH值对水解植物蛋白调味粉的感官品质影响均极显著(P<0.01)。这3个因素对水解植物蛋白调味粉感官品质的影响顺序为：时间>pH值>温度。由交互项值大小可知，温度与时间交互作用极显著(P<0.01)，pH值与时间交互作用显著(P<0.05)。

3个因素交互作用对水解植物蛋白调味粉感官品质的影响见图4。由于AB交互作用不显著，所以不在此列出。

图4 交互因素对水解植物蛋白调味粉感官评分影响的响应面曲线图Fig.4 Response surface plots for the effects of interaction factors on the sensory score of HVP

2.4 最佳工艺的预测与验证

通过软件Design-Expert 8.0求解方程，得出最佳反应条件为温度101.53 ℃，pH值5.29，时间134.65 min，水解植物蛋白调味粉感官评分为91.99。为了验证模型的有效性，同时为了方便实际操作，将反应条件修正为温度101.5 ℃，pH值5.29，时间135 min，在该条件下进行3次平行试验所得水解植物蛋白调味粉感官评分为92.13，与预测值间较接近，表明响应面分析法得出的最佳工艺参数合理可行。

3 结论

本文以温度、时间、pH值为影响因素，通过Box-Benhnken设计对水解植物蛋白调味粉的感官评分进行三因素三水平优化试验，采用响应面分析法优化了水解植物蛋白调味粉微反应工艺条件，得出最佳工艺参数为：温度101.5 ℃，pH值5.29，时间135 min。在此条件下，水解植物蛋白调味粉感官品质最佳。

[1]何文娇,罗奎.天然调味料——水解植物蛋白(HVP)[J].中国调味品,2013,38(9):4-5.

[2]宋焕禄，杨成对.鸡肉酶解物-HVP-半胱氨酸Maillard反应体系产生肉香味化合物的研究[J].精细化工,2001,18(11):659-661.

[3]Morton I D,Akroyd P,May C G.Flavoring substances and their preparation[P].GB:836-694,1960-08-12.

[4]何其傥.热加工香料发展之近况[J].食品工业(台),1989,21(3):17-19.

[5]崔春,赵谋明,曾晓房,等.酸法和酶法水解植物蛋白的差异及原因探讨[J].中国调味品,2006(7):9-13.

[6]武彦文,欧阳杰,张燕,等.酶法水解植物蛋白制备肉味香精的研究[J].食品工业科技,2003,24(3):53-55.

[7]陈英才.酸水解植物蛋白液(HVP)生产中的化学变化[J].广州食品工业科技,2001,17(2):4-5.

[8]Margit Dall Aaglyng,Leif Poll,Per Munk Nielsen,et al. Sensory,chemical and sensometric studies of hydrolyzed vegetable protein produced by various processes[J].European Food Research and Technology,1999,209:227-236.