响应面法优化复配蛋液配方

杨叶爽，张映萍，陈伊凡，张 晋，李欢欢，陈黎洪，唐宏刚，*，高 斌，*

(1.云南农业大学 食品科学技术学院，云南 昆明 650000； 2.浙江省农业科学院 食品科学研究所，浙江 杭州 310021)

鸡蛋是人们日常生活中膳食蛋白的重要来源，也是已知天然的、营养全面的食品之一。除含大量蛋白质外，鸡蛋还含有丰富的磷酯类和固醇等重要营养素，被誉为“理想的滋补食品”。鸡蛋中的蛋白质主要由卵白蛋白和卵黄蛋白组成，其功能特性如凝胶性、起泡性、乳化性等在食品工业中应用相当广泛，对蛋干、蛋肠、蛋豆腐等相关产品的加工与品质控制具有重要意义。

质构是食品的物理特性，可通过仪器和感官分析进行量化评判。蛋干是以蛋液为主要原料，通过加热成型、卤制、烘烤等工艺制备而成的一种休闲蛋制品。因具有携带方便、保质期长、风味独特等特点，蛋干类产品深受消费者欢迎。然而，市面上的蛋干产品大多存在质构、口感不佳问题，尤其体现在咀嚼性不足，品质有待进一步改善。就蛋液热诱导凝胶而言，硬度、弹性、咀嚼性、持水性等参数对产品品质起着至关重要的作用。在凝胶的质构参数中，咀嚼性、硬度与弹性是较为重要的指标。咀嚼性是模拟将样品咀嚼至可吞咽时需做的功，与硬度、内聚性和弹性有关；弹性是表示样品经压缩后恢复为原状的能力；硬度与凝胶强度呈正相关，硬度越大意味着凝胶体系的网络结构越致密、坚实。持水性是蛋白质重要的功能性质之一，同时也是蛋制品加工中重要的物理参数，持水性的大小与凝胶质构特性明显相关。目前，有关鸡蛋热诱导凝胶特性的研究主要以蛋清为对象，通过添加不同比例的磷酸盐、食用胶，研究其对凝胶质构参数的影响；而针对复配蛋液凝胶性能改善的报道相对较少。结冷胶作为一种新型的微生物胞外多糖，用途非常广泛，在食品领域主要用作增稠剂、凝结剂等。研究表明，结冷胶对蛋白凝胶性能具有明显的改善效果，但在复配蛋液中的应用研究尚未见相关报道。本研究以鸡蛋蛋清、蛋黄液为原料，通过调整复配蛋液中蛋黄比例和结冷胶、氯化钠添加量来制备复配蛋液热诱导凝胶，分析凝胶的质构特性、色差与持水性；采用响应面分析方法，以凝胶咀嚼性为评价指标，对蛋黄比例和结冷胶、氯化钠的添加量进行优化，以期为休闲蛋制品的生产和品质提升提供理论参考与技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料

新鲜鸡蛋，购于浙江杭州华润万家超市；NaCl(分析纯)，购于国药集团化学试剂有限公司；结冷胶，购于河南万邦生物科技有限公司。

1.2 仪器与设备

AL204电子分析天平，赛多利斯科学仪器(北京)有限公司；DF-101S磁力搅拌器，上海力辰邦西仪器科技有限公司；DK-S26数显恒温水浴锅，上海瑞稳仪器设备厂；LXJ-IIB低速离心机，上海安亭科学仪器厂；RE-52AA旋转蒸发仪，上海亚荣生化仪器厂；T18 Basic高速剪切仪，上海楚柏实验设备有限公司，NH310色差仪，深圳市三恩时科技有限公司；Rapid TA质构仪，上海腾拔仪器科技有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 样品制备

1)蛋液预处理：将购买的新鲜鸡蛋洗净后打蛋，分离蛋清蛋黄，蛋清利用磁力搅拌器搅拌30 min后使用双层纱布过滤，除去系带等杂质后置于烧杯中备用；蛋黄分离后，先使用滤纸吸取蛋黄表面残留的蛋清液，再将蛋黄置于烧杯中，用镊子将蛋黄膜去除，利用磁力搅拌器搅拌30 min，使其混合均匀。

2)复配蛋液热诱导凝胶的制备：将150 mL烧杯置于电子天平上，按试验设计的蛋黄比例将蛋黄液添加入烧杯内，按每份复配蛋液的基准质量为100 g，用蛋清液补足。另外准确称量所需的NaCl和结冷胶，并将其倒入烧杯中。使用高速剪切仪以10 000 r·min将物料混匀30 s，混匀后的料液缓慢倒入圆底烧瓶中，利用旋转蒸发仪进行脱气处理15 min；处理完毕后，将料液缓慢倒入模具，90 ℃水浴加热40 min。凝胶成型后取出，置于冰水浴中冷却、降温脱模，用保鲜膜包裹标记后待测。

1.3.2 单因素试验设计

蛋黄比例：改变蛋液中蛋黄比例制备复配蛋液凝胶，蛋黄比例分别设置为0(对照组)、20%、40%、60%、80%，按每份复配蛋液的基准质量为100 g，用蛋清液补足；另外添加0.1%结冷胶、1.5%NaCl，研究蛋黄比例对复配蛋液凝胶的影响。

结冷胶添加量：蛋黄比例定为60%，按每份复配蛋液的基准质量为100 g，用蛋清液补足；另外，添加1.5% NaCl，加入不同比例(0、0.05%、0.10%、0.15%、0.20%)结冷胶制备复配蛋液凝胶，以不添加结冷胶为对照组，研究结冷胶添加量对复配蛋液凝胶的影响。

NaCl添加量对复配蛋液凝胶的影响：蛋黄比例定为60%，按每份复配蛋液的基准质量为100 g，用蛋清液补足；另外添加0.10%结冷胶和不同比例(0、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%)NaCl制备复配蛋液凝胶，以不添加NaCl为对照组，研究NaCl添加量对复配蛋液凝胶的影响。

1.3.3 响应面优化试验设计

在单因素试验结果的基础上，以复配蛋液凝胶的咀嚼性为响应值，蛋黄比例(A)、结冷胶添加量(B)、NaCl添加量(C)为考察因素，采用Design-Expert V8.0.6软件设计，进行3因素3水平响应面试验。响应面试验设计与因素水平见表1。

1.3.4 质构特性测定

参考Liu等的方法，并做适当修改。采用Rapid TA质构仪对复配蛋液凝胶进行TPA质构测定，对凝胶弹性、硬度和咀嚼性进行研究。探头采用直径12.7 mm的平底型探头P/36R，测定参数设置为：测试前速度5 mm·s，测试速度1 mm·s，测试后速度1 mm·s，压缩比例50%，触发力0.05 N。每组样品平行测定5次，数据用平均值±标准偏差的形式表示。

1.3.5 色差分析

参考王锐等的方法并进行修改，取适量的凝胶样品，使用色差仪进行色差分析，获得亮度、红度、黄度。每组样品平行测定3次，数据用平均值±标准偏差表示。

表1 响应面试验设计因素与水平表

1.3.6 持水性测定

参考Zhang等的方法并做适当修改，取适量的凝胶样品称量，记录质量，用滤纸包裹后放入50 mL离心管内，5 000×离心30 min取出后称量，记录质量，利用公式进行计算。每组样品平行测定3次，数据用平均值±标准偏差的形式表示。持水性(WHC)的计算公式如下：

(%)=(/)×100。

式中：为持水性的值；为离心前凝胶的质量，g；为离心后凝胶的质量，g。

1.4 数据处理与统计分析

采用SPSS 25.0统计软件进行数据间相关性分析和方差分析，Ducan法进行各组数据间差异性比较(<0.05，差异显著)。采用Origin 2018(OriginLab公司)绘制图表。

2 结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1 蛋黄比例对复配蛋液凝胶的影响

由图1可知，随着复配蛋液中蛋黄比例的升高，逐渐降低，、逐渐增大，且添加20%、40%、60%、80%蛋黄处理的、、显著(<0.05)低于对照组，可能是由于蛋黄中含有较多的色素，如胡萝卜素、叶黄素、玉米黄色素等对凝胶颜色造成改变所引起。

柱上无相同小写字母表示差异显著(P<0.05)。下同。Bars marked without the same lowercase letter indicated significant differences at P<0.05. The same as below.图1 蛋黄比例对复配蛋液凝胶色泽的影响Fig.1 Effect of yolk ratio on color of reconstituted liquid egg gel

由图2可知，随着蛋黄比例的升高，复配蛋液凝胶特性发生了一定改变，硬度和咀嚼性显著(<0.05)增强。当蛋黄比例达60%时，凝胶的硬度和咀嚼性均最佳，并且弹性也显著(<0.05)提升。未添加蛋黄的纯蛋清凝胶持水性相对较差，随着添加蛋黄比例的增加，复配蛋液凝胶的持水性显著提高，当复配蛋液中蛋黄比例为60%时，持水性达到90.54%，较纯蛋清组提高了28.86%。这是由于添加的蛋黄使复配蛋液凝胶的结构发生改变，导致更多的游离水作为固定化水被包裹在凝胶网络中，水分与蛋白质能更好地结合，最终使持水性得到提升。综合各项凝胶性能指标，确定复配蛋液中蛋黄的适宜比例为60%。

图2 蛋黄比例对复配蛋液凝胶质构、持水性的影响Fig.2 Effect of egg yolk ratio on texture and water holding capacity of reconstituted liquid egg gel

2.1.2 结冷胶添加量对复配蛋液凝胶色泽的影响

由图3可知，当复配蛋液中蛋黄比例固定为60%、NaCl固定为1.5%时，改变结冷胶添加量对复配蛋液凝胶整体色泽不会造成显著影响。

2.1.3 结冷胶添加量对复配蛋液凝胶质构、持水性的影响

不同添加量结冷胶对复配蛋液凝胶质构与持水性的影响如图4所示。从图中可以看出，随着结冷胶添加量的增加，硬度、弹性、咀嚼性也随之增大；当添加量超过0.15%后，复配蛋液凝胶的硬度、咀嚼性、弹性显著下降。随着结冷胶添加量的增加，复配蛋液凝胶的持水性得到显著提高(<0.05)。一方面，由于结冷胶富含亲水基团，能够结合大量的水分子；另一方面复配蛋液凝胶网络的形成，增加了对水分的束缚能力。但当结冷胶添加量达到0.20%时，持水性呈下降趋势，具体机理有待进一步探讨。结合各项评价指标，结冷胶适宜添加量为0.15%。

图3 结冷胶添加量对复配蛋液凝胶色差的影响Fig.3 Effect of gellan gum content on color of reconstituted liquid egg gel

图4 结冷胶添加量对复配蛋液凝胶质构、持水性的影响Fig.4 Effect of gellan gum content on texture and water holding capacity of reconstituted liquid egg gel

2.1.4 NaCl添加量对复配蛋液凝胶色泽的影响

固定复配蛋液中蛋黄比例和结冷胶添加量，改变NaCl添加量，与对照组相比，随着NaCl比例的升高，复配蛋液凝胶的、显著上升(<0.05)，而呈现显著下降趋势(图5)。造成这一现象的原因尚未明确，需作深入研究。

图5 氯化钠添加量对复配蛋液凝胶色差的影响Fig.5 Effect of NaCl content on color of reconstituted liquid egg gel

2.1.5 NaCl添加量对复配蛋液凝胶质构、持水性的影响

如图6所示，随着NaCl添加量的增加，复配蛋液凝胶硬度、弹性、咀嚼性逐渐上升，在NaCl添加量达1.50%时，凝胶硬度、咀嚼性相对较好。与对照组相比，1% NaCl能显著提高复配蛋液凝胶的弹性(<0.05)，继续增加NaCl添加量，提高效果则不明显。在持水性方面，随着NaCl添加量逐步增加(0～1.5%)，复配蛋液凝胶的持水性得到显著(<0.05)提升；而当NaCl添加量为2.0%时，凝胶的持水性明显下降，揭示其内部结构遭到了一定程度的破坏。因此，NaCl最适添加量为1.5%。

2.2 响应面分析法改善复配蛋液凝胶性能

图6 NaCl添加量对复配蛋液凝胶质构、持水性的影响Fig.6 Effect of NaCl content on texture and water holding capacity of reconstituted liquid egg gel

2.2.1 响应面试验设计、结果

根据单因素试验结果，用Design Expert 8.0.5软件进行响应面试验综合分析。以咀嚼性为衡量指标，进一步对复配蛋液中蛋黄比例(A)、结冷胶添加量(B)和NaCl添加量(C)进行3因素3水平的响应面试验设计，通过拟合试验数据，得到二次多项回归方程，确定最佳添加量。试验设计方案与结果如表2所示。

表2 响应面试验设计与结果

对表2的试验数据进行多元回归拟合，得到咀嚼性()对蛋黄比例()、结冷胶添加量()、NaCl添加量()的二次多项回归模型，=96844+8336-26.15B-4.77-1500-2354-2179-22142-124.02-118.68。

响应面回归模型的方差分析结果如表3所示。由表3分析可知，总回归方程的检验=0.004 0<0.05，说明显著，失拟项>0.05，不显著，说明整个模型有意义，与实际试验拟合较好。其中，蛋黄比例对复配蛋液凝胶强度具有显著影响(<0.05)。该回归模型的决定系数=0.921 9，说明此模型能解释高达92%的变化。信燥比=7.986>4，说明该回归模型能够在这个设计空间内运行，用来改善复配蛋液凝胶品质是有意义的。

2.2.2 响应面等高线与3D图

根据复配蛋液凝胶咀嚼性的3D图与等高线图可分析出各个因素之间的交互作用和影响程度。当NaCl添加量为1.5%时，复配蛋液中蛋黄比例由40%上升到80%，咀嚼性呈现先上升后下降的趋势；结冷胶添加量由0.1%增长到0.2%，咀嚼性呈现先增大后减小的趋势。当结冷胶添加量固定时，复配蛋液凝胶的咀嚼性随着NaCl添加量的增加呈现先上升后下降的趋势。各因素对复配蛋液凝胶咀嚼性的影响大小顺序为：蛋黄比例>结冷胶添加量>氯化钠添加量。

2.2.3 配方最优结果与验证试验

对构建出的回归模型求出一阶偏导并令其等于0，得到三元一次方程组，求解3个自变量：蛋黄比例(%)=63.98，结冷胶添加量(%)=0.14，NaCl添加量(%)=1.49，得到咀嚼性的预期值为978.063。在上述试验基础上，结合生产实际，确定最优配方：蛋黄比例为64%、结冷胶添加量0.14%、NaCl添加量1.50%。通过验证试验，最终测得复配蛋液凝胶的咀嚼性为910.494，与预测值相符度为93.09%，表明试验方案可行。

3 讨论

本研究中蛋黄比例对复配蛋液凝胶的影响与Zhang等关于蛋黄能够使凝胶弹性增强的研究结果一致。但当复配蛋液中蛋黄比例达80%时，凝胶的硬度、咀嚼性呈现下降趋势。蛋清加热到一定程度就可以形成凝胶，蛋黄则需要经过搅拌再加热才能形成凝胶，蛋清蛋白质的变性温度相对蛋黄中蛋白质变性温度要低。复配蛋液含一定比例的蛋黄能够改善凝胶质构，随着蛋黄蛋白质的增加，网络结构的密度增大，同时疏水作用逐渐增强，在二硫键等作用下使得凝胶变得更加紧密，内部结构也更为均匀。而蛋黄比例过高时，由于其变性温度相对更高，导致蛋白质变性延迟，凝胶过程缓慢，不利于形成细致、均匀的凝胶结构；且由于蛋黄中脂质含量较高，使得凝胶中的油脂变多，整个结构更加柔软。

表3 咀嚼性回归模型方差分析

图7 各因素交互作用对复配蛋液凝胶咀嚼性的影响Fig.7 Effect of interaction of factors on chewiness of reconstituted liquid egg gel

结冷胶是一种由微生物产生的胞外阴离子多糖，其凝胶性能和热稳定性较好。与其他凝胶剂相比，结冷胶具有用量少、凝固点、熔点可调节，具有优越的呈味性能和高透明度等特性。结冷胶在水中略加搅拌即可分散，加热后溶解成透明溶液，冷却后能形成透明、坚实的凝胶。在本研究中首次将结冷胶应用于复配蛋液中，其对凝胶质构的影响与唐宏刚等关于稳定剂对蛋白液鸡蛋干质构特性的影响研究结果一致。研究表明，结冷胶可作为蛋白之间的连接剂，使得凝胶结构更加紧密，适当添加能够起到改善凝胶质构的作用。结冷胶在形成凝胶时，首先是构象发生改变，即结冷胶分子随着温度降低由无规则线团转变成双螺旋构型；接着双螺旋聚集形成缠结点，并最终形成凝胶。在温度、聚合物浓度、离子类型等条件的影响下，结冷胶能与不同物质结合形成各式各样的凝胶结构。

复配蛋液中添加NaCl对凝胶质构的影响与王锴等的研究结果一致。NaCl除具有调节咸味的作用，形成的Na还可与结冷胶分子形成“COO-Na-HO-Na-COO”的双螺旋网络结构，对凝胶结构起到增强效果。但较高浓度的NaCl起到稳定蛋白质分子构象的作用，使凝胶结构不易形成。研究发现，NaCl添加量为2.0%时，凝胶硬度与咀嚼性显著降低，造成该现象的原因是过多的Na对蛋白质分子所带负电荷起屏蔽作用，使蛋白质之间排斥作用减小，引起蛋白质的聚集过程早于变性过程，不易于形成致密的交联结构，凝胶强度降低。

4 结论

通过调整蛋液中蛋黄比例形成复配蛋液，并添加不同比例的结冷胶和NaCl形成复合凝胶体系。复配蛋液中蛋黄比例的增加能够显著提高凝胶的质构和持水性，当蛋黄比例达到60%时，复配蛋液凝胶性能达到最优，蛋液中选择合适的蛋黄比例对凝胶类产品的性能改善非常重要。并且，添加适宜的结冷胶和NaCl能够进一步改善复配蛋液的凝胶性能。以复配蛋液凝胶的咀嚼性为目标值，经响应面优化后，获得复配蛋液中蛋黄、结冷胶、NaCl的最佳添加量(分别为64%、0.14%、1.5%)，制得的复配蛋液凝胶咀嚼性值达910.494，凝胶性能得到了明显改善。该研究对蛋干、蛋肠等相关蛋制品的生产开发、品质提升具有一定的参考价值。