Plackett-Burman（PB)优化鸡蛋蛋白凝胶性能的研究

张根生，韩 冰，岳晓霞，艾晓丽

（哈尔滨商业大学食品工程学院，黑龙江省普通高等学校食品科学与工程重点实验室，黑龙江哈尔滨 150076)

Plackett-Burman（PB)优化鸡蛋蛋白凝胶性能的研究

张根生，韩 冰，岳晓霞，艾晓丽

（哈尔滨商业大学食品工程学院，黑龙江省普通高等学校食品科学与工程重点实验室，黑龙江哈尔滨 150076)

在单因素实验的基础上，选择适当的因素水平，通过Plackett-Burman设计，选取NaCl、CaCl2、MgCl2、MgSO4、NaOH、KOH、Na2CO3、NaHCO3、焦磷酸钠、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、葡萄糖酸-δ-内酯、β-环糊精、酪蛋白钠及柠檬酸钠15个对鸡蛋蛋白凝胶性中有影响作用的因子进行筛选。实验结果表明，对鸡蛋蛋白凝胶性质有影响的因子中，MgCl2、MgSO4、葡萄糖酸-δ-内酯、酪蛋白钠是影响鸡蛋蛋白凝胶性质的显著因子，在大于90%的概率水平上差异显著，其它11个因子在大于90%的概率水平上差异不显著。

鸡蛋蛋白，热凝胶，Plackett-Burman设计

鸡蛋蛋白是一种重要的食品加工原料，其中的蛋白质具有多种功能特性，如凝胶作用、持水性、起泡性和乳化性等，尤其是凝胶作用在食品的制造中有重要的应用[1]。Kitabatake等[2]探讨了卵蛋白质中添加不同浓度的NaCl形成凝胶的机制，Jinquan Xu等[3]曾将蛋清粉溶液先在60℃预热2.0～3.5min，并于5℃冷藏20h后再制成凝胶，发现其硬度比相同条件下未经预热处理的有明显提高。Plackett-Burman（PB)实验设计是一种经济而有效的两水平实验设计方法，它试图用最少实验次数达到使因素的主效果得到尽可能精确估计的目的[4-5]，避免在后期的优化实验中由于部分因子不显著而浪费实验资源[6]。适用于从众多的考察因素中快速有效地筛选出最为重要的几个因素，为进一步研究提供参考[7-8]。对在众多的优化方法中，Plackett-Burman法在筛选实验重要因子方面最为有效和准确[9]，目前已被广泛应用于生物工艺优化研究中[10]。而利用Plackett-Burman设计法对鸡蛋蛋白的众多影响因素进行筛选的实验未见报道。本实验拟通过Plackett-Burman设计筛选出对鸡蛋蛋白凝胶性质具有显著影响作用的因子，并在此基础上采用响应曲面法对关键因子进行进一步的优化，这一部分将在后续实验中进行。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

鸡蛋 市售;NaCl、CaCl2、MgCl2、MgSO4、NaOH、KOH、Na2CO3、NaHCO3、D-葡萄糖酸-δ-内酯、焦磷酸钠、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、环糊精、酪蛋白钠、柠檬酸钾 以上均为分析纯试剂。

pHs-25酸度计 上海雷磁仪器厂;HH-4数显电子恒温水浴锅 国华电器有限公司;精密天平 上海梅特勒-拖利多仪器有限公司;物性测试仪（TAXT21) 英国TA公司。

1.2 实验方法

1.2.1 凝胶的制备 市售新鲜鸡蛋→高速分散器均质→弃去泡沫→取鸡蛋溶液20mL放于25mL的烧杯中→置于真空干燥箱中脱气→用保鲜膜封口，并用橡皮筋扎紧→置于80℃水浴加热40min→立即放入冰水中冷却20min→存放于4℃冰箱中过夜→恢复到室温→测定凝胶强度[11]。

1.2.2 凝胶强度的测定 测试条件：测试前速1mm/s，测试速度0.5mm/s，测试后速0.5mm/s，测试距离为50%，夹具为P 0.5 DIACylinder Ebonite（直径0.5英寸的圆柱状平头探头)，凝胶强度用硬度（Hardness)即探头下压过程中的最大感应力（单位g)表示。

1.3 Plackett-Burman法筛选影响鸡蛋蛋白凝胶的显著因子

通过对单因素实验进行分析，选用N=19的Plackett-Burman实验设计，对影响鸡蛋蛋白凝胶性质的15个因素进行研究，每个因素取2个水平：低水平“-1”和高水平“+1”。实验设计因素水平及编码见表1。

表1 Plackett-Burman实验的因素水平及编码Table 1 Plackett-Burman test factors level and coding

1.4 数据处理方法

多指标全概率评分法：用多指标实验全概率法[12]进行数据处理。式（3)即为同时兼顾各指标综合效应的全概率公式。本实验三个指标互不相容，权重不同，且凝胶强度、弹性越大越优，粘性越小越优。按m1∶m2∶m3（凝胶强度∶粘性∶弹性)=0.5∶0.3∶0.2，P（Bi)=P（A1)P（Bi/A1)+P（A2)P（Bi/A2)+P（A3)P（Bi/A3)

2 结果与分析

经查阅文献可知，影响鸡蛋蛋白凝胶性质的因素有NaCl、CaCl2、MgCl2、MgSO4、NaOH、KOH、Na2CO3、NaHCO3、焦磷酸钠、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、葡萄糖酸-δ-内酯、β-环糊精、酪蛋白钠及柠檬酸钠，本实验在单因素的基础上通过Plackett-Burman设计对鸡蛋蛋白凝胶性质具有显著影响作用的因子进行筛选，为对显著影响因子的进一步优化提供实践指导。实验设计及结果见表2、表3。

表2 Plackett-Burman实验设计方案Table 2 Plackett-Burman experimental design and results

由表4表明，所得的回归方程达到显著（p=0.0459)，决定系数R2=0.9584，这表明95.84%的实验数据的变异性可用此回归模型来解释。实验回归方程系数显著性检验见表5。

由表3中可以看出凝胶强度的范围为329.666～ 777.522g/cm2，粘性的范围为-359.910～-1576.780Pa·s，弹性的范围为0.423～0.837，凝胶强度、粘性、弹性变化范围都很大。由表5可知，在实验设计的水平范围内，MgCl2、MgSO4、葡萄糖酸-δ-内酯和酪蛋白钠对鸡蛋蛋白凝胶性能均有显著影响（p＜0.05)，其他因素在所考察的水平范围内对响应值无显著影响。对鸡蛋蛋白凝胶性质影响显著的因子有MgCl2（p=0.0492)、MgSO4（p=0.0104)、葡萄糖酸-δ-内酯（p=0.0272)、酪蛋白钠（p=0.0106)，根据检索，在鸡蛋蛋白及全蛋凝胶性方面没有利用Plackett-Burman实验设计筛选主要因子的实验。本实验在整个实验和数据分析过程中没有考虑各因素间的交互影响，考虑交互影响的实验将在后续通过响应面分析法进行研究。

3 结论

通过单因素实验及Plackett-Burman设计，对影响鸡蛋蛋白凝胶性质的诸多相关因子进行了评价，成功的筛选出对鸡蛋蛋白凝胶性质有显著影响的因子为：MgCl2（p=0.0492)、MgSO4（p=0.0104)、葡萄糖酸-δ-内酯（p=0.0272)、酪蛋白钠（p=0.0106)是影响鸡蛋蛋白凝胶性质的主要因子，为进一步优化工艺参数提供了重要的理论依据与实践基础。

表3 Plackett-Burman实验设计结果Table 3 Plackett-Burman design of experiment results

表4 回归模型方差分析表Table 4 Regression model anova table

表5 回归方程显著性检验表Table 5 Regression equation significant inspection table

[1]李俐鑫，迟玉杰，孙波.蛋白质凝胶质构特性的研究[J].食品工业科技，2007，28（8)：57-60.

[2]Kitabatalce N，Shimizu A，Doi E.Preparation of transparent egg white gel with salt by two step heating method[J].J Food Sci，1988，35（3)：735-738.

[3]Jinquan Xu，Makoto Shimoyamada，Kenji Watanabe.Gelation of egg white proteins as affected by combined heating and freezing [J].Journal of Food Science，1997，62（5)：963-966.

[4]SK Ahuja，GM Ferreira，AR Moreira.Application of Plackett-Burman design and response surface methodology to achieve exponentialgrowth foraggregated shipworm bacterium[J]. Biotechnology and Bioengineering，2004，85（6)：666-675.

[5]陈志杰，韩永斌，沈昌，等.Plackett-Burman设计在灵芝生长及产胞外多糖主要影响因子筛选中的应用[J].食品科学，2005，26（12)：115-118.

[6]NAVEENA B J，ALTAF M D，BHADRIAH K，et al.Selection of medium components by Plackett-Burman design for production of L（+)lactic acid by Lactobacillus amylophilus GV6 in SSF using wheat bran[J].Bioresource Technology，2005，96：485-490.

[7]Yannis L Loukas.A Plackett-Burman screening design directs the efficient formulation of multicomponent DRV liposomes[J]. Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis，2001，26：255-263.

[8]褚以文.微生物培养基优化方法及其OPTI优化软件[J].国外医药抗生素分册，1999，20（2)：58-60，66.

[9]胡升，梅乐和，姚善泾.响应面法优化纳豆激酶液体发酵[J].食品与发酵工业，2003，29（1)：13-17.

[10]高修功，王超，章克昌.数学统计法快速优化假单胞菌脂肪酶发酵条件[J].微生物学通报，1998，25（2)：94-97.

[11]徐雅琴，杨严俊.美拉德反应提高鸡蛋白粉凝胶性质的研究[J].食品工业科技，2005，26（10)：103-106.

[12]倪永兴，彭图婉.多指标实验全概率公式评分法研究槐米炭炮制工艺[J].中国药科大学学报，1995，26（6)：259.

Plackett-Burman（PB)design for optimization of egg protein gel properties

ZHANG Gen-sheng，HAN Bing，YUE Xiao-xia，AI Xiao-li
（Key Laboratory of Food Science and Engineering，College of Food Engineering，Harbin University of Commerce，Harbin 150076，China)

On the basis of single-factor experiments，15 influential factors，namely NaCl，CaCl2，MgCl2，MgSO4，NaOH，KOH，Na2CO3，NaHCO3，sodium pyrophosphate，sodium tripolyphosphate，sodium hexametaphosphate，gluconic acid-δ-lactone，β-cyclodextrin，sodium caseinate and sodium citrate，were selected at their appropriate levels for Plackett-Burman design.The results showed that among them MgCl2，MgSO4，gluconic acid-δlactone，sodium caseinate were significant factors，which showed significant differences in more than 90% probability level.The other 11 factors did not show significant differences in more than 90%probability level.

egg whites;hot gel;Plackett-Burman design

TS253.1

B

1002-0306（2012)14-0303-03

2011－12－05

张根生（1964-)，男，教授，研究方向：食品科学。