β-环糊精脱除蛋黄中胆固醇工艺的优化

吕婷婷，陈有亮

(浙江大学 动物科学学院，浙江 杭州，310058)

β-环糊精脱除蛋黄中胆固醇工艺的优化

吕婷婷，陈有亮*

(浙江大学 动物科学学院，浙江 杭州，310058)

为优化β-环糊精包合法对蛋黄中胆固醇脱除的工艺条件，提高脱除率，选用3因素3水平的二次通用旋转设计，以稀释倍数、β-环糊精添加量、混合温度为影响因素，以胆固醇脱除率为响应值，建立回归模型。结果表明：各因素对蛋黄胆固醇脱除率的影响大小顺序为，β-环糊精添加量﹥稀释倍数﹥混合温度。胆固醇脱除的最佳工艺参数为，稀释2.67倍，β-环糊精添加的质量分数为19.33%，混合温度48.89 ℃，在此条件下，蛋黄胆固醇脱除率的理论值为89.82%，验证试验值为89.01%。

β-环糊精；蛋黄胆固醇；胆固醇脱除；响应面分析

鸡蛋具有高营养、易消化吸收、价格低廉等特点，是自然界中不可多得的优质营养源，也是人类最完善的食物之一。但鸡蛋黄中胆固醇含量很高，每克鸡蛋黄含12.9～14.8 mg胆固醇，按鸡蛋黄重19 g计，即每个鸡蛋中含胆固醇高达258 mg[1]。长期摄入过量的胆固醇，会引起高胆固醇血症，进而形成冠状动脉粥样硬化性心脏病等所谓的“富贵病”[2]。因而，许多中老年人担心食用鸡蛋会引起血液胆固醇升高，引发心血管等疾病。而鸡蛋中富含不饱和脂肪酸、卵磷脂、维生素等营养物质，都对胆固醇代谢有调节作用[3]。SHIN等[4]历时6～20年以问卷形式跟踪记录1 600到90 735个志愿者的日常饮食和疾病发生，最终发现鸡蛋摄入与心血管疾病、中风以及心脏疾病等并没有紧密联系。专业健康随访研究(1986～1994年)以及护士健康研究(1980～1994年)也发现，在男性和女性当中鸡蛋摄入与冠心病以及中风没有显著联系[5]。2015年美国农业部新定义的膳食指南以此为依据并综合分析各方面的研究报道，将鸡蛋列为不需要担心过量食用的营养物质之一[6]。然而也有报道指出，虽然人们不需要对鸡蛋胆固醇过度恐慌，但适量的控制摄入量还是很有必要的[7-8]。所以，开发低胆固醇蛋品还是势在必行。

目前用于食品中胆固醇脱除的方法主要有超临界萃取法、胆固醇氧化酶法、溶剂抽提法以及β-环糊精包合法等[9]。超临界萃取法设备一次性投入成本大，运行费用高；胆固醇氧化酶法的胆固醇氧化酶活力不高，抗热性不强，脱除率低；溶剂抽提法存在有机溶剂的残留；而β-环糊精包合法成本低，安全性高，脱除效果好。但以往报道的β-环糊精包合法需要经过高倍稀释、调节pH或加盐等处理，不仅工艺复杂，而且也不利于蛋液脱胆固醇后的应用。本试验则简化β-环糊精包合法脱除鸡蛋黄胆固醇的工艺，并采用了响应面法优化工艺参数。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

新鲜鸡蛋，购于杭州沃尓玛有限公司；β-环糊精，孟州市华兴生物化工有限责任公司；

721N可见分光光度计，上海精密科学仪器有限公司；TG16-WS台式高速离心机，上海卢湘仪离心机仪器有限公司；JHS-1电子恒速搅拌机，杭州仪表电机有限公司；W201恒温水浴锅，上海申生科技有限公司；Sartorius-BS110电子分析天平，北京赛多利斯仪器系统有限公司；WH-861漩涡混合器，南京诺泰施格科学仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 响应面分析试验设计

根据研究报道，影响β-环糊精包合法脱除蛋黄中胆固醇的因素主要有均质压力、pH值、稀释倍数、β-环糊精添加量、混合温度、搅拌速度、离心速度等[10-12]。根据预实验结果发现样品在不经过均质以及调节pH值的情况下也能达到较高的脱除率，这样既简化工艺流程、降低工艺成本，又保持了蛋品品质，且搅拌速度以及离心速度对胆固醇脱除效率的影响均不显著[12]，因此本试验选取对胆固醇脱除率影响较大的3个因素即稀释倍数、β-环糊精添加量及混合温度为考察因素，以胆固醇脱除率为考察指标，采用三元二次通用旋转试验设计优化试验条件，实验因素水平及编码见表1。

表1 试验因素水平表

1.2.2 蛋黄胆固醇的脱除工艺

(1)分蛋：鸡蛋打蛋分离出蛋黄，将蛋黄搅拌均匀，于4 ℃下存放备用。(2)稀释：称取100 g蛋黄液，分别稀释到试验设计的倍数。(3)预热：将稀释后的蛋黄液在试验设计的温度下，水浴预热15 min。(4)加β-环糊精：按试验设计的比例在预热好的蛋黄液中加入β-环糊精，并同时设置不添加β-环糊精的对照组，分别在试验设计的温度下以300 r/min恒温搅拌10 min。(5)冷却静置：将搅拌后的蛋黄液冷却至4 ℃，静置1 h。(6)离心与分离：将冷却后的蛋黄液以4 000 r/min离心10 min，所得上清液即为低胆固醇蛋黄液。

1.2.3 胆固醇的测定方法

采用直接皂化比色法测定蛋黄中胆固醇含量[13]，并作适当调整。

1.2.4 数据处理

采用SAS软件对试验结果进行数据处理与分析[14]。

2 结果与分析

2.1 二次通用旋转设计的试验结果

采用三元二次通用旋转试验设计实施试验，研究各因素对蛋黄胆固醇脱除率的影响，并优化各工艺参数，试验结果见表2。

表2 试验结果分析表

续表2

试验号稀释倍数β⁃环糊精添加量/%温度/℃脱除率/%531645849963165583027320459023832055893191661850698410334185078071125146450686812252136508557132518415987401425185841883615251850843216251850884617251850881418251850908119251850911720251845508744

2.2 模型的建立与响应面分析

对表2结果进行回归分析，拟合的胆固醇脱除率(Y)对稀释倍数(X1)、β-环糊精添加量(X2)及混合温度(X3)的二次回归数学模型为：

为了验证模型的有效性和各因素对蛋黄胆固醇脱除率影响的大小程度，对方程和各回归因子进行统计检验，检验结果见表3。

表3 二次回归方程、偏回归系数显著性检验的方差分析

注:F0.05(5，5)=5.05；F0.01(9，10)=4.94。

回归模型中失拟检验F1=3.55F0.01(9，10)=4.94，检验极显著，说明该回归方程和实际情况拟合良好，正确反映了稀释倍数、β-环糊精添加量及混合温度与蛋黄胆固醇脱除率之间的关系，同时决定系数R2=0.829 5，说明蛋黄胆固醇脱除率与各因素之间相关度较高，该模型拟合程度较好。因此，该回归方程可以正确地描述响应值与各因素之间的真实关系，从而确定最佳的工艺参数。

2.3 单因子及交互效应分析

2.3.1 单因子效应分析

根据表3中各因子P值的大小可知，3个因素对蛋黄胆固醇脱除率的影响顺序依次为，β-环糊精添加量>稀释倍数>混合温度。为了更好地分析单因子效应，采用降维分析方法，即将其他因子固定在0水平，得到单因子效应方程，从而描述当其他因子不变的情况下，该因子变动对胆固醇脱除率的影响。单因子效应曲线图见图1。

图1 单因子效应曲线Fig.1 The effect curve of Single factors

由图1可知，随着稀释倍数的不断增大，胆固醇脱除率在-1.0～1.0整个编码区内先增大后减小，这是由于加水稀释蛋黄可以促进蛋黄体系的分散[15]，从而保证β-环糊精与蛋黄中的胆固醇充分接触形成胆固醇与β-环糊精复合物提高脱除率，当稀释倍数达到2.67左右时，胆固醇脱除率达到最高值，随着稀释倍数的增加，脱除率反而降低，这可能是由于过高的稀释倍数会使得胆固醇与β-环糊精复合物不稳定从而导致胆固醇脱除率下降；随着β-环糊精添加量逐渐增多，蛋黄胆固醇脱除率在-1.0～1.0整个编码区内先增大，在β-环糊精添加量为19.33%左右达到最大值，随后逐渐减小，这是由于添加过多的β-环糊精会使其发生分子内竞争，从而降低包埋率；混合温度对胆固醇脱除率的影响不显著，总体上呈现出随着温度的升高，胆固醇脱除率增大，这可能是由于高温可以促进分子间运动，从而增大胆固醇与β-环糊精分子接触机会，提高包埋率，但是过高的温度会破坏蛋黄蛋白质的理化性质，影响产品品质，因此采用较低的温度。温度与胆固醇脱除率之间的关系机理尚不明确有待未来研究[16]。

2.3.2 双因子交互效应分析

由表3可知，各因子之间对胆固醇脱除率的交互作用均不显著(P>0.05)，因此不进行讨论。

2.4 最佳脱除工艺及验证

根据上述回归方程求得Y的极值，胆固醇脱除的最佳工艺条件为：稀释2.67倍，添加19.33%的β-环糊精，在48.89 ℃下混合10 min，在此条件下胆固醇脱除率的理论值为89.82%。在最佳试验条件下进行验证试验，胆固醇脱除率为89.01%，与理论值相近，进而验证了回归模型的准确性。

3 讨论

据报道，在脱除或降低食品中胆固醇的方法中，β-环糊精包合法是一种快捷有效的方法。曹劲松等[17]研究发现，β-环糊精包合法脱除胆固醇效率较高，在合理的工艺条件下蛋黄胆固醇脱除率可达90%以上，但原料蛋黄液需先调节pH值或加盐处理；王勤[15]、潘风光[12]等用β-环糊精包合法脱除蛋黄胆固醇也得到了较高的脱除率(85%)，但工艺流程中也包括了加盐或均质；陈汝财等[10]在鸡蛋蛋黄胆固醇的脱除过程中未经过低压均质，脱除率达到92.23%，但蛋黄液需要调节到较高的pH值(10.5)；范国枝等[18]采用壳聚糖固载β-环糊精脱除蛋黄胆固醇，原料未经均质或调节pH，脱除率可达90.8%，但蛋黄液需稀释25倍，稀释倍数极高；KWAK[19-20]等用交联β-环糊精可脱除奶酪等乳制品中90%以上的胆固醇，但交联剂大多有剧毒。其他β-环糊精包合法脱除蛋黄胆固醇的报道，也都需要将原料蛋黄液进行高倍稀释、调节pH值或加盐等处理。这样处理后获得的脱胆固醇蛋黄液中，较原蛋黄液增加大量水分、盐分和碱，后续利用又需先经过浓缩，电渗透处理，来进行脱水和脱盐，使工艺复杂，增加处理费用。而调pH值加的碱，易使蛋黄蛋白质变性，降低产品品质和功能特性，给脱胆固醇蛋黄液的后续蛋制品开发带来困难。

本试验采用β-环糊精包埋法脱除蛋黄胆固醇，并以响应面法优化脱除工艺，建立胆固醇脱除的回归模型，以此确定最佳工艺条件，并进行3次重复验证，得到胆固醇脱除率为89.01%，不仅胆固醇脱除率较高，而且工艺流程简单，不需要经过均质、调节pH值或加盐，且稀释倍数较低。这样处理后获得的脱胆固醇蛋黄液中，较原蛋黄液仅增加水分，没增加盐分和碱，后续利用只需适当浓缩脱水就行，而且能保持蛋黄液的原品质和功能特性，使脱胆固醇蛋黄液的后续蛋制品开发较为方便。

4结论

β-环糊精包合法脱除蛋黄中胆固醇，原料蛋黄液无需进行均质、调节pH值或加盐的预处理，也可达到较理想的胆固醇脱除率。β-环糊精添加量对胆固醇脱除率的影响最为显著，其次是稀释倍数，最后是混合温度。最佳工艺条件：稀释2.67倍、添加19.33%β-环糊精，混合温度48.89 ℃，在此条件下，胆固醇脱除率可达89.01%。

[1] 马美湖．蛋与蛋制品加工学[M]. 北京：中国农业出版社，2007:25-253.

[2] 齐永秀，高允生，刘延平，等．不同品种鸡蛋中胆固醇含量的比较[J]. 中国临床康复，2004，8(33)：7 444-7 445.

[3] 王桂明．解读鸡蛋中胆固醇的认识误区[J]. 上海畜牧兽医通讯，2012(3)：55-57.

[4] SHIN JY，XUN P，NAKAMURA Y，et al．Egg consumption in relation to risk of cardiovascular disease and diabetes：a systematic review and mata-analysis[J]. The American Journal of Clinical Nutrition，2013，98(1)：146-159.

[5] HU F B，STAMPFER M J，RIMM E B，et al．A prospective study of egg consumption and risk of cardiovascular disease in men and women[J]. The Journal of the American Medical Association，1999，281(15)：1 387-1 394.

[6] WILLIAMS K A，KRAUSE A J，SHEARER S，et al．The 2015 dietary guidelines advisory committee report concerning dietary cholesterol[J]. The American Journal of Cardiology，2015，116(9)：1 479-1 480.

[7] ECKEL R H．Eggs and beyond：is dietary cholesterol no longer important？[J]. The American Journal of Clinical Nutrition，2015，102：235-236.

[8] BERGER S，RAMAN G，VISHWANATHAN R，et al．Dietary cholesterol and cardiovascular disease：a systematic review and meta-analysis[J]. The American Journal of Clinical Nutrition，2015，102(2)：276-294.

[9] 李红．食品中胆固醇脱除技术的研究进展[J]. 肉类研究，2010(1)：55-58.

[10] 陈汝财，王明力．β-环糊精脱除蛋黄中胆固醇的研究[J]. 食品与发酵工业，2007，33(11)：68-70.

[11] 张佳程，骆承庠．争环状糊精脱除蛋黄液中胆固醇的三种工艺流程比较[J]. 食品科技，1999(4)：27-28.

[12] 潘风光，于师宇，柳增善，等．β-环状糊精脱除蛋黄中胆固醇[J]. 河北师范大学学报，2007，31(4)：518-521.

[13] 何春玫．直接皂化-比色法测定鸡蛋蛋黄中胆固醇含量[J]. 广东农业科学，2011(9)：111-113.

[14] 朱世武．SAS编程技术教程[M]. 北京：清华大学出版社，2007.

[15] 王勤，陈翠华，许时婴，等．β-环状糊精脱除蛋黄中胆固醇的扩大实验[J]. 无锡轻工大学学报，2000，19(2)：150-153.

[16] SU Yujie，TIAN Ruhui，WANG Chenying，et al．Study on a novel process for the separation of phospholipids，triacylglycerol and cholesterol from egg yolk[J]. Journal of Food Science and Technology，2015，52(7)：4 586-4 592.

[17] 曹劲松，赵谋明，彭志英．用β-环状糊精包合法脱除食品胆固醇的工艺探讨[J]. 食品科学，1996，17(4)：31-34.

[18] 范国枝，陈明意．降低蛋黄中胆固醇含量的研究[J]. 中国家禽，2005，27(16)：11-13.

[19] KWAK H S，BEA H Y，KIM S Y，et al．Properties of cholesterol-reduced Feta cheese made by crosslinked beta-cyclodextrin[J]. Milchwissenschaft-milk Science International，2009，64(2)：165-16.

[20] KIM S H，AHN J，KWAK H S．Crosslinking of beta-cyclodextrin on cholesterol removal from milk[J]. Archives of pharmacal Research，2004，27(11)：1 183-1 187.

The optimization of cholesterol reduction from egg yolk using β-cyclodextrin

LYU Ting-ting, CHEN You-liang*

(College of Animal Sciences Zhejiang University，Hangzhou 310058，China)

Beta cyclodextrin was used to remove cholesterol in egg yolk. To increase removal rate , the technology was optimized by quadratic general rotary design．Dilute ratio、the amount of beta cyclodextrin and mixing temperature were chosen as the main factors and cholesterol removal was chosen as the response value to establish a regression model．The results showed that the influence of the amount of beta cyclodextrin added into the egg yolk was stronger than the dilution ratio and mixing time．The optimal conditions were obtained as follows:dilution ratio 2.67，the mass fraction of beta cyclodextrin 19.33%，mixing temperature 48.89 ℃. Under these conditions，the theoretical value of cholesterol removal rate was 89.82%，and the test value was 89.01%．The study provides a reference for the process of low cholesterol egg products.

beta cyclodextrin；cholesterol in egg yolk；cholesterol removal；quadratic general rotary design

10.13995/j.cnki.11-1802/ts.201612020

硕士研究生(陈有亮副教授为通讯作者，E-mail：ylchen@zju.edu.cn)。

浙江省重大科技专项重点农业项目(2012C2016)

2016-04-05，改回日期：2016-06-21