可溶性膳食纤维强化重组蛋片的响应面优化制备和品质评价

张 晋，谭芦兰，陈伊凡，李欢欢，唐宏刚*，陈黎洪，姚云昕，刘旭明

（1 浙江省农业科学院食品科学研究所 杭州310021 2 浙江-俄罗斯营养健康食品绿色制造联合研究中心 杭州310021 3 浙江艾格生物科技股份有限公司 浙江湖州313100 4 北京德青源食品有限公司 北京100094）

我国约90%的鸭蛋以咸鸭蛋制品生产和消费，咸蛋清是咸鸭蛋黄生产过程中的主要副产物，占咸鸭蛋质量的55%左右[1]。在腌制过程中，蛋清蛋白的组成成分虽未发生变化，但因含盐量高达7%～12%而未能合理利用[2]。禽类加工业中的咸蛋清多被丢弃，仅有少部分加工成饲料或焙烤配料，产品附加值低，应用范围有限，不仅无法有效提高蛋鸭产业的整体经济效益，还造成了优质蛋白质资源的浪费，其发酵分解产物还会造成环境污染[3]。因而，副产物咸蛋清的综合利用是禽类加工业面临的重要问题。蛋清蛋白具有多种功能特性，其凝胶特性在食品工业中具有广泛的应用[4]。然而，咸蛋清蛋白在腌渍过程中受到大量NaCl 的影响，其凝胶品质发生显著改变[5]。如何改善咸蛋清蛋白的凝胶品质是国内外研究的热点。此外，对咸蛋清的利用研究大部分集中在脱盐处理之后制备蛋白粉或生物活性肽，对咸蛋清的直接利用和产品开发鲜有报道。

随着人们生活水平的提高，高热量、低纤维的饮食习惯使糖尿病和肥胖等慢性疾病的发病率逐年上升，严重威胁人们的身体健康。膳食纤维是人体不可或缺的营养素之一，既能有效预防人体胃、肠道疾病和维护胃、肠道健康，又能作为食品强化剂改善豆腐、鱼糜等食品亲水胶体的凝胶品质[6-7]。因而，膳食纤维强化食品成为近年来的研究热点，引起广泛的关注。抗性糊精，又称难消化糊精，以淀粉为原料加工制备而成，是一种新型的低热量葡聚糖和可溶性膳食纤维[8]。和普通膳食纤维相比，抗性糊精具有溶解性高、黏度低、甜度低、无异味、消化慢等优势[9]，并具有抑制血糖浓度升高，降低血脂，调节益生菌群，增强微量元素吸收等功效[10]，因而作为膨化剂、脂肪替代品、益生元和膳食纤维等广泛应用于食品工业中[11-13]。

本文以咸蛋清等为主要原料，以抗性糊精为营养强化剂，制备可溶性膳食纤维强化重组蛋片。以脱气时间、蒸煮时间和抗性糊精添加量为自变量，以硬度、感官评分总分和白度为响应变量，采用Box-Behnken 响应面法优化可溶性膳食纤维强化重组蛋片的制备工艺。采用质构仪、感官评价、色差计、顶空固相微萃取与气相色谱质谱联用技术等仪器方法对响应面优化制备的可溶性膳食纤维强化重组蛋片进行品质评价。本研究旨在促进禽类加工副产物咸蛋清的综合利用，为重组蛋清凝胶制品的开发提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

咸鸭蛋蛋清，绍兴百顺科技有限公司；挑选新鲜完整的鸡蛋洗净晾干后进行蛋清、蛋黄分离，保鲜膜覆口备用。

乙醇、盐酸、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、硫酸等试剂均为分析纯，购于国药集团化学试剂有限公司。α-淀粉酶和蛋白酶均购自Sigma 公司。

1.2 仪器与设备

Color Quest XE 色差仪，上海信联创作电子有限公司；RE-2000A 旋转蒸发仪，上海亚荣生化仪器厂；FE20 型pH 计，梅特勒-托利多仪器 （上海）有限公司；ALB-224 型电子分析天平，赛多利斯科学仪器（北京）有限公司；DHG-9146A 型电热恒温鼓风干燥箱，上海精宏实验设备有限公司；DK-8D 数显恒温水浴锅，江苏金怡仪器科技有限公司；85-2 数显恒温磁力搅拌器，金坛市江南仪器厂；ZN28YK807 电蒸锅，苏泊尔电器有限公司；C21-WT2112T 电磁炉，美的电器有限公司；DZ-500RE 全自动真空包装机，温州达丰机械有限公司；YXQ-SG46-280S 立式蒸汽灭菌锅，上海博迅实业有限公司；TA-XTplus 物性测试仪，英国Stable Micro System 公司；7890B-5977B 顶空固相微萃取气质联用仪，美国Agilent 科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 可溶性膳食纤维强化重组蛋片的制备方法工艺流程：原料→预处理→搅拌均质→脱气→入模→蒸煮→脱模→脱盐→烘干→真空包装→灭菌→检验→成品。

将咸蛋清、鸡蛋清和水分别按质量分数50%，30%和20%比例混合均匀，制得重组蛋清。添加质量分数2%～10%的抗性糊精，在100 r/min 转速下磁力搅拌15 min 后，倒入圆底烧瓶中，采用旋转蒸发仪脱气处理0～20 min。取出后倒入模具中，在100 ℃下蒸煮10～30 min，冷却至室温后倒入烧杯中，加入2 倍质量的蒸馏水，脱盐处理30 min。将样品于烘箱中50 ℃烘干30 min 后进行真空包装，采用立式蒸汽灭菌锅在121 ℃高压灭菌处理15 min，制得可溶性膳食纤维强化的重组蛋片。

1.3.2 制备工艺的响应面优化 以质构特性、感官品质和色度为综合评价指标进行单因素试验，研究脱气时间（0～20 min）、蒸煮时间（10～30 min）和抗性糊精添加量（质量分数2%～10%）对可溶性膳食纤维强化重组蛋片品质的影响。根据单因素试验的结果（图1～图3），参考Zimet 等[14]的方法，采用Design-Expert V11 软件进行三因素三水平的Box-Behnken 中心组合试验设计。以脱气时间（A，min）、蒸煮时间（B，min）和抗性糊精添加量（C，%）为自变量，以样品的硬度（H，g）、感官评价总分（TSS）和白度（W）为响应变量，对可溶性膳食纤维强化重组蛋片的制备工艺进行优化。响应面试验设计如表1所示。通过多元回归分析，采用以下二阶多项式方程对响应变量进行拟合：

式中，Y——硬度（H）、感官评分总分（TSS）或白度 （W）实际测定的响应值；A——脱气时间，min；B——蒸煮时间，min；C——抗性糊精添加量，%；β0——纵截距；β1、β2和β3——线性系数；β11、β22和β33——二次项系数；β12、β23和β13——相关系数。

采用方差分析，通过P 值和R2值对多元回归方程的显著性和拟合精度进行评价。P＜0.05 表示回归方程具有显著性，P＜0.01 表示回归方程极其显著。参考Jain 等[15]的方法，采用Design-Expert V11 软件的期望函数法，选取期望值接近1 的自变量组合为可溶性膳食纤维强化重组蛋片的最优制备工艺条件。

表1 可溶性膳食纤维强化重组蛋片的Box-Behnken 响应面优化试验设计Table 1 Box-Behnken experimental design of response surface optimization of soluble dietary fiber-fortified restructuring egg white curd

1.3.3 质构特性分析 参考Li 等[16]的方法（有所修改），在室温下用TA-XTplus 物性测试仪测定样品的质构特性。把样品切成10 mm×10 mm×10 mm大小，置于探头正下方的样品台上，在TPA 模式下压缩2 次。基本参数设置如下：探头型号P/36R，压缩比50%，测前速度2 mm/s，测试速度1 mm/s，测后速度2 mm/s，停留时间5 s，触发力5 g。在Texture Expert 软件上由力-时间变形曲线计算硬度、胶着性、咀嚼性、弹性和内聚性等参数。

1.3.4 感官评价 将样品切成10 mm×10 mm×10 mm 大小，编号后分别放入相同的白色瓷盘中，在感官分析实验室中邀请身体健康的食品专业人员，分别从外观、质地、色泽、风味和口感5 个方面对样品的感官品质进行评价，并根据各项权重计算出感官评价总分。样品评定后用清水漱口，2 个样品评价间隔不少于5 min，以免影响评价员的判断。样品的感官评价标准及总分计算公式如表2所示。

表2 可溶性膳食纤维强化重组蛋片的感官评价标准Table 2 Criterion for sensory evaluation of soluble dietary fiber-fortified restructuring egg white curd

1.3.5 色度测定 采用色差仪测定样品色度。用标准板校正后，直接测定样品明度值（L）、红度值（a*）和黄度值（b*），并参考Rosa-Sibakov 等[17]的方法，通过Hunt 白度公式计算样品的白度值（W）：

式中，W 为白度值；L 为明度值，0～100；a*为红度值，a*＞0 代表红色，a*＜0 代表绿色；b*为黄度值，b*＞0 代表黄色，b*＜0 代表蓝色。

1.3.6 总膳食纤维含量测定 根据AOAC985.29的方法测量样品中总膳食纤维的含量[18]。依次加入干燥后的样品1 g，50 mL 磷酸盐缓冲液和50 μL α-淀粉酶，于95 ℃水解30 min。水解产物冷却至60 ℃后，加入100 μL 蛋白酶继续水解30 min。最后将水解产物过滤，滤液用乙醇沉淀、抽滤，干燥后称重即为总膳食纤维含量。

1.3.7 挥发性风味成分分析 参考王超[19]的方法（有所修改），采用顶空固相微萃取与气相色谱质谱联用技术（SPME-GC-MS）分析样品中的挥发性风味成分。取研磨捣碎后的样品6 g，放入20 mL进样空瓶中，密封后在50 ℃水浴锅中加热30 min。插入萃取手柄，萃取30 min 后，在240 ℃下解析2 min，进行气相色谱质谱联用分析。气相色谱质谱联用分析条件如下：DB-WAX 色谱柱；柱长×内径×膜厚为60 m×0.25 mm×0.5 μm；进样口温度240 ℃；恒流不分样模式；柱流速1 mL/min；柱温35 ℃保持3 min，以3 ℃/min 升到220 ℃，保持10 min；质谱条件为离子源EI，离子源温度230 ℃，四级杆温度150 ℃，质量数扫描范围33～500 amu。

1.4 统计分析

所有试验均包含3 次平行，数据均采用平均值±标准差表示。所有表格和图片均采用Microsoft Excel 2016 软件和Origin V8.0 软件制作。使用SAS V9.2 软件进行方差分析（ANOVA）和回归分析，使用Design-Expert V11 软件进行响应面分析。通过邓肯新复极差检验（DMRT）确定数据之间的差异性，P＜0.05 即认为存在显著性差异。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 脱气时间对质构特性、感官品质和色度的影响 图1显示了不同脱气时间的可溶性膳食纤维强化重组蛋片的质构特性、感官品质和色度。如图1a 所示，随着脱气时间从0 增加到20 min，样品的弹性和内聚性未发生显著的改变 （P＞0.05），而硬度、咀嚼性和胶着性显著增强（P＜0.05）。这是由于搅拌均质后的原料会产生许多气泡，不经脱气处理制备的样品会有许多大小不一、分布不均的气孔，进而降低硬度等质构特性[20]。由图1b 可知，样品的外观、质地、口感、风味和色泽等感官品质也随着脱气时间的延长而显著提高 （P＜0.05）。同时，如图1c 所示，较长时间的脱气处理使样品的L 值显著增加（P＜0.05），但其a*值和b*值也明显上升（P＜0.05），因而5～15 min 脱气处理的样品的W 值并无显著性差异（P＞0.05）。综合图1结果可知，当脱气处理时间延长到15 min 后，样品的硬度、咀嚼性和胶着性等质构参数达到最大（P＜0.05），感官评分总分也达到最大（P＜0.05），W 值也较高；当脱气时间大于20 min 后，样品的质构特性、感官品质和色度均不再显著变化（P＞0.05）。因而，初步确定15 min 为制备可溶性膳食纤维强化重组蛋片最适宜的脱气时间。

图1 不同脱气时间的可溶性膳食纤维强化重组蛋片的质构特性（a）、感官品质（b）和色度（c）Fig.1 Texture properties （a），sensory qualities （b）and colors （c）of soluble dietary fiber-fortified restructuring egg white curds subjected to different degassing times

2.1.2 蒸煮时间对质构特性、感官品质和色度的影响 图2显示了不同蒸煮时间的可溶性膳食纤维强化重组蛋片的质构特性、感官品质和色度。如图2a 所示，随着脱气时间从15 min 增加到30 min，样品的硬度和胶着性显著增强（P＜0.05）；弹性呈现出先增加后减小的变化（P＜0.05），在蒸煮时间15 min 时达到最大（P＜0.05）；咀嚼性除蒸煮时间10 min 的样品外无显著性差异（P＞0.05）；内聚性则呈显著下降趋势（P＜0.05）。由图2b 可知，样品的外观、质地、口感、风味和色泽等感官品质也随着蒸煮时间的延长而显著提高 （P＜0.05），在蒸煮时间增加至20 min 时感官评分总分达到最大（P＜0.05），之后不再随着蒸煮时间的延长而显著上升（P＞0.05）。同时，如图2c 所示，尽管L 值随着蒸煮时间的延长而显著上升（P＜0.05），但蒸煮时间20～30 min 样品的a*值和b*值并未受蒸煮时间的影响（P＞0.05），因而不同蒸煮时间的样品的W 值也无显著性差异（P＞0.05）。综合图2结果可知，当蒸煮时间增加至25 min 后，样品的硬度和L 值达到最大（P＜0.05），且所有的质构特性、感官品质和色度参数与蒸煮30 min 处理的样品相比均无明显差异（P＞0.05）。因而，初步确定25 min为制备可溶性膳食纤维强化重组蛋片最适宜的蒸煮处理时间。

2.1.3 抗性糊精添加量对质构特性、感官品质和色度的影响 图3显示了不同抗性糊精添加量的可溶性膳食纤维强化重组蛋片的质构特性、感官品质和色度。如图3a 所示，随着抗性糊精添加量从2%上升到10%，样品的硬度显著增加（P＜0.05），胶着性未发生显著变化（P＞0.05），而咀嚼性、弹性和内聚性则呈现出显著的下降趋势（P＜0.05）。这是由于抗性糊精作为一种可溶性膳食纤维，化学结构中存在大量的亲水基团，使其具有较高的亲水性和持水力[21]。持水力的提高和部分亲水基团与蛋清蛋白之间的交联反应影响了重组蛋片的质构特性，具体表现为硬度的增加和弹性的降低[20]。由图3b 可知，随着抗性糊精含量的提高，样品的质地评分逐渐上升（P＜0.05），色泽评分则逐渐降低（P＜0.05）；而外观、口感和风味等其它感官品质则呈现出先增加后减小的变化 （P＜0.05），在抗性糊精添加量为6%时达到最大（P＜0.05）。同时，如图3c 所示，抗性糊精的添加显著降低了样品的L 值（P＜0.05），增加了样品的b*值（P＜0.05），因而样品的W 值随着抗性糊精添加量的提高显著下降（P＜0.05）。综合图3结果可知，当抗性糊精添加量达到6%时，样品的感官评分总分最高（P＜0.05）。因而，初步确定6%为制备可溶性膳食纤维强化重组蛋片最适宜的抗性糊精添加量。

2.2 制备工艺的响应面优化

图2 不同蒸煮时间的可溶性膳食纤维强化重组蛋片的质构特性（a）、感官品质（b）和色度（c）Fig.2 Texture properties （a），sensory qualities （b）and colors （c）of soluble dietary fiber-fortified restructuring egg white curds subjected to different cooking times

可溶性膳食纤维强化重组蛋片的响应面优化试验的Box-Behnken 设计矩阵和对应的各变量的响应值如表3所示。为了获得响应面模型并检验其显著性，对响应值（H、TSS 和W）和自变量的线性效应（A、B 和C）、二次效应（A2、B2和C2）和交互效应（AB、BC 和AC）进行了多元回归分析和方差分析[14，22]，结果如表4所示。通过响应面法进行拟合的过程中仅涉及统计上具有显著性的项 （P＜0.05），各响应变量的二阶多项式方程如下所示：

图3 不同抗性糊精添加量的可溶性膳食纤维强化重组蛋片的质构特性（a）、感官品质（b）和色度（c）Fig.3 Texture properties （a），sensory qualities （b）and colors （c）of soluble dietary fiber-fortified restructuring egg white curds with different resistant dextrin additions

H（g）=157.7386+44.0313A+32.2460B+79.2670C-1.6267A2

TSS=-0.1437+0.1661A+1.8036C-0.1593C2

W=43.9167+2.2005A+3.2176C+0.1611AC-0.0029BC-0.0876A2-0.6851C2

由表4可知，各响应变量的模型P 值均小于0.0001，失拟项P 值均大于0.05，表明各响应面方程对可溶性膳食纤维强化重组蛋片的硬度、感官评分总分和白度的拟合效果极其显著。R2值大小可反映响应面方程的拟合精度，R2与修正R2之间的差值则代表了预测充分性[14]。如表4所示，各响应面方程的R2值与修正R2值均高于0.95，且二者差值小于0.01，表明各响应面模型均具有较高的拟合精度和预测充分性。各响应面方程的信噪比均远高于4，表明试验中采用的Box-Behnken矩阵设计合理，响应面预测可以有效覆盖到矩阵外的点[14]。

结合表4和各响应面方程可知，脱气时间、蒸煮时间和抗性糊精添加量对重组蛋片的硬度有显著影响，但三者之间没有明显的交互效应；脱气时间和抗性糊精添加量显著影响了重组蛋片的感官评分总分，蒸煮时间对感官评分总分则无明显影响；脱气时间、蒸煮时间和抗性糊精添加量对重组蛋片的白度均有显著影响，并表现出显著的线性效应、二次效应和交互效应。最后，结合表1所示的各响应变量约束条件和Design-Expert 软件的期望函数法，计算出可溶性膳食纤维强化重组蛋片的最优化制备工艺为脱气时间18.92 min，蒸煮时间30.00 min 和抗性糊精添加量5.89%，由此制备的重组蛋片的硬度、感官评分总分和白度预测值分别为1 842.34 g，8.1 和66.97。

2.3 品质评价

2.3.1 物理特性 采用响应面优化工艺制备的可溶性膳食纤维强化重组蛋片和普通重组蛋片的质构特性、感官品质、色度和总膳食纤维含量等性质如表5所示。由表5可知，响应面优化制备的可溶性膳食纤维强化重组蛋片的硬度、感官评分总分和白度分别为1 853.37 g，7.9 和67.80，与各响应面方程的预测值相仿，表明了响应面法的有效性和精准度。同时，可溶性膳食纤维强化的重组蛋片比未强化的普通重组蛋片具有明显更高的硬度（P＜0.05），更高的质地、风味和口感评分（P＜0.05），以及相似的色度和外观评分（P＞0.05），表明抗性糊精的添加（5.89%）显著改善了重组蛋片的质构特性和感官品质，并且对重组蛋片的外观和色度无不良影响。

表3 响应面优化制备工艺的Box-Behnken 设计矩阵和对应的响应值Table 3 Box-Behnken design matrix and response values of response surface optimization of preparation

表4 响应面模型的回归系数和方差分析（ANOVA）Table 4 Regression coefficients and analysis of variance （ANOVA）for response surface models

（续表4）

表5 响应面优化制备的可溶性膳食纤维强化重组蛋片的物理特性Table 5 Physical properties of soluble dietary fiber-fortified restructuring egg white curds prepared with response surface optimization

2.3.2 挥发性风味成分分析 图4显示响应面优化制备的可溶性膳食纤维强化重组蛋片和普通重组蛋片经SPME-GC-MS 技术分析后所得的总离子流图。对总离子流图经质谱数据库进行检索后进行定性定量分析，所得结果按结构分类统计，如表6所示。

图4 响应面优化制备的可溶性膳食纤维强化重组蛋片的挥发性风味成分总离子流图Fig.4 Total ion chromatogram of volatile flavor components from soluble dietary fiber-fortified restructuring egg white curds prepared with response surface optimization

表6 响应面优化制备的可溶性膳食纤维强化重组蛋片的挥发性风味成分分析Table 6 Analysis of volatile flavor components from soluble dietary fiber-fortified restructuring egg white curds prepared with response surface optimization

（续表6）

由表6可知，普通重组蛋片中检测到33 种挥发性风味成分，而可溶性膳食纤维强化重组蛋片中检测到38 种挥发性风味成分。以上挥发性化合物大致分成以下8 类：醛类化合物、酮类化合物、醇类化合物、酯类化合物、酸类化合物、烃类化合物、芳香族化合物与其它化合物。其中，醛类化合物在可溶性膳食纤维强化重组蛋片中检测到6种，在普通重组蛋片中检测到5 种。醛类包括己醛、庚醛、壬醛、癸醛等饱和醛，碳原子数为5～9 的醛类化合物具有清香、酯香等芳香特征，是热加工熟制蛋清中重要的香味成分来源[23]。酯类也赋予蛋片芳香味，其中己酸乙酯含量最高。酸类物质则除乙酸外几乎未检测到，可能是蛋清、蛋黄分离时少量蛋黄中的短链脂肪酸氧化而成。已有研究证实，芳香族、羰基化合物和醇类化合物的含量与蛋制品的特征香气呈显著正相关[24]。而可溶性膳食纤维强化重组蛋片的芳香族、羰基化合物和醇类化合物含量相近，表明抗性糊精的添加（5.89%）不会对重组蛋片的香气产生明显的不良影响。

3 结论

单因素试验结果表明，脱气时间、蒸煮时间和抗性糊精添加量对重组蛋片的质构特性、感官品质和色度均具有显著影响（P＜0.05）。响应面模型对可溶性膳食纤维强化重组蛋片的硬度、感官评分总分和白度均具有较高的显著性（P＜0.0001）和拟合精度（R2＞0.96）。经响应面法确定的最优制备工艺为脱气时间18.92 min、蒸煮时间30.00 min和抗性糊精添加量5.89%（质量分数），由此制备的可溶性膳食纤维强化重组蛋片硬度为1 853.37 g，感官评分总分为7.9，白度为67.80，其挥发性风味成分与未添加抗性糊精的重组蛋片无明显差异。综上所述，可溶性膳食纤维（5.89%抗性糊精）强化了重组蛋片的质构特性和感官品质，并且对其外观、色度和挥发性风味特性无不良影响。本研究有助于促进禽类加工副产物咸蛋清的有效利用，为重组蛋清凝胶制品的开发提供了技术支持。