响应面法优化冷冻鸡血豆腐的制备工艺

王 哲，王灵娟，杨 静，马晶晶,3，杨 彪，秦晓娟，王道营,3，邹 烨,3,*，徐为民,3,*

（1.江苏大学食品与生物工程学院，江苏镇江 212013；2.江苏省农业科学院农产品加工研究所，江苏南京 210014；3.农业农村部农产品冷链物流技术重点实验室，江苏南京 210014；4.南京钦润生物科技有限公司，江苏南京 210014）

2022 年，我国肉鸡产量延续了多年以来的增长趋势，年出栏超过131.96 亿，据国家统计局数据显示，2022 年我国肉鸡产量为1430 万吨[1]。鸡血是肉鸡屠宰及加工过程中重要的副产物之一，鸡血占整鸡体重约6%[2]。以此推算，我国每年家禽屠宰产生的鸡血资源达上百万吨[2]。鸡血液脂肪含量较低，蛋白质含量高达17%～21%[3]，鸡血中还富含多种矿物质、氨基酸、维生素及血红素铁等活性物质[4]。但目前鸡血资源的产业化利用程度较低，精加工技术落后，附加值不高，可供人类食用的鸡血类产品不多。常见的相关产品是将鸡血制作成血豆腐，鸡血豆腐的鸡血与水的比例为1:2.5。血豆腐因其质地嫩滑、老少皆宜、口感细腻被许多消费者青睐，是理想的补血佳品。特别在我国华南、华东、西南和中部地区对血豆腐的需求较高。但市场上接收程度较高的仍为鸭血，通过改良制备工艺，将鸡血加工成与鸭血豆腐口感，保水性相差无几的鸡血豆腐，是合理利用鸡血资源的有效途径。

将鸡血豆腐制备成预制菜是符合当下趋势。目前，预制菜以现代标准化通过中央厨房集中生产，科学包装并采用急速冷冻技术（-18 ℃）保存，以及时保障菜品的新鲜度和原味[5]。据统计，2022 年我国预制菜肴市场规模达3468 亿元，预计未来3～5 年将超万亿元[6]。市面常见的预制菜血豆腐产品经冷冻贮藏后，其口感及品质严重下降。因此，大力发展冷冻鸡血豆腐产品可填补市场空缺并且创造更大的经济价值[7]。

为改善食品的冷冻特性，防止其在冷冻加工、贮藏过程中发生品质变化，添加抗冻剂被认为是一种较有效的方法，在近些年愈发受到研究者的关注。如潘晓炀[8]在冷冻南极磷虾虾肉添加海藻糖等抗冻剂，达到了降低虾肉糜的汁液损失率，保持解冻后虾肉糜的质构和色泽，延缓肌原纤维蛋白含量和总巯基含量的下降，抑制蛋白质的冷冻变性的效果。高坦等[9]在冷冻面团面包中添加硬脂酰乳酸钠等抗冻剂后冷冻面团的硬度降低，感官效果增强。但冷冻鸡血豆腐的制备工艺目前还未见研究报道。因此，本文结合食品抗冻剂的作用机理和鸡血豆腐的特点，研发高品质冷冻鸡血豆腐产品，以期为冷冻鸡血豆腐在预制菜生产中的应用和推广提供技术支持，也为肉鸡副产物的高值化利用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

黄羽鸡血 购于江苏立华牧业股份有限公司；柠檬酸三钠、无水氯化钙 均为分析纯，国药集团化学试剂有限公司；瓜尔豆胶、阿拉伯胶、魔芋胶 均为食品级，河南万邦实业有限公司。

MesoMR23-060H-1 低场核磁共振分析仪 北京浩海云通科技发展有限公司；PTX-FA210S 电子天平 赛多利斯工业称重设备（北京）有限公司；Direct-Q3uv 超纯水机 深圳市莱克智能精密仪器有限公司；HH-4 数显恒温水浴锅 郑州长城科工贸有限公司；BCD-420WP9CX 冰箱 长虹美菱股份有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 冷冻鸡血豆腐制备工艺 现杀黄羽鸡鸡血→加入抗凝剂→加入纯水血水比1：2.5→加入复配胶→加入抗冻剂→加入无水CaCl2溶液→密封水浴加热→冷却后冷冻→解冻。

具体操作：在现接鸡血中加入抗凝剂（柠檬酸0.48 g、柠檬酸三钠1.32 g、葡萄糖1.47 g 加水至100 mL）溶液后于室温下搅拌30 s，取50 mL 鸡血与复配食用胶（瓜尔豆胶与魔芋胶1:1）的混合液，添加冷冻改良剂（木薯变性淀粉、硬脂酰乳酸钠、海藻酸钾），添加纯水与血液比例为2.5:1，最后滴加1 mL 1%无水CaCl2与混合液于室温下搅拌30 s；控制凝血时间12 min，然后将样品置于水浴锅中加热，制成鸡血豆腐，室温下冷却后放入-20 ℃冷库保存，测量指标前需要先放置于4 ℃冷藏室中12 h。

1.2.2 单因素实验 称取3 g 按照 1.2.1 的方法解冻的鸡血豆腐进行低场核磁测定，测试条件及参数参考Peng 等[10]的方法并加以修改：测量温度25 ℃，质子共振频率22.6 MHz。将直径15 mm 的核磁管中放入鸡血豆腐，然后进行LF-NMR 测定。使用参数为：使用25 mm 的线圈，r 值200 μs，Tw 值6000，NECH：18000，TE：0.30，NS：16，反演迭代次数100000，取得鸡血凝胶自旋驰像时间T2，用CMPG 序列进行测量，每组3 次。分析木薯变性淀粉浓度、硬脂酰乳酸钠浓度和海藻酸钾浓度对冷冻鸡血豆腐低场核磁不易流动水峰面积的影响。木薯变性淀粉浓度：1%、1.5%、2%、2.5%、3%；硬脂酰乳酸钠浓度：0.1%、0.25%、0.5%、0.75%、1%；海藻酸钾浓度：0.05%、0.075%、0.1%、0.125%、0.15%。

1.2.3 响应面优化试验 在单因素实验基础上，采用Box-Behnken 试验设计对冷冻鸡血豆腐低场核磁共振优化工艺进行三个因素三个水平的响应面优化，以低场核磁不易流动水峰面积为响应值，试验设计表如表1。

表1 响应面试验因素水平表Table 1 Level of factors in response surface experimental

1.2.4 不同抗冻改良剂浓度冷冻鸡血豆腐的制备称取500 mL 的鸡血于塑料盒中，用响应面优化的最佳条件添加抗冻改良剂其他操作步骤同1.2.1 制成冷冻鸡血豆腐。

1.2.5 析水率的测定 析水率的测定参考黄晓霞等[11]的方法，并稍作修改，用未添加抗冻改良剂的冷冻鸡血豆腐为样品空白。精确称取5 g 在 4 ℃环境下解冻12 h 后的冷冻鸡血豆腐放入塑料平皿。取出用滤纸吸收鸡血豆腐表面水分后称取剩余鸡血豆腐的重量。要求每种样品的吸收时间相同且不能过力按压，根据公式（1）来计算失水率，每种样品采样3 次，取其平均值。

式中：m1为鸡血豆腐的原始质量（g），m2为析水过后鸡血豆腐的质量（g）。

1.2.6 色泽的测定 参考王鑫[7]的方法，并稍作修改，用未添加抗冻改良剂的冷冻鸡血豆腐为样品空白。将冷冻鸡血豆腐切成长、宽、厚为4 cm×4 cm×1 cm 的鸡血豆腐片，使用色差计测定冷冻鸡血豆腐切面的颜色。L*表示亮度值、a*表示红度值、b*表示黄度值。每种样品采样3 次，取其平均值。

1.2.7 凝胶质构的测定 凝胶质构的测定根据周绪霞等[12]的方法，稍作修改。采用TVT300XP 质构仪设置为TPA 模式。检测4 ℃环境下解冻12 h 后的冷冻鸡血豆腐的凝胶质构特性，用未添加抗冻改良剂的冷冻鸡血豆腐为样品空白。测试参数：P36R 探头，测试前、测试中及测试后速度均为1 mm/s，起始力5 g，形变量50%，结束测试。所有样品测试3 次平行，取其平均值。

1.3 数据处理

所有的实验重复三次，结果表示为平均值±标准差。采用SPSS 24.0 软件（IBM 公司）进行数据统计通过方差分析和Scheffe Test 检验（P<0.05）确定抗冻改良剂含量和冷冻鸡血豆腐低场核磁不易流动水峰面积的差异性。

2 结果与分析

2.1 抗冻剂对冷冻鸡血豆腐低场核磁水分迁移的影响

2.1.1 木薯变性淀粉处理对冷冻鸡血豆腐低场核磁水分迁移的影响 在冷冻食品中添加适量的木薯变性淀粉，有降低产品的失水率、提高产品色泽、延长冷冻保质期的作用[13]。图1 为木薯变性淀粉对冷冻鸡血豆腐低场核磁水分迁移的变化情况。冷冻鸡血豆腐低场核磁T2弛豫时间分布四个峰，从左往右的峰分别代表蛋白质结合水（T2b）、乳化层水（T2b-1）、不易流动水（T21）、自由水（T22）[14]。由图1 可见，T21为主峰代表不易流动水，添加木薯变性淀粉浓度为1.5%、2.5%、3%时到达峰顶点的弛豫时间相同，比添加木薯变性淀粉浓度为1%，2%时到达峰顶点的时间提前了165.68 ms，说明在储藏过程中结合水与大分子物质之间作用力的强度不同。根据仪器的分析原理，T2坐标左移，说明对应的水分流动性减弱，结合性增强[15]。影响鸡血蛋白凝胶持水性的水大部分是不易流动水，木薯变性淀粉浓度为1.5%、2.5%、3%时的不易流动水含量相近，皆有较好的保水效果。结合伍梦婷等[16]的研究可知随着木薯变性淀粉添加量的增加，体系游离水分会逐渐减少，但凝胶会逐渐呈现过硬过韧的现象，从而导致产品的弹性下降。因此，在保证不易流动水相同时，添加较低浓度的木薯变性可对凝胶弹性的提升起到正面作用[17]，故本研究中，木薯变性淀粉浓度在1.5%～2.0%效果较好。

图1 不同木薯变性淀粉浓度对冷冻鸡血豆腐水分迁移的影响Fig.1 Effects of different cassava modified starch contents on water migration of frozen chicken blood tofu

2.1.2 硬脂酰乳酸钠处理对冷冻鸡血豆腐低场核磁水分迁移的影响 硬脂酰乳酸钠对冷冻鸡血豆腐低场核磁水分迁移的影响情况见图2。由图2 可知，5 组鸡血豆腐的T2弛豫时间分布峰形基本一致，且5 组鸡血豆腐结合水均占比90%以上，相较于硬脂酰乳酸钠浓度为0.1%组，其余各组鸡血豆腐的T2弛豫时间有左移趋势，且硬脂酰乳酸钠浓度为0.25%组左移趋势最明显，根据仪器的分析原理，T2坐标左移，说明对应的水分流动性减弱，结合性增强。蛋白凝胶的持水性是样品吸引结合水而保持[18]，故决定鸡血凝胶的是不易流动水。钠盐在食品中添加会提高渗透压降低自由水比例[19]，张娜等[20]的研究发现，将0.3%的硬脂酰乳酸钠添加到冷冻面团中能够极大程度地增强冷冻面团的弹性和韧性[21]。吴酉芝等[22]利用低场核磁共振分析仪研究了硬脂酰乳酸钠对冷冻面团中水分分布的影响，结果显示硬脂酰乳酸钠可有效增加深层结合水的含量，当硬脂酰乳酸钠浓度为0.2%时，深层结合水的比例从19.29%分别提高到23.86%，而当硬脂酰乳酸钠浓度过高和过低时不易流动水含量反而下降，故添加硬脂酰乳酸钠要在保障不易流动水的含量的同时要适量添加。结合本实验结果，在优化制备冷冻鸡血豆腐研究中，选择添加硬脂酰乳酸钠浓度为0.25%较好。

图2 不同硬脂酰乳酸钠浓度对冷冻鸡血豆腐低场核磁水分迁移的影响Fig.2 Effects of different sodium stearyl lactate contents on magnetic water migration in cold chicken blood tofu

2.1.3 海藻酸钾处理对冷冻鸡血豆腐低场核磁水分迁移的影响 海藻酸钾常用于改善肉制品的质构特性和冷冻保鲜营养品质，能够改善肉制品的冻融稳定性[23]，延缓冻藏过程中温度波动和低温条件对鸡血豆腐品质的影响。图3 为海藻酸钾对冷冻鸡血豆腐低场核磁水分迁移的变化情况。由图3 可见，T21峰中，海藻酸钾浓度为0.125%到达峰顶点的时间提前于0.05%、0.075%、0.1%、0.15%浓度的海藻酸钾，T2左移代表着自由水向不易流动水移动。刘倩等[24]研究发现这可能是因为海藻酸钾能与金属离子络合形成盐类化合物，增加了保水性，有效减少自由水和大冰晶的形成。试验结果还显示，随着海藻酸钾浓度的增高，冷冻鸡血豆腐出现保水率上下波动甚至下降的情况，可能是因为鸡血中钙离子数量有限，限制了海藻酸钾与钙离子的络合的结合[25]，说明海藻酸钾浓度不宜过大。图3 中0.1%、0.125%、0.15%浓度的海藻酸钾T22峰面积小于0.05%和0.075%说明不易流动水向自由流动水转移少，不易流动水含量高。故结合本次实验结果，0.1%浓度的海藻酸钾效果较好。

图3 不同海藻酸钾浓度对冷冻鸡血豆腐低场核磁共振性质的影响Fig.3 Effect of different potassium alginate contents on lowfield NMR properties of frozen chicken blood tofu

2.2 抗冻改良剂影响冷冻鸡血豆腐水分迁移的响应面优化工艺

2.2.1 模型拟合与数据分析 为进一步优化3 个单因素的冷冻鸡血豆腐优化工艺，选用响应面设计进行了17 组实验，其实验结果见表2，方差分析见表3。采用Design experts version 软件对表2 的数据进行了响应面回归拟合分析，得到的回归方程如下：

表2 BBD 设计和低场核磁的试验及预测结果Table 2 Experimental and predictive results of BBD design and low field nuclear magnetic resonance

表3 方差分析表Table 3 ANOVA analysis of regression equations

由表3 可知，F模型值为44.2，且P<0.0001，表明模型合理；水分迁移的失拟项P=0.6853>0.05，表明失拟不显著。回归模型决定系数R2=0.9827，表明该回归模型与实际情况拟合程度较好；R2adj=0.9605，表明该回归模型能反映96.05%响应值的变化；C.V.=2.73%，说明该回归模型可靠，可用于预测冷冻鸡血豆腐水分迁移的实验结果。另外，该回归模型中的一次项B 和C 对冷冻鸡血豆腐不易流动水峰面积影响极显著，交互项AB、AC、BC 对冷冻鸡血豆腐不易流动水峰面积影响显著。

2.2.2 响应面结果分析 等高线与曲面图能反应因素之间的交互作用，图形表现的越陡峭表明两者之间的交互作用越显著[26]。A（硬脂酰乳酸钠）、B（木薯变性淀粉）、C（海藻酸钾）3 个因素之间交互作用的响应面见图4。由图4 可知，图4a 曲面坡度较平缓，等高线趋于圆形，而由图4b 和图4c 可知，响应面的曲面坡度较陡，说明AB 之间和BC 之间的交互作用比AC 之间的交互作用强。

图4 硬脂酰乳酸钠、木薯变性淀粉及海藻酸钾交互作用对冷冻鸡血豆腐低场核磁自由水峰面积影响的响应面曲面图Fig.4 Response surface surface of the interaction of sodium stearyl lactate,cassava modified starch and potassium alginate on the low field nuclear magnetic free water peak area of frozen chicken blood tofu

2.3 模型验证

在经过 Design experts version 软件计算得到响应面优化制备冷冻鸡血豆腐的最佳工艺：硬脂酰乳酸钠浓度0.1%，木薯变性淀粉浓度2%，海藻酸钾浓度0.1%；与单因素实验结果相似，可能是由于三种抗冻剂之间相互作用。在此优化条件下得到的不易流动水峰面积为2143±13，说明鸡血豆腐中含有的不易流动水含量较多，与理论预测值2140 很接近，因此该响应面优化模型得到的冷冻鸡血豆腐优化工艺条件准确且有效。

2.4 优化的冷冻鸡血豆腐的失水率

失水率是评价血豆腐品质的重要指标之一，直接影响着血豆腐的香气、滋味和多汁性、嫩度以及颜色等食用品质。如图5 可知，CK1、CK2、CK3（空白组）的失水率明显高于M1、M2、M3（优化组）。由于木薯变性淀粉与鸡血蛋白可相互渗透，改变鸡血蛋白凝胶中的化学作用力，减少凝胶中离子键的含量，增加疏水相互作用、二硫键、氢键和非二硫键共价键含量[27]。海藻酸钾和硬脂酰乳酸钠可抑制冷冻鸡血豆腐的冰晶增长，与钙离子络合形成盐类化合物，加强冷冻鸡血豆腐的结构强度和持水性[28]。这些改变有利于稳定鸡血蛋白凝胶的网络结构，提高了冷冻鸡血豆腐的保水能力，降低失水率。

图5 优化处理对冷冻鸡血豆腐失水率的对比Fig.5 Comparison of water loss rate of frozen chicken blood beancurd under optimal treatment

2.5 冷冻鸡血豆腐的色泽

色泽是影响消费者购买、食用血豆腐以及辨别血豆腐优劣的重要指标。表4 为优化处理对冷冻鸡血豆腐色泽的影响结果。由表4 可知优化处理能够显著影响冷冻鸡血豆腐的色泽，添加抗冻改良剂的冷冻鸡血豆腐的L*值和b*值明显提高（P<0.05），而a*值下降，这主要因为在冷冻条件下硬脂酰乳酸钠和海藻酸钾对凝胶网络的促进作用，能结合更多水分，且对血红蛋白有保护作用并且对于鸡血细胞壁的破裂程度以及冰晶生成有抑制作用[14]，木薯变性淀粉可提高保水性[7]从而呈现更好的色泽。所以添加适当抗冻改良剂可改善冷冻鸡血豆腐的色泽，提高消费者对冷冻鸡血豆腐的购买力。

表4 优化处理对冷冻鸡血豆腐色泽的影响Table 4 Effect of optimized treatment on color of frozen chicken blood tofu

2.6 冷冻鸡血豆腐的质构

食物的口感和嫩度与其质构有着紧密联系，质构的常用指标包括硬度、粘聚性、咀嚼性、弹性和凝胶性等。表5 为优化处理对鸡血豆腐质构的影响结果。由表5 可知，优化处理对冷冻鸡血豆腐的质构指标具有显著影响（P<0.05），硬度的优化组数值是35.04 为空白组数值2.69 的17 倍，极大提升了鸡血豆腐解冻后的成型与口感。优化组咀嚼性数值66.01为空白组数值3.69 的21 倍等。质构指标与血液组织的破壁程度、凝胶性和保水性具有相关性，也与蛋白质的变性程度有一定关系，添加适当的抗冻改良剂可以改善其结构特性[29]。优化处理提高了鸡血的稳定性，促进了鸡血凝胶质构。凝胶性，咀嚼性和粘聚性反映了样品在抵抗损坏、保持自身完整性的能力，也可以反映出样品内部分子间或各结构要素间结合作用的强弱。海藻酸钾和硬脂酰乳酸钠可抑制冷冻鸡血豆腐中冰晶的增长防止细胞膜破损[30]，促进蛋白凝胶网络结构形成，木薯变性淀粉提高了冷冻鸡血豆腐的保水效果，更好的锁住水分，能够随时间的延长更好的维持冷冻鸡血豆腐原本的状态，有利于在加工过程保持其完整性。根据质构指标综合来看，该优化工艺可以改善冷冻鸡血豆腐的质构特性。

表5 优化处理对冷冻鸡血豆腐质构的影响Table 5 Effect of optimized treatment on texture of frozen chicken blood tofu

3 结论

本研究得到了优化冷冻鸡血豆腐的制备工艺，并对优化后冷冻鸡血豆腐的失水率、色泽、质构进行了研究。经过实验和模型验证冷冻鸡血豆腐优化工艺为：硬脂酰乳酸钠0.1%、木薯变性淀粉2%、海藻酸钾0.1%。与单因素实验结果相符，优化工艺可明显降低冷冻鸡血豆腐的失水率，改善血豆腐的亮度和黄度和增强血豆腐的质构特性，表明该工艺可用于制备优质冷冻鸡血豆腐，为预制菜冷链保存运输提供血豆腐原料。综上所述，本研究可作为预制菜中冷冻血豆腐食品开发提供科学依据，为肉鸡副产物综合利用与高附加值开发提供理论基础。

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