Plackett-Burman（PB)優(yōu)化雞蛋蛋白凝膠性能的研究

張根生，韓 冰，岳曉霞，艾曉麗

（哈爾濱商業(yè)大學食品工程學院，黑龍江省普通高等學校食品科學與工程重點實驗室，黑龍江哈爾濱 150076)

Plackett-Burman（PB)優(yōu)化雞蛋蛋白凝膠性能的研究

張根生，韓 冰，岳曉霞，艾曉麗

（哈爾濱商業(yè)大學食品工程學院，黑龍江省普通高等學校食品科學與工程重點實驗室，黑龍江哈爾濱 150076)

在單因素實驗的基礎上，選擇適當?shù)囊蛩厮?，通過Plackett-Burman設計，選取NaCl、CaCl2、MgCl2、MgSO4、NaOH、KOH、Na2CO3、NaHCO3、焦磷酸鈉、三聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉、葡萄糖酸-δ-內酯、β-環(huán)糊精、酪蛋白鈉及檸檬酸鈉15個對雞蛋蛋白凝膠性中有影響作用的因子進行篩選。實驗結果表明，對雞蛋蛋白凝膠性質有影響的因子中，MgCl2、MgSO4、葡萄糖酸-δ-內酯、酪蛋白鈉是影響雞蛋蛋白凝膠性質的顯著因子，在大于90%的概率水平上差異顯著，其它11個因子在大于90%的概率水平上差異不顯著。

雞蛋蛋白，熱凝膠，Plackett-Burman設計

雞蛋蛋白是一種重要的食品加工原料，其中的蛋白質具有多種功能特性，如凝膠作用、持水性、起泡性和乳化性等，尤其是凝膠作用在食品的制造中有重要的應用[1]。Kitabatake等[2]探討了卵蛋白質中添加不同濃度的NaCl形成凝膠的機制，Jinquan Xu等[3]曾將蛋清粉溶液先在60℃預熱2.0～3.5min，并于5℃冷藏20h后再制成凝膠，發(fā)現(xiàn)其硬度比相同條件下未經(jīng)預熱處理的有明顯提高。Plackett-Burman（PB)實驗設計是一種經(jīng)濟而有效的兩水平實驗設計方法，它試圖用最少實驗次數(shù)達到使因素的主效果得到盡可能精確估計的目的[4-5]，避免在后期的優(yōu)化實驗中由于部分因子不顯著而浪費實驗資源[6]。適用于從眾多的考察因素中快速有效地篩選出最為重要的幾個因素，為進一步研究提供參考[7-8]。對在眾多的優(yōu)化方法中，Plackett-Burman法在篩選實驗重要因子方面最為有效和準確[9]，目前已被廣泛應用于生物工藝優(yōu)化研究中[10]。而利用Plackett-Burman設計法對雞蛋蛋白的眾多影響因素進行篩選的實驗未見報道。本實驗擬通過Plackett-Burman設計篩選出對雞蛋蛋白凝膠性質具有顯著影響作用的因子，并在此基礎上采用響應曲面法對關鍵因子進行進一步的優(yōu)化，這一部分將在后續(xù)實驗中進行。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

雞蛋 市售;NaCl、CaCl2、MgCl2、MgSO4、NaOH、KOH、Na2CO3、NaHCO3、D-葡萄糖酸-δ-內酯、焦磷酸鈉、三聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉、環(huán)糊精、酪蛋白鈉、檸檬酸鉀 以上均為分析純試劑。

pHs-25酸度計 上海雷磁儀器廠;HH-4數(shù)顯電子恒溫水浴鍋 國華電器有限公司;精密天平 上海梅特勒-拖利多儀器有限公司;物性測試儀（TAXT21) 英國TA公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 凝膠的制備 市售新鮮雞蛋→高速分散器均質→棄去泡沫→取雞蛋溶液20mL放于25mL的燒杯中→置于真空干燥箱中脫氣→用保鮮膜封口，并用橡皮筋扎緊→置于80℃水浴加熱40min→立即放入冰水中冷卻20min→存放于4℃冰箱中過夜→恢復到室溫→測定凝膠強度[11]。

1.2.2 凝膠強度的測定 測試條件：測試前速1mm/s，測試速度0.5mm/s，測試后速0.5mm/s，測試距離為50%，夾具為P 0.5 DIACylinder Ebonite（直徑0.5英寸的圓柱狀平頭探頭)，凝膠強度用硬度（Hardness)即探頭下壓過程中的最大感應力（單位g)表示。

1.3 Plackett-Burman法篩選影響雞蛋蛋白凝膠的顯著因子

通過對單因素實驗進行分析，選用N=19的Plackett-Burman實驗設計，對影響雞蛋蛋白凝膠性質的15個因素進行研究，每個因素取2個水平：低水平“-1”和高水平“+1”。實驗設計因素水平及編碼見表1。

表1 Plackett-Burman實驗的因素水平及編碼Table 1 Plackett-Burman test factors level and coding

1.4 數(shù)據(jù)處理方法

多指標全概率評分法：用多指標實驗全概率法[12]進行數(shù)據(jù)處理。式（3)即為同時兼顧各指標綜合效應的全概率公式。本實驗三個指標互不相容，權重不同，且凝膠強度、彈性越大越優(yōu)，粘性越小越優(yōu)。按m1∶m2∶m3（凝膠強度∶粘性∶彈性)=0.5∶0.3∶0.2，P（Bi)=P（A1)P（Bi/A1)+P（A2)P（Bi/A2)+P（A3)P（Bi/A3)

2 結果與分析

經(jīng)查閱文獻可知，影響雞蛋蛋白凝膠性質的因素有NaCl、CaCl2、MgCl2、MgSO4、NaOH、KOH、Na2CO3、NaHCO3、焦磷酸鈉、三聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉、葡萄糖酸-δ-內酯、β-環(huán)糊精、酪蛋白鈉及檸檬酸鈉，本實驗在單因素的基礎上通過Plackett-Burman設計對雞蛋蛋白凝膠性質具有顯著影響作用的因子進行篩選，為對顯著影響因子的進一步優(yōu)化提供實踐指導。實驗設計及結果見表2、表3。

表2 Plackett-Burman實驗設計方案Table 2 Plackett-Burman experimental design and results

由表4表明，所得的回歸方程達到顯著（p=0.0459)，決定系數(shù)R2=0.9584，這表明95.84%的實驗數(shù)據(jù)的變異性可用此回歸模型來解釋。實驗回歸方程系數(shù)顯著性檢驗見表5。

由表3中可以看出凝膠強度的范圍為329.666～ 777.522g/cm2，粘性的范圍為-359.910～-1576.780Pa·s，彈性的范圍為0.423～0.837，凝膠強度、粘性、彈性變化范圍都很大。由表5可知，在實驗設計的水平范圍內，MgCl2、MgSO4、葡萄糖酸-δ-內酯和酪蛋白鈉對雞蛋蛋白凝膠性能均有顯著影響（p＜0.05)，其他因素在所考察的水平范圍內對響應值無顯著影響。對雞蛋蛋白凝膠性質影響顯著的因子有MgCl2（p=0.0492)、MgSO4（p=0.0104)、葡萄糖酸-δ-內酯（p=0.0272)、酪蛋白鈉（p=0.0106)，根據(jù)檢索，在雞蛋蛋白及全蛋凝膠性方面沒有利用Plackett-Burman實驗設計篩選主要因子的實驗。本實驗在整個實驗和數(shù)據(jù)分析過程中沒有考慮各因素間的交互影響，考慮交互影響的實驗將在后續(xù)通過響應面分析法進行研究。

3 結論

通過單因素實驗及Plackett-Burman設計，對影響雞蛋蛋白凝膠性質的諸多相關因子進行了評價，成功的篩選出對雞蛋蛋白凝膠性質有顯著影響的因子為：MgCl2（p=0.0492)、MgSO4（p=0.0104)、葡萄糖酸-δ-內酯（p=0.0272)、酪蛋白鈉（p=0.0106)是影響雞蛋蛋白凝膠性質的主要因子，為進一步優(yōu)化工藝參數(shù)提供了重要的理論依據(jù)與實踐基礎。

表3 Plackett-Burman實驗設計結果Table 3 Plackett-Burman design of experiment results

表4 回歸模型方差分析表Table 4 Regression model anova table

表5 回歸方程顯著性檢驗表Table 5 Regression equation significant inspection table

[1]李俐鑫，遲玉杰，孫波.蛋白質凝膠質構特性的研究[J].食品工業(yè)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]陳志杰，韓永斌，沈昌，等.Plackett-Burman設計在靈芝生長及產(chǎn)胞外多糖主要影響因子篩選中的應用[J].食品科學，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.微生物培養(yǎng)基優(yōu)化方法及其OPTI優(yōu)化軟件[J].國外醫(yī)藥抗生素分冊，1999，20（2)：58-60，66.

[9]胡升，梅樂和，姚善涇.響應面法優(yōu)化納豆激酶液體發(fā)酵[J].食品與發(fā)酵工業(yè)，2003，29（1)：13-17.

[10]高修功，王超，章克昌.數(shù)學統(tǒng)計法快速優(yōu)化假單胞菌脂肪酶發(fā)酵條件[J].微生物學通報，1998，25（2)：94-97.

[11]徐雅琴，楊嚴俊.美拉德反應提高雞蛋白粉凝膠性質的研究[J].食品工業(yè)科技，2005，26（10)：103-106.

[12]倪永興，彭圖婉.多指標實驗全概率公式評分法研究槐米炭炮制工藝[J].中國藥科大學學報，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

張根生（1964-)，男，教授，研究方向：食品科學。