響應面法優(yōu)化符合植物蛋白飲品的穩(wěn)定體系

伏金娣，劉小杰，馬 青

(1.浙江理工大學科技與藝術學院，浙江杭州311121; 2.杭州娃哈哈集團有限公司研發(fā)中心，浙江杭州310018)

響應面法優(yōu)化符合植物蛋白飲品的穩(wěn)定體系

伏金娣1，劉小杰2，*，馬 青2

(1.浙江理工大學科技與藝術學院，浙江杭州311121; 2.杭州娃哈哈集團有限公司研發(fā)中心，浙江杭州310018)

用響應面方法對復合植物蛋白飲品的穩(wěn)定體系進行了優(yōu)化。先用全因子實驗對穩(wěn)定劑組分卡拉膠、瓜爾豆膠、黃原膠和結冷膠對復合植物蛋白飲品沉淀量的影響進行了評價，并找出主要影響因子為瓜爾豆膠和結冷膠，其它組分對沉淀量沒有顯著影響。采用中心組合設計及響應面分析確定主要影響因子的最佳濃度。穩(wěn)定體系的最佳組成為(g/L):卡拉膠0.2、瓜爾豆膠0.5、黃原膠0.2、結冷膠0.5，此條件下復合植物蛋白飲品表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性。

復合植物蛋白飲品，穩(wěn)定體系，響應面方法，優(yōu)化

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

黃原膠 山東中軒股份有限公司;卡拉膠 美國FMC公司;瓜爾豆膠 美國嘉吉公司;結冷膠 美國CP－Kelco公司;大豆蛋白、花生醬等其它配料 購自國內(nèi)各大供應商。

均質機 美國APV公司;高速離心機 德國Eppendorf公司;pH計 METELER－TOLATO公司; RFM800自動數(shù)字折光儀 英國B+S公司。

1.2 實驗方法

pH的測定:用精密pH計測定;可溶性固形物的測定:用RFM800自動數(shù)字折光儀測定;沉淀量的測定:一般來說，植物蛋白飲料的穩(wěn)定性需經(jīng)過長時間的靜置觀察。本實驗中使用離心機來測定復合穩(wěn)定劑對植物蛋白飲料的穩(wěn)定效果，具體方法為:取復合植物蛋白飲品10mL，4000r/min離心5min，觀測沉淀量(%)。

1.3 實驗設計

1.3.1 全因子實驗設計 根據(jù)以前的研究和文獻報道，選取4種穩(wěn)定劑，每種成分作為一個因子，若用全因子設計則為4因子2水平的24設計，共需要16次實驗。

1.3.2 中心組合設計 用多項式回歸分析(PROC RSREG)對實驗數(shù)據(jù)進行擬合，得到二次多項式，該方程為描述響應量(應變量)和自變量關系的經(jīng)驗模型。對于2因子系統(tǒng)，模型可描述為

式中:Y為預測響應值，Xi為獨立變量的編碼值，b0為截距，b1、b2為線性系數(shù)，b12為交互作用系數(shù)，b11、b22為平方系數(shù)。

對方程所代表的響應面進行分析，優(yōu)化的方程確定在臨界值下的預測響應值是否為球面最大、球面最小或馬鞍面。如果在實驗范圍內(nèi)球面最大(或最小)，則進行驗證實驗。如果最大值(或最小值)在實驗范圍之外，則進行脊分析，確定在什么方向進行實驗可得到更好的結果。在本研究中，Y表示離心后的沉淀量(%)。

用統(tǒng)計分析軟件SAS/Statistic Version6.12對實驗數(shù)據(jù)進行分析。

2 結果與分析

2.1 復合植物蛋白飲品的生產(chǎn)工藝

復合植物蛋白飲品的工藝流程如圖1所示。

圖1 復合植物蛋白飲品生產(chǎn)工藝Fig.1 The production processes of blended plant protein drin k

工藝要點如下:

a.將部分配料用水加熱至75～80℃，分散并充分溶解白砂糖、穩(wěn)定劑干粉混合物，在高速攪拌剪切(2800r/min)15min，備用;

b.在適量75～80℃熱水中加入蛋白粉、核桃粉等的預混料，高速攪拌剪切(2800r/min)15min;

c.加入乳化劑、植脂末攪拌剪切5min，加入花生醬剪切(2800r/min)10min;

d.上述復合蛋白料液在60～65℃，350MPa條件下均質;

e.在配料罐中混合料液，并高速攪拌或剪切15min，在攪拌條件下添加香精，定容攪拌10min;

f.將配好的料液在60～65℃，25－30MPa條件下均質;

g.UHT滅菌條件溫度為137℃，時間為4s。

2.2 全因子實驗設計及結果

以卡拉膠(X1)、瓜爾豆膠(X2)、黃原膠(X3)和結冷膠(X4)為基本穩(wěn)定劑，選用24全因子實驗設計，各因子編碼值及實驗設計和實驗結果見表1和表2。

表1 全因子實驗設計因子及編碼值Table 1 List of coded factors of full factorial design

表2 全因子實驗設計及其實驗結果Table 2 Experimental designs and the results of full factorial design

表3 全因子實驗回歸分析結果Table 3 Analysis results of GLM processing of full factorial design

由全因子實驗結果回歸分析可以看出X2、X4用量對植物蛋白飲品穩(wěn)定性的影響較大，其中X4的添加量對產(chǎn)品穩(wěn)定性的影響尤為顯著，而X1和X3濃度對穩(wěn)定性的影響不顯著，各因子間的交互作用不顯著。由回歸分析結果可得一次擬合線性回歸方程:

對式(1)進行方差分析，F(xiàn)=4.317，P=0.016，說明模型在概率α=0.05水平上足夠擬合實驗數(shù)據(jù)。

對實驗組數(shù)據(jù)平均值與中心點實驗數(shù)據(jù)的平均值進行t－檢驗，T統(tǒng)計量檢驗結果表明，在方差相等和方差不等的條件下，中心實驗點和全因子實驗平均值差異均為顯著，說明實驗的最優(yōu)點(沉淀量最小)在當前實驗的設計范圍之內(nèi)，不需應用最陡爬坡法尋找實驗的最優(yōu)空間。

2.3 穩(wěn)定劑的優(yōu)化

由全因子實驗結果可得，響應變量Y值接近最小響應值區(qū)域，以處理8的穩(wěn)定劑組成為原點進行響應面分析，實驗設計及結果見表4。

表4 中心組合設計及實驗結果Table 4 Experimental designs and the resultsof central composite design

對實驗數(shù)據(jù)進行多項式回歸，可以得到如下二次多項式方程:

方程2的系數(shù)中b11和b22均為正值，方程表征的拋物面開口向上(見圖2)，有極小值點。經(jīng)計算方程2的確定系數(shù)R2為0.962，表明該模型能夠較好地解釋沉淀量隨穩(wěn)定劑不同組合而引起的變化。經(jīng)DAS軟件統(tǒng)計分析可得，當x2=0.477g，x4=0.559g時，Y達到預測最小值0.206;為了兼顧飲料整體的口感要求，將x2定為0.50g，x4定為0.50g，做三次重復實驗，驗證的沉淀量分別為Y1=0.55、Y2=0.60和Y3=0.53，與模型預測的值較為接近，說明該模型較為可靠。

圖2 X2和X4對沉淀量的中心組合響應曲面圖Fig.2 Response surface graph of X2 and X4on precipitation

3 結論與討論

本實驗證明響應面方法優(yōu)化復合植物蛋白飲品穩(wěn)定體系十分有效，全因子實驗可在對各因子影響效應了解不多的情況下，利用較少的實驗次數(shù)快速找出主效，使實驗值能充分接近最大響應面區(qū)域，中心組合實驗能夠快速對主要影響因子進行優(yōu)化，得到最大響應值。經(jīng)響應面分析獲得穩(wěn)定體系的最佳組成為(g/L):卡拉膠0.2、瓜爾豆膠0.5、黃原膠0.2、結冷膠0.5，此條件下復合植物蛋白飲品表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性。

［1］孟宇竹，雷昌貴，蔡花真，等.布朗李杏仁復合蛋白飲料穩(wěn)定性研究—乳化穩(wěn)定劑對穩(wěn)定性的影響［J］.中國食品添加劑，2010(6):138－142.

［2］許彬，李慧星.花生蛋白飲料中復配穩(wěn)定劑的研究［J］.食品科學，2010，31(20):58－60.

［3］萬成，聶少平，張媛媛，等.響應面法優(yōu)化低聚果糖液脫色工藝［J］.食品科學，2011，32(2):9－12.

［4］朱淑云，董英.響應面法優(yōu)化水飛薊粕蛋白的提取工藝［J］.食品工業(yè)科技，2011，32(2):256－258.

［5］鄭菲，黃亮，李安平，等.響應面法優(yōu)化橡實殼中多酚提取工藝條件［J］.食品與機械，2011，27(1):49－51，77.

Optimization of stable system for blended plant protein drink using response surface methodology

FU Jin－di1，LIU Xiao－jie2，*，MA Qing2
(1.Keyi College of Zhejiang Sci－tech University，Hangzhou 311121，China; 2.R＆D Center of Hangzhou Wahaha Group Co.，Ltd.，Hangzhou 310018，China)

Response surface methodology was used to optimize stable system for blended plant protein drink.In the first optimization step the influence of carrageenan，guar gum，xanthan gum and gellan gum on precipitation of blended plant protein drink was evaluated using a full factorial design.Guar gum and gellan gum were main impact factor，and other components had no significant effect on precipitation.The optimal concentrations of guar gum and gellan gum were determined by a central composite design and response surface analysis.The best composition of stable system were(g/L):carrageenan 0.2，guar gum 0.5，xanthan gum 0.2 and gellan gum 0.5.Blended plant protein drink showed good stability under these conditions.

blended plant protein drink;stable system;response surface methodology;optimization

TS275.4

B

1002－0306(2012)08－0249－03

大豆是世界公認的高營養(yǎng)的植物蛋白來源，且其組成是優(yōu)質蛋白，是植物食物中唯一可以替代動物蛋白的食物，有“植物肉”和“綠色乳汁”之稱。近年來，隨著對大豆保健功能因子的深入研究，人們發(fā)現(xiàn)大豆中含有多種活性物質，具有預防一些慢性疾病如心血管病、骨質疏松癥、婦女更年期綜合癥等功效;研究發(fā)現(xiàn)，花生保護心血管的作用不僅與其所含的高單不飽和脂肪酸有關;還可能與花生富含膳食纖維、維生素E、葉酸、銅、鎂、精氨酸和植物活性化合物等有關。核桃果肉營養(yǎng)豐富，有強身補腦、駐顏益壽的功效，為歷代延年益壽的佳品。復合植物蛋白飲料整個宏觀分散體系呈乳狀液態(tài)，具有熱力學的不穩(wěn)定性。影響其穩(wěn)定性的因素很多，如濃度、粒度、粘度、pH、電解質、微生物和加工工藝條件等［1］。復合植物蛋白飲料在加工和儲藏過程中易發(fā)生蛋白質沉淀、脂肪上浮等現(xiàn)象，因此需要添加穩(wěn)定劑以提高其穩(wěn)定性。穩(wěn)定劑在單獨使用時一般難以達到良好的效果，在生產(chǎn)中多采用穩(wěn)定劑復配的形式［2］。響應面分析法是多變量系統(tǒng)尋優(yōu)的實驗策略，該方法已成功應用于脫色工藝、蛋白和多酚提取工藝的優(yōu)化［3－5］。本研究以大豆蛋白粉、花生醬、核桃粉等為主要原料，制成復合植物蛋白飲品。在前期單因素實驗研究的基礎上，利用響應面方法對影響產(chǎn)品穩(wěn)定性的穩(wěn)定劑組成進行篩選和優(yōu)化，為復合植物蛋白飲品的工業(yè)化生產(chǎn)奠定一些實驗基礎。

2011－08－29 *通訊聯(lián)系人

伏金娣(1977－)，女，碩士，研究方向:計算機基礎與應用。