響應(yīng)面法優(yōu)化HVP微反應(yīng)工藝的研究

于明玉，鄭姣姣，李永歌，劉曉晨，楊雪娟，劉立新

(保定味群食品科技股份有限公司，河北 保定 071000)

水解植物蛋白調(diào)味粉(HVP)是以水解植物蛋白為主要原料，其較高的氨基酸含量可以豐富食品營養(yǎng)，增強(qiáng)食品鮮味[1]。1960年，Morton等人申請專利，應(yīng)用美拉德反應(yīng)原理，用糖、半胱氨酸和水解植物蛋白反應(yīng)生成咸味、肉味香精[2,3]。肉香味作為大眾最喜愛的一種風(fēng)味，其合成有多種途徑，利用美拉德反應(yīng)將蛋白質(zhì)水解物進(jìn)行風(fēng)味衍生是合成肉類風(fēng)味的一種重要途徑[4]。酸水解植物蛋白相對于酶解植物蛋白具有更強(qiáng)烈的肉香味，故工業(yè)生產(chǎn)多采用酸水解植物蛋白作為制備調(diào)味粉的原料[5-8]。

HVP作為一種天然的調(diào)味粉被廣泛應(yīng)用于湯料、醬料、罐頭食品、休閑食品的制作中。本文利用美拉德反應(yīng)原理，將酸水解植物蛋白調(diào)味液、還原糖和鹽酸硫胺等進(jìn)行微反應(yīng)，采用Box-Benhnken設(shè)計建立數(shù)學(xué)模型，優(yōu)化研究了反應(yīng)溫度、時間、pH值對HVP微反應(yīng)的影響。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

酸水解植物蛋白調(diào)味液(HVP)：取自保定味群食品科技股份有限公司第二分公司；D-木糖：山東福田藥業(yè)有限公司；鹽酸硫胺(VB1)：江西天新藥業(yè)有限公司；5'-呈味核苷酸二鈉：聊城希杰生物科技有限公司；L-丙氨酸：冀州市華陽化工有限責(zé)任公司；食用鹽：湖北鹽業(yè)集團(tuán)有限公司；麥芽糊精：諸城東曉生物科技有限公司；氫氧化鈉、鹽酸均為分析純；去離子水。

KDM型調(diào)溫電熱套：保定市陽光儀器廠；JJ-1型精密增力電動攪拌器；小型噴霧干燥機(jī)：丹麥NIRO公司；

酸堿度/氧化還原電位測定器：上泰儀器(昆山)有限公司；BT100-2J型蠕動泵：保定蘭格恒流泵有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 樣品制備

1.2.1.1 水解植物蛋白調(diào)味粉制備工藝

將原料稱量后倒入三頸瓶中，開啟攪拌器和電加熱套，調(diào)節(jié)pH值，攪拌均勻，加熱至預(yù)設(shè)溫度，保溫至預(yù)定時間，所得待噴液經(jīng)噴霧干燥后的粉體即為水解植物蛋白調(diào)味粉。

1.2.1.2 噴霧干燥工藝參數(shù)

入口溫度設(shè)定為177 ℃，出口溫度為85～90 ℃，蠕動泵轉(zhuǎn)速為3～8 r/min。

1.2.2 分析方法

采用感官評價的方法，參照QBWC 0015S-2016進(jìn)行評價，評價標(biāo)準(zhǔn)見表1。

1.2.3 單因素試驗設(shè)計

通過單因素試驗研究水解植物蛋白調(diào)味粉的生產(chǎn)工藝條件。選取反應(yīng)時間、溫度、pH值3個因素進(jìn)行單因素試驗，具體試驗條件見表2。

表2 單因素試驗條件Table 2 Single-factor experiment

注：A代表反應(yīng)溫度93，96，99，102，105 ℃；B代表反應(yīng)pH值4.9，5.1，5.3，5.5，5.7；C代表反應(yīng)時間60，90，120，150，180 min。

1.2.4 響應(yīng)面試驗設(shè)計

選取反應(yīng)的溫度、時間、pH值為影響因素，采用Box-Benhnken設(shè)計對HVP的感官評分進(jìn)行三因素三水平優(yōu)化試驗設(shè)計。響應(yīng)面試驗設(shè)計因素及水平安排見表3。

表3 響應(yīng)面設(shè)計因素及水平Table 3 Factors and levels of Box-Benhnken design

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗

2.1.1 反應(yīng)溫度對HVP感官品質(zhì)的影響

不同溫度對HVP感官品質(zhì)的影響見圖1。

圖1 溫度對HVP感官品質(zhì)的影響Fig.1 Effect of temperature on sensory quality of HVP

隨著反應(yīng)溫度的升高，感官評分呈現(xiàn)先升后降的趨勢，反應(yīng)溫度為102 ℃時達(dá)到最大值，溫度繼續(xù)升高，感官評分反而下降，故最適溫度定為102 ℃。

2.1.2 反應(yīng)pH值對HVP感官品質(zhì)的影響

不同pH值對HVP感官品質(zhì)的影響見圖2。

圖2 pH值對HVP感官品質(zhì)的影響Fig.2 Effect of pH values on sensory quality of HVP

隨著pH值的增加，感官評分呈現(xiàn)先升后降的趨勢，pH值為5.3時達(dá)到最大值，pH值繼續(xù)增加，感官評分反而下降，故最適pH值定為5.3。

2.1.3 反應(yīng)時間對HVP感官品質(zhì)的影響

不同反應(yīng)時間對HVP感官品質(zhì)的影響見圖3。

圖3 反應(yīng)時間對HVP感官品質(zhì)的影響Fig.3 Effect of reaction time on sensory quality of HVP

隨著時間的增加，感官評分呈現(xiàn)先升后降的趨勢，時間為150 min時達(dá)到最大值，反應(yīng)時間繼續(xù)增加，感官評分反而下降，故最適反應(yīng)時間定為150 min。

2.2 響應(yīng)面試驗結(jié)果

響應(yīng)面試驗設(shè)計及結(jié)果見表4。

表4 響應(yīng)面試驗設(shè)計及結(jié)果Table 4 Design and results of response surface methodology

2.3 模型的建立及顯著性分析

各因素經(jīng)回歸擬合后，解得回歸方程為：

Y=+91.15-0.55A-0.76B-3.03C+(1.000E-002)AB+1.28AC-0.44BC-3.86A2-3.84B2-3.12C2。

水解植物蛋白調(diào)味粉感官評分回歸方程分析見表5。

表5 方差分析Table 5 Analysis of variance

由表5可知，感官評分整體模型的P值小于0.01，表明該二次方程模型極顯著，失擬項P值為0.6847，失擬項相對于其誤差是不顯著的。方程的相關(guān)系數(shù)R2為0.9978，調(diào)整后的R2為0.9950，表明模型可以預(yù)測99.50%的試驗結(jié)果，回歸擬合程度較好。這些結(jié)果證明所建模型足以表現(xiàn)出各條件參數(shù)之間的真實關(guān)系，可以用來預(yù)測水解植物蛋白調(diào)味粉的感官得分。溫度、時間、pH值對水解植物蛋白調(diào)味粉的感官品質(zhì)影響均極顯著(P<0.01)。這3個因素對水解植物蛋白調(diào)味粉感官品質(zhì)的影響順序為：時間>pH值>溫度。由交互項值大小可知，溫度與時間交互作用極顯著(P<0.01)，pH值與時間交互作用顯著(P<0.05)。

3個因素交互作用對水解植物蛋白調(diào)味粉感官品質(zhì)的影響見圖4。由于AB交互作用不顯著，所以不在此列出。

圖4 交互因素對水解植物蛋白調(diào)味粉感官評分影響的響應(yīng)面曲線圖Fig.4 Response surface plots for the effects of interaction factors on the sensory score of HVP

2.4 最佳工藝的預(yù)測與驗證

通過軟件Design-Expert 8.0求解方程，得出最佳反應(yīng)條件為溫度101.53 ℃，pH值5.29，時間134.65 min，水解植物蛋白調(diào)味粉感官評分為91.99。為了驗證模型的有效性，同時為了方便實際操作，將反應(yīng)條件修正為溫度101.5 ℃，pH值5.29，時間135 min，在該條件下進(jìn)行3次平行試驗所得水解植物蛋白調(diào)味粉感官評分為92.13，與預(yù)測值間較接近，表明響應(yīng)面分析法得出的最佳工藝參數(shù)合理可行。

3 結(jié)論

本文以溫度、時間、pH值為影響因素，通過Box-Benhnken設(shè)計對水解植物蛋白調(diào)味粉的感官評分進(jìn)行三因素三水平優(yōu)化試驗，采用響應(yīng)面分析法優(yōu)化了水解植物蛋白調(diào)味粉微反應(yīng)工藝條件，得出最佳工藝參數(shù)為：溫度101.5 ℃，pH值5.29，時間135 min。在此條件下，水解植物蛋白調(diào)味粉感官品質(zhì)最佳。

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