響應面法優化酶改性谷朊粉替代口香糖膠基的研究

張春紅，許 嬌，孫 婧

(沈陽農業大學食品學院，遼寧沈陽110161)

響應面法優化酶改性谷朊粉替代口香糖膠基的研究

張春紅，許 嬌，孫 婧

(沈陽農業大學食品學院，遼寧沈陽110161)

利用谷氨酰胺轉氨酶(MTG)對谷朊粉(WG)進行改性，采用響應面法優化改性工藝條件，并利用改性WG全部替代膠基制作口香糖。結果表明，六種谷朊粉中恒豐產WG最適合生產口香糖。利用響應面法優化MTG改性WG的最佳工藝條件為:酶濃度2.21%，反應溫度49.88℃，反應時間1.54h，pH6.63，此時改性WG的粘度為5.42kcP，比改性前提高了67.73%。利用改性WG制成口香糖的感官評分比改性前提高了16.8%，咀嚼時間延長了93.5%。

谷朊粉，谷氨酰胺轉氨酶，口香糖膠基，響應面分析

由于目前市場上生產的口香糖中含有不可降解、不能夠消化的化學膠基，對環境造成了嚴重的污染，迫切需要一種富含營養的、可降解的新型口香糖。谷朊粉是一種來源于小麥面粉，營養豐富、物美價廉的植物蛋白資源，不但具有優良的粘彈性及延伸性等功能特性［1］，且與口香糖膠基具有相似之處。本文擬采用響應面法優化谷氨酰胺轉氨酶［2］改性谷朊粉［3］的工藝條件，并研究利用改性谷朊粉全部替代膠基生產口香糖的應用效果，為生產環保型口香糖［4］提供一定的理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

谷朊粉 恒豐淀粉制品有限公司，河南項城市青原淀粉有限公司，冠縣瑞祥生物科技開發有限公司，安陽眾鑫淀粉有限公司，安徽安特生物化學有限公司，蓮花淀粉有限公司;MTG 江蘇一鳴精細化工有限公司;葡萄糖漿 譚德雙糖藝工作室;蔗糖、甘油 食品級。

FD－5型真空冷凍干燥機 日本;RVA－3D型快速粘度分析儀 澳大利亞Newport公司;UV2265紫外可見分光光度計 日本島津;磁力恒溫攪拌器 上海南江電訊器材廠;恒溫振蕩水浴鍋 江蘇丹陽門科教儀器廠;TDL－5－A離心機 上海安亭儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 口香糖制備工藝流程 參見文獻［5］。

1.2.2 水分含量的測定 直接干燥法。

1.2.3 粗蛋白含量的測定 微量凱氏定氮法(GB5511－85)，蛋白質系數為5.7。

1.2.4 WG溶解性的測定 采用雙縮脲比色法。

1.2.5 WG粘度的測定 RVA－3D型快速粘度分析儀。

1.2.6 口香糖的感官評分 總分為100分，采用小組評分均值法，感官評分標準見表1。

1.2.7 口香糖咀嚼時間的測定 將 5g樣品以60次/min速度放入口中咀嚼，以6人的平均咀嚼時間計。

表1 口香糖的感官評定標準

表2 不同廠家WG的品質及應用效果比較

1.3 實驗設計

1.3.1 不同廠家WG的品質及應用效果比較 分別測定6種WG的水分含量、粗蛋白含量、溶解性及粘度，并全部替代膠基制做成口香糖，分別測定口香糖的感官評分和咀嚼時間。

1.3.2 MTG改性對WG功能性的影響 在MTG改性WG過程中，分別研究底物濃度、酶濃度、反應溫度、反應時間和反應體系pH等單因素對WG粘度的影響，并在此基礎上運用design expert數據統計分析軟件進行響應面設計。

1.3.3 改性WG應用效果分析 根據響應面優化MTG改性WG最佳工藝條件，用改性WG替代膠基制做口香糖，并測定口香糖的感官評分和咀嚼時間。

2 結果與分析

2.1 不同廠家WG的品質及應用效果比較

由表2可知，恒豐和安特產WG的粘度值較高，溶解性較低，制成口香糖的感官評分較好，咀嚼時間都在2min以上。表明WG的粘度越大，溶解性越小，制成的口香糖品質越好。因此，選擇恒豐產WG為最佳改性原料。

2.2 響應面法優化MTG改性WG的工藝條件及方差分析

在單因素實驗的基礎上，采用響應面設計實驗，運用根據Box－Benhnken的中心組合實驗設計原理，選擇對WG粘度有顯著影響的四個因素:酶濃度(A)、反應溫度(B)、反應時間(C)和pH(D)，進行四因素三水平的響應面分析實驗，以WG粘度值為響應面變量，結果見表3。

通過design expert軟件進行二次響應面回歸分析，得到如下多元二次響應面回歸模型:

Y(kcP)=5.38+0.16A+0.018B+0.067C+0.22D－0.099AB+0.031AC+0.056AD－0.066BC－0.035BD－0.033CD－0.42A2－0.54B2－0.40C2－0.87D2

由表4可知，WG粘度方程的一次項和二次項極其顯著，說明各具體因素對響應值的影響不是單一的一次線性關系，交互作用顯著，因此說明各因素之間的交互作用很好，整個響應面基于各因素間的交互作用構成。另外，實驗失擬項極其不顯著，說明實驗的誤差很小，可信性和準確性很高。

2.3 響應曲面分析

結果見圖5～圖8。

圖5 酶濃度和pH對MTG改性WG粘度影響的響應面圖

圖6 酶濃度和反應溫度

通過design expert軟件分析，由響應曲面和等高線以及回歸方程分析可知，MTG改性WG最佳反應條件為:酶濃度2.21%，反應溫度49.88℃，反應時間1.54h，pH6.63，粘度值為5.42kcP。

2.4 改性WG替代膠基對口香糖感官品質和咀嚼時間的影響

由表5可知，利用改性WG制成口香糖的感官顯著性

評分比改性前提高了 16.8%，咀嚼時間延長了93.5%。但與傳統膠基生產的口香糖相比仍存在一定的差距，如口香糖的顏色為土黃色，經長時間咀嚼后口香糖的粘彈性明顯下降，且有輕微的面味，還需要進一步的深入研究。

表3 WG粘度的響應面實驗設計與結果

表4 各因素方差分析表方差來源 平方和 自由度 均方 F值 P值

表5 幾種口香糖感官評分和咀嚼時間的比較

圖7 反應溫度和反應時間對MTG改性WG粘度影響的響應面圖

圖8 反應時間和pH對MTG改性WG 粘度影響的響應面

3 結論

3.1 通過對六種WG的功能性質及制成口香糖的感官評分及咀嚼時間的比較，選出恒豐產WG為最佳改性原料。

3.2 通過響應面分析，確定MTG改性WG的最佳條件為:酶濃度2.21%，反應溫度49.88℃，反應時間1.54h，pH6.63，改性WG的粘度為5.42kcP，比改性前提高了67.73%。

3.3 利用改性WG替代口香糖膠基做成口香糖的感官評分比改性前提高了16.8%，咀嚼時間延長了93.5%。

［1］楊春梅.小麥面筋蛋白特性及功能［J］.西部糧油科技，2000(11):24－25.

［2］唐傳核，楊曉泉，陳中，等.微生物轉谷氨酰胺酶(MTGase)的蛋白質底物催化特性及其催化機理研究(I)MTGase催化單底物蛋白質的聚合特性［J］.食品科學，2003，24(5):19－24.

［3］張春紅，陳海英，車曉彥.谷氨酰胺轉氨酶改性谷朊粉的研究［J］.食品科學，2006，27(12):102－105.

［4］張鐘，楊梅.蘆薈營養保健口香糖的研制［J］.食品工業科技，2003(2):58－60.

［5］張鐘，董勝春.玉米醇溶蛋白替代口香糖中膠基的應用效果分析［J］.食品工業科技，2002，23(12):19－20.

［6］LiDay，MaryAnn Augustine，R John Pearce，etal.Enhancement of gluten quality combined with reduced lipid content through a new salt－washing process.［J］.Journal of Food Engineering，2009，95:365－372.

Study on response surface optimization of enzyme modified wheat gluten substitute gum－base of chewing gum

ZHANG Chun－hong，XU Jiao，SUN Jing
(College of Food，Shenyang Agriculture University，Shenyang 110161，China)

Transglutaminase(MTG)on wheat gluten(WG)was modified by using modified response surface method optimization of process conditions，and using all the alternative gum modified WG making chewing gum.The results showed that the wheat gluten in the six WG Prudential was most suitable production of chewing gum products.Using response surfacemethodologyWGMTGoptimum conditionsmodifiedasfollows:2.21% enzyme concentration，reaction temperature 49.88℃，reaction time 1.54h，pH of 6.63，the viscosity of modified WG 5.42kcP，increased 67.73%of the former.WG made use of modified gum than the modification of sensory score was increased by 16.8%，chewing time prolonged 93.5%.

gluten;MTG;chewing gum;RSA

TS201.2+5

B

1002－0306(2011)04－0302－04

2010－04－20

張春紅(1968－)，女，博士，副教授，主要從事植物蛋白質、酶工程方面的研究。