響應面法優化冷凍雞血豆腐的制備工藝

王 哲，王靈娟，楊 靜，馬晶晶,3，楊 彪，秦曉娟，王道營,3，鄒 燁,3,*，徐為民,3,*

（1.江蘇大學食品與生物工程學院，江蘇鎮江 212013；2.江蘇省農業科學院農產品加工研究所，江蘇南京 210014；3.農業農村部農產品冷鏈物流技術重點實驗室，江蘇南京 210014；4.南京欽潤生物科技有限公司，江蘇南京 210014）

2022 年，我國肉雞產量延續了多年以來的增長趨勢，年出欄超過131.96 億，據國家統計局數據顯示，2022 年我國肉雞產量為1430 萬噸[1]。雞血是肉雞屠宰及加工過程中重要的副產物之一，雞血占整雞體重約6%[2]。以此推算，我國每年家禽屠宰產生的雞血資源達上百萬噸[2]。雞血液脂肪含量較低，蛋白質含量高達17%～21%[3]，雞血中還富含多種礦物質、氨基酸、維生素及血紅素鐵等活性物質[4]。但目前雞血資源的產業化利用程度較低，精加工技術落后，附加值不高，可供人類食用的雞血類產品不多。常見的相關產品是將雞血制作成血豆腐，雞血豆腐的雞血與水的比例為1:2.5。血豆腐因其質地嫩滑、老少皆宜、口感細膩被許多消費者青睞，是理想的補血佳品。特別在我國華南、華東、西南和中部地區對血豆腐的需求較高。但市場上接收程度較高的仍為鴨血，通過改良制備工藝，將雞血加工成與鴨血豆腐口感，保水性相差無幾的雞血豆腐，是合理利用雞血資源的有效途徑。

將雞血豆腐制備成預制菜是符合當下趨勢。目前，預制菜以現代標準化通過中央廚房集中生產，科學包裝并采用急速冷凍技術（-18 ℃）保存，以及時保障菜品的新鮮度和原味[5]。據統計，2022 年我國預制菜肴市場規模達3468 億元，預計未來3～5 年將超萬億元[6]。市面常見的預制菜血豆腐產品經冷凍貯藏后，其口感及品質嚴重下降。因此，大力發展冷凍雞血豆腐產品可填補市場空缺并且創造更大的經濟價值[7]。

為改善食品的冷凍特性，防止其在冷凍加工、貯藏過程中發生品質變化，添加抗凍劑被認為是一種較有效的方法，在近些年愈發受到研究者的關注。如潘曉煬[8]在冷凍南極磷蝦蝦肉添加海藻糖等抗凍劑，達到了降低蝦肉糜的汁液損失率，保持解凍后蝦肉糜的質構和色澤，延緩肌原纖維蛋白含量和總巰基含量的下降，抑制蛋白質的冷凍變性的效果。高坦等[9]在冷凍面團面包中添加硬脂酰乳酸鈉等抗凍劑后冷凍面團的硬度降低，感官效果增強。但冷凍雞血豆腐的制備工藝目前還未見研究報道。因此，本文結合食品抗凍劑的作用機理和雞血豆腐的特點，研發高品質冷凍雞血豆腐產品，以期為冷凍雞血豆腐在預制菜生產中的應用和推廣提供技術支持，也為肉雞副產物的高值化利用提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

黃羽雞血 購于江蘇立華牧業股份有限公司；檸檬酸三鈉、無水氯化鈣 均為分析純，國藥集團化學試劑有限公司；瓜爾豆膠、阿拉伯膠、魔芋膠 均為食品級，河南萬邦實業有限公司。

MesoMR23-060H-1 低場核磁共振分析儀 北京浩海云通科技發展有限公司；PTX-FA210S 電子天平 賽多利斯工業稱重設備（北京）有限公司；Direct-Q3uv 超純水機 深圳市萊克智能精密儀器有限公司；HH-4 數顯恒溫水浴鍋 鄭州長城科工貿有限公司；BCD-420WP9CX 冰箱 長虹美菱股份有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 冷凍雞血豆腐制備工藝 現殺黃羽雞雞血→加入抗凝劑→加入純水血水比1：2.5→加入復配膠→加入抗凍劑→加入無水CaCl2溶液→密封水浴加熱→冷卻后冷凍→解凍。

具體操作：在現接雞血中加入抗凝劑（檸檬酸0.48 g、檸檬酸三鈉1.32 g、葡萄糖1.47 g 加水至100 mL）溶液后于室溫下攪拌30 s，取50 mL 雞血與復配食用膠（瓜爾豆膠與魔芋膠1:1）的混合液，添加冷凍改良劑（木薯變性淀粉、硬脂酰乳酸鈉、海藻酸鉀），添加純水與血液比例為2.5:1，最后滴加1 mL 1%無水CaCl2與混合液于室溫下攪拌30 s；控制凝血時間12 min，然后將樣品置于水浴鍋中加熱，制成雞血豆腐，室溫下冷卻后放入-20 ℃冷庫保存，測量指標前需要先放置于4 ℃冷藏室中12 h。

1.2.2 單因素實驗 稱取3 g 按照 1.2.1 的方法解凍的雞血豆腐進行低場核磁測定，測試條件及參數參考Peng 等[10]的方法并加以修改：測量溫度25 ℃，質子共振頻率22.6 MHz。將直徑15 mm 的核磁管中放入雞血豆腐，然后進行LF-NMR 測定。使用參數為：使用25 mm 的線圈，r 值200 μs，Tw 值6000，NECH：18000，TE：0.30，NS：16，反演迭代次數100000，取得雞血凝膠自旋馳像時間T2，用CMPG 序列進行測量，每組3 次。分析木薯變性淀粉濃度、硬脂酰乳酸鈉濃度和海藻酸鉀濃度對冷凍雞血豆腐低場核磁不易流動水峰面積的影響。木薯變性淀粉濃度：1%、1.5%、2%、2.5%、3%；硬脂酰乳酸鈉濃度：0.1%、0.25%、0.5%、0.75%、1%；海藻酸鉀濃度：0.05%、0.075%、0.1%、0.125%、0.15%。

1.2.3 響應面優化試驗 在單因素實驗基礎上，采用Box-Behnken 試驗設計對冷凍雞血豆腐低場核磁共振優化工藝進行三個因素三個水平的響應面優化，以低場核磁不易流動水峰面積為響應值，試驗設計表如表1。

表1 響應面試驗因素水平表Table 1 Level of factors in response surface experimental

1.2.4 不同抗凍改良劑濃度冷凍雞血豆腐的制備稱取500 mL 的雞血于塑料盒中，用響應面優化的最佳條件添加抗凍改良劑其他操作步驟同1.2.1 制成冷凍雞血豆腐。

1.2.5 析水率的測定 析水率的測定參考黃曉霞等[11]的方法，并稍作修改，用未添加抗凍改良劑的冷凍雞血豆腐為樣品空白。精確稱取5 g 在 4 ℃環境下解凍12 h 后的冷凍雞血豆腐放入塑料平皿。取出用濾紙吸收雞血豆腐表面水分后稱取剩余雞血豆腐的重量。要求每種樣品的吸收時間相同且不能過力按壓，根據公式（1）來計算失水率，每種樣品采樣3 次，取其平均值。

式中：m1為雞血豆腐的原始質量（g），m2為析水過后雞血豆腐的質量（g）。

1.2.6 色澤的測定 參考王鑫[7]的方法，并稍作修改，用未添加抗凍改良劑的冷凍雞血豆腐為樣品空白。將冷凍雞血豆腐切成長、寬、厚為4 cm×4 cm×1 cm 的雞血豆腐片，使用色差計測定冷凍雞血豆腐切面的顏色。L*表示亮度值、a*表示紅度值、b*表示黃度值。每種樣品采樣3 次，取其平均值。

1.2.7 凝膠質構的測定 凝膠質構的測定根據周緒霞等[12]的方法，稍作修改。采用TVT300XP 質構儀設置為TPA 模式。檢測4 ℃環境下解凍12 h 后的冷凍雞血豆腐的凝膠質構特性，用未添加抗凍改良劑的冷凍雞血豆腐為樣品空白。測試參數：P36R 探頭，測試前、測試中及測試后速度均為1 mm/s，起始力5 g，形變量50%，結束測試。所有樣品測試3 次平行，取其平均值。

1.3 數據處理

所有的實驗重復三次，結果表示為平均值±標準差。采用SPSS 24.0 軟件（IBM 公司）進行數據統計通過方差分析和Scheffe Test 檢驗（P<0.05）確定抗凍改良劑含量和冷凍雞血豆腐低場核磁不易流動水峰面積的差異性。

2 結果與分析

2.1 抗凍劑對冷凍雞血豆腐低場核磁水分遷移的影響

2.1.1 木薯變性淀粉處理對冷凍雞血豆腐低場核磁水分遷移的影響 在冷凍食品中添加適量的木薯變性淀粉，有降低產品的失水率、提高產品色澤、延長冷凍保質期的作用[13]。圖1 為木薯變性淀粉對冷凍雞血豆腐低場核磁水分遷移的變化情況。冷凍雞血豆腐低場核磁T2弛豫時間分布四個峰，從左往右的峰分別代表蛋白質結合水（T2b）、乳化層水（T2b-1）、不易流動水（T21）、自由水（T22）[14]。由圖1 可見，T21為主峰代表不易流動水，添加木薯變性淀粉濃度為1.5%、2.5%、3%時到達峰頂點的弛豫時間相同，比添加木薯變性淀粉濃度為1%，2%時到達峰頂點的時間提前了165.68 ms，說明在儲藏過程中結合水與大分子物質之間作用力的強度不同。根據儀器的分析原理，T2坐標左移，說明對應的水分流動性減弱，結合性增強[15]。影響雞血蛋白凝膠持水性的水大部分是不易流動水，木薯變性淀粉濃度為1.5%、2.5%、3%時的不易流動水含量相近，皆有較好的保水效果。結合伍夢婷等[16]的研究可知隨著木薯變性淀粉添加量的增加，體系游離水分會逐漸減少，但凝膠會逐漸呈現過硬過韌的現象，從而導致產品的彈性下降。因此，在保證不易流動水相同時，添加較低濃度的木薯變性可對凝膠彈性的提升起到正面作用[17]，故本研究中，木薯變性淀粉濃度在1.5%～2.0%效果較好。

圖1 不同木薯變性淀粉濃度對冷凍雞血豆腐水分遷移的影響Fig.1 Effects of different cassava modified starch contents on water migration of frozen chicken blood tofu

2.1.2 硬脂酰乳酸鈉處理對冷凍雞血豆腐低場核磁水分遷移的影響 硬脂酰乳酸鈉對冷凍雞血豆腐低場核磁水分遷移的影響情況見圖2。由圖2 可知，5 組雞血豆腐的T2弛豫時間分布峰形基本一致，且5 組雞血豆腐結合水均占比90%以上，相較于硬脂酰乳酸鈉濃度為0.1%組，其余各組雞血豆腐的T2弛豫時間有左移趨勢，且硬脂酰乳酸鈉濃度為0.25%組左移趨勢最明顯，根據儀器的分析原理，T2坐標左移，說明對應的水分流動性減弱，結合性增強。蛋白凝膠的持水性是樣品吸引結合水而保持[18]，故決定雞血凝膠的是不易流動水。鈉鹽在食品中添加會提高滲透壓降低自由水比例[19]，張娜等[20]的研究發現，將0.3%的硬脂酰乳酸鈉添加到冷凍面團中能夠極大程度地增強冷凍面團的彈性和韌性[21]。吳酉芝等[22]利用低場核磁共振分析儀研究了硬脂酰乳酸鈉對冷凍面團中水分分布的影響，結果顯示硬脂酰乳酸鈉可有效增加深層結合水的含量，當硬脂酰乳酸鈉濃度為0.2%時，深層結合水的比例從19.29%分別提高到23.86%，而當硬脂酰乳酸鈉濃度過高和過低時不易流動水含量反而下降，故添加硬脂酰乳酸鈉要在保障不易流動水的含量的同時要適量添加。結合本實驗結果，在優化制備冷凍雞血豆腐研究中，選擇添加硬脂酰乳酸鈉濃度為0.25%較好。

圖2 不同硬脂酰乳酸鈉濃度對冷凍雞血豆腐低場核磁水分遷移的影響Fig.2 Effects of different sodium stearyl lactate contents on magnetic water migration in cold chicken blood tofu

2.1.3 海藻酸鉀處理對冷凍雞血豆腐低場核磁水分遷移的影響 海藻酸鉀常用于改善肉制品的質構特性和冷凍保鮮營養品質，能夠改善肉制品的凍融穩定性[23]，延緩凍藏過程中溫度波動和低溫條件對雞血豆腐品質的影響。圖3 為海藻酸鉀對冷凍雞血豆腐低場核磁水分遷移的變化情況。由圖3 可見，T21峰中，海藻酸鉀濃度為0.125%到達峰頂點的時間提前于0.05%、0.075%、0.1%、0.15%濃度的海藻酸鉀，T2左移代表著自由水向不易流動水移動。劉倩等[24]研究發現這可能是因為海藻酸鉀能與金屬離子絡合形成鹽類化合物，增加了保水性，有效減少自由水和大冰晶的形成。試驗結果還顯示，隨著海藻酸鉀濃度的增高，冷凍雞血豆腐出現保水率上下波動甚至下降的情況，可能是因為雞血中鈣離子數量有限，限制了海藻酸鉀與鈣離子的絡合的結合[25]，說明海藻酸鉀濃度不宜過大。圖3 中0.1%、0.125%、0.15%濃度的海藻酸鉀T22峰面積小于0.05%和0.075%說明不易流動水向自由流動水轉移少，不易流動水含量高。故結合本次實驗結果，0.1%濃度的海藻酸鉀效果較好。

圖3 不同海藻酸鉀濃度對冷凍雞血豆腐低場核磁共振性質的影響Fig.3 Effect of different potassium alginate contents on lowfield NMR properties of frozen chicken blood tofu

2.2 抗凍改良劑影響冷凍雞血豆腐水分遷移的響應面優化工藝

2.2.1 模型擬合與數據分析 為進一步優化3 個單因素的冷凍雞血豆腐優化工藝，選用響應面設計進行了17 組實驗，其實驗結果見表2，方差分析見表3。采用Design experts version 軟件對表2 的數據進行了響應面回歸擬合分析，得到的回歸方程如下：

表2 BBD 設計和低場核磁的試驗及預測結果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模型值為44.2，且P<0.0001，表明模型合理；水分遷移的失擬項P=0.6853>0.05，表明失擬不顯著。回歸模型決定系數R2=0.9827，表明該回歸模型與實際情況擬合程度較好；R2adj=0.9605，表明該回歸模型能反映96.05%響應值的變化；C.V.=2.73%，說明該回歸模型可靠，可用于預測冷凍雞血豆腐水分遷移的實驗結果。另外，該回歸模型中的一次項B 和C 對冷凍雞血豆腐不易流動水峰面積影響極顯著，交互項AB、AC、BC 對冷凍雞血豆腐不易流動水峰面積影響顯著。

2.2.2 響應面結果分析 等高線與曲面圖能反應因素之間的交互作用，圖形表現的越陡峭表明兩者之間的交互作用越顯著[26]。A（硬脂酰乳酸鈉）、B（木薯變性淀粉）、C（海藻酸鉀）3 個因素之間交互作用的響應面見圖4。由圖4 可知，圖4a 曲面坡度較平緩，等高線趨于圓形，而由圖4b 和圖4c 可知，響應面的曲面坡度較陡，說明AB 之間和BC 之間的交互作用比AC 之間的交互作用強。

圖4 硬脂酰乳酸鈉、木薯變性淀粉及海藻酸鉀交互作用對冷凍雞血豆腐低場核磁自由水峰面積影響的響應面曲面圖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 模型驗證

在經過 Design experts version 軟件計算得到響應面優化制備冷凍雞血豆腐的最佳工藝：硬脂酰乳酸鈉濃度0.1%，木薯變性淀粉濃度2%，海藻酸鉀濃度0.1%；與單因素實驗結果相似，可能是由于三種抗凍劑之間相互作用。在此優化條件下得到的不易流動水峰面積為2143±13，說明雞血豆腐中含有的不易流動水含量較多，與理論預測值2140 很接近，因此該響應面優化模型得到的冷凍雞血豆腐優化工藝條件準確且有效。

2.4 優化的冷凍雞血豆腐的失水率

失水率是評價血豆腐品質的重要指標之一，直接影響著血豆腐的香氣、滋味和多汁性、嫩度以及顏色等食用品質。如圖5 可知，CK1、CK2、CK3（空白組）的失水率明顯高于M1、M2、M3（優化組）。由于木薯變性淀粉與雞血蛋白可相互滲透，改變雞血蛋白凝膠中的化學作用力，減少凝膠中離子鍵的含量，增加疏水相互作用、二硫鍵、氫鍵和非二硫鍵共價鍵含量[27]。海藻酸鉀和硬脂酰乳酸鈉可抑制冷凍雞血豆腐的冰晶增長，與鈣離子絡合形成鹽類化合物，加強冷凍雞血豆腐的結構強度和持水性[28]。這些改變有利于穩定雞血蛋白凝膠的網絡結構，提高了冷凍雞血豆腐的保水能力，降低失水率。

圖5 優化處理對冷凍雞血豆腐失水率的對比Fig.5 Comparison of water loss rate of frozen chicken blood beancurd under optimal treatment

2.5 冷凍雞血豆腐的色澤

色澤是影響消費者購買、食用血豆腐以及辨別血豆腐優劣的重要指標。表4 為優化處理對冷凍雞血豆腐色澤的影響結果。由表4 可知優化處理能夠顯著影響冷凍雞血豆腐的色澤，添加抗凍改良劑的冷凍雞血豆腐的L*值和b*值明顯提高（P<0.05），而a*值下降，這主要因為在冷凍條件下硬脂酰乳酸鈉和海藻酸鉀對凝膠網絡的促進作用，能結合更多水分，且對血紅蛋白有保護作用并且對于雞血細胞壁的破裂程度以及冰晶生成有抑制作用[14]，木薯變性淀粉可提高保水性[7]從而呈現更好的色澤。所以添加適當抗凍改良劑可改善冷凍雞血豆腐的色澤，提高消費者對冷凍雞血豆腐的購買力。

表4 優化處理對冷凍雞血豆腐色澤的影響Table 4 Effect of optimized treatment on color of frozen chicken blood tofu

2.6 冷凍雞血豆腐的質構

食物的口感和嫩度與其質構有著緊密聯系，質構的常用指標包括硬度、粘聚性、咀嚼性、彈性和凝膠性等。表5 為優化處理對雞血豆腐質構的影響結果。由表5 可知，優化處理對冷凍雞血豆腐的質構指標具有顯著影響（P<0.05），硬度的優化組數值是35.04 為空白組數值2.69 的17 倍，極大提升了雞血豆腐解凍后的成型與口感。優化組咀嚼性數值66.01為空白組數值3.69 的21 倍等。質構指標與血液組織的破壁程度、凝膠性和保水性具有相關性，也與蛋白質的變性程度有一定關系，添加適當的抗凍改良劑可以改善其結構特性[29]。優化處理提高了雞血的穩定性，促進了雞血凝膠質構。凝膠性，咀嚼性和粘聚性反映了樣品在抵抗損壞、保持自身完整性的能力，也可以反映出樣品內部分子間或各結構要素間結合作用的強弱。海藻酸鉀和硬脂酰乳酸鈉可抑制冷凍雞血豆腐中冰晶的增長防止細胞膜破損[30]，促進蛋白凝膠網絡結構形成，木薯變性淀粉提高了冷凍雞血豆腐的保水效果，更好的鎖住水分，能夠隨時間的延長更好的維持冷凍雞血豆腐原本的狀態，有利于在加工過程保持其完整性。根據質構指標綜合來看，該優化工藝可以改善冷凍雞血豆腐的質構特性。

表5 優化處理對冷凍雞血豆腐質構的影響Table 5 Effect of optimized treatment on texture of frozen chicken blood tofu

3 結論

本研究得到了優化冷凍雞血豆腐的制備工藝，并對優化后冷凍雞血豆腐的失水率、色澤、質構進行了研究。經過實驗和模型驗證冷凍雞血豆腐優化工藝為：硬脂酰乳酸鈉0.1%、木薯變性淀粉2%、海藻酸鉀0.1%。與單因素實驗結果相符，優化工藝可明顯降低冷凍雞血豆腐的失水率，改善血豆腐的亮度和黃度和增強血豆腐的質構特性，表明該工藝可用于制備優質冷凍雞血豆腐，為預制菜冷鏈保存運輸提供血豆腐原料。綜上所述，本研究可作為預制菜中冷凍血豆腐食品開發提供科學依據，為肉雞副產物綜合利用與高附加值開發提供理論基礎。

? The Author(s) 2024.This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/).