Plackett Burman试验设计联用Box Behnken响应面法优化脂肪替代物的制备.docx

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1、Plackett-Burman试验设计联用Box-Behnken响应面法优化脂肪替代物的制备由甘油和脂肪酸组成的脂肪，以三酰甘油酯的形式广泛存在于各类食品中，能承载脂溶性维生素,是人类膳食组成中重要的营养及供能物质。在食品工业中，脂肪的添加能够使食品口感细腻润滑、风味独特并形成特定的组织状态。在常温下，动物脂肪常以固态微颗粒状态存在，其在肉制品加工中的作用尤为重要。在肉制品加工中如何在降低脂肪含量的同时，又能维持成品良好的感官品质，成为从业者迫切需要解决的问题。为了满足消费者的需求，适用于各类不同产品的脂肪替代物的开发及应用成为近年来的研究热点。肉类制品中的动物脂肪替代物多以碳水化合物、蛋白质

2、和植物油脂为基质，通过使用物理、化学的方法进行改性，添加到产品中以期模拟脂肪的部分或全部特性，使产品达到“降脂不降质”的目的。从业者需要找到具有更好物理化学性质的脂肪替代品模拟肉制品中的固体动物脂肪。通过优化筛选魔芋精粉、卡拉胶、大豆分离蛋白、乳清蛋白、明胶、水、碳酸钠以及植物油等物质的用量，在碱性环境中复配为热不可逆凝胶块模拟动物块状脂肪，并将其与猪背脂肪进行对比，以期其在肉制品中能作为固体动物脂肪的替代物而广泛应用。1复配凝胶Plackett-Burman试验设计结果由于复配凝胶作为块状脂肪的替代物，需要尽可能模拟脂肪的主要物理性能。因此，本研究选取硬度、感官弹性和咀嚼性等响应值来察复配凝

3、胶与脂肪质构的差异；选取白度值为响应值考察复配凝胶与脂肪的色泽差异；选取在烘烤条件下的收缩率和质量损失率考察复配凝胶与脂肪保水性能的差异。通过Plackett-Burman试验，筛选出复配凝胶的各组分中对于影响其作为脂肪替代物的整体性能的关键因素。结果显示，本研究中的所有试验模型都差异显著（P0.05）,表明每个模型的拟合度和可靠性都很高，适合于研究各组分因素对于响应值的影响程度。其中X2（卡拉胶添加量）、X4（乳清蛋白添加量）、X7（水添加量）和X8（碳酸钠添加量）4个因素分别对各响应值都存在显著影响（P0.05）因此选取以上4个因素为主要影响因素，在下一步的试验设计中继续考察其最优的水平范

4、围。对其余无显著影响的因素，根据单因素试验结果及正负效应，确定复配凝胶中各组分的添加量为魔芋精粉6g、明胶1.5g、大豆分离蛋白Ig和植物油20m1.。2复配凝胶最陡爬坡试验设计结果结果显示，随着水、乳清蛋白、碳酸钠和卡拉胶等各组分添加量的增加，复配凝胶的感官弹性、咀嚼性、白度值均呈现出先升高后降低的趋势，硬度呈现逐渐下降的趋势，而收缩率和质量损失率呈现出先降后升的趋势。结果显示，猪背脂肪的质构指标和色泽指标均大于复配凝胶的表现，而保水性指标小于复配凝胶的表现，因此，当复配凝胶中各组分添加量分别为水270m1.、乳清蛋白1.25g、碳酸钠1.67g和卡拉胶1.25g时，其各项指标评分均与对照组

5、的猪背脂肪最为接近，说明该试验组接近各组分的最佳响应区间。因此，以该试验组为下一步响应面的中心试验点，进行响应面试验。3复配凝胶Box-Behnken响应面试验设计结果结果显示，各个模型的P值均小于0.01,表示模型对响应值有极显著影响，且失拟项P值均大于0.05（即不显著），它表明每个模型都具有高度的拟合度，并且试验误差很小，模型能够准确描述各因素与响应值之间的真实关系，即可以用各模型分别对复配凝胶的各项性能进行分析和预判。在响应面分析中，回归模型的确定系数越高，即所选因素对响应值变化的影响越大。本试验中，各模型的确定系数R2均大于0.92,校正确定系数R2Adj均大于0.85,说明各模型中

6、所选因素对于响应值的变化影响较高，仅有较少量的变化不能使用模型进行解释。本试验中，各模型的信噪比均大于4,也说明各模型设计合理，可信度较高。综合以上分析，在本试验中各个模型的置信度较高，能较好拟合响应值与所选自变量的关系。结果显示，A、C和AD3个因素对各回归模型影响均显著(Pv0.05);B对除以硬度为响应值外的其余回归模型影响均显著(P0.05);D对除以硬度和质量损失率为响应值外的其余回归模型影响均显著(P0.05);AC对除以咀嚼性为响应值外的其余回归模型影响均显著(Pv0.05);BD仅对以质量损失率为响应值的回归模型影响显著(P0.05）.而替代组的脂肪含量相对于空白对照组降低了5

7、0%,说明通过前期实验结果制备的作为脂肪替代物的复配凝胶，能在肉制品中较好地模拟动物脂肪的各项性能，通过将其添加到产品中能真正达到“降脂不降质”的目的。结论本研究通过Plackett-Burman设计，最陡爬坡试验和Box-Behnken响应面法对作为脂肪替代物的复配凝胶的配方进行优化设计，研究魔芋精粉、卡拉胶、大豆分离蛋白、乳清蛋白、明胶、植物油、水以及碳酸钠的添加量8个因素，对复配凝胶的质构性能、色泽性能和保水性能的影响。首先，通过Plackett-Burman试验，筛选出配方中的卡拉胶、乳清蛋白、水和碳酸钠的添加量为4个关键因素,它们对复配凝胶的各项品质指标均有显著性影响，然后通过最陡爬

8、坡试验和Box-Behnken响应面试验建立了这4种物料的添加量与各响应值之间的回归模型。通过软件优化得到复配凝胶配方中各物料之间的质量比例为，卡拉胶-乳清蛋白-水-碳酸钠魔芋精粉-明胶-大豆分离蛋白-植物油=1.19：1:254.52：2：6：1.5：1：18.4o经验证实验，得知按此配方制得的复配凝胶作为脂肪替代物加入到中式香肠中，在保证产品感官品质不降低的前提下，极大降低了中式香肠的脂肪含量。综上所述，通过本研究制得的复配凝胶能较好的模拟动物脂肪的各项物理性能，且能良好运用于中式肉制品的实际生产中，为低脂肉制品的开发提供了一定的理论参考价值。本研究中，针对作为脂肪替代物的复配凝胶的配方由

9、于存在因素较多的情况，故而先采用Plackett-Burman试验设计，根据各因素对于复配凝胶的物性影响大小进行重要性筛选，找出主要作用因素；再使用最陡爬坡试验和Box-Behnken响应面法，找出这些主要作用因素在复配凝胶配方中的最适添加量，进而确定出制作复配凝胶的最优配方。通过以上3步试验设计内容，可使用较少的试验量在众多因素中快速寻找到最优配方。本研究中的实验设计是通过使用先“定性”即因素重要性，后“定量”即因素添加量的研究方法，后期验证实验表明本设计可靠、实验方法科学合理，且按照最优配方制作的复配凝胶在中式香肠中亦能较好替代猪背脂肪。附脂肪替代品在烘焙行业中的研究进展近几年,烘焙食品深

10、受人们欢迎，不仅美味，还可为我们提供膳食纤维和其他营养物质烘焙行业快速发展。但据世界卫生组织统计2014年全世界有约39%的人口超重约13%的人口肥胖，且肥胖率逐年上升健康问题日益突出，低脂的健康饮食成为潮流然而大多数传统烘焙食品具有高油、高糖、高卡路里易肥胖等特点，并不属于健康饮食。无法满足人们对健康的需求，是现如今烘焙行业面临的主要问题之一。故低脂的健康烘焙将成为烘焙行业发展的大趋势之一但烘焙食品中的脂肪在食品的质地和口感方面具有一定作用，若简单地去除会对食物的品质造成严重影响，从而降低消费者对食物的可接受度。因此，脂肪替代品的开发与研究刻不容缓，目前已有部分学者对脂肪替代品进行了大量研究本文将从脂肪在烘焙产品中的作用、脂肪替代品的分类及其应用这几方面进行分析总结。一、脂肪在烘焙产品中的作用脂肪是由甘油和脂肪酸组成的三酰甘油酯，在面包、蛋糕和