β-環糊精脫除蛋黃中膽固醇工藝的優化

呂婷婷，陳有亮

(浙江大學 動物科學學院，浙江 杭州，310058)

β-環糊精脫除蛋黃中膽固醇工藝的優化

呂婷婷，陳有亮*

(浙江大學 動物科學學院，浙江 杭州，310058)

為優化β-環糊精包合法對蛋黃中膽固醇脫除的工藝條件，提高脫除率，選用3因素3水平的二次通用旋轉設計，以稀釋倍數、β-環糊精添加量、混合溫度為影響因素，以膽固醇脫除率為響應值，建立回歸模型。結果表明：各因素對蛋黃膽固醇脫除率的影響大小順序為，β-環糊精添加量﹥稀釋倍數﹥混合溫度。膽固醇脫除的最佳工藝參數為，稀釋2.67倍，β-環糊精添加的質量分數為19.33%，混合溫度48.89 ℃，在此條件下，蛋黃膽固醇脫除率的理論值為89.82%，驗證試驗值為89.01%。

β-環糊精；蛋黃膽固醇；膽固醇脫除；響應面分析

雞蛋具有高營養、易消化吸收、價格低廉等特點，是自然界中不可多得的優質營養源，也是人類最完善的食物之一。但雞蛋黃中膽固醇含量很高，每克雞蛋黃含12.9～14.8 mg膽固醇，按雞蛋黃重19 g計，即每個雞蛋中含膽固醇高達258 mg[1]。長期攝入過量的膽固醇，會引起高膽固醇血癥，進而形成冠狀動脈粥樣硬化性心臟病等所謂的“富貴病”[2]。因而，許多中老年人擔心食用雞蛋會引起血液膽固醇升高，引發心血管等疾病。而雞蛋中富含不飽和脂肪酸、卵磷脂、維生素等營養物質，都對膽固醇代謝有調節作用[3]。SHIN等[4]歷時6～20年以問卷形式跟蹤記錄1 600到90 735個志愿者的日常飲食和疾病發生，最終發現雞蛋攝入與心血管疾病、中風以及心臟疾病等并沒有緊密聯系。專業健康隨訪研究(1986～1994年)以及護士健康研究(1980～1994年)也發現，在男性和女性當中雞蛋攝入與冠心病以及中風沒有顯著聯系[5]。2015年美國農業部新定義的膳食指南以此為依據并綜合分析各方面的研究報道，將雞蛋列為不需要擔心過量食用的營養物質之一[6]。然而也有報道指出，雖然人們不需要對雞蛋膽固醇過度恐慌，但適量的控制攝入量還是很有必要的[7-8]。所以，開發低膽固醇蛋品還是勢在必行。

目前用于食品中膽固醇脫除的方法主要有超臨界萃取法、膽固醇氧化酶法、溶劑抽提法以及β-環糊精包合法等[9]。超臨界萃取法設備一次性投入成本大，運行費用高；膽固醇氧化酶法的膽固醇氧化酶活力不高，抗熱性不強，脫除率低；溶劑抽提法存在有機溶劑的殘留；而β-環糊精包合法成本低，安全性高，脫除效果好。但以往報道的β-環糊精包合法需要經過高倍稀釋、調節pH或加鹽等處理，不僅工藝復雜，而且也不利于蛋液脫膽固醇后的應用。本試驗則簡化β-環糊精包合法脫除雞蛋黃膽固醇的工藝，并采用了響應面法優化工藝參數。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮雞蛋，購于杭州沃尓瑪有限公司；β-環糊精，孟州市華興生物化工有限責任公司；

721N可見分光光度計，上海精密科學儀器有限公司；TG16-WS臺式高速離心機，上海盧湘儀離心機儀器有限公司；JHS-1電子恒速攪拌機，杭州儀表電機有限公司；W201恒溫水浴鍋，上海申生科技有限公司；Sartorius-BS110電子分析天平，北京賽多利斯儀器系統有限公司；WH-861漩渦混合器，南京諾泰施格科學儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 響應面分析試驗設計

根據研究報道，影響β-環糊精包合法脫除蛋黃中膽固醇的因素主要有均質壓力、pH值、稀釋倍數、β-環糊精添加量、混合溫度、攪拌速度、離心速度等[10-12]。根據預實驗結果發現樣品在不經過均質以及調節pH值的情況下也能達到較高的脫除率，這樣既簡化工藝流程、降低工藝成本，又保持了蛋品品質，且攪拌速度以及離心速度對膽固醇脫除效率的影響均不顯著[12]，因此本試驗選取對膽固醇脫除率影響較大的3個因素即稀釋倍數、β-環糊精添加量及混合溫度為考察因素，以膽固醇脫除率為考察指標，采用三元二次通用旋轉試驗設計優化試驗條件，實驗因素水平及編碼見表1。

表1 試驗因素水平表

1.2.2 蛋黃膽固醇的脫除工藝

(1)分蛋：雞蛋打蛋分離出蛋黃，將蛋黃攪拌均勻，于4 ℃下存放備用。(2)稀釋：稱取100 g蛋黃液，分別稀釋到試驗設計的倍數。(3)預熱：將稀釋后的蛋黃液在試驗設計的溫度下，水浴預熱15 min。(4)加β-環糊精：按試驗設計的比例在預熱好的蛋黃液中加入β-環糊精，并同時設置不添加β-環糊精的對照組，分別在試驗設計的溫度下以300 r/min恒溫攪拌10 min。(5)冷卻靜置：將攪拌后的蛋黃液冷卻至4 ℃，靜置1 h。(6)離心與分離：將冷卻后的蛋黃液以4 000 r/min離心10 min，所得上清液即為低膽固醇蛋黃液。

1.2.3 膽固醇的測定方法

采用直接皂化比色法測定蛋黃中膽固醇含量[13]，并作適當調整。

1.2.4 數據處理

采用SAS軟件對試驗結果進行數據處理與分析[14]。

2 結果與分析

2.1 二次通用旋轉設計的試驗結果

采用三元二次通用旋轉試驗設計實施試驗，研究各因素對蛋黃膽固醇脫除率的影響，并優化各工藝參數，試驗結果見表2。

表2 試驗結果分析表

續表2

試驗號稀釋倍數β?環糊精添加量/%溫度/℃脫除率/%531645849963165583027320459023832055893191661850698410334185078071125146450686812252136508557132518415987401425185841883615251850843216251850884617251850881418251850908119251850911720251845508744

2.2 模型的建立與響應面分析

對表2結果進行回歸分析，擬合的膽固醇脫除率(Y)對稀釋倍數(X1)、β-環糊精添加量(X2)及混合溫度(X3)的二次回歸數學模型為：

為了驗證模型的有效性和各因素對蛋黃膽固醇脫除率影響的大小程度，對方程和各回歸因子進行統計檢驗，檢驗結果見表3。

表3 二次回歸方程、偏回歸系數顯著性檢驗的方差分析

注:F0.05(5，5)=5.05；F0.01(9，10)=4.94。

回歸模型中失擬檢驗F1=3.55F0.01(9，10)=4.94，檢驗極顯著，說明該回歸方程和實際情況擬合良好，正確反映了稀釋倍數、β-環糊精添加量及混合溫度與蛋黃膽固醇脫除率之間的關系，同時決定系數R2=0.829 5，說明蛋黃膽固醇脫除率與各因素之間相關度較高，該模型擬合程度較好。因此，該回歸方程可以正確地描述響應值與各因素之間的真實關系，從而確定最佳的工藝參數。

2.3 單因子及交互效應分析

2.3.1 單因子效應分析

根據表3中各因子P值的大小可知，3個因素對蛋黃膽固醇脫除率的影響順序依次為，β-環糊精添加量>稀釋倍數>混合溫度。為了更好地分析單因子效應，采用降維分析方法，即將其他因子固定在0水平，得到單因子效應方程，從而描述當其他因子不變的情況下，該因子變動對膽固醇脫除率的影響。單因子效應曲線圖見圖1。

圖1 單因子效應曲線Fig.1 The effect curve of Single factors

由圖1可知，隨著稀釋倍數的不斷增大，膽固醇脫除率在-1.0～1.0整個編碼區內先增大后減小，這是由于加水稀釋蛋黃可以促進蛋黃體系的分散[15]，從而保證β-環糊精與蛋黃中的膽固醇充分接觸形成膽固醇與β-環糊精復合物提高脫除率，當稀釋倍數達到2.67左右時，膽固醇脫除率達到最高值，隨著稀釋倍數的增加，脫除率反而降低，這可能是由于過高的稀釋倍數會使得膽固醇與β-環糊精復合物不穩定從而導致膽固醇脫除率下降；隨著β-環糊精添加量逐漸增多，蛋黃膽固醇脫除率在-1.0～1.0整個編碼區內先增大，在β-環糊精添加量為19.33%左右達到最大值，隨后逐漸減小，這是由于添加過多的β-環糊精會使其發生分子內競爭，從而降低包埋率；混合溫度對膽固醇脫除率的影響不顯著，總體上呈現出隨著溫度的升高，膽固醇脫除率增大，這可能是由于高溫可以促進分子間運動，從而增大膽固醇與β-環糊精分子接觸機會，提高包埋率，但是過高的溫度會破壞蛋黃蛋白質的理化性質，影響產品品質，因此采用較低的溫度。溫度與膽固醇脫除率之間的關系機理尚不明確有待未來研究[16]。

2.3.2 雙因子交互效應分析

由表3可知，各因子之間對膽固醇脫除率的交互作用均不顯著(P>0.05)，因此不進行討論。

2.4 最佳脫除工藝及驗證

根據上述回歸方程求得Y的極值，膽固醇脫除的最佳工藝條件為：稀釋2.67倍，添加19.33%的β-環糊精，在48.89 ℃下混合10 min，在此條件下膽固醇脫除率的理論值為89.82%。在最佳試驗條件下進行驗證試驗，膽固醇脫除率為89.01%，與理論值相近，進而驗證了回歸模型的準確性。

3 討論

據報道，在脫除或降低食品中膽固醇的方法中，β-環糊精包合法是一種快捷有效的方法。曹勁松等[17]研究發現，β-環糊精包合法脫除膽固醇效率較高，在合理的工藝條件下蛋黃膽固醇脫除率可達90%以上，但原料蛋黃液需先調節pH值或加鹽處理；王勤[15]、潘風光[12]等用β-環糊精包合法脫除蛋黃膽固醇也得到了較高的脫除率(85%)，但工藝流程中也包括了加鹽或均質；陳汝財等[10]在雞蛋蛋黃膽固醇的脫除過程中未經過低壓均質，脫除率達到92.23%，但蛋黃液需要調節到較高的pH值(10.5)；范國枝等[18]采用殼聚糖固載β-環糊精脫除蛋黃膽固醇，原料未經均質或調節pH，脫除率可達90.8%，但蛋黃液需稀釋25倍，稀釋倍數極高；KWAK[19-20]等用交聯β-環糊精可脫除奶酪等乳制品中90%以上的膽固醇，但交聯劑大多有劇毒。其他β-環糊精包合法脫除蛋黃膽固醇的報道，也都需要將原料蛋黃液進行高倍稀釋、調節pH值或加鹽等處理。這樣處理后獲得的脫膽固醇蛋黃液中，較原蛋黃液增加大量水分、鹽分和堿，后續利用又需先經過濃縮，電滲透處理，來進行脫水和脫鹽，使工藝復雜，增加處理費用。而調pH值加的堿，易使蛋黃蛋白質變性，降低產品品質和功能特性，給脫膽固醇蛋黃液的后續蛋制品開發帶來困難。

本試驗采用β-環糊精包埋法脫除蛋黃膽固醇，并以響應面法優化脫除工藝，建立膽固醇脫除的回歸模型，以此確定最佳工藝條件，并進行3次重復驗證，得到膽固醇脫除率為89.01%，不僅膽固醇脫除率較高，而且工藝流程簡單，不需要經過均質、調節pH值或加鹽，且稀釋倍數較低。這樣處理后獲得的脫膽固醇蛋黃液中，較原蛋黃液僅增加水分，沒增加鹽分和堿，后續利用只需適當濃縮脫水就行，而且能保持蛋黃液的原品質和功能特性，使脫膽固醇蛋黃液的后續蛋制品開發較為方便。

4結論

β-環糊精包合法脫除蛋黃中膽固醇，原料蛋黃液無需進行均質、調節pH值或加鹽的預處理，也可達到較理想的膽固醇脫除率。β-環糊精添加量對膽固醇脫除率的影響最為顯著，其次是稀釋倍數，最后是混合溫度。最佳工藝條件：稀釋2.67倍、添加19.33%β-環糊精，混合溫度48.89 ℃，在此條件下，膽固醇脫除率可達89.01%。

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The optimization of cholesterol reduction from egg yolk using β-cyclodextrin

LYU Ting-ting, CHEN You-liang*

(College of Animal Sciences Zhejiang University，Hangzhou 310058，China)

Beta cyclodextrin was used to remove cholesterol in egg yolk. To increase removal rate , the technology was optimized by quadratic general rotary design．Dilute ratio、the amount of beta cyclodextrin and mixing temperature were chosen as the main factors and cholesterol removal was chosen as the response value to establish a regression model．The results showed that the influence of the amount of beta cyclodextrin added into the egg yolk was stronger than the dilution ratio and mixing time．The optimal conditions were obtained as follows:dilution ratio 2.67，the mass fraction of beta cyclodextrin 19.33%，mixing temperature 48.89 ℃. Under these conditions，the theoretical value of cholesterol removal rate was 89.82%，and the test value was 89.01%．The study provides a reference for the process of low cholesterol egg products.

beta cyclodextrin；cholesterol in egg yolk；cholesterol removal；quadratic general rotary design

10.13995/j.cnki.11-1802/ts.201612020

碩士研究生(陳有亮副教授為通訊作者，E-mail：ylchen@zju.edu.cn)。

浙江省重大科技專項重點農業項目(2012C2016)

2016-04-05，改回日期：2016-06-21