皮蛋蛋白質(zhì)凝膠形成及其調(diào)控的研究進展

羅序英，趙 燕，* ，涂勇剛，王俊杰，李建科，楊有仙，鄧文輝

(1.南昌大學食品科學與技術(shù)國家重點實驗室，江西南昌330047;2.南昌大學生物質(zhì)轉(zhuǎn)化教育部工程研究中心，江西南昌330047;3.江西農(nóng)業(yè)大學食品科學與工程學院，江西南昌330045)

蛋白質(zhì)凝膠作用是指適度變性的蛋白質(zhì)分子聚集，形成有規(guī)則的蛋白質(zhì)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的過程［1］。它受內(nèi)因(如疏水相互作用、氫鍵、靜電作用、二硫鍵等)和外因(蛋白質(zhì)濃度、pH、離子強度、加熱溫度和時間等)的影響［2-5］。蛋白質(zhì)的膠凝化可使食品形成獨特的質(zhì)構(gòu)特性。通過改進工藝，控制蛋白凝膠結(jié)構(gòu)的形成，可以得到理想質(zhì)地的凝膠，從而滿足不同消費者的需要。皮蛋作為中國傳統(tǒng)的禽蛋制品，在我國已經(jīng)有幾百年的加工歷史。由于其具有清涼可口、高營養(yǎng)價值、易被人體吸收、清熱消炎等優(yōu)點，在國內(nèi)外都享有盛譽［6］。在腌制過程中禽蛋蛋白和蛋黃因堿的作用均能形成凝膠，且其凝膠特性的好壞直接影響著皮蛋的品質(zhì)。目前實際生產(chǎn)中，皮蛋蛋白質(zhì)凝膠的形成仍然離不開重金屬的調(diào)控作用［7］，但過量的重金屬將會危害人體的健康，因此開發(fā)無重金屬添加的皮蛋加工新工藝將成為一種趨勢。但是，目前對皮蛋加工過程中蛋白、蛋黃形成凝膠的機理尚不明確，且對皮蛋蛋白、蛋黃凝膠的特性及影響因素的研究不夠系統(tǒng)［8］，因此，開發(fā)皮蛋新工藝缺乏理論指導。本文在探討禽蛋蛋白質(zhì)形成凝膠的基礎(chǔ)上，進一步討論皮蛋加工過程中蛋白質(zhì)凝膠的調(diào)控因素，為研究皮蛋凝膠形成的機制提供理論依據(jù)，從而為改進皮蛋加工工藝獲得優(yōu)質(zhì)皮蛋奠定基礎(chǔ)。

1 禽蛋蛋白質(zhì)凝膠

1.1 禽蛋蛋白凝膠的形成

禽蛋中蛋白質(zhì)含量較高，其中雞蛋的蛋白質(zhì)含量為11%～13%，鴨蛋為12%～14%，鵝蛋為12%～15%。蛋白中的主要蛋白質(zhì)有卵白蛋白、卵轉(zhuǎn)鐵蛋白、卵類黏蛋白等，以雞蛋為例它們分別約占蛋白中蛋白質(zhì)含量的54%、12%～13%、11%，其它禽蛋的各種蛋白質(zhì)含量略有差異，但卵白蛋白和卵轉(zhuǎn)鐵蛋白對凝膠的形成都起著主要作用［9-10］。

加熱、加金屬鹽和調(diào)整pH都能使蛋清蛋白形成凝膠［11］，且其凝膠的形成與特性變化受多個因素的調(diào)控。Handa等［12］發(fā)現(xiàn)熱誘導蛋白凝膠，在pH為3和7條件下硬度最小，在pH為11時，微觀網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)均勻、致密，持水力最強，硬度、彈性、內(nèi)聚性、咀嚼性都最大。李俐鑫等［13］通過實驗證明蛋白濃度和pH對凝膠的硬度影響較大，而蛋白濃度和溫度對其彈性影響較大。Fe3+使蛋白凝膠網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)變得致密、均勻;而 Ca2+使蛋白凝膠結(jié)構(gòu)變得松散［14］。Medina-Torres等［15］發(fā)現(xiàn)濃度越高、pH 越大、時間越長時，卵白蛋白凝膠的強度越大。

1.2 禽蛋蛋黃凝膠的形成

蛋黃凝膠的形成是由于變性蛋白質(zhì)分子間形成了一定硬度和彈性的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，其主要機制受低密度脂蛋白的調(diào)控［16］。攪拌、均質(zhì)、加鹽、加熱和調(diào)整pH都能使蛋黃形成凝膠［17］。

蛋黃凝膠結(jié)構(gòu)及特性受pH、蛋白質(zhì)濃度、含鹽量、溫度、加熱時間等因素的影響［17］。pH在控制蛋白質(zhì)凝集過程中起重要作用，當pH＜4.2或＞6.3時，顆粒蛋白破裂才能形成凝膠［18］。pH為8或9時，蛋黃形成均一致密、高硬度和高持水力的凝膠［19］。鹽對蛋黃凝膠的影響雖不及pH，但一定濃度的鹽滲入蛋黃時，蛋黃持續(xù)脫水，脂蛋白分子間的相互作用增強，也能形成疏水、致密的凝膠網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，同時釋放游離脂肪使蛋黃凝膠的黏性和硬度增大［19］。低濃度的二價或三價離子能穩(wěn)定蛋黃凝膠網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，使之不隨pH或離子強度變化而發(fā)生降解［20］。

2 皮蛋凝膠的形成

凝膠與凝結(jié)塊的形成都要經(jīng)過兩個過程:變性和聚集。二者的差異并不明顯，主要體現(xiàn)在變性時分子打開的程度、聚集過程中的動力學及分子間相互作用方面［21］。皮蛋蛋白質(zhì)凝膠的形成主要是NaOH滲進蛋內(nèi)，蛋白質(zhì)發(fā)生水解，從而導致其發(fā)生物理化學變化以及凝膠化［22］。

皮蛋腌制過程中禽蛋蛋白和蛋黃都會發(fā)生凝固，且經(jīng)過了化清、凝固、轉(zhuǎn)色和成熟四個階段［23］。一般地，蛋白堿度在化清期逐漸升高，在凝固期快速升高，在轉(zhuǎn)色期逐漸下降，在成熟期略有回升;而蛋黃堿度一直升高;其中蛋白和蛋黃含堿量在凝固階段達到最高［24］。此外，蛋黃沒有明顯的化清期，堿和鹽進入蛋黃使其脂肪皂化，并從外向內(nèi)逐漸凝固。蛋黃在蛋白化清期，凝固約0.5～1mm;凝固期凝固1～5mm;當?shù)包S凝固5～10mm后即進入轉(zhuǎn)色成熟期［25］。

馬美湖［10］和梁慶祥［23］等總結(jié)了這四個階段的主要理化變化?；咫A段:由于堿滲透到蛋內(nèi)，與蛋白發(fā)生作用，使蛋白質(zhì)分子發(fā)生了變性，其三、四結(jié)構(gòu)遭到破壞，蛋白質(zhì)分子的排列方式由緊密變得疏松，同時部分結(jié)合水變成了自由水，導致蛋白質(zhì)變稀，黏度下降;凝固階段:蛋白質(zhì)分子在NaOH的繼續(xù)作用下，二級結(jié)構(gòu)開始受到破壞，氫鍵斷開，親水基團增加，大量自由水又變?yōu)榻Y(jié)合水，并與蛋白質(zhì)分子連接呈凝膠狀;轉(zhuǎn)色階段:蛋白凝膠的彈性開始下降，此階段蛋白質(zhì)分子一級結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，部分蛋白質(zhì)分子降解成氨基酸，同時蛋白發(fā)生羰氨反應而呈色，而蛋黃呈色主要由于胱氨酸中的二硫基和半胱氨酸中的硫氫基與金屬離子結(jié)合，產(chǎn)生了不同的顏色;成熟階段:蛋白全部轉(zhuǎn)變?yōu)楹稚陌胪该髂z體，仍具有一定的彈性，此階段的物理化學變化與轉(zhuǎn)色階段相同。

3 各因素對皮蛋蛋白質(zhì)凝膠特性的影響

3.1 料液堿度

在皮蛋腌制過程中，堿由蛋殼氣孔進入蛋內(nèi)，再由蛋白滲入蛋黃，蛋白遇強堿后變性形成具有彈性的凝膠體，蛋黃因蛋白質(zhì)變性和脂肪皂化形成凝固體。如果料液中加入的堿量過多，作用時間過長，會使蛋白質(zhì)重新水化為液體，這種變化稱為“傷堿”，嚴重的傷堿則不能形成皮蛋;若堿量過少，則產(chǎn)品較軟、成熟時間延長，因此在皮蛋加工中，要嚴格掌握堿的使用量［24］。

李軍鵬等［6］通過實驗證明:在一定條件下，料液中NaOH濃度為4%時，制備的皮蛋的感官品質(zhì)和質(zhì)構(gòu)特性最理想。當料液堿度較高時，成熟的皮蛋蛋白凝膠咀嚼性和彈性都較差，且具有粘殼現(xiàn)象，皮蛋蛋黃溏心直徑大于2cm;當料液堿度較低時，所得皮蛋蛋白粘性較小、彈性高，皮蛋蛋黃溏心直徑小于1cm。劉中科等［26］也認為在凝固期和轉(zhuǎn)色期控制料液NaOH的濃度是關(guān)鍵。其中，初始料液中NaOH濃度對皮蛋凝膠的特性影響更大，若初始濃度較低，NaOH進入蛋內(nèi)的速度很緩慢，蛋白及蛋黃凝膠的形成受阻，待皮蛋成熟后，蛋白凝膠彈性差，蛋黃溏心較大，分層不明顯;若初始濃度過高，則皮蛋凝膠的感官品質(zhì)也不好。在轉(zhuǎn)色期控制很低的NaOH濃度，則皮蛋蛋黃凝膠形成得并不好，溏心較大;而轉(zhuǎn)色期NaOH濃度過高時，皮蛋蛋白凝膠的彈性較差。此外，近年來也有學者［27-28］嘗試用 KOH、Na2CO3或NaHCO3來替代NaOH腌制皮蛋，其中KOH的效果較好，且其濃度在5%～6%時，皮蛋的感官特性(包括凝膠特性)較優(yōu)。

皮蛋主要由堿作用而成。無論采用何種堿來配制料液，控制料液堿度是獲得高凝膠特性及良好品質(zhì)皮蛋的關(guān)鍵。通過了解堿進入皮蛋的規(guī)律，控制穩(wěn)降期和緩降期的料液堿度來改變傳統(tǒng)工藝中一泡到底的做法，對避免“傷堿”，獲得高彈性、高硬度和小溏心的皮蛋有重要意義。

3.2 腌制溫度

腌制溫度能夠影響堿液滲入蛋體的速度，進而對蛋白和蛋黃凝固和著色有重要影響。腌制溫度過高，會使蛋白質(zhì)受到破壞，使已經(jīng)形成凝膠的蛋白質(zhì)再度液化，從而導致產(chǎn)品的品質(zhì)下降［29］。腌制溫度太低，則皮蛋加工周期加長，不利于蛋黃的轉(zhuǎn)色，易出現(xiàn)“黃次蛋“。所以在皮蛋加工過程中，控制腌制溫度亦很重要。

李軍鵬等［6］發(fā)現(xiàn)，在一定溫度范圍內(nèi)，當溫度升高時，皮蛋蛋白凝膠的咀嚼性和內(nèi)聚性都下降，而黏性呈先下降后上升的變化。當腌制溫度為20℃時，皮蛋蛋白凝膠黏性最小、呈色最好。呂峰等［30］在腌制過程中，控制前期、中期和后期的溫度分別為23、25、20℃，促使NaOH在不同的階段以不同的速度和滲入量進入蛋體，在加速蛋白、蛋黃的著色和形成凝膠的同時，還保證了一定的凝膠強度和良好的色澤。這主要是因為中前期溫度較高，使OH-向蛋內(nèi)的滲透加快，從而使蛋白快速發(fā)生水解，形成理想的凝膠;后期溫度降低，使OH-的滲透速度變慢，有效控制了蛋白中OH-含量，降低了蛋清蛋白質(zhì)的進一步水解，保證了適宜的蛋白凝膠強度。這些工藝都控制溫度在較低的范圍內(nèi)(20～30℃)，目的是通過溫度來調(diào)控堿及其它添加物進入蛋內(nèi)的速度和進入量。此外，孫靜等［31］在皮蛋腌制過程中的第15～25d輔以較高溫度(35、42、49℃)的熱處理，由于較高溫度在一定程度上促進皮蛋內(nèi)部的水分和堿向外逸出，使蛋黃形成凝膠的速度加快，蛋黃固化率也有所提高，蛋白和蛋黃的轉(zhuǎn)色良好。

在分階段控制料液堿度時，輔以控制一定的梯度溫度來調(diào)控堿進入蛋體的速度，可以使皮蛋蛋白和蛋黃的品質(zhì)更佳。甚至可以通過加熱使禽蛋蛋白質(zhì)變性而形成一定的凝膠結(jié)構(gòu)來改進皮蛋的凝膠特性和品質(zhì)。在腌制前后，對其進行調(diào)味與熱處理或許可獲得兼優(yōu)良感官和風味于一體的皮蛋，同時還能縮短生產(chǎn)周期。

3.3 腌制時間

在皮蛋加工過程中，腌制時間對皮蛋蛋白質(zhì)凝膠的特性也有重要影響。若腌制時間太短，禽蛋蛋白質(zhì)不能完全膠凝;隨著腌制時間延長，形成的蛋黃、蛋白凝膠的硬度和咀嚼性都快速上升，而彈性、內(nèi)聚性和回復性稍有下降［27］。這是因為蛋黃和蛋白隨著鹽含量增多和pH增大，水分丟失得越來越多，蛋黃發(fā)生皂化反應使固化率升高，蛋白和蛋黃的硬度、咀嚼性升高;同時蛋白質(zhì)分子間的疏水相互作用和氫鍵作用減弱，使蛋黃、蛋白凝膠網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)變得松散，表現(xiàn)為彈性、內(nèi)聚性和回復性下降［32-33］。若時間過長時，蛋白甚至可能發(fā)生再次液化。對于浸泡工藝，春秋季一般需腌制 24～28d，冬季 30d［24］。侯大軍等［34］提出不同的腌制時間對彈性、凝聚性的影響較大。并且通過實驗證明在20～30℃，添加食鹽20%、NaOH6%、鉛替代物0.4%的條件下，只需腌制5d，再經(jīng)過后熟后，就可以得到彈性、凝聚性都較好的皮蛋。

表1 不同重金屬鹽對皮蛋凝膠的作用效果(浸泡第21～30d)Table 1 The effect of different metal salts on the preserved eggs gel

腌制時間的長短與料液濃度、溫度、金屬離子或其它添加劑有密切關(guān)系。采用不同工藝腌制皮蛋所需腌制時間有所不同，為獲得高品質(zhì)皮蛋，需多次摸索找出最佳時間。

3.4 金屬離子

在傳統(tǒng)工藝中，金屬離子在皮蛋制作過程中起了非常重要的作用。鉛法皮蛋，蛋白和蛋黃凝膠性能最好，“鐵法”尤其是二價鐵(難溶的二價鐵鹽不及三價鐵鹽穩(wěn)定)難以加工出皮蛋，“鋅法”和“銅法”都能加工成各具特點的皮蛋，其中鋅鹽皮蛋蛋黃固化率高，但一些凝膠特性不穩(wěn)定、易堿傷;銅鹽皮蛋蛋白凝膠彈性好，品質(zhì)穩(wěn)定，但蛋黃固化率低，“銅鋅混合法”和“鐵鋅混合法”在皮蛋腌制過程中產(chǎn)生協(xié)同效應，能加工出蛋白凝膠特性優(yōu)良的皮蛋［7，35-38］。不同種類和不同濃度的重金屬鹽，對皮蛋凝膠有不同的作用效果［6，10，32-33，35，39］(見表 1)。

有學者認為，重金屬皮蛋腌制過程中有“堵孔”作用［7］，能在皮蛋腌制后期調(diào)控堿進入蛋體，從而控制皮蛋的品質(zhì)?；诖?，閻華等［36］認為不同金屬的溶解特性不同，對皮蛋蛋白質(zhì)凝膠的形成和其特性變化的調(diào)控作用存在差異。加工初期料液中鐵溶解得太少，形成的難溶物不足以阻塞蛋殼氣孔;鋅在初始料液中溶解得更多，但形成的鋅沉淀穩(wěn)定性不夠好，使蛋白凝固效果也較差;而銅在初期料液中的溶解度和所形成的沉淀穩(wěn)定性分別介于其它兩者之間，有利于皮蛋蛋白達到更好的凝膠效果。此外，國外有些學者提出二價或四價陽離子可以與帶負電的蛋白質(zhì)分子通過鹽橋形成聚合物［32］，從而影響皮蛋凝膠的形成。如鉛能與蛋白質(zhì)的水解物半胱氨酸殘基通過三巰基配體緊密地結(jié)合在一起，形成的復合物能抵抗巰基的水解作用［40］，含鉛皮蛋制作過程中不會發(fā)生“傷堿”。同時PbO2對蛋黃中脂肪的釋放或脂肪結(jié)構(gòu)的變化影響較大，使脂肪與蛋白質(zhì)的交聯(lián)更少［41］。

無論基于何種機理，添加金屬離子對皮蛋蛋白、蛋黃蛋白質(zhì)凝膠的形成及其優(yōu)良特性有重要的作用。雖然在實際生產(chǎn)中鉛化合物已普遍被銅、鋅、鐵等化合物取代，但這些金屬元素過量同樣會對人體健康造成危害。因此，采用無添加重金屬離子的料液腌制皮蛋將成為一種趨勢。

3.5 茶葉

在皮蛋的傳統(tǒng)腌制工藝中，通過添加茶葉來提高皮蛋的質(zhì)構(gòu)和色澤等品質(zhì)。茶葉中的單寧能促使蛋白凝固［25］。茶內(nèi)的類黃酮可與蛋白質(zhì)形成復合物，并且復合物的特性受黃酮和蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的影響［42］。綠茶中富含茶多酚;紅茶中富含多酚的二聚物茶紅素和茶黃素［43］。Ganasen 等［44］在含 ZnCl2的腌制液中添加茶葉，并定期考察皮蛋蛋白的品質(zhì)特性，發(fā)現(xiàn)料液中添加茶葉時，在浸泡過程中皮蛋蛋白凝膠硬度、內(nèi)聚性、黏性會升高，而在成熟過程中又開始下降;若不加茶葉，在皮蛋成熟過程中蛋白凝膠的各項性能比較穩(wěn)定。這可能是因為在腌制過程中，茶內(nèi)一些成分使蛋清蛋白質(zhì)分子發(fā)生了高度聚集。隨著蛋白pH增大，鋅離子產(chǎn)生鹽橋作用，進入蛋內(nèi)的茶多酚使鹽橋的結(jié)合位點降低，使復合物穩(wěn)定性降低。不同茶葉含所含酚類物質(zhì)種類不同，導致蛋白質(zhì)凝膠在堿性條件下的穩(wěn)定性各異。在腌制液中分別添加綠茶和其它茶，發(fā)現(xiàn)添加綠茶腌制的皮蛋蛋白凝膠黏性較高、硬度較低，可能是因為前者使皮蛋蛋白凝膠的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)較松散。它們都使皮蛋蛋白褐變程度增強，并且這種增強作用隨濃度增加而增加，這與茶葉中的黃烷醇在堿性條件下氧化有關(guān)，且受pH影響［4］。此外，茶葉中的其它色素對蛋黃也有一定的著色作用［25］。

可見，在皮蛋腌制液中添加不同茶葉對皮蛋蛋白質(zhì)凝膠特性及其著色的影響不盡相同。目前，國內(nèi)普遍在料液中添加紅茶來腌制高品質(zhì)風味皮蛋。但究竟添加哪種茶葉腌制出的皮蛋品質(zhì)最優(yōu)良以及茶中的何種物質(zhì)對蛋白和蛋黃凝膠的形成調(diào)控作用最強，目前還沒有定論，需要人們進一步探討。

3.6 其它添加劑

目前主要采用銅代鉛工藝來生產(chǎn)皮蛋。這可能也不絕對安全，因為中國人群普遍不缺銅，過量的攝入可能導致“銅中毒”現(xiàn)象。所以，通過添加其它非金屬添加劑來獲得皮蛋加工的新配方，在保證皮蛋品質(zhì)的同時，加工出更可靠的皮蛋也頗具意義。

歐陽玲花等［45］已經(jīng)嘗試在料液中添加蛋白凝固劑如葡萄糖酸-δ-內(nèi)酯和單寧來腌制皮蛋，發(fā)現(xiàn)凝固劑的添加，使蛋白和蛋黃凝固得更快;并且這種加快的趨勢隨添加量的增加而增大;成熟后的皮蛋蛋白質(zhì)凝膠彈性更高，粘性更小，避免了皮蛋粘殼和彈性差的現(xiàn)象。

通過借鑒改進蛋清或蛋黃凝膠特性的添加劑，如某些單糖、多糖和多聚磷酸鈉等，很可能有助于腌制高彈性、高硬度的優(yōu)質(zhì)皮蛋。如通過實驗發(fā)現(xiàn)，葡萄糖對皮蛋凝膠的形成有一定的促進作用，但其是否也能改進皮蛋的某些品質(zhì)還需要進一步驗證。

4 展望

為滿足消費者對食品安全和食用品質(zhì)的雙重要求，研究者們一直致力于改進皮蛋加工工藝方面的研究。但是，對皮蛋獨特品質(zhì)的形成機理尤其是凝膠的形成機理研究得甚少。因此，必須更系統(tǒng)、深入地探索影響皮蛋蛋白、蛋黃凝膠形成及其特性變化的因素，以及它們之間的相互影響，以闡明皮蛋蛋白質(zhì)凝膠形成的機理，為開發(fā)皮蛋腌制新工藝，生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)、安全的皮蛋奠定基礎(chǔ)。皮蛋腌制工藝的下一步重點研究方向，可以在確保安全的基礎(chǔ)上，用其它非金屬添加劑、中藥及一些調(diào)味料來改進皮蛋的外觀、口感、風味和營養(yǎng)價值。

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