熱誘導(dǎo)雞蛋蛋清蛋白凝膠化影響因素研究進展

劉欣慈 呂云雄 孫維寶 徐 帆 岳曉霞 張根生

(哈爾濱商業(yè)大學(xué)食品工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 750076)

雞蛋含有豐富的氨基酸、脂肪酸、維生素以及人體必需的礦物質(zhì)，是理想的天然食品[1-2]，蛋液中約60%為雞蛋蛋清，其成分包括少量脂肪、碳水化合物和大量蛋白質(zhì)，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的蛋清蛋白質(zhì)有40余種，約占蛋清的11%[3]，較高的蛋白質(zhì)含量使雞蛋蛋清具有優(yōu)良的凝膠特性，這種特性使添加雞蛋蛋清的食品經(jīng)凝膠化后持水力和膠黏性顯著提高，因而雞蛋蛋清被作為食品加工中重要的原輔料[4-5]。

凝膠化是指分散在液體介質(zhì)中的高分子溶質(zhì)互相聚集形成有序的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，最終成為無流動性的膠體的過程[6]。凝膠化后的彈性、持水性、硬度等是評價雞蛋蛋清蛋白凝膠性能的重要指標(biāo)[7-8]。目前，雞蛋蛋清蛋白凝膠化方法主要以加熱為主，液態(tài)蛋清以水作為加熱介質(zhì)，于65 ℃左右受熱誘導(dǎo)進行凝膠化[9]。研究[10]表明，熱誘導(dǎo)雞蛋蛋清蛋白凝膠的性能不僅受熱誘導(dǎo)溫度、時間及蛋白質(zhì)濃度影響，還與凝膠化時體系中存在的對熱誘導(dǎo)雞蛋蛋清蛋白凝膠化起改性作用的物質(zhì)有關(guān)，這些物質(zhì)作為熱誘導(dǎo)雞蛋蛋清蛋白影響因素使其凝膠特性發(fā)生改變[11]。文章擬綜述熱誘導(dǎo)雞蛋蛋清蛋白凝膠化因素對凝膠性狀的影響，對雞蛋蛋清蛋白熱誘導(dǎo)凝膠化的研究方向進行展望，為雞蛋蛋清凝膠在食品品質(zhì)改善中的應(yīng)用提供依據(jù)。

1 熱誘導(dǎo)雞蛋蛋清蛋白凝膠化機理

雞蛋蛋清蛋白在環(huán)境溫度約65 ℃時經(jīng)預(yù)凝膠、凝膠點和后凝膠狀態(tài)形成穩(wěn)定細密的網(wǎng)狀凝膠結(jié)構(gòu)[12]。預(yù)凝膠過程中蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)受熱發(fā)生變化，α-螺旋減少、β-折疊增加導(dǎo)致分子結(jié)構(gòu)展開，蛋白質(zhì)內(nèi)部疏水基團暴露，促進蛋白質(zhì)聚集為較小的凝集物，隨后分子表面凈電荷變稀，分子間引力增大[13]；凝膠點時，這些較小凝集物互相靠近形成分子質(zhì)量較大的凝集物，疏水基團和巰基形成維持蛋白質(zhì)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的二硫鍵和疏水鍵[14]；后凝膠階段，體系中的自由水被截留在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中變?yōu)榻Y(jié)合水，使形成的蛋白蛋清凝膠具有保水性[15]。

雞蛋蛋清蛋白凝膠的性狀由預(yù)凝膠過程中蛋白分子的展開程度決定，當(dāng)?shù)扒宓鞍自诰奂巴耆归_，疏水基團充分暴露使分子間引力增大，凝集物的結(jié)構(gòu)細密，強度高[16]，反之，蛋白結(jié)構(gòu)的不完全展開是凝膠網(wǎng)絡(luò)不規(guī)律，凝膠硬度低、強度差的主要原因。加熱過程中，糖基化、鹽、酶、pH值以及這些因素間的相互協(xié)同可影響蛋白分子的展開，更大程度增強凝膠化時分子間的相互作用，使凝膠質(zhì)構(gòu)產(chǎn)生差異[17]。

2 熱誘導(dǎo)雞蛋蛋清蛋白凝膠化影響因素

2.1 糖基化對熱誘導(dǎo)雞蛋蛋清蛋白凝膠化的影響

雞蛋蛋清蛋白的糖基化改性方法主要分為干法糖基化和濕法糖基化，兩種改性方法的機理相同，均為還原糖的羰基經(jīng)糖基化反應(yīng)與雞蛋蛋清蛋白的ε-氨基間通過共價鍵連接[18]。干法糖基化反應(yīng)溫和可控，可用于蛋清蛋白凝膠改性的糖種類多，而濕法糖基化中，雖然糖與蛋清蛋白接枝度高但反應(yīng)過程劇烈，雞蛋蛋清蛋白分子聚合速度大于展開，凝膠強度受影響，所以干法糖基化在研究及生產(chǎn)中的應(yīng)用較濕法糖基化多[19]。

2.1.1 干法糖基化 干法糖基化凝膠是以蛋清蛋白與糖的水溶液經(jīng)冷凍干燥后于50～65 ℃下反應(yīng)，利用得到的改性蛋白粉制成的凝膠[20]。張輝[21]研究發(fā)現(xiàn)，由于果糖較半乳糖和乳糖的還原性更強，其與雞蛋蛋清蛋白產(chǎn)生的糖基化反應(yīng)程度更高，與雞蛋蛋清蛋白的交聯(lián)程度大，所以提高凝膠硬度的作用更明顯。Wang等[22]研究發(fā)現(xiàn)，糖基化反應(yīng)活性隨反應(yīng)時間的增長而增大，涉及異麥芽寡糖—蛋清蛋白凝膠形成的氫鍵與二硫鍵含量增加，促進了可溶性蛋白聚集，有利于形成致密、有序的凝膠基質(zhì)[23-24]。段汝清[25]發(fā)現(xiàn)，由于雞蛋蛋清蛋白中賴氨酸和精氨酸側(cè)鏈的游離氨基可直接與甘露低聚糖共價交聯(lián)，反應(yīng)后體系中賴氨酸和精氨酸含量降低，蛋清蛋白獲得大量羥基，氫鍵作用增強，更多水分子被吸附，凝膠硬度和持水性增大。王晨瑩[26]研究發(fā)現(xiàn)，雞蛋蛋清蛋白分子的α-氨基與糖類羰基間發(fā)生縮合反應(yīng)，游離氨基被消耗；傅里葉紅外光譜測定結(jié)果表明，糖基化反應(yīng)增加了蛋清蛋白分子內(nèi)和分子間的β-折疊，使蛋清蛋白分子聚集前充分展開，增強了凝膠硬度。

2.1.2 濕法糖基化 濕法糖基化對蛋清蛋白的改性是將糖與雞蛋蛋清蛋白混合，以溶液形式加熱使二者發(fā)生接枝反應(yīng)。魏晨[27]研究發(fā)現(xiàn)，糖與蛋清蛋白的濃度比可影響接枝程度，一方面糖濃度增加可使反應(yīng)位點接觸率增大，提高糖基化反應(yīng)強度，使改性凝膠更穩(wěn)定；另一方面，由于蛋清蛋白中的卵清蛋白空間位阻大，故蛋清蛋白濃度增大時糖基化反應(yīng)被抑制，形成的凝膠結(jié)構(gòu)疏松，強度差。劉建華等[28]證明等量混合的蛋清蛋白與刺槐豆膠的接枝度隨糖基化時間的增長而增大，并在12 h時達最大，改性蛋清蛋白凝膠的強度、持水性增加。涂勇剛等[29]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)黃原膠濃度為0.40～3.19 mg/mL時，體系中的水分被具有吸水性的黃原膠吸收，蛋清蛋白相對濃度增大，改性凝膠強度升高，而黃原膠添加量過高會導(dǎo)致蛋白結(jié)構(gòu)的不完全伸展，凝膠強度下降。

雞蛋蛋清蛋白的干法糖基化在研究及生產(chǎn)中的應(yīng)用較濕法糖基化更多，糖與蛋清蛋白分子間的交聯(lián)程度決定了糖基化改性后的蛋清蛋白凝膠性狀。還原性高或具有更多羰基的糖與蛋清蛋白的游離氨基反應(yīng)性更強，交聯(lián)程度更高[30]，交聯(lián)后的蛋清蛋白微觀結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，凝膠的硬度、彈性提高；濕法糖基化時糖與蛋清蛋白的濃度比可影響接枝程度，從而影響凝膠的強度和持水性。

2.2 鹽對熱誘導(dǎo)雞蛋蛋清蛋白凝膠化的影響

葉陽等[31]研究表明，低濃度NaCl、KCl能與蛋白發(fā)生非特異性的靜電相互作用，使蛋白分子在凝膠化前肽鏈充分展開，凝膠硬度增大；但高濃度的鹽通過破壞蛋清蛋白的氫鍵，蛋清蛋白結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性降低[32]，隨著MgCl2、CaCl2濃度的增大，凝膠黏性、硬度及持水性均下降。Ai等[33]研究發(fā)現(xiàn)，Ca(OH)2在熱處理時解離出的Ca2+可嵌入蛋白分子內(nèi)并形成鈣橋，凝膠表面疏水性降低，使形成的凝膠具有粗糙的不規(guī)則結(jié)構(gòu)，凝膠硬度增加、彈性降低。仉旭等[34]研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)e3+可結(jié)合在卵轉(zhuǎn)鐵蛋白的金屬離子結(jié)合位點上，促進凝膠結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，凝膠硬度隨之增大。Jin等[35]研究發(fā)現(xiàn)，聚合度越低的磷酸鹽空間位阻越小，結(jié)合蛋清蛋白的能力越強，對改善蛋清凝膠的離心持水量的效果越顯著。Vassilios等[36]發(fā)現(xiàn)NaCl能夠中和蛋清蛋白分子表面的負電荷，更多疏水基團外露，分子間斥力減小，凝膠化后的凝膠硬度增加。Li等[37]也發(fā)現(xiàn)，蛋清蛋白分子氫鍵的穩(wěn)定性受NaCl影響，有序的二級結(jié)構(gòu)減少，隨著NaCl濃度的增大，凝膠中蛋白分子間疏水相互作用增強，降低了蛋白凝膠自由水的遷移率和分布，影響蛋清凝膠的離心持水量，從而降低蛋清凝膠的斷裂強度。

鹽離子可通過改變蛋清蛋白分子間斥力大小[38-39]，破壞蛋白分子結(jié)構(gòu)或嵌入蛋白分子結(jié)構(gòu)影響凝膠化過程，導(dǎo)致凝膠性狀改變[40]。NaCl是食品工業(yè)中應(yīng)用最多的鹽，在鹽法誘導(dǎo)雞蛋蛋清熱凝膠化的研究中最多。

2.3 酶對熱誘導(dǎo)雞蛋蛋清蛋白凝膠化的影響

目前酶法改性對雞蛋蛋清凝膠的影響研究相對薄弱，且主要以轉(zhuǎn)谷氨酰胺氨酶為研究對象[41]。轉(zhuǎn)谷氨酰胺氨酶作用于蛋清蛋白時，以蛋白質(zhì)肽鏈上谷氨酰胺殘基上的甲酰氨基作為乙酰基供體，蛋白質(zhì)或游離氨基酸上的胺基或水作為受體將酰基轉(zhuǎn)移[42]，催化蛋清蛋白分子間、分子內(nèi)的交聯(lián)，使交聯(lián)后的凝膠結(jié)構(gòu)穩(wěn)定[43]。Alavi等[44]發(fā)現(xiàn)蛋清蛋白分子上的ε-氨基和轉(zhuǎn)谷氨酰胺氨酶的γ-羧酰胺之間形成的Gln-Lys鍵相較于非共價鍵強約20倍[45]，故經(jīng)轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶改性的蛋清蛋白凝膠強度、硬度增大。徐東紅[46]研究發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶濃度及誘導(dǎo)時間可影響凝膠的強度。酶濃度過大，酶與蛋白過度交聯(lián)會降低蛋白凝膠的強度；熱誘導(dǎo)時間過長，以共價鍵結(jié)合形成的基團中和了分子表面正負電荷，使體積較小的凝膠聚集體不能繼續(xù)結(jié)合新的蛋白分子，凝膠性下降。陳曙光[47]利用蘑菇中的多酚氧化酶與卵清蛋白交聯(lián)，促進了卵清蛋白酪氨酸上的酚羥基間的共價結(jié)合，使親水基團被覆蓋，凝膠表面疏水性增強，凝膠硬度增大。

酶促進蛋清蛋白分子間的共價交聯(lián)，同時其自身也與蛋清蛋白通過共價鍵連接，交聯(lián)程度與酶濃度及反應(yīng)時間有關(guān)，過度交聯(lián)會導(dǎo)致蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)松散，凝膠強度下降。但用于蛋清凝膠改性的酶種類較少，改性過程控制困難可能是酶法改性研究較少的原因。

2.4 pH值對熱誘導(dǎo)雞蛋蛋清蛋白凝膠化的影響

pH值影響雞蛋蛋清蛋白凝膠化的研究主要以雞蛋蛋清蛋白等電點為分類依據(jù)，研究雞蛋蛋清蛋白處于等電點(pI)及遠離等電點時的凝膠化過程。Nyemt等[48]研究發(fā)現(xiàn)，pH接近蛋清蛋白pI時，蛋清蛋白分子間凈電荷接近零，肽鏈聚集速度大于展開速度，疏水基團暴露不完全，更易形成簇狀的海綿狀微觀結(jié)構(gòu)，凝膠強度、硬度較差。蘇芳萍[49]發(fā)現(xiàn)，pH處于等電點時，蛋白鏈聚集大于展開，伴隨著快速的聚集，凝膠產(chǎn)生脫水收縮現(xiàn)象，大量水分因蒸發(fā)而流失導(dǎo)致凝膠的硬度上升，越接近等電點硬度增大越明顯。Zhao等[50-51]研究表明，堿性環(huán)境下蛋清蛋白受熱使蛋白質(zhì)發(fā)生解折疊，這是由于極端堿性時蛋白質(zhì)分子中的羧基、酚羥基、氨基和巰基被電離并暴露在體系中親水區(qū)內(nèi)，而疏水區(qū)被逐漸極化導(dǎo)致疏水性降低，蛋白分子間引力減小，凝膠強度下降。Huang等[52]認為強堿環(huán)境下，蛋清蛋白的疏基氧化和SH-SS間的交換反應(yīng)減少，減少了二硫鍵的形成，使凝膠不易成形。陳曉等[53]研究發(fā)現(xiàn)，蛋清蛋白的巰基氧化與SH-SS之間的轉(zhuǎn)化發(fā)生在加熱溫度25 ℃左右，此溫度下凝膠的疏水鍵含量低，蛋白在聚集前充分展開，有助于凝膠體系的形成。綜上，蛋清蛋白處于等電點和遠離等電點時，不同強度的靜電排斥力是導(dǎo)致凝膠微觀結(jié)構(gòu)改變的主要原因。極端酸堿條件下，凝膠性狀差甚至無法形成凝膠。

2.5 pH或NaCl輔助協(xié)同對熱誘導(dǎo)雞蛋蛋清蛋白凝膠化的影響

相對于單獨的糖基化或酶法對凝膠性能的改善，調(diào)節(jié)pH值或加入NaCl可協(xié)同糖基化或酶等影響雞蛋蛋清蛋白在熱誘導(dǎo)時的凝膠化過程，進一步改善凝膠性狀，也是近些年研究的熱點。

2.5.1 pH輔助協(xié)同 pH變化能改變糖基化反應(yīng)中糖與蛋白的交聯(lián)情況。杜文琪等[54]發(fā)現(xiàn)，堿性環(huán)境中，美拉德反應(yīng)速度快，有利于糖和蛋白的深度交聯(lián)。Wang等[55]研究發(fā)現(xiàn)，pH高于pI時，糖基化改性后增加的ζ電位可增強異麥芽寡糖—蛋清蛋白分子之間的靜電排斥，當(dāng)pH為7～9時，異麥芽寡糖—蛋清蛋白的熱聚集受抑制而形成粒徑較小的聚集體，使改性凝膠保持透明。Alavi等[56-57]認為，由于天然蛋清蛋白的結(jié)構(gòu)緊湊而不是微生物轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶的良好底物，而堿性條件下預(yù)熱的熱變性蛋清蛋白具有較高的表面疏水和表面自由巰基可與微生物轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶在加熱條件下充分交聯(lián)，蛋清蛋白凝膠的強度、斷裂應(yīng)力和穩(wěn)定性增加。因此，調(diào)節(jié)pH可改變糖基化、酶在熱誘導(dǎo)雞蛋蛋清蛋白凝膠化時的作用強度，促進反應(yīng)活性，改善蛋清蛋白凝膠性狀。

2.5.2 NaCl輔助協(xié)同 崔冰[58]研究發(fā)現(xiàn)，未添加NaCl時，因羧甲基纖維素和卵清蛋白帶相同電荷而產(chǎn)生相分離現(xiàn)象，添加NaCl濃度達150 mmol/L后，分子表面電荷被屏蔽，復(fù)合凝膠的結(jié)構(gòu)均一穩(wěn)定。雷明輝[59]研究發(fā)現(xiàn)，體系中NaCl濃度對蛋清蛋白熱凝固的影響較酶濃度顯著，NaCl濃度為0.1～0.4 mol/L時能促進轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶對雞蛋蛋清的交聯(lián)作用，使獨立的蛋白分子形成分子量較大的蛋白聚集體，凝膠的硬度及保水性在0.4 mol/L時達最大；NaCl濃度>0.4 mol/L時蛋白質(zhì)變性，轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶活性降低，凝膠內(nèi)聚力、彈性降低。NaCl在凝膠化中通常起到改善凝膠性質(zhì)或抵消誘導(dǎo)物質(zhì)的作用，但NaCl在不同調(diào)節(jié)狀態(tài)下的作用機理及調(diào)節(jié)能力尚不清楚，添加NaCl改變誘導(dǎo)條件的程度仍需進一步探究。

2.6 其他因素對熱誘導(dǎo)雞蛋蛋清蛋白凝膠化的影響

周旭霞等[60]發(fā)現(xiàn)，茶多酚含有的活性羥基可與蛋清蛋白主鏈上的肽基、側(cè)鏈上的羧基和羥基交聯(lián)，更多水分子被封閉在凝膠結(jié)構(gòu)中，凝膠表面微觀結(jié)構(gòu)更加平滑、均勻，蛋清蛋白的熱穩(wěn)定性、強度和持水性增加。Xue等[61]研究發(fā)現(xiàn)香料、茶葉可使雞蛋蛋清水分含量和表面疏水性下降，蛋清蛋白燉煮中形成了致密多孔結(jié)構(gòu)，蛋白凝膠彈性、硬度增大，但茶葉及香料中多酚類物質(zhì)對凝膠化影響機理及程度不同，凝膠化過程復(fù)雜，凝膠機理仍需進一步研究。張明等[62]研究發(fā)現(xiàn)，香菇腳纖維可提高蛋清蛋白凝膠的硬度和咀嚼性，降低凝膠黏聚性，其影響程度隨香菇腳纖維添加量的提高而增大。

3 總結(jié)與展望

糖基化、鹽、酶、pH值可在熱誘導(dǎo)雞蛋蛋清凝膠化時使蛋白分子相互作用力增強、共價鍵結(jié)合速率加快；添加NaCl、調(diào)節(jié)pH能促進糖基化反應(yīng)進程、增強酶與蛋白分子間的交聯(lián)作用，所以單因素作用和協(xié)同因素作用都可使凝膠微觀結(jié)構(gòu)致密均勻，進一步體現(xiàn)在凝膠的彈性、硬度、持水性和穩(wěn)定性提升。但現(xiàn)有的糖基化、鹽、酶法研究中所涉及的糖、鹽、酶的種類單一；已有的糖、鹽、酶的研究缺乏添加量與蛋清蛋白凝膠性狀變化規(guī)律的探究；得到的凝膠含有金屬鹽離子等食用安全性隱患成分。后續(xù)可在完善熱誘導(dǎo)雞蛋蛋清蛋白凝膠化規(guī)律的基礎(chǔ)上，尋找新的影響雞蛋蛋清蛋白熱誘導(dǎo)凝膠化的因素，同時注重凝膠的食用安全性，拓寬蛋清蛋白凝膠在食品中應(yīng)用的范圍。