抑菌乳清蛋白涂膜液的制备及对鸡蛋的保鲜效果

王玉峰，王建清，豆丽丽

（1.天津科技大学 包装与印刷工程学院，天津 300222；2.中国轻工业食品包装材料与技术重点实验室，天津 300222）

抑菌乳清蛋白涂膜液的制备及对鸡蛋的保鲜效果

王玉峰1，2，王建清1，2，豆丽丽1，2

（1.天津科技大学 包装与印刷工程学院，天津 300222；2.中国轻工业食品包装材料与技术重点实验室，天津 300222）

以乳清浓缩蛋白为主要原料，通过添加天然抑菌剂，制备抑菌乳清蛋白涂膜液，并用于鸡蛋保鲜。采用单因素试验，研究了乳清浓缩蛋白用量、甘油用量、亚硫酸盐用量和谷氨酰胺转氨酶用量等因素对成膜性能的影响，得到了优化的工艺条件。然后将制备的涂膜液用于鸡蛋保鲜，通过测试鸡蛋挥发性盐基氮、菌落总数等指标，考察涂膜液的保鲜效果。当乳清浓缩蛋白用量为11%、甘油用量为4%、亚硫酸钠用量为0.1%、谷氨酰胺转氨酶用量为0.1%时，涂膜液成膜后具有较好的阻氧、阻水蒸气性能以及良好的力学性能。含有1.0 mg/mL ε-聚赖氨酸和1.0 mg/mL乳酸链球菌素的乳清蛋白涂膜液具有明显的抑菌作用，可以显著延长鲜鸡蛋的保质期。

抑菌；乳清蛋白；鸡蛋；保鲜

0 引言

鸡蛋营养丰富，富含高质量的蛋白质、维生素、脂质以及矿物质等多种营养成分，被誉为“人类理想营养库”[1]，深受广大消费者的喜爱。但鸡蛋在生产中很容易受到病原菌的危害，而且鸡蛋大多不经任何处理直接上市销售，这就使得鲜鸡蛋的货架寿命变短，很容易变质，造成严重的经济损失。因此采用安全有效的技术对鸡蛋进行保鲜处理，延长鸡蛋的货架寿命，是一个非常重要的课题[2]。

对于鸡蛋的保鲜已经有了很多研究，采用的方法主要有辐射法、CO2处理法、热处理法、臭氧法和涂膜法等。由于涂膜保鲜法操作简便且成本较低，因而受到国内外的关注。鸡蛋的涂膜法是将具有一定成膜性且成膜气密性较好的涂膜液涂布于蛋壳表面，通过改变内外环境交换的通道，减缓蛋的呼吸作用以及酶的活性，以保持鲜蛋品质和营养成分。涂膜保鲜能有效延长鸡蛋的保质期，而且还可增强蛋壳的亮度及强度，有着广阔的应用前景[3-4]。

本研究以乳清浓缩蛋白为主要原料，通过添加天然抑菌剂，制备抑菌乳清蛋白涂膜液。采用单因素试验，对制备乳清蛋白涂膜液的工艺条件进行了优化。并将涂膜液用于鸡蛋保鲜，通过测试鸡蛋的挥发性盐基氮、菌落总数等主要指标，考察了涂膜液的保鲜效果。

1 材料与方法

1.1 材料和仪器

ε-聚赖氨酸（ε-PL）、乳酸链球菌素（Nisin）：浙江银象有限公司；浓缩乳清蛋白粉：恒天然集团；谷氨酰胺转氨酶(TG酶)：江苏一鸣生物制品有限公司；氯化钠、甘油、无水亚硫酸钠：均为分析纯，天津市江天化工有限公司；鲜鸡蛋：天津市津南区兴农养鸡场。

PHS-25pH计：上海精密科学仪器有限公司；半微量凯氏定氮仪：江苏晶玻实验仪器厂；立式压力蒸汽灭菌器：上海博迅实业有限公司；电热恒温培养箱：天津市天宇实验仪器有限公司；透气测试仪：德国BRRUGER公司；电子万能试验机：英国INSTRON公司。

1.2 试验方法

1.2.1 抑菌乳清蛋白涂膜液的制备

首先配制不同浓度的浓缩乳清蛋白溶液，搅拌至充分溶解，用1 moL/L NaOH调节pH值至8.0，在80℃的条件下加热20 min，冷却，然后加入一定量的无水亚硫酸钠、甘油TG酶，在45℃下继续搅拌15 min，即为乳清蛋白涂膜液。在乳清蛋白涂膜液中分别加入1 mg/mL ε－聚赖氨酸和1 mg/mL乳酸链球菌素，得到抑菌乳清蛋白涂膜液。

1.2.2 薄膜性能测试

将制备的乳清浓缩蛋白液在有机玻璃板上定量成膜，并将其平整地放置在40℃的水浴锅上，18 h后揭膜，对性能进行测试。透氧性、透湿性、拉伸强度和断裂伸长率均按照相应的国家标准方法进行测定。

1.2.3 鸡蛋保鲜试验

（1）样品处理：选择表面光滑、无裂痕的新鲜鸡蛋，用清水洗净晾干，再用体积分数为75%的医用酒精消毒。然后将鸡蛋样品分为3组，其中一组不做任何处理，设为空白对照组，记做CK组，第1组样品涂乳清蛋白涂膜液，第2组样品涂添加了抑菌剂的乳清蛋白涂膜液。

鸡蛋先在制备的涂膜液中浸泡15 s，然后取出沥干，待涂膜液自然风干后，存储在温度为28℃、相对湿度为60%～80%的恒温恒湿箱内。间隔一定时间测定鸡蛋的挥发性盐基氮（TVB－N）值和蛋内容物的菌落总数。

（2）取样方法：从每一组样品中随机抽取3枚鸡蛋，分别对每枚鸡蛋进行测试，以3次测定的平均值为测试结果。

（3）测试方法：挥发性盐基氮（TVB－N）参照GB 5009.44—2003《肉与肉制品卫生标准的分析方法》中半微量定氮法进行测定；蛋内容物菌落总数按照GB/T 4789.19—2003《食品卫生微生物学检验蛋与蛋制品检验》进行测定。

2 结果与讨论

2.1 乳清蛋白涂膜液的制备

乳清蛋白涂膜液制备参数及成膜的性质见表1。

表1 乳清蛋白涂膜液制备试验参数与成膜性能Table 1 Experimental parameters of whey protein coating preparation and the properties of film

2.1.1 乳清蛋白用量对成膜性能的影响

当乳清蛋白用量小于10%时，随着水分的脱除，分子间作用距离增大，不能形成连续的薄膜，而当乳清蛋白用量大于13%时，由于蛋白质在加热过程中会形成凝胶，也无法成膜，因此本试验选用的乳清蛋白用量为10%～12%。由表1可见，随着乳清浓缩蛋白薄膜用量的增加，膜的透氧系数在逐渐降低，当其用量在11%～11.5%时，变化不明显，且透氧系数较低，当上升到12%时，溶液比较黏稠，有时会出现凝胶，成膜较困难。

随着乳清蛋白用量的增加，成膜拉伸强度逐渐增强，表明蛋白质含量对乳清蛋白膜机械强度有比较大的影响。通过加热、调节pH值等处理后，使蛋白质亚基解离，分子发生变性，使其分子得到一定程度的伸展，内部的疏水基团暴露出来，分子间的相互作用得到加强[7]，从而使膜的机械性能得到加强。而随着乳清蛋白用量的增加，成膜断裂伸长率逐渐降低，即柔软性降低。

2.1.2 甘油用量对成膜性能的影响

增塑剂是形成蛋白可食用膜的必要成分，多为小分子质量的多羟基化合物。甘油分子质量较小，与其他分子质量较大的增塑剂相比，在增塑剂用量相同的情况下，甘油的分子数量更多，因此对于降低蛋白质聚合物链间的交互作用更为明显，增塑效果显著[8]。此外，甘油还可以减少蛋白质相邻链间分子内的相互作用，降低成膜的脆性，赋予膜更好的柔性。

从表1可以看出，随着甘油用量的增加，成膜的阻氧性和阻水蒸气性逐渐降低。这是因为甘油添加量增加，小分子质量的甘油具有一定的迁移性，使蛋白质的网络结构变得疏松，并且增加了膜中亲水性基团的数目，增加了水蒸气在膜表面的吸附溶解能力和水蒸气在膜中的扩散作用，从而导致透氧量和透水蒸气量随甘油含量增加而逐渐升高。

表1还表明，随着甘油用量的增加，成膜的拉伸强度呈下降趋势，而断裂伸长率呈上升趋势。原因可能是甘油是亲水性的小分子，膜的水分吸附能力增强，含有3个羟基的甘油分子很容易插入蛋白质分子内部，增加了分子的间隙，使得膜的空间结构变得更为疏松，进一步削弱了蛋白质分子间的作用，所以其拉伸强度逐渐降低[7]，断裂伸长率呈上升趋势。

2.1.3 亚硫酸钠用量对成膜性能的影响

由表1可知，Na2SO3用量对薄膜的阻隔性能的影响，呈现先增加后降低的趋势。添加无水Na2SO3可起到还原剂的作用，可使蛋白质分子中的二硫键断裂，蛋白质分子展开，重新形成坚固的网络结构[9-10]，因此成膜阻隔性能逐渐增强，但当Na2SO3超过了0.1%的时候，过量的Na2SO3进一步阻碍了展开的蛋白质分子的网络结构的重新形成，因此成膜阻隔性能开始降低。

Na2SO3用量对成膜拉伸强度的影响，呈现出先上升后降低的趋势，在用量为0.15%时，拉伸强度达到最大的5.28 MPa。断裂伸长率也出现了先上升后下降的趋势，同样在0.15%时达到了最大，为101.2%。但当还原剂过量的时候，导致分子间相对滑动困难，因此韧性降低，薄膜断裂伸长率降低。

2.1.4 TG酶用量对成膜性能的影响

从表1可以看出，成膜透氧系数随着TG酶用量的增加，先降低后增加，在TG酶用量为0.05%时达到最低。适量的TG酶可催化乳清蛋白质的分子内或分子间形成共价键，蛋白质分子内或者分子间形成致密的网络结构，增强了其阻气性能，但过量的TG酶，不利于蛋白质网络结构的重新形成，所以其阻气性能开始降低。成膜的水蒸气透过系数随着TG酶用量的增大，同样先降低后升高，TG酶用量为0.15%时，达到了最低。原因可能是TG酶诱导蛋白质聚集，其阻湿性降低，另一方面，过量的TG酶使氨基酸侧链的亲水性增强，因此TG酶一方面会诱导蛋白交联，另一方面，交联过多会导致沉淀，因此要把握好交联剂的浓度，同时抑制酶促聚沉很重要[11-12]。

由于TG酶可催化乳清蛋白在分子内或分子间形成共价键，可形成更加紧密的网络结构，从而使成膜拉伸强度逐渐增强。而过量的TG酶则使蛋白质聚沉或产生沉淀，从而导致形成不紧密和不均一的结构，所以其拉伸强度开始降低[13-14]。

2.2 乳清蛋白涂膜液对鸡蛋的保鲜效果

通过单因素试验可知，当乳清浓缩蛋白用量为11%、甘油用量为4%、亚硫酸钠用量为0.1%、谷氨酰胺转氨酶用量为0.1%时，制备的乳清蛋白涂膜液成膜后具有较好的阻氧、阻水蒸气性能以及良好的力学性能。将在上述条件下制备的乳清蛋白涂膜液用于鸡蛋保鲜，通过测试存储期内鸡蛋挥发性盐基氮（TVB-N）、菌落总数等指标的变化，考察涂膜液的保鲜效果。

2.2.1 涂膜处理对鸡蛋挥发性盐基氮（TVB-N）的影响

挥发性盐基氮（TVB-N）指动物性食品由于酶和细菌的作用，使蛋白质分解而产生氨以及胺类等碱性含氮物质，此类物质具有挥发性，其含量越高，表明氨基酸被破坏得越多，特别是蛋氨酸和酪氨酸，因此营养价值会大受影响。TVB-N含量的高低直接反映了鸡蛋的新鲜程度，一般说来，当鸡蛋的TVB-N含量超过4 mg/100 g时，需要消毒后才能食用，当TVB-N含量超过10 mg/100 g时，表明鸡蛋已经变质，不能食用了。

从图1可以看出，未经涂膜处理的鸡蛋的TVB-N含量增加最快，在第10天时TVB-N值已超过了4 mg/100 g，在第20天时TVB-N值已接近10 mg/100 g，失去可食性。而涂膜后鸡蛋的TVB-N值增加明显减缓，第1组样品在存储到第27天时，TVB-N值才达到4 mg/100 g，添加了抑菌剂的第2组样品在存储到第30天时TVB-N值仍低于4 mg/100 g，表明具有抑菌作用的乳清蛋白涂膜液显著延长了鸡蛋的货架寿命，具有优良的保鲜效果。

图1 鸡蛋TVB-N含量随时间的变化情况Fig.1 The change of TVB-N content in egg with time

2.2.2 涂膜处理对鸡蛋内容物菌落总数的影响

鸡蛋内容物菌落总数与食品安全密切相关，是鸡蛋新鲜度的直接反映，国家标准规定鲜鸡蛋菌落总数的上限为5×104cfu/mL[15]。从图2可以看出，未经涂膜处理的鸡蛋菌落总数增加迅速，存储到第24天时，菌落总数已达到6.3×104cfu/mL，超出了鲜蛋的标准。而经涂膜处理后的鸡蛋，存储到第30天时，菌落总数最高为1.6×104cfu/mL，低于国家标准，经抑菌处理的鸡蛋，存储30 d后，菌落总数最高仅为0.13×104cfu/mL，远低于国家标准，抑菌效果显著。

图2 存储期内鸡蛋内容物菌落总数变化Fig.2 Change of total bacterial colonies in storage period

3 结论

以乳清浓缩蛋白为原料，甘油为增塑剂，亚硫酸钠为还原剂，TG酶为交联剂，制备抑菌乳清蛋白涂膜液。当乳清浓缩蛋白用量为11%、甘油用量为4%、亚硫酸钠用量为0.1%、TG酶用量为0.1%时，涂膜液成膜后具有较好的阻氧、阻水蒸气性能以及良好的力学性能。鸡蛋涂膜保鲜试验表明，含有1.0 mg/mL ε-聚赖氨酸和1.0 mg/mL乳酸链球菌素的乳清蛋白涂膜液具有明显的抑菌作用，对鸡蛋具有良好的保鲜效果，可以显著延长鲜鸡蛋的保质期。

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PREPARATION OF WHEY PROTEIN COATING WITH ANTIBACTERIAL ACTIVITY AND ITS APPLICATION IN THE PRESERVATION OF EGGS

WANG Yufeng1，2，WANG Jianqing1，2，DOU Lili1，2
（1.School of Packaging and Printing Engineering，Tianjin University of Science and Technology，Tianjin 300222，China；2.Key Laboratory of Food Packaging Materials and Technology of China Light Industry，Tianjin 300222，China）

s:Whey protein coating with antibacterial activity was prepared by adding different natural antibacterial agent，such as ε-polylysine，Nisin，lysozyme and essential oil.The process conditions for preparing whey protein coating were optimized through single factor experiments.The factors including concentration of whey protein，amount of glycerol，sodium sulfite and glutamine transaminage were selected and their effects on the properties of whey protein coating were evaluated.Then the effects of whey protein coating in the preservation of eggs were evaluated and the indexes of TVBN value and total bacterial colonies were investigated.The results showed that when the concentration of whey protein was 11%，the amount of glycerol was 4%，the amount of sodium sulfite was 0.1%，the amount of glutamine transaminage was 0.1%，the barrier properties for oxygen and water vapor and mechanical properties of whey protein coating film were superior.Eggs coated by whey protein coating had better performance in TVBN value，egg contenting total bacterial colonies than control experiments，especially，whey protein coating containing antibacterial agent of 1 mg/mL ε-polylysine and 1 mg/mL Nisin had better fresh-keeping effect，which could prolong the shelf life of eggs more than double.Whey protein coating had a good effect on the preservation of eggs.

antibacterial activity；whey protein；eggs；fresh-keeping

TS206

：B

1673-2383(2017)04-0070-05

http://kns.cnki.net/kcms/detail/41.1378.N.20170828.0857.026.html

网络出版时间：2017-8-28 8:57:22

2016-12-09

国家科技攻关计划（2015BAD16B05）

王玉峰（1982—），男，河北承德人，工学博士，高级工程师，主要从事功能性包装材料的研究。