蛋清蛋白质的功能特性及改性方法的研究进展

2020-12-21李逢振

农产品加工 2020年19期

李逢振

（湖南环境生物职业技术学院生物工程学院，湖南衡阳 421005）

0 引言

我国的禽蛋资源非常丰富，据国家统计局有关资料显示，2019 年我国禽蛋总产量达到3 309 万t，比上年增长5.8%。禽蛋主要由蛋清、蛋黄和蛋壳3个部分组成，不同种类的禽蛋中蛋清所占的比例略有不同，其中鸡蛋清占整蛋的45%～60%，鸭蛋清占整蛋的45%～58%。纵观国内外对禽蛋的研究进展，可以发现目前大部分的研究成果都集中来自于蛋黄部分，部分从蛋黄中提取出来的生物活性物质都已实现工业化生产，如卵磷脂、胆碱等，但人们对蛋清的研究力度还远远不够，一些特殊的再制蛋产品所产生的蛋清缺乏利用途径，往往被作为废料扔弃，这样既浪费了大量的蛋白质资源，又对人类居住生存的环境造成了污染，因此亟需加大对蛋清的研究力度。

1 蛋清的结构与组成成分

1.1 蛋清的结构

蛋清从外向内可分为4 层结构，分别是外稀薄层，紧紧的黏附在蛋清膜上，约占蛋清总量的23.3%；外浓厚层，也称作中层浓厚蛋白层，是蛋清的主要部分，约占蛋清总量的57.2%；内稀薄层，与外浓厚层黏附在一起，这两层一般很难区分开，约占蛋清总量的16.8%；最内层是系带膜状层，又可以称内浓厚层，可分为膜状部和索状部，两者是禽蛋系带的重要组成部分，约占蛋清总量的2.7%。

1.2 蛋清的组成成分

蛋清的主要成分是水，约占总量的87%；其次为蛋白质，约占总量的12%；另外还含有少量的碳水化合物、维生素、色素、矿物质、脂质和溶菌酶、三丁酸甘油酯酶、肽酶、磷酸酶等[1]。蛋清蛋白质是蛋清中仅次于水的含量第二大的物质，人类用了近10 年的时间来对禽蛋蛋清中的蛋白质进行研究，发现蛋清中主要的蛋白质有6 种[2]，其中卵清蛋白约占整个蛋清蛋白质总量的54%；转铁蛋白约占整个蛋清蛋白质总量的13%；类黏蛋白约占整个蛋清蛋白质总量11%；溶菌酶约占整个蛋清蛋白质总量的3.5%；黏蛋白约占整个蛋清蛋白质总量的3.5%；巨球蛋白约占整个蛋清蛋白质总量的1%，这6 种主要的蛋白质约占整个蛋白质组的86%，此外还有部分丰度低、含量少的低丰度蛋白质。

2 蛋清蛋白质的功能特性

功能特性是指食品从加工阶段开始到被贮藏或消费的过程中，决定蛋白质表现性质的特性，有很大的应用价值[3]。蛋清的功能特性主要表现为起泡性和凝胶性。

2.1 起泡性

起泡性是指蛋白质能在一定条件下与水分、空气形成的一种特殊形态的混合物的性质。蛋清蛋白质具有较好的起泡性，Grant M Campbell[4]介绍了蛋清蛋白质在啤酒、面包和蛋糕食品制作中所产生的功能特性，这就是蛋清蛋白质的起泡性所产生的效果。蛋清蛋白质分子的极性结构直接影响着蛋清的起泡性[5]，而蛋清蛋白质起泡稳定性则是由蛋白质分子迁移至交互界面的速率和其在界面形成稳定膜的能力所决定[6]。当蛋清蛋白溶液受到机械急速搅拌时，空气-溶液界面受到搅动，在这种情况下大量的气体与水形成膜界面，从而形成了泡沫[7]。蛋清蛋白质溶液之所以能产生这种变化，是因为蛋白质分子的三级结构在受到急速搅动后，发生了微小的变化，导致蛋白质分子中的亲水性基团随着搅动逐渐朝向溶液部分，而疏水性基团则朝向空气部分，在这种情况下蛋清蛋白分子能长时间在膜界面上附着，从而形成稳定的泡沫结构。

2.2 凝胶性

凝胶是食品中一种较为常见的形态，主要是因为胶体粒子或高分子溶在分散介质中形成整体构造而失去了流动性，或是处于固化状态的含有大量液体介质的胶体[8]，蛋清蛋白质其最重要的功能特性就是凝胶化作用。蛋清蛋白质中含有丰富的卵白蛋白、卵转铁蛋白等多种蛋白质，多种蛋白质的组成为其凝胶的形成奠定了良好的物质基[9]。因蛋清蛋白质优异的凝胶性能直接影响到以蛋清为原料的食品的形态、质构、稠度、黏结性和持水力，所以一直都是国内外研究者高度关注的研究热点[10-12]。蛋清蛋白质在不同凝胶条件下主要能形成2 种不同类型的凝胶结构，分别为凝结块凝胶和透明凝胶。人们日常生活中经常食用的水煮蛋的乳白色不透明蛋白部分就是凝结块凝胶，是蛋清蛋白质在加热条件下形成的。中国传统蛋制品皮蛋的半透明或透明状蛋白部分就是透明凝胶，它则是蛋清蛋白质在碱处理条件下形成的。热诱导方式中主要的影响因素就是温度，而强碱诱导方式中主要的影响因素则是碱浓度[13]。

3 蛋清蛋白质功能特性的改性方法

3.1 物理改性

蛋白质的物理改性是指通过物理方法来改变蛋白质的结构方式，从而导致蛋白质性质发生改变。常用的物理方法主要有加热、超声波、机械方法等。物理改性由于仅对蛋白质结构进行了处理，其主要的优点就是改性反应过程中无毒副作用产生，同时还具有改性时间短、费用低等优点。张铁华等人[14]对采用高压脉冲电场处理后的蛋清蛋白进行了研究，探讨了蛋清蛋白功能性质在不同的电场数及电场强度下所发生的变化。涂宗财等人[15]采用动态超高压均质对80%蛋清蛋白溶液进行处理，使其颗粒大小明显减小，起泡性和成膜性得到较大改善。钮培佩[16]采用亚临界水技术对蛋清蛋白进行改性，使其起泡性和乳化性显著提高。

3.2 化学改性

蛋白质的化学改性主要指采用化学处理的方式对蛋白质进行改性，从改变蛋白质基本成分组成方面对蛋白质进行改性[17]。常用的化学改性有酸碱处理、氨基酸共价连接、酰化、硫醇化、糖基化、胍基化、磺酸化、磷酸化、氧化降解等。其中，在食品领域中应用最为广泛的方法是糖基化，就是醛糖对蛋白质氨基的改性反应。水溶性碳化二亚胺法和美拉德反应法是糖基化修饰的主要方法，而美拉德反应在食品领域应用的最多。王玉堃[18]利用低分子量还原糖对卵白蛋白进行改性，并研究还原性单糖、双糖、三糖对卵白蛋白改性所呈现出的不同效果，所采用的方法就是美拉德反应法。和智坤[19]用亚硒酸与OVA 在干燥加热的条件下进行反应，通过硒酸化提高了OVA 的功能特性和抗氧化性。王洋等人[20]采用不同碱液对含盐蛋清功能性质进行研究，结果显示添加不同浓度的碱液后，蛋清的功能性质有了很大提高，说明碱液的加入改善了含盐蛋清的功能性质。

3.3 酶法改性

酶法改性是指采用各种生物酶制剂对蛋白质进行酶解，从而改变蛋白质性质的方法。酶法改性很大程度取决于所用的酶、处理时间、处理温度、反应体系pH 值等影响因素。采用酶法对蛋白质进行改性处理，由于生物酶反应具有特异性，一般不会导致营养方面的损失，也不会产生毒理上的问题。此外，酶法改性还具有反应条件温和、能耗低、效果显著等优点[21]。周頔[22]研究了木瓜蛋白酶对脱脂蛋黄、蛋白的改性作用，结果显示经木瓜蛋白酶处理后，蛋白的起泡力和泡沫的稳定性得到了显著提高。黄群等人[23]研究发现，当碱性蛋白酶用量144 000 U/g，底物质量分数1.90%，酶解时间34 min 能明显改善卵白蛋白的起泡性，在此条件下酶法改性后卵白蛋白起泡性是未改性的1.683 倍。