不同处理方法对蛋黄及其组分结构和性质的影响研究进展
2023-09-12杨建荣刘嘉涵王跃猛吕建浩
杨建荣,刘嘉涵,王跃猛,吴 越,焦 涵,吕建浩,李 鑫,*
(1.烟台大学生命科学学院,山东 烟台 264005;2.烟台理工学院食品与生物工程学院,山东 烟台 264003;3.安徽荣达食品有限公司,安徽 广德 242200)
鸡蛋作为天然食品中最理想的蛋白质来源之一,深受消费者喜爱[1]。鸡蛋主要由蛋壳、蛋清和蛋黄组成,蛋黄是其中结构最为复杂的一部分[2]。通常认为蛋黄组分难以分离,现阶段最简单的分离方法是对蛋黄进行冷冻离心分离,得到蛋黄颗粒和蛋黄浆质[3](图1)。蛋黄颗粒与蛋黄浆质的结构均较为复杂,且是天然的纳米和微米尺度自组装结构单元[4]。蛋黄颗粒由70%的高密度脂蛋白(high-density lipoprotein,HDL)、16%的卵黄高磷蛋白(phosvitin,PV)和12%的低密度脂蛋白(lowdensity lipoprotein,LDL)组成,蛋黄浆质由15%的卵黄球蛋白和85%的LDL组成[5]。由于蛋黄浆质中LDL含量较多,浆质主要以一种胶束状结构存在。但与浆质相比,颗粒结构更为复杂,扫描电子显微镜(scanning electron microscopy,SEM)下观察到其由深色颗粒和浅色颗粒两部分组成,且颗粒主要以通过磷酸钙桥连接的不溶性HDL-PV复合物的形式存在,是一种复杂的球状结构[6],在高盐浓度下,所有卵黄颗粒都会分解成100~200 nm的小颗粒聚集体[7]。
图1 蛋黄颗粒与蛋黄浆质的制备流程Fig.1 Flow chart for preparation of egg yolk granules and egg yolk plasma
蛋黄营养丰富、脂蛋白含量高、乳化性能好,是公认良好的乳化剂[8-9],因此常被用于蛋糕、奶油、沙拉酱和蛋黄酱中[10-11]。在实际生产加工过程中,蛋黄会经过不同的加工处理达到乳化分散、凝固成胶、盐腌流油等效果以实现生产需要。但现阶段对于蛋黄颗粒与蛋黄浆质的研究相对较少,还无法将蛋黄颗粒及浆质更好地应用于食品工业中,只能采取目前较为常用的几种处理方法,即盐腌、碱处理、热处理和酶法处理[12-15]对蛋黄颗粒和浆质进行改性,以便更好地理解蛋黄颗粒与浆质在理化性质(表面疏水性、油脂渗出量、蛋白质溶解度)、微观结构及功能特性(乳化性、起泡性与凝胶性)等方面的差异,为蛋黄颗粒与浆质在今后生产加工中的应用奠定良好基础。因此,基于蛋黄颗粒与蛋黄浆质的区别,本文将重点综述蛋黄及其组分在以上处理方式下的理化性质、微观结构和功能特性,旨在梳理蛋黄及其组分经过不同处理后理化性质、微观结构与功能特性的区别和相关关系。
1 盐腌
1.1 盐腌对蛋黄及其组分理化性质的影响
盐腌处理蛋黄后,蛋黄会明显脱水、渗油,其理化性质发生显著变化。本节将对盐腌后蛋黄及其组分的表面疏水性和油脂渗出量进行重点综述。
1.1.1 表面疏水性
盐腌对蛋黄及其组分的表面疏水性均会造成一定影响。研究表明,蛋黄经过盐腌后,蛋白质的空间构象被破坏,疏水基团外露,其表面疏水性会随腌制时间的延长而显著增加,且NaCl浓度的增加也会导致蛋黄的表面疏水性升高[16]。十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳(sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis,SDS-PAGE)分析结果表明,这种现象与蛋黄颗粒中存在的HDL和磷脂的解离程度密切相关[17]。例如Xu Lilan等[18]采用NaCl对蛋黄颗粒与蛋黄浆质进行盐腌发现,由于蛋黄颗粒结构较为紧密,表面的疏水氨基酸数量较少[19],蛋白质分子间的排斥力受到静电屏蔽效应,促使HDL聚集形成凝胶,因此颗粒经过盐腌后,表面疏水性会显著降低。与蛋黄颗粒相比,蛋黄浆质具有更强的表面疏水性。这是由于在腌制过程中脂质从脂蛋白中逐渐释放,蛋白质去折叠和疏水基团暴露,导致浆质表面的疏水性随盐腌时间的延长而增加[18]。由此可见,盐腌会降低蛋黄颗粒表面疏水性,使蛋黄浆质表面疏水性增加,而蛋黄表面疏水性的变化情况则与腌制时间和NaCl浓度有关,时间越长、浓度越高,其表面疏水性越高。
1.1.2 油脂渗出量
盐腌法对于油脂渗出量的影响研究多集中于对鸭蛋黄的腌渍效果方面。蛋黄及其组分中油脂的渗出量都会随盐腌时间的延长而增加,并且蛋黄和浆质的油脂渗出量要高于颗粒。这是由于NaCl的盐析效应会促进游离脂质的释放、诱导LDL聚集[20],进而导致稳定蛋黄中油脂的蛋白质形态发生变化,因此油脂渗出量也会相应增加[21]。同时,在盐腌蛋黄的过程中,蛋黄颗粒中的Ca2+会逐渐被Na+所取代,导致蛋黄颗粒结构随盐的渗透而被破坏[22],游离脂蛋白被稀释,因此油脂不断渗出。但总体而言,盐腌对蛋黄及其组分的油脂渗出具有良好的改善效果。
1.2 盐腌对蛋黄及其组分微观结构的影响
蛋黄组分微观结构的变化多通过其本身发生的聚集或分散行为进行表征。近年来的研究表明,不论是对蛋黄颗粒单独进行盐腌,或与酸碱处理、高压处理等联合进行处理,微观结构下蛋黄颗粒均会发生聚集[18,23-24]。这可能是由于盐腌会导致水分流失,使颗粒间的间距变小,从而使颗粒的结构更加紧密发生聚集[25]。同时,蛋黄浆质经过盐腌后也会发生不同程度的聚集,主要表现为LDL的聚集[26]。当LDL发生大规模聚集后,会促进磷脂-磷脂分子和磷脂-蛋白质分子间的迁移[18]。Wakamatsu等[27]的研究表明,LDL的聚集可以通过减少单个颗粒的表面积,促使磷脂外露,外露的磷脂在聚集的LDL之间形成层状结构,有助于促进聚集体之间的相互作用。这种聚集结构主要是由变性后的蛋白质结合在一起导致的。综上所述,颗粒与浆质经过盐腌后均会发生一定程度的聚集。
1.3 盐腌对蛋黄及其组分功能特性的影响
1.3.1 乳化性
乳化性是指蛋白中油和水形成乳化液的能力,而维持稳定乳化性的能力被称为乳化稳定性[28]。盐腌对蛋黄组分乳化性的影响主要取决于溶液的离子强度。乳化型蛋黄颗粒是一种天然的蛋白质-脂质复合物,其结构紧密,在低离子强度下(<0.3 mol/L NaCl)不溶,因此可以稳定水包油(oil in water,O/W)和油包水(water in oil,W/O)乳液,具有用作新型食品级Pickering乳化剂的潜力[29]。当采用适当浓度NaCl对蛋黄颗粒进行盐腌时,腌制后的蛋黄颗粒结构被破坏,HDL和PV被释放并溶解,经过盐处理后的蛋黄颗粒比天然颗粒更能有效地形成并稳定O/W乳液[30],乳化稳定性提高。与蛋黄颗粒不同的是,盐腌对蛋黄浆质的影响主要体现在提高其乳化活性上。由于蛋黄浆质中的LDL是蛋黄特殊乳化活性的主要贡献者[31],会导致浆质在任何离子强度下均可溶解,因此蛋黄浆质经盐腌处理后,其乳化活性高于蛋黄颗粒。
传统意义上的腌制多采用NaCl,而其他盐类的腌制也会对蛋黄乳化性产生不同程度的影响。有研究表明,三聚磷酸钠、琥珀酸酐、焦磷酸钠和磷酸氢二钠均会导致蛋黄(液)乳化性发生变化[32-33]。三聚磷酸钠和琥珀酸酐均会增加蛋白质在蛋黄中的溶解度,改变脂蛋白疏水性与亲水性之间的平衡,从而破坏蛋黄的乳化能力。同时,盐腌后可溶性蛋白会快速扩散到油-水界面,降低界面张力,从而提高蛋黄的乳化稳定性。焦磷酸钠和磷酸氢二钠则会对蛋黄液的乳化活性产生影响,随着焦磷酸钠浓度的增加,蛋黄液乳化活性呈先升高后降低的趋势,而当磷酸氢二钠的质量分数达到0.3%~0.9%时,蛋黄液的乳化活性趋于平缓。这一系列研究表明,盐腌会显著提高蛋黄颗粒的乳化稳定性和蛋黄浆质的乳化活性,且基于盐的种类与浓度不同,蛋黄的乳化性能也不同。因此在未来的研究中,可根据具体的机理变化选取适宜的盐种类与浓度,为提高蛋黄及组分的乳化性提供更多可行方案。
1.3.2 凝胶性蛋黄的凝胶性是指蛋黄蛋白质结构部分展开或者发生不可逆变性,蛋白分子间发生相互作用,聚集成有序的网络结构[34]。盐腌对蛋黄及其组分凝胶性的影响主要通过其保水性和质构特性两个指标反映。杨海燕等[35]研究发现,盐腌时可采用不同质量分数NaCl对蛋黄浆质进行腌制,当NaCl质量分数达到2%时,蛋黄浆质的凝胶保水性最好。这是由于NaCl会提高凝胶内部水分的流动性,使蛋白分子形成水离子键,从而改变凝胶内部的疏水相互作用,同时凝胶的保水性也反映了蛋黄浆质对水的保持能力,保水性越高,越能防止水分子逸出。质构特性包括多个参数:如硬度、咀嚼性、胶黏性、内聚性和弹性等。研究表明,蛋黄的硬度、咀嚼性和胶黏性随腌制时间的延长呈先升高后降低的趋势[36],这是由于在腌制前期,盐的浸入使蛋黄形成紧密的凝胶网络结构,因此提高了蛋黄的硬度、咀嚼性和胶黏性;而过长时间的腌制会增加油脂渗出量,使原本紧密结合的蛋白结构变得松散,因此降低了蛋黄的硬度、咀嚼性和胶黏性。由此可见,蛋黄及其组分的理化性质在一程度上会影响功能特性,油脂渗出量的增高降低了蛋黄凝胶的质构特性。此外,蛋黄颗粒与蛋黄浆质的质构特性也得到一定的研究。Xu Lilan等[18]研究发现,蛋黄颗粒与蛋黄浆质经盐腌后的内聚性变化趋势较为相似,都会随腌制时间的延长而增加,而蛋黄浆质的弹性在腌制过程中呈先升高后降低的趋势,同时,蛋黄颗粒凝胶的硬度大于蛋黄浆质的硬度。Valverde等[37]对于这一现象的解释为颗粒蛋白经盐腌处理后形成了HDL-PV复合物,具有较高的耐热性。因此蛋黄颗粒凝胶对于变形和断裂的抵抗力要好于蛋黄和蛋黄浆质。总体而言,盐腌对提升蛋黄组分的凝胶性具有良好效果,但在处理蛋黄时应注意盐腌时长。
综上所述,蛋黄及其组分经过一定程度的盐腌后,其理化性质与功能特性均会得到良好改善。但现阶段的研究方法多集中于采用NaCl进行腌制,而其他盐类对蛋黄组分理化性质、微观结构及功能特性的影响还鲜见详细的阐述,未来仍需进一步探究。
2 碱处理
2.1 碱处理对蛋黄及其组分蛋白理化性质的影响
碱处理对蛋黄及其组分的蛋白质理化性质的影响主要体现在溶解度方面,其对溶解度影响显著,且有学者将pH法与盐腌法相结合,以探究碱处理对蛋黄浆质脂蛋白溶解度的影响[38]。结果表明,当体系中含有NaCl且pH值为8.7时,蛋黄浆质脂蛋白溶解度无显著变化,当pH值为10.0时,蛋黄浆质脂蛋白溶解度逐渐升高。由此可见,pH值的升高对蛋黄浆质的蛋白溶解度有良好的改善作用。此外,中华鳖蛋中的蛋黄及其组分的蛋白质溶解度也受到了研究者的关注。Chen等[39]研究发现,在弱酸性环境中,鳖蛋蛋黄及其组分中的蛋白溶解度较低,而碱处理可显著增加其蛋白溶解度,尤其对蛋黄和颗粒的影响更为显著。通过以上结论可得出,pH值对蛋白质碱性侧链上的电荷有较大影响[40],碱性环境会增加相同静电荷分子间的排斥力,使水-蛋白质间的相互作用增强,从而导致蛋黄及其组分的蛋白溶解度升高[41]。
2.2 碱处理对蛋黄及其组分微观结构的影响
碱处理还可促进蛋白质聚集和变性,继而引起蛋黄及其组分微观结构发生变化[42]。Yang Yuan等[43]利用透射电子显微镜(transmission electron microscopy,TEM)观察发现,碱处理可诱导凝胶的形成,促使蛋黄颗粒与蛋黄浆质形成蛋白质基质,从而发生聚集。但相比之下,蛋黄颗粒形成凝胶所需的时间要短于蛋黄浆质,微观结构也更加紧密[44]。这种现象表明碱处理可使蛋黄颗粒的凝胶硬度与黏弹性增大,导致其微观结构更加致密。由此亦可说明,蛋黄及其组分的功能特性与微观结构间有着密切的联系,凝胶网络的形成会直接影响其微观结构的变化。
2.3 碱处理对蛋黄及其组分功能特性的影响
2.3.1 乳化性
蛋黄乳化性与其中蛋白质的溶解度变化密切相关。黄群等[45]研究发现,pH值会影响不同蛋白质乳状液的形成及稳定性,当蛋黄处于中性环境时其乳化性最低,经碱处理后,蛋黄的蛋白溶解度升高,乳化性得到改善,且随pH值的升高而逐渐增加。这一现象也再次印证了蛋黄的理化性质与功能特性有着紧密关联,蛋白溶解度的升高会直接导致乳化性的增加。同时,碱处理对蛋黄颗粒稳定高内相乳液的类固体或类液体状态也有影响。研究表明,较小的颗粒组分与释放的磷脂胶束在碱性条件下会更快地迁移和吸附到油-水界面,使稳定的高内相乳液呈凝胶状倒挂在瓶底,形成Pickering乳液,从而提高乳液的稳定性[46]。le Denmat等[47]对蛋黄组分所制备的乳液在不同pH值下的性质进行分析发现,蛋黄颗粒所制备的乳液液滴在酸性环境中粒径较大,稳定性较差,而当其处于碱性环境时,乳液稳定性会显著增加。与蛋黄颗粒不同的是,蛋黄浆质的乳化性及乳液稳定性并不会因pH值的变化而受到太大影响,不论是酸性环境还是碱性环境,浆质的乳化性都呈较为平缓的变化状态。因此,碱处理会提高蛋黄的乳化性和颗粒的乳液稳定性,而对蛋黄浆质的乳化性没有显著影响。
2.3.2 凝胶性
碱处理对蛋黄及组分凝胶性的影响主要体现在硬度方面。研究表明,蛋黄蛋白在短时间内会迅速聚集形成凝胶,致使蛋黄的硬度在碱处理4 min时增加,但由于蛋黄凝胶中的系统平衡,因此在48 min前,其硬度都较为稳定[43]。而颗粒凝胶的硬度会随碱处理时间的延长而增加。针对这一结果有两种解释:一是由于不溶性天然颗粒的致密结构有利于蛋白质分子间的相互作用[48];二是颗粒中最主要的蛋白质——磷蛋白是自然界中最高度磷酸化的蛋白质之一,具有强金属结合能力[49]。基于这两个方面,颗粒凝胶的硬度会显著增强。此外,蛋黄浆质经碱处理后其硬度会呈先增加后降低的趋势,这是由于碱处理会导致LDL发生聚集,使凝胶相互作用增强,因此导致碱处理前期浆质的硬度增加[50]。但随着时间的延长,蛋白质间的相互作用会受到其表面带有负电荷的静电排斥力影响,因此在处理后期,浆质的硬度逐渐降低。总之,在碱性条件下,蛋黄颗粒凝胶的硬度要好于蛋黄和浆质的凝胶硬度,且具有更好的稳定性,不易发生变形和断裂[51]。通过以上结论可推断出,相较于蛋黄和浆质,蛋黄颗粒可能具有更好的凝胶性。但鉴于现阶段研究的局限性,在实际生产加工中还无法有效地利用蛋黄颗粒的凝胶性质,因此在后续研究中,仍需对蛋黄组分进行系统化探究,使蛋黄组分广泛应用于食品行业中。
3 热处理
3.1 热处理对蛋黄及其组分蛋白理化性质的影响
热处理对蛋黄组分理化性质的影响主要表现为对其溶解度的影响。阎微[52]研究了在65 ℃条件下加热时间对蛋黄的蛋白溶解度影响情况。结果表明,短时间加热会使蛋黄的蛋白溶解度呈下降趋势,当加热到6.5 min后,溶解度暂时趋于平缓,而后持续加热到9.5 min时,蛋白质聚集紧密形成凝胶,此时蛋黄的蛋白溶解度显著降低。关于加热温度对蛋黄颗粒和蛋黄浆质蛋白溶解度的影响,苏宇杰等[53]进行了详细的研究。结果表明,当加热时间相同,加热温度在65 ℃以下,蛋黄浆质的蛋白溶解度也不会发生显著变化,当温度达到68 ℃时,溶解度显著降低,表明高温会破坏蛋白质的结构,使解离的亚基相互作用形成不溶性聚合物,从而降低浆质的蛋白溶解度[54]。相比之下,蛋黄颗粒的蛋白溶解度经热处理后低于蛋黄浆质。但由于蛋黄颗粒蛋白质含量较高,且蛋白质具有较好的热稳定性,因此蛋黄颗粒的蛋白溶解度变化较小[55]。总体而言,温和的热处理条件并不会对蛋黄及组分的蛋白溶解度造成显著影响,但长时间的加热与较高的温度会使蛋黄和浆质的溶解度降低,由此说明蛋黄浆质中蛋白质的聚集或变性是导致蛋黄溶解度变化的主要原因[53]。
3.2 热处理对蛋黄及其组分微观结构的影响
目前有关热处理对蛋黄组分微观结构影响的研究相对较少,仅集中在对蛋黄微观结构的影响方面。因此,仅可根据蛋黄在热处理后成分变化、微观结构改变推测其组分微观结构的变化。Xu Lilan等[56]研究发现,长时间的热处理会导致蛋白质与脂质不断细化并聚集,且温度越高,聚集范围越大、聚集程度也越紧密。例如,蛋白质与脂质在72 ℃时开始聚集且分布不均,76 ℃时蛋白质与脂质逐渐细化并进一步聚集,形成粗蛋白聚集体,当温度达到80 ℃与84 ℃后,粗蛋白聚集体形状扩大且聚集程度更加紧密。由于蛋黄颗粒中的主要成分是不溶性的HDL,而蛋黄浆质中则含有大量的LDL和脂质,因此,根据蛋黄中蛋白质与脂质的变化情况可推断出,热处理对蛋黄浆质微观结构的影响可能更加显著,当加热到一定程度后,浆质会发生聚集,具体变化机制如图2所示。
图2 蛋黄加热过程中蛋白质与脂质微观结构变化机理Fig.2 Mechanism of protein and lipid microstructures in egg yolk during heating treatment
目前,研究人员对于蛋黄的加工已不再采用单一的热处理形式,而是与盐腌法相结合。例如Xu Lilan等[16]的研究表明,对加热后的蛋黄腌制21 d后,蛋黄中的α-螺旋含量逐渐减少,形成了紧密的凝胶网络结构。当继续腌制28~35 d后,释放的蛋白质和脂质通过疏水相互作用重组,从而发生聚集。由此说明,不论是单一的热处理还是盐腌联合热处理均会导致蛋黄中的蛋白质与脂质聚集,且凝胶网络的形成可能是导致蛋白质与脂质聚集的主要原因。但由于目前研究多集中于实验室水平,关于热处理对蛋黄组分微观结构的影响暂时还处于探索阶段,因此相关研究人员可就此方向继续开展系统化研究,为蛋黄组分的微观结构研究提供更多理论支持。
3.3 热处理对蛋黄及其组分功能特性的影响
3.3.1 乳化性
热处理对蛋黄及其组分乳化性的影响主要取决于加热温度与加热时间。阎微[52]和苏宇杰[53]等研究了蛋黄液、蛋黄颗粒和蛋黄浆质经热处理后乳化活性和乳化稳定性的变化情况。研究表明,当加热温度在65 ℃时,短时间的热处理对三者的乳化性几乎没有影响,但当加热时间达到8.5 min后,部分蛋黄出现凝结现象,加速蛋白质变性,使凝结的颗粒存在于稀释后的蛋黄液中,此时蛋黄液的乳化活性有所升高。而当温度达到68 ℃时,长时间的加热使HDL发生变性,蛋黄颗粒与浆质中的蛋白质和其他成分相互作用形成聚合物,因此导致二者的乳化活性降低。在乳化稳定性方面,蛋黄液与蛋黄浆质在加热到9 min后,蛋白质的变性会使疏水基团聚集,增加了静电排斥作用,抑制了乳状液的絮凝,从而使乳化稳定性降低。对于蛋黄颗粒而言,持续的加热增强了颗粒蛋白的无序排列程度,提高了颗粒在油-水界面上的吸附能力[57],具有稳定乳液的作用,因而使乳化稳定性升高。
此外,部分研究者对热处理前后蛋黄及组分的乳化性能也进行了详细的研究[58-60]。结果发现,热处理后蛋黄和浆质制备的乳状液粒径(d50)变化趋势较为相似,在69~76 ℃间显著升高,且蛋黄制备的乳液的乳膏层高度显著降低,这表明热处理使乳液油滴紧密聚集,提高乳液稳定性。而蛋黄颗粒制备的乳状液在未经热处理前,乳析率和最终油体积的占比均低于蛋黄和浆质,当热处理温度在55~76 ℃时,颗粒稳定的样品d50、乳析率和最终油体积的占比均未发生显著变化,由此表明热处理不会对蛋黄颗粒的乳化性能产生影响,因此蛋黄颗粒具有更好的耐热性,在日后的生产加工环节,蛋黄颗粒将有望代替蛋黄应用到乳化型食品中。
综上所述,较温和的热处理条件对蛋黄及其组分的乳化性影响较小,但长时间的加热会增加蛋黄液的乳化活性,降低乳化稳定性。当处理温度低于69 ℃时,蛋黄颗粒与浆质的乳化活性均较低,但颗粒乳化稳定性较高;当处理温度达到76 ℃后,蛋黄及浆质的乳化稳定性会显著提升,而颗粒的乳化稳定性并未发生明显变化。由此可见,蛋黄颗粒相较于蛋黄及浆质而言,对热处理温度的耐受性更强,乳化稳定性相对更高。
3.3.2 起泡性
通常认为泡沫是气体在连续相中的分散体,在热力学中较不稳定[61]。在泡沫形成过程中,蛋白质的疏水链在空气中展开,亲水链则将水保持在水相中,因此对于泡沫系统的排水及气泡聚结有很好的阻隔作用[62]。Li Xin等[63]研究了蛋黄组分对蛋清蛋白发泡性的影响,结果表明蛋黄及其组分均会造成蛋清蛋白的发泡性降低,但当固形物含量与蛋黄组分含量相同时,由于脂质-脂蛋白的吸附力与蛋白质聚集状态决定了蛋清蛋白的发泡性,因此颗粒与浆质打发性均高于蛋黄,对蛋清蛋白的发泡性损害较小。
当前关于热处理对起泡性的研究多集中于蛋黄液或全蛋液中。徐旭东等[64]研究表明,蛋黄液的起泡性在60 ℃内随温度升高显著增加,当加热温度达到70 ℃时,蛋黄液的起泡性下降。这表明较温和的处理温度可使蛋白结构展开,增加表面疏水性,有利于水-空气界面形成,从而增加起泡性[65]。而过高的处理温度会破坏蛋黄蛋白质的二级结构,暴露蛋白内部的疏水基团,使内源蛋白质分子形成非共价聚集体,增大蛋白颗粒的体积,过大的蛋白颗粒不利于泡沫的形成,因此蛋黄液的起泡性在高温时有所下降[66]。与起泡性不同的是,蛋黄液的泡沫稳定性在70 ℃时会显著升高,这是由于蛋黄蛋白的热变性温度较高,在此温度下并不会发生大程度的聚集,增加水-空气界面膜的稳定性,致使泡沫稳定性升高。此外,乔立文等[67]对热处理后全蛋液泡沫性质的变化进行了研究。结果表明,全蛋液的起泡性与泡沫稳定性在61 ℃时呈上升趋势,当加热温度达到64 ℃与67 ℃时,其起泡性与泡沫稳定性显著降低,这是由于蛋白质分子遇热不稳定,通过非共价键形成分子聚集体,使水-空气界面膜的稳定性下降,进而降低了泡沫稳定性。总体而言,低温会增加蛋黄液与全蛋液的起泡性,当温度逐渐升高时,蛋黄液的起泡性降低,泡沫稳定性升高,而全蛋液的起泡性和泡沫稳定性均有所降低,由此可见,与全蛋液相比,蛋黄液具有更好的泡沫稳定性。
4 酶法处理
4.1 酶法处理对蛋黄及其组分理化性质的影响
除以上3 种方法外,酶法处理也会对蛋黄组分的理化性质有所影响,主要表现在表面疏水性与蛋白溶解度两方面。
4.1.1 表面疏水性
表面疏水性是判断蛋白质构象变化的重要指标之一[68]。酶法处理蛋黄通常会增加溶液表面疏水性。这是由于适当酶解可改变蛋白质结构,使其分子内的疏水位点暴露[69]。但长时间水解也会导致溶液表面疏水性降低。例如研究发现,采用中性蛋白酶、胰蛋白酶与碱性蛋白酶对蛋黄进行水解后,蛋黄溶液表面疏水性会出现先升高后降低的趋势,当水解时间达到4.5 h后疏水性最低[70-71]。这是由于小分子肽的疏水结合点数量比大分子肽少,过度酶解则降低了蛋黄中蛋白质的表面疏水性。此外,也有学者研究了木瓜蛋白酶、枯草杆菌酶与胰蛋白酶对蛋黄蛋白表面疏水性的影响[72]。结果表明,木瓜蛋白酶与枯草杆菌酶会降低溶液表面疏水性,而胰蛋白酶对其表面疏水性的影响不大。这一研究表明,蛋白酶对蛋黄及其组分表面疏水性的影响一定程度上取决于酶解时间,而更重要的则是蛋白酶的种类。随着技术的不断进步,学者们不止停留在研究单一蛋白酶或复合蛋白酶酶解蛋黄及其组分,例如,Li Qiqi等[73]使用超声技术联合酶解对蛋黄蛋白进行了处理。相较于单纯的酶解而言,与超声技术的联合使用显著提高了蛋黄蛋白的酶解率,但阻止了疏水基团的过量暴露,因此,超声联合酶解处理对蛋黄蛋白表面疏水性无显著影响,并使其理化性质更加稳定。然而,尽管目前的科研水平已取得大幅度提升,但关于酶法处理对蛋黄颗粒与蛋黄浆质表面疏水性的影响还鲜见报道,学者们仍将科研重心集中于蛋黄的表面疏水性上,因此,如何选择适宜的酶种类对蛋黄颗粒与浆质的表面疏水性进行改性,在未来仍需探究。
4.1.2 蛋白溶解度
酶法处理对蛋黄及组分蛋白溶解度的影响也受到研究人员们的关注。Tang Shitao等[72]分别采用木瓜蛋白酶、胰蛋白酶与枯草杆菌蛋白酶对蛋黄粉进行酶解后发现,虽然3 种酶都会提高蛋黄粉的溶解度,但枯草杆菌蛋白酶的影响更显著,这是因为枯草杆菌蛋白酶水解后产生了大量的疏水基团或疏水侧链,通过疏水相互作用与游离脂蛋白结合后,表面疏水性降低,避免游离脂蛋白漂浮造成分层,从而导致蛋黄粉的溶解度升高。除了单一酶解处理,Strixner等[74]对喷雾干燥结合磷脂酶A2处理后蛋黄颗粒与蛋黄浆质的蛋白溶解度进行了对比分析。结果表明,单独的喷雾干燥会降低颗粒与浆质的蛋白溶解度,但经磷脂酶A2结合处理后,颗粒与浆质的蛋白溶解度都会显著提高,尤其是颗粒的蛋白溶解度经酶解后可以达到80%以上,这表明酶处理对颗粒与浆质的蛋白溶解度有良好的改善作用,但对颗粒的影响更明显。
综上,本文对盐腌、碱处理、热处理及酶法处理对蛋黄及其组分理化性质的影响进行了总结,如表1所示。
表1 不同处理方法对蛋黄及其组分理化性质的影响Table 1 Effects of different treatments on physicochemical properties of egg yolk and its components
4.2 酶法处理蛋黄及其组分对微观结构的影响
酶法处理对蛋黄组分的微观结构影响较大,且不同酶种类可能产生的影响不同。例如脂肪酶和磷脂酶都可使蛋黄组分微观结构发生变化,但作用机制有所不同。通过SEM观察发现,脂肪酶会使蛋黄颗粒与浆质发生一定程度的聚集,形成集合体[75-76]。且相较于浆质而言,颗粒在经过脂肪酶处理后,其内部出现许多粗糙的气孔与凹坑,这表明脂肪酶并不是作用于颗粒的表面,而是作用于颗粒内部。磷脂酶A2则会使原本结构较为紧密的颗粒与浆质发生分散并出现破碎的团块形状。除脂肪酶和磷脂酶A2外,磷脂酶A1对蛋黄组分的结构也有影响。相关研究表明,新鲜颗粒中蛋白质球的结构紧密堆积在一起,经磷脂酶A1处理后,HDL含量发生变化使原本聚集的颗粒逐渐分散,形成较大的球状结构[77]。而浆质经过磷脂酶A1处理后,其微观结构也会发生显著差异。天然浆质表面有大量的圆形球状物,经酶处理后,圆形球状物发生聚集,形成较大的蛋白质簇,且与颗粒相比,浆质中的蛋白质颗粒尺寸经磷脂酶A1处理后会更大。因此,无论是脂肪酶还是各种磷脂酶(磷脂酶A1或磷脂酶A2)处理蛋黄组分后,微观结构均会发生一定程度的改变。
综上所述,表2汇总了盐腌、碱处理、热处理及酶法处理对蛋黄及其组分微观结构的影响。同时,为了更加直观清晰地解释颗粒与浆质的聚集或分散行为,本文展示了不同处理方法对颗粒与浆质微观结构的影响,分别如图3、4所示。
表2 不同处理方法对蛋黄组分微观结构的影响Table 2 Effects of different treatments on microstructure of egg yolk and its components
图3 不同处理方法对蛋黄颗粒微观结构的影响机理Fig.3 Mechanism of the effects of different treatments on the microstructure of egg yolk granules
图4 不同处理方法对蛋黄浆质微观结构的影响机理Fig.4 Mechanism of the effects of different treatments on the microstructure of egg yolk plasma
4.3 酶法处理对功能特性的影响
4.3.1 乳化性
酶法处理是提高蛋黄及其组分乳化性的一种常用方法。研究表明,采用蛋白酶处理蛋黄和颗粒后,内部氢键和表面电荷数量增加,且蛋白溶解度的升高更利于其吸附在油-水界面上,从而提高了蛋黄和颗粒的乳化稳定性[78-80]。但相较于蛋白酶,学者们更加倾向采用磷脂酶对蛋黄及其组分进行处理,以提高其功能特性。例如黄丹等[81]研究发现,磷脂酶A1对蛋黄粉的功能特性也具有优化作用。蛋黄粉的乳化容量、乳化稳定性及热稳定性经磷脂酶A1改性后,分别提高了近75%、3.89 倍与1.32 倍,由此说明,磷脂酶处理可显著增强蛋黄和颗粒的乳化稳定性。
在目前的研究中,学者们已不仅限于对样品进行单一的酶处理,而是将酶法处理结合其他技术对蛋黄组分进行改性研究。例如唐世涛[82]通过超声技术联合蛋白酶对蛋黄颗粒与蛋黄浆质进行处理后发现,二者形成的乳液乳析指数均有所下降,乳化稳定性升高。但二者的改善机理较为不同。浆质的乳化稳定性改善主要归功于超声结合酶解后降低了乳液的粒径及表面张力,而颗粒经过处理后,热稳定性的提高在一定程度上促进了乳化稳定性的改善,且蛋白浓度越高,处理后的热稳定效果越好。酶处理结合冻融技术对蛋黄及其组分乳化性的影响也有研究。Gmach等[83]采用磷脂酶A2结合冻融技术来评估蛋黄及其组分的乳化能力。但与之前的研究略有不同的是,在-20 ℃条件下,单一的冻融技术会使蛋黄和浆质稳定的乳剂具有更高的冻融稳定性,但经磷脂酶A2处理后,蛋黄和颗粒的乳化稳定性随之增加,浆质的乳化稳定性则有所降低,且失稳程度与冻融时间成正比。总体而言,大部分研究都已证实酶法处理可显著提高蛋黄及其组分的乳化稳定性,但冻融技术结合酶处理对蛋黄及其组分乳化性的影响与以往结论稍有差异。因此,酶处理结合多种技术对蛋黄组分乳化性的影响仍需继续探究,以此提供更多理论依据与对比分析数据。
4.3.2 起泡性
酶法处理对蛋黄组分功能性的影响还体现在泡沫性质方面。酶水解会将蛋白质降解为肽,增强蛋白溶解度与表面疏水性[84],使蛋黄中的蛋白质在水-空气界面中产生较低的表面张力,从而增加起泡能力。由此亦可表明,理化性质对于功能特性的影响还体现在起泡性上。但过多的肽会使泡沫系统无法稳定,因此泡沫稳定性在前期会随水解度的增加而升高,当水解到一定程度后,体系泡沫稳定性逐渐降低[71],且不同酶种类对蛋黄及其组分泡沫性质的影响也不同。例如有研究者采用磷脂酶A1、A2和脂肪酶对蛋黄及组分进行水解后发现,虽然三者的起泡性均有所提高,但脂肪酶的水解效果远不如磷脂酶,且会导致泡沫稳定性降低[75,77],这可能是由于磷脂酶和脂肪酶的水解机制不同,磷脂酶主要水解酯键或磷酸二酯键,而脂肪酶会水解二酰甘油和单酰甘油中的酯键,释放额外的脂肪酸,最终释放出甘油[85];因此降低了蛋黄及其组分的泡沫稳定性。总之,酶解可显著提高蛋黄及组分的起泡性,但对泡沫稳定性的影响效果却因酶种类而异。但就现阶段的研究而言,学者们多采用磷脂酶A1与A2对蛋黄组分进行改性,而其他酶类(如磷脂酶C)对蛋黄组分影响的报道相对较少,因此在后续研究中,可采用多种酶类对蛋黄组分进行处理,以提供更多理论支持与研究依据。
从上述研究中还可以看出,提高蛋黄及其组分的蛋白溶解度后,其乳化性也会得到改善,并且由于凝胶形成后,其硬度与黏弹性均会增加,导致颗粒与浆质的结构更加紧密从而发生聚集。这也充分说明了理化性质、微观结构及功能特性间的关系,理化性质的提高会改善功能特性,而功能特性也会导致微观结构发生变化,三者间的关系紧密相连。
综上所述,表3汇总了盐腌、碱处理、热处理及酶法处理对蛋黄及其组分功能特性的影响。但鉴于目前对于功能特性的研究大多集中于乳化性上,因此本文特将以上4 种处理方法对蛋黄及其组分乳化性的影响单独列出(表4)。
表3 不同处理方法对蛋黄及其组分功能特性的影响Table 3 Effects of different treatments on functional properties of egg yolk and its components
表4 不同处理方法对蛋黄及其组分乳化性的影响Table 4 Effects of different treatments on emulsifying properties of egg yolk and its components
5 结 语
蛋黄颗粒与蛋黄浆质是蛋黄的重要组分,它们的相关性质受到了学者们的广泛关注,但仍然缺乏深入而系统的研究和总结。本文综述了目前使用较为广泛的几种处理方法——盐腌、碱处理、热处理及酶法处理,这4 种处理方法都可提高蛋黄及其组分的理化性质,改变其微观结构,改善其功能特性,并且理化性质的改变可能会影响功能特性,而功能特性中凝胶网络的形成亦会使微观结构发生变化,三者之间有着密切的联系。此外,在实际生产、加工中,也应注意处理方法的具体工艺参数与类别。例如盐腌时间过长会降低蛋黄的质构特性,过高的温度会导致蛋黄颗粒与蛋黄浆质的乳化活性降低,而脂肪酶则会降低蛋黄颗粒与蛋黄浆质的泡沫稳定性等。因此,根据实际情况与样品的不同性质选择适宜的处理方式和条件至关重要。现有成果为后续的研究与探索提供了坚实的理论基础和可行性依据,且科学技术与科研能力也在不断地进步和完善,相信蛋黄及其组分在未来的食品领域中必将有广泛的应用前景。