◎ 黃永平，陳良輝，聶 瑩，劉亞群，鄭玉忠，李汴生

（1.華南理工大學 食品科學與工程學院，廣東 廣州 510640；2.韓山師范學院 生命科學與食品工程學院，廣東 潮州 521041）

1 蛋清蛋白的基本介紹

1.1 雞蛋組成

雞蛋是自然界中保存完好的生物制品之一，也是蛋白質、脂類、維生素和礦物質的最佳來源。雞蛋由蛋殼、蛋清和蛋黃3 部分組成，是天然理想食品。雞蛋中蛋清占比最高，可達60%，其中水和蛋白質是其主要組成部分，查閱相關文獻，將雞蛋具體組成進行匯總[1]，如圖1 所示。

圖1 雞蛋組成部分圖

1.2 蛋清蛋白基本概述

蛋清中的蛋白質含量較豐富，主要由卵清蛋白（Ovalbumin）、卵轉鐵蛋白（Ovotransferrin）、卵類粘蛋白（Ovomucoid）和溶菌酶（Lysozyme）等成分組成，不同類型的蛋清蛋白的功能特性也有很大的不同[2]。在相關學者的研究基礎上，對蛋清蛋白基本組成進行匯總[3]，詳見表1。

表1 雞蛋中蛋白質組成及其特性表

2 蛋清蛋白的凝膠特性

凝膠化是蛋白質重要的功能特性之一，是由變性蛋白分子聚集并形成有序的網絡結構。蛋清中的卵白蛋白、卵轉鐵蛋白和卵粘蛋白等成分為其凝膠形成提供了物質基礎，不同加工條件下形成的蛋清蛋白凝膠明顯不同，關于這方面的文獻報道非常多，是近幾年的研究熱點[4-5]。其中，加熱是最常見的一種加工方式，不僅可以殺滅有害細菌，保證食品安全，延長產品貨架期，有利于運輸和儲存，適當的熱加工處理還有利于蛋清蛋白的消化吸收[6]。

研究表明，雞蛋蛋白的凝膠化過程主要有兩步。第一步涉及蛋白質分子的構象變化或部分變性。在蛋白質變性步驟中，通過物理（加熱）方式，蛋白質分子展開，這導致了疏水基團和“埋藏”的巰基暴露。這種二級結構上的“疏水效應”通常會導致α-螺旋結構略有減少[7]。蛋清蛋白二級結構的這些變化會對蛋清蛋白功能產生影響，從而影響膠凝能力和溶解度等特性。在第二步中，變性蛋白質的進一步聚集導致粘度指數增加，并形成一個連續(xù)的網絡。在凝膠化的過程中，蛋清中不同的組成成分有不同的變性溫度和聚集行為，最終形成的凝膠特性也有明顯的不同[8]。蛋清是由多種具有不同等電點的蛋白成分組成的混合蛋白，彼此間通過靜電及疏水作用相互吸引，使得蛋白易于聚集。因此，與單一成分的蛋白溶液相比，混合成分組成的蛋清在相同條件下形成聚集的溫度更低。MATSUDOMI 等[9]研究發(fā)現，在相同條件下，雞蛋清中的溶菌酶比單一的溶菌酶溶液更容易形成聚集。這是由于溶菌酶在中性條件下帶正電荷，它有與其他帶負電荷的變性蛋白質（包括卵轉鐵蛋白和卵粘蛋白）結合的趨勢。卵粘蛋白和溶菌酶之間的聚集是由靜電吸引引起的。在熱處理過程中，部分卵粘蛋白β-折疊打開，導致埋藏的疏水區(qū)和SH 基團暴露。這一過程導致卵粘蛋白和溶菌酶之間的疏水相互作用，隨后溶菌酶的SS 鍵和卵粘蛋白暴露的SH 基團之間發(fā)生SH-SS 交換。在自然狀態(tài)下，蛋清蛋白的疏水基團嵌入球形結構中，但加熱可以打開蛋白質結構并暴露疏水基團以形成聚集體[10]。此外，加熱還導致蛋清蛋白自身的共價交聯N-聚糖，并參與熱聚集查閱凝膠相關文獻，蛋清蛋白受熱形成凝膠的過程如圖2所示[11]。

圖2 蛋清蛋白受熱誘導形成凝膠過程圖

3 影響蛋清蛋白凝膠性質的因素

非共價鍵（疏水作用、氫鍵/離子鍵）和共價鍵（二硫鍵）穩(wěn)定蛋清蛋白凝膠網絡，每種鍵的相對貢獻與形成凝膠的環(huán)境條件，如pH 值、離子強度和多糖等因素有關。

3.1 pH 值對蛋清凝膠的影響

pH 值變化會影響蛋白質分子的電離和凈電荷值，從而改變蛋白質分子的吸引力和排斥力以及結合水分子的能力。VAN DEN BERG 等[12]研究發(fā)現，pH 值為7 時，羧丙基甲基纖維素不會改變蛋清凝膠的硬度和彈性，但在pH 值為3 時，可以觀察到蛋清凝膠的硬度和彈性增加。BABAEI 等[13]研究發(fā)現，蛋清結冷膠混合物因為pH 值的變化而導致彼此間的靜電斥力明顯不同，與pH=7.0 條件下形成的混合凝膠相比，在pH=4.0 下形成的混合凝膠在微觀結構均勻性和紋理緊密性方面都明顯較優(yōu)。

蛋清各成分具有不同的等電點，不同pH 值影響聚集行為，從而影響蛋清蛋白的凝膠溫度。pH 值低于4 時形成的凝膠需要較低的凝膠溫度，pH 值高于6.0 且溫度較高時形成的凝膠更堅硬。卵清蛋白凝膠化發(fā)生在48.5 ℃（pH=2.0）和76.5 ℃（pH=9.5）之間。加熱處理過程中，蛋清蛋白中各類蛋白成分都會形成可溶性的聚集，在遠離其主要蛋白質成分的等電點的pH 值區(qū)域，蛋白質分子的相互排斥力增加，所以一般不會形成凝集物的團塊[14]。

3.2 離子強度對蛋清凝膠的影響

離子強度也是影響凝膠性質的重要因素，因為它影響蛋白質的溶解度。NaCl/pH 可以通過改變蛋白質的溶解度、表面疏水性和電荷狀態(tài)來調節(jié)蛋白質的凝膠分子間作用力[15]。JIN 等[16]研究發(fā)現，經磷酸鹽處理的蛋清凝膠的質地特性得到顯著改善。這是因為當蛋白質變性時，分子間的氫鍵被破壞，露出疏水基團，隨著加熱時間的增加，蛋白負電荷與磷酸基團相互排斥，從而導致疏水基團的暴露和疏水相互作用顯著增強。同時，報道中還指出六偏磷酸鈉比三聚磷酸鈉的聚合度高，解離度底，鈉離子參與凝膠網絡形成的貢獻就低，因此六偏磷酸鈉處理的凝膠的咀嚼性比三聚磷酸鈉處理的凝膠低27.86%。此外，六偏磷酸鈉還因較高的聚合度，使其對蛋清蛋白凝膠微觀結構的改善不如預期，聚合度較低的焦磷酸鈉和三聚磷酸鈉對提高蛋清凝膠的保水性效果更好，經處理的樣品的保水性能分別提高了31.65%和23.82%。

焦磷酸鈉和三聚磷酸鈉的添加使蛋清的pH 值偏離等電點，因為它們的堿度更高，這也導致更多二硫鍵的形成和交聯度的增加。測試結構顯示當焦磷酸鈉處理的蛋清加熱30 min 時，二硫鍵含量最高（0.98），比對照組（0.58）高1.69 倍。此時，三聚磷酸鈉處理的凝膠（0.96）與焦磷酸鈉處理的凝膠（0.98）的二硫鍵含量沒有顯著差異。

此外，在LI 等[17]的研究報道有類似的結論，在蛋清蛋白熱凝膠過程中添加磷酸鹽，會影響雞蛋分散體的溶解性、表面疏水性、z-平均粒徑和pH 值，從而使蛋凝膠的保水性能得到了有效改善，并且二磷酸鈉比磷酸三鈉更能有效地改善蛋凝膠的顏色特性。

3.3 多糖對蛋清凝膠的影響

多糖是一種經濟、無毒、穩(wěn)定、可降解的天然高分子聚合物。多糖種類很多，食品中常用的包括淀粉、纖維素及其衍生物、黃原膠、阿拉伯膠、果膠以及卡拉膠等。許多研究表明，多糖與蛋白通過靜電作用、疏水作用和共價相互作用形成混溶復雜狀態(tài)，可以顯著改善蛋清蛋白的功能特性，并且蛋清蛋白與多糖形成的復合物也會受到pH 值、離子強度等因素的影響[18]。ZHANG 等[19]報道了黃原膠的加入可以通過分子間靜電吸引使蛋清蛋白凝膠變得更致密、更光滑。

不同程度的離子強度會影響蛋白質和多糖之間的結合和相互作用。雖然鹽離子和多糖之間沒有化學反應，但鹽離子仍會引起凝膠粘彈性和穩(wěn)定性的變化。較低的離子強度促進蛋白多糖凝聚形成，而較高的離子強度會顯著降低凝膠粘彈性，從而阻礙蛋白多糖復合物的形成。這主要歸因于溶液屏蔽聚合物電荷中存在的離子，從而降低了它們的結合作用。然而，對于卵清蛋白/原膠或溶菌酶/黃原膠體系，當NaCl 濃度從0.01 mol·L-1增加到0.1 mol·L-1時，鹽離子的屏蔽效應導致凝聚物的分子間靜電相互作用較弱，但卵清蛋白/黃原膠復合物在較高的鹽含量（0.2 mol·L-1和0.4 mol·L-1）下表現出粘彈性。這是因為隨著NaCl 濃度的增加，會影響蛋清蛋白的等電點、分子量和疏水性等內部特征，使蛋白呈現不同的凝聚行為。然而，當多糖分子側鏈上的結合位點完全飽和時，蛋白質濃度的增加不會促進復雜聚集體的形成[20]。

蛋清蛋白與多糖在高溫條件下也可能發(fā)生共價交聯，其中美拉德反應是主要的共價結合方法（即碳水化合物的還原基和蛋白質的氨基共價交聯）。MATSUDOMI 等[21]研究表明，美拉德反應形成的蛋清蛋白-乳甘露聚糖復合物提高了蛋清的凝膠強度和保水能力。然而，不受控制的美拉德反應或美拉德反應的后期可能會產生有害成分，這是食品加工過程中需要考慮的一個難題。然而，多糖對不同蛋白質凝膠性能的影響似乎是不同的。例如，糖分子引起的空間位阻會阻礙蛋白質分子的交聯，從而延遲熱誘導的乳清蛋白聚集。

4 結語

目前關于蛋清蛋白凝膠化溫度的研究主要集中在50 ～90 ℃，更高溫度條件下的凝膠行為、質構與微觀結構分析等相關研究，未見相關文獻報道。由于分析測試手段的原因，目前關于熱誘導蛋清蛋白的研究比較局限，更多是針對低濃度下（10%～15%），通過測定蛋清蛋白溶液受熱過程中電位、聚集度、巰基含量變化等參數，研究蛋清蛋白受熱過程內部結構變化機理及其影響因素，但是應用性不強，與產品實際的生產加工條件相差甚遠。

此外，相關的研究報道還未能將熱誘導蛋清蛋白凝膠機理研究與凝膠質構分析、微觀結構、持水能力等很好結合起來。在更加多元復雜的產品體系中（如蛋白質-多糖-多酚），凝膠形成機理的干擾和影響因素太多，蛋白內部分子交聯機制和凝膠形成過程尚未完全闡明，分析表征難度非常大，有很多不確定性。因此，針對凝膠質構、感官、穩(wěn)定性等方面的應用研究顯得更加重要。