蛋清蛋白質(zhì)凝膠化機(jī)理的研究進(jìn)展

陳彰毅，趙 燕，*，涂勇剛，李建科，羅序英，王俊杰，鄧文輝

（1.南昌大學(xué)食品科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西南昌330047；2.南昌大學(xué)生物質(zhì)轉(zhuǎn)化教育部工程研究中心，江西南昌330047；3.江西農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，江西南昌330045）

蛋清蛋白質(zhì)凝膠化機(jī)理的研究進(jìn)展

陳彰毅1，2，趙 燕1，2，*，涂勇剛3，李建科1，2，羅序英1，2，王俊杰1，2，鄧文輝1，2

（1.南昌大學(xué)食品科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西南昌330047；2.南昌大學(xué)生物質(zhì)轉(zhuǎn)化教育部工程研究中心，江西南昌330047；3.江西農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，江西南昌330045）

蛋清蛋白質(zhì)以其優(yōu)異的凝膠性能廣泛應(yīng)用于食品加工中，而加工中不同的誘導(dǎo)方式和條件使其形成凝膠的類型及性能均有較大差異，凝膠化機(jī)理也有所不同。本文主要從凝膠形成誘導(dǎo)方式及其條件出發(fā)，著重介紹熱誘導(dǎo)和強(qiáng)堿誘導(dǎo)下蛋清蛋白質(zhì)凝膠化機(jī)理的研究進(jìn)展，以期為進(jìn)一步豐富和完善蛋清蛋白質(zhì)凝膠化機(jī)理理論體系的研究提供參考。

蛋清蛋白質(zhì)，熱誘導(dǎo)，強(qiáng)堿誘導(dǎo)，凝膠化機(jī)理

凝膠是指在分散介質(zhì)中的膠體粒子或高分子溶質(zhì)形成整體構(gòu)造而失去了流動(dòng)性，或膠體雖含有大量液體介質(zhì)但處于固化的狀態(tài)，是食品中一種較為常見(jiàn)的形態(tài)[1]。作為食品主要成分的蛋白質(zhì)，其最重要的功能特性之一就是凝膠化作用。禽蛋蛋清固形物中90%以上為蛋白質(zhì)，其中富含卵白蛋白、卵轉(zhuǎn)鐵蛋白、卵粘蛋白、卵類粘蛋白、溶菌酶等多種蛋白質(zhì)，豐富的蛋白質(zhì)組成為其凝膠的形成奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)[2]。因蛋清蛋白質(zhì)優(yōu)異的凝膠性能對(duì)相關(guān)食品的質(zhì)構(gòu)、形態(tài)、持水力、稠度和粘結(jié)性等方面皆會(huì)產(chǎn)生影響，所以極受國(guó)內(nèi)外研究者的重視[3-5]。目前大部分研究偏重于對(duì)蛋清蛋白質(zhì)的改性以提高其凝膠性能的方面；而涉及其凝膠化機(jī)理，尤其是對(duì)眾多誘導(dǎo)方式以及不同誘導(dǎo)條件下形成的多種凝膠結(jié)構(gòu)的形成機(jī)理，尚未有深入和系統(tǒng)的研究。本文將對(duì)幾種主要誘導(dǎo)方式下蛋清蛋白質(zhì)凝膠形成機(jī)理的研究進(jìn)行綜述，并著重闡述常見(jiàn)的熱誘導(dǎo)和強(qiáng)堿誘導(dǎo)蛋清蛋白質(zhì)形成機(jī)理的研究進(jìn)展，以期為進(jìn)一步豐富和完善蛋清蛋白質(zhì)凝膠化機(jī)理理論體系的研究提供參考；對(duì)更好地應(yīng)用蛋清蛋白質(zhì)的凝膠性能，指導(dǎo)相關(guān)食品的加工具有重要意義。

1 蛋清蛋白質(zhì)凝膠的形成類型和誘導(dǎo)方式

通常根據(jù)凝膠外形分類，蛋白質(zhì)能形成凝結(jié)塊（不透明）凝膠和透明凝膠兩種類型[6]，這可能主要取決于預(yù)凝膠狀態(tài)的蛋白質(zhì)分子聚集速率和變性速率之間的關(guān)系；如果前者大于后者時(shí)，可形成隨機(jī)的不透明或透明度低的凝結(jié)塊凝膠，反之則形成非常有序的透明度高的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[7]。

目前，按凝膠誘導(dǎo)方式，蛋白質(zhì)凝膠主要可分為熱誘導(dǎo)凝膠、冷凍凝膠、高壓誘導(dǎo)凝膠、酸堿誘導(dǎo)凝膠、金屬離子誘導(dǎo)凝膠及酶誘導(dǎo)凝膠等[8-12]，且不同的誘導(dǎo)方式會(huì)使蛋白質(zhì)形成不同類型和功能性質(zhì)各異的凝膠結(jié)構(gòu)。另外，蛋白質(zhì)凝膠的形成還與其本身的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)以及分子間（蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)和蛋白質(zhì)-溶液體系）相互作用密切相關(guān)。蛋白質(zhì)濃度、pH、溫度、離子強(qiáng)度和離子類型等外部條件及氫鍵、疏水作用、二硫鍵、靜電作用、蛋白質(zhì)分子量和氨基酸組成等內(nèi)在因素[13]在凝膠形成過(guò)程中會(huì)影響分子間吸引力、排斥力和相互交聯(lián)等作用，并決定蛋白質(zhì)凝膠化的具體機(jī)制。

蛋清蛋白質(zhì)在不同凝膠條件下亦能形成凝結(jié)塊凝膠和透明凝膠兩種不同類型的凝膠結(jié)構(gòu)，例如水煮蛋的蛋白是蛋清蛋白質(zhì)在加熱條件下形成的乳白色不透明凝結(jié)塊凝膠；而中國(guó)傳統(tǒng)蛋制品皮蛋的蛋白卻是堿處理蛋清蛋白質(zhì)形成的半透明或透明狀凝膠。前者是熱誘導(dǎo)方式，主要受溫度影響；后者是強(qiáng)堿誘導(dǎo)，堿濃度（或pH）則是主要影響因素。另外，壓力、金屬離子和酶以及它們與熱誘導(dǎo)共同作用的方式對(duì)蛋清蛋白質(zhì)的凝膠化也有相關(guān)報(bào)道，且對(duì)其凝膠性能都具有很大的影響[5，14]。由此可見(jiàn)，不同的誘導(dǎo)方式加與之結(jié)合的外部條件及具體的內(nèi)在因素，是蛋清蛋白質(zhì)形成凝膠類型和性能差異的關(guān)鍵，也是區(qū)別其凝膠化機(jī)理的關(guān)鍵。而且，多種方式下復(fù)雜的凝膠化過(guò)程并不能一概而論，應(yīng)當(dāng)結(jié)合外部條件和內(nèi)在因素具體分析。

2 熱誘導(dǎo)蛋清蛋白質(zhì)凝膠化機(jī)理

2.1 內(nèi)在分子機(jī)理

熱誘導(dǎo)的蛋清蛋白質(zhì)凝膠最常見(jiàn)、應(yīng)用最為廣泛，對(duì)其凝膠化作用機(jī)理的研究也相對(duì)較為豐富。許多學(xué)者將熱誘導(dǎo)蛋清蛋白質(zhì)凝膠（凝結(jié)）化機(jī)理闡述為以下過(guò)程：天然單體蛋白質(zhì)→變性單體→可溶性聚集→凝膠或凝結(jié)[15]。這是根據(jù)蛋白質(zhì)變性理論，即變性時(shí)蛋白質(zhì)分子間氫鍵斷裂，功能基團(tuán)暴露，熵效應(yīng)促使疏水相互作用加強(qiáng)等基礎(chǔ)上推斷而來(lái)。早先由Johnson等[16]研究報(bào)道，混合的蛋清蛋白質(zhì)加熱時(shí)蛋白質(zhì)分子的聚集發(fā)生在明顯的兩個(gè)不同溫度區(qū)間：在61.5～62.5℃范圍內(nèi)，卵轉(zhuǎn)鐵蛋白或其他蛋白開始變性和部分聚集；在71.0～73.0℃之間時(shí)，蛋白質(zhì)分子聚集加速，形成凝結(jié)塊凝膠的主體。后來(lái)，Pezennec等[17]對(duì)蛋清熱凝結(jié)研究中闡明，凝膠的形成過(guò)程是蛋清中蛋白質(zhì)先由天然狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樽冃誀顟B(tài)，通過(guò)β-折疊作用形成高相對(duì)分子質(zhì)量的可溶性聚集物，然后在二硫鍵的作用下，預(yù)凝膠聚集物逐漸變稠，形成凝膠（gelation）或凝結(jié)（coagulation），最終形成凝膠還是凝結(jié)則取決于蛋白質(zhì)展開和聚集的相對(duì)速度。并且，Vassilios等[18]發(fā)現(xiàn)熱誘導(dǎo)蛋清蛋白凝膠前后SDS-PAGE條帶明顯變化，證明蛋白質(zhì)分子發(fā)生了相互交聯(lián)，出現(xiàn)了高分子量交聯(lián)蛋白質(zhì)分子。這些研究基本能印證熱誘導(dǎo)體系下對(duì)蛋清蛋白質(zhì)凝膠形成機(jī)制主體構(gòu)架的推斷，即先變性而后聚集。

在此推斷的基礎(chǔ)上，Mine[15]將熱誘導(dǎo)蛋清蛋白質(zhì)凝膠化過(guò)程更細(xì)致地劃分為三個(gè)主要步驟：首先，加熱使蛋白質(zhì)變性并促使疏水效應(yīng)加強(qiáng)，產(chǎn)生球狀構(gòu)象的蛋白質(zhì)分子聚集體并導(dǎo)致蛋清液呈渾濁狀；其次，因蛋清蛋白質(zhì)中巰基與二硫鍵之間的交換反應(yīng)，大量預(yù)凝膠狀聚集體不斷形成；最后，冷卻階段溫度下降，單聚體和少量二聚體迅速聚集形成凝膠，并有大量氫鍵在聚集體之間重新生成，使凝膠彈性上升，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)趨于平衡。另外，在此結(jié)論前后，相繼有研究報(bào)道熱誘導(dǎo)卵白蛋白變性過(guò)程中存在“熔融球蛋白”（molten globule）的過(guò)渡態(tài)[19-20]，稱這種中間態(tài)的存在可能會(huì)加速蛋白質(zhì)分子的聚集作用，與其熱誘導(dǎo)凝膠化機(jī)制密切相關(guān)[15，21]，又進(jìn)一步豐富和完善了這一凝膠化機(jī)理理論。

就目前而言，一般認(rèn)為熱誘導(dǎo)蛋清蛋白質(zhì)凝膠化過(guò)程如圖1所示[15]。在受熱狀態(tài)下蛋清中蛋白質(zhì)三級(jí)和四級(jí)結(jié)構(gòu)遭到破壞，適度變性或完全變性；蛋白質(zhì)分子從適度展開到完全展開并伴隨融球態(tài)過(guò)渡，必須數(shù)量的功能基團(tuán)暴露，蛋白質(zhì)分子間或蛋白質(zhì)與溶液分子相互作用加強(qiáng)；此時(shí)，疏水相互作用可能使卵白蛋白、卵轉(zhuǎn)鐵蛋白和溶菌酶的二級(jí)結(jié)構(gòu)中α-螺旋結(jié)構(gòu)減少，β-折疊結(jié)構(gòu)增多，且β-折疊結(jié)構(gòu)對(duì)于穩(wěn)定蛋白質(zhì)變性后聚集至關(guān)重要[22]。功能基團(tuán)之間較強(qiáng)的疏水作用以及靜電相互作用使得蛋白質(zhì)分子發(fā)生疏水性聚集，形成凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；但此時(shí)分子間二硫鍵形式的交聯(lián)對(duì)形成凝膠并不必要，只是后續(xù)對(duì)穩(wěn)定凝膠網(wǎng)絡(luò)有重要作用；且冷卻階段聚集體之間氫鍵重新生成使得凝膠基質(zhì)更加穩(wěn)定[15]。

圖1 熱誘導(dǎo)蛋清蛋白質(zhì)凝膠化過(guò)程示意圖Fig.1 Schematic representation of heat-induced gelation of egg white proteins

2.2 外部條件對(duì)熱誘導(dǎo)凝膠形成的影響

在影響凝膠類型方面，有學(xué)者通過(guò)控制誘導(dǎo)蛋清蛋白質(zhì)凝膠化的外部條件，如pH、離子強(qiáng)度和加熱方式（兩步加熱），采用熱誘導(dǎo)方式得到了透明類型的凝膠[23-24]。這可能因?yàn)槭軣釙r(shí)溫度的變化，影響了蛋白質(zhì)變性和聚集的相對(duì)速率；同時(shí)，pH和離子強(qiáng)度通過(guò)影響分子內(nèi)疏水性基團(tuán)和分子間靜電作用，改變蛋白質(zhì)分子溶解性和聚集速率，可溶性復(fù)合物締合速度緩慢等，最終導(dǎo)致變性和聚集的相對(duì)速率發(fā)生變化并保持一定的平衡狀態(tài)，形成了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相對(duì)有序和透明類型的凝膠。

在影響凝膠性能方面，Handa等[25]通過(guò)研究不同pH對(duì)熱誘導(dǎo)蛋清蛋白質(zhì)凝膠的質(zhì)構(gòu)、持水力和微觀結(jié)構(gòu)的影響，發(fā)現(xiàn)堿性條件下，溶液pH越高，其形成的凝膠質(zhì)構(gòu)更好，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更有序。此外，Croguennec等[26]研究發(fā)現(xiàn)不同的金屬離子與pH對(duì)蛋清蛋白質(zhì)凝膠性能有顯著影響；pH為7時(shí)，F(xiàn)e3+、Ca2+和Mg2+能影響凝膠的粘彈性和微觀結(jié)構(gòu)，且Fe3+最為顯著；而高濃度的NaCl能降低凝膠的持水力。也有報(bào)道添加糖類和鹽能導(dǎo)致蛋白質(zhì)溶液變性溫度的提高和延緩蛋白質(zhì)分子聚集[18]，特別是添加結(jié)冷膠、黃原膠和阿拉伯膠會(huì)對(duì)蛋清蛋白凝膠強(qiáng)度產(chǎn)生較大的影響[27]。這些研究說(shuō)明，外部條件的介入勢(shì)必引起內(nèi)在因素的改變，進(jìn)而使蛋清蛋白質(zhì)凝膠機(jī)制的具體化。

總的來(lái)說(shuō)，熱誘導(dǎo)蛋清蛋白質(zhì)凝膠化機(jī)理，不論是形成凝結(jié)塊還是透明凝膠，都可以概括為變性和聚集兩大步驟：變性是蛋白質(zhì)分子在一定程度上的展開和構(gòu)象的變化；而聚集過(guò)程的分子間鍵合或非鍵合力決定形成凝膠的最終類型，后一階段機(jī)制往往非常復(fù)雜，且不同條件參與下的凝膠化機(jī)制均要具體分析。蛋白質(zhì)分子聚集組裝的行為受到各種因素的影響，導(dǎo)致形成不同結(jié)構(gòu)和功能差異的凝膠。利用現(xiàn)代發(fā)展的新興技術(shù)，如激光共聚焦顯微鏡、傅立葉轉(zhuǎn)換紅外顯微鏡、拉曼共聚焦顯微鏡以及原子力顯微鏡等[28]，集中研究蛋白質(zhì)分子聚集階段的動(dòng)力學(xué)和形成凝膠的微觀結(jié)構(gòu)，將能更好地補(bǔ)充和完善熱誘導(dǎo)下的蛋清蛋白質(zhì)凝膠化形成理論體系。

3 強(qiáng)堿誘導(dǎo)蛋清蛋白質(zhì)凝膠化機(jī)理

蛋清在一定的pH條件下會(huì)發(fā)生凝固，一些學(xué)者研究了蛋清在酸、堿作用下的凝膠化現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)蛋清在pH2.3以下或pH12.0以上都會(huì)形成凝膠，在pH2.3～12.0之間則不發(fā)生凝膠化[29]。強(qiáng)酸誘導(dǎo)的蛋清蛋白凝膠在食品加工中很少運(yùn)用，而強(qiáng)堿誘導(dǎo)的蛋清蛋白凝膠卻有典型代表——皮蛋蛋白。皮蛋（松花蛋、變蛋）是中國(guó)獨(dú)創(chuàng)的傳統(tǒng)蛋制品，正是由強(qiáng)堿誘導(dǎo)加工而成，是討論該方式誘導(dǎo)蛋清蛋白質(zhì)凝膠化機(jī)理的理想對(duì)象。本課題組實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，皮蛋在腌制過(guò)程中蛋白凝膠pH的變化呈現(xiàn)先迅速升高，后逐漸下降，再緩慢回升的趨勢(shì)，在第8d達(dá)到最大值，約為11.39[30]。說(shuō)明皮蛋蛋白透明或半透明、富有彈性的凝膠其形成與強(qiáng)堿動(dòng)態(tài)誘導(dǎo)密切相關(guān)。

為獲得皮蛋良好凝膠性能，堿濃度的動(dòng)態(tài)變化至關(guān)重要，而不論是傳統(tǒng)腌制方法還是目前工業(yè)生產(chǎn)所用清料法，均未擺脫通過(guò)添加重金屬化合物對(duì)堿的滲入進(jìn)行調(diào)控。目前一般認(rèn)為重金屬化合物在加工初期可與強(qiáng)堿反應(yīng)離子化，從而滲入蛋內(nèi)，其中以[Pb（OH）3]-的滲透力最強(qiáng)；在加工后期Cu2+、Fe3+、Zn2+、Pb4+等可與蛋內(nèi)蛋白質(zhì)分解產(chǎn)生的S2-結(jié)合，生成難溶性復(fù)合物而堵塞蛋殼孔，發(fā)揮調(diào)控堿滲入蛋內(nèi)速度的作用[31]。但上述重金屬化合物對(duì)皮蛋凝膠品質(zhì)有較大的影響，具體總結(jié)如表1[32-35]。

表1 加工方法與重金屬化合物種類對(duì)皮蛋蛋白凝膠品質(zhì)影響Table.1 Effect of different processing methods and heavy metal compounds on the quality of preserved egg protein gel

目前一般認(rèn)為皮蛋加工過(guò)程中，因強(qiáng)堿誘導(dǎo)，皮蛋蛋白凝膠的形成經(jīng)過(guò)了化清、凝固、轉(zhuǎn)色、成熟四個(gè)階段。在化清階段，蛋清蛋白質(zhì)在堿作用下完全變性，束縛水變成了自由水，粘稠蛋白變成稀的透明水樣溶液，但蛋白質(zhì)分子的一、二級(jí)結(jié)構(gòu)尚未受到破壞。在凝固階段，蛋白質(zhì)分子在堿的作用下，二級(jí)結(jié)構(gòu)開始受到破壞，氫鍵斷開，親水基團(tuán)增加，大量自由水變?yōu)榻Y(jié)合水，并與蛋白質(zhì)分子連接呈透明凝膠體。在轉(zhuǎn)色階段，蛋白質(zhì)分子一級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，使單個(gè)分子的分子質(zhì)量下降，蛋白凝膠的彈性開始下降，同時(shí)發(fā)生美拉德反應(yīng)。在成熟階段，蛋白全部轉(zhuǎn)變?yōu)楹稚陌胪该髂z體，具有一定的彈性[29]。但上述對(duì)皮蛋蛋白凝膠的形成機(jī)理尚屬理論推測(cè)，需要直接、充足、系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)予以支撐。本課題組對(duì)皮蛋腌制過(guò)程中未凝固之前的蛋清流變特性變化進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)其黏度先增大，再逐漸減少[36]。表明蛋清蛋白在強(qiáng)堿的誘導(dǎo)下并未直接進(jìn)入化清階段，說(shuō)明在動(dòng)態(tài)強(qiáng)堿誘導(dǎo)下其凝膠的形成過(guò)程與機(jī)理可能更為復(fù)雜。

本課題組還將強(qiáng)堿誘導(dǎo)的皮蛋蛋白凝膠與蛋清熱誘導(dǎo)凝膠的性能進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果發(fā)現(xiàn)皮蛋蛋白凝膠的強(qiáng)度只有蛋清熱誘導(dǎo)凝膠的50%左右，但是其彈性與凝結(jié)性卻是蛋清熱誘導(dǎo)凝膠的1.5倍。我們進(jìn)一步對(duì)其微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了觀察，發(fā)現(xiàn)堿誘導(dǎo)下的蛋清蛋白形成了疏松且孔洞分布較為規(guī)則的纖絲狀結(jié)構(gòu)，與熱誘導(dǎo)下形成的層疊致密顆粒狀凝膠結(jié)構(gòu)差異明顯，說(shuō)明堿加工方式使皮蛋蛋白凝膠具有較為特殊的性能與組裝方式。

由于皮蛋工藝與品質(zhì)的獨(dú)特，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者也開始對(duì)我國(guó)這一獨(dú)創(chuàng)蛋制品顯示出濃厚的興趣。Ji等[37]通過(guò)研究在真空條件下皮蛋腌制前期（化清期）的化學(xué)和結(jié)構(gòu)變化：發(fā)現(xiàn)隨腌制時(shí)間增加，蛋清蛋白質(zhì)中總巰基數(shù)和表面疏水力逐漸增加，而二硫鍵數(shù)逐漸減少；運(yùn)用傅立葉紅外光譜和圓二色譜技術(shù)分析皮蛋蛋白中二級(jí)結(jié)構(gòu)的變化，結(jié)果表明，α-螺旋和β-轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)的下降伴隨著β-折疊和無(wú)規(guī)卷曲結(jié)構(gòu)的增加；SDS-PAGE電泳對(duì)比發(fā)現(xiàn)真空下腌制期間前4d內(nèi)與新鮮鴨蛋蛋白質(zhì)種類無(wú)顯著變化，但在第5d有部分蛋白質(zhì)條帶消失，非真空條件下第6d直至后期成熟階段只有清晰的卵白蛋白條帶。這說(shuō)明強(qiáng)堿誘導(dǎo)蛋清蛋白質(zhì)凝膠化前期，存在內(nèi)在因素的復(fù)雜變化；包括對(duì)疏水作用、二硫鍵、氫鍵和蛋白質(zhì)分子量等因素均有明顯影響。Eiser等[38]從材料學(xué)的角度出發(fā)，運(yùn)用掃描電鏡、圓二色譜、熒光光譜等現(xiàn)代分析技術(shù)試圖闡明皮蛋蛋白在加工過(guò)程中的物相轉(zhuǎn)變，推斷出皮蛋蛋白凝膠是一種非特定聚合途徑形成的高度無(wú)形但結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的精細(xì)鏈狀蛋白質(zhì)聚合物，并認(rèn)為這種聚合物是膠體粒子通過(guò)長(zhǎng)程靜電斥力作用和短距吸引力而聚集。但上述研究尚不夠深入系統(tǒng)，在聚集過(guò)程中哪種蛋白質(zhì)參與凝膠的主導(dǎo)作用，其組裝聚集過(guò)程與交聯(lián)方式又如何等諸多問(wèn)題仍未解決。

綜上所述，目前對(duì)強(qiáng)堿誘導(dǎo)蛋清蛋白質(zhì)凝膠化機(jī)理的研究相對(duì)薄弱，還僅限于皮蛋蛋白凝膠領(lǐng)域，且未形成完整的體系。后續(xù)研究可在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步探明強(qiáng)堿誘導(dǎo)蛋清蛋白質(zhì)凝膠化過(guò)程中蛋白質(zhì)分子間的相互作用，以及蛋白質(zhì)凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的主導(dǎo)作用力和參與凝膠組裝的關(guān)鍵蛋白質(zhì)或多肽組分。進(jìn)而從分子水平闡明強(qiáng)堿誘導(dǎo)蛋清蛋白質(zhì)凝膠結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系，更好地理解蛋白質(zhì)分子組裝聚集機(jī)理，完善其凝膠化機(jī)制體系，也可為皮蛋工藝改進(jìn)與品質(zhì)控制提供理論基礎(chǔ)。

4 其他條件誘導(dǎo)蛋清蛋白質(zhì)凝膠化機(jī)理

在適當(dāng)?shù)臈l件下，壓力、金屬離子參與和酶作用這三種誘導(dǎo)方式，也能促使蛋白質(zhì)凝膠化，誘導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成[39]。研究這三種方式誘導(dǎo)蛋清蛋白質(zhì)凝膠化機(jī)理的文獻(xiàn)相對(duì)較少，但對(duì)于豐富其凝膠理論的多元化和系統(tǒng)化具有一定的意義。

4.1 高壓

蛋清蛋白質(zhì)在400MPa靜壓力處理時(shí)會(huì)發(fā)生部分凝集，在600MPa以上加壓30min會(huì)形成較硬的凝膠；特別在500～1000MPa靜壓力范圍下，此類凝膠和熱誘導(dǎo)方式下相比，在光澤、黏性和彈性方面更好，也更具有天然的味道[15]。Messens等[40]進(jìn)一步對(duì)卵白蛋白在靜壓力400MPa的構(gòu)象進(jìn)行研究，推測(cè)其凝聚的穩(wěn)定性可能是其分子中所含四個(gè)二硫鍵和非共價(jià)鍵共同維持的結(jié)果。Van等[41]在利用DTNB法對(duì)比研究熱誘導(dǎo)（50～85℃）和壓力誘導(dǎo)（10～60℃，100～700MPa）蛋清蛋白質(zhì)中總巰基變化時(shí)發(fā)現(xiàn)，兩者均能使巰基基團(tuán)暴露并通過(guò)巰基氧化反應(yīng)和SS-SH交換反應(yīng)而使總含量發(fā)生明顯下降；但壓力條件下巰基基團(tuán)更容易暴露，下降更為明顯，且使蛋白質(zhì)分子發(fā)生可溶性聚集程度更大。這可能是壓力誘導(dǎo)凝膠與熱誘導(dǎo)凝膠性能差異的主要原因。動(dòng)力學(xué)研究也得出相同的結(jié)果，并發(fā)現(xiàn)壓力誘導(dǎo)時(shí)溫度越高，凝膠性能越與熱誘導(dǎo)方式相似[14，42]。

4.2 金屬離子

金屬離子能減弱蛋白質(zhì)分子間靜電斥力，且隨離子強(qiáng)度增加，靜電斥力減小，促進(jìn)蛋白質(zhì)分子聚集；Ca2+或其他二價(jià)金屬離子能在相鄰多肽的特殊氨基酸殘基之間形成交聯(lián)，形成鹽橋，強(qiáng)化蛋白質(zhì)凝膠結(jié)構(gòu)[43]。劉西海[44]在研究各種金屬離子對(duì)咸蛋腌制期間蛋清蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)：添加金屬離子，增加了蛋清蛋白質(zhì)的β-折疊，分子展開而促進(jìn)交聯(lián)；長(zhǎng)時(shí)間金屬離子的處理可導(dǎo)致蛋白質(zhì)分子通過(guò)疏水作用部分簇集，使其表面疏水性下降；蛋清蛋白加熱后α-螺旋減少、β-折疊比例增加，同時(shí)增加蛋白質(zhì)表面疏水性；金屬離子通過(guò)影響蛋清蛋白結(jié)構(gòu)，促進(jìn)蛋白質(zhì)在加熱過(guò)程中隨機(jī)聚集，形成凝膠網(wǎng)絡(luò)交聯(lián)度降低，結(jié)構(gòu)粗糙、空洞多、網(wǎng)絡(luò)不均勻；二價(jià)金屬離子對(duì)蛋清蛋白質(zhì)構(gòu)象和蛋清凝膠微觀結(jié)構(gòu)的影響較一價(jià)離子更強(qiáng)。這說(shuō)明金屬離子在凝膠前期對(duì)蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的影響非常大，并對(duì)蛋清凝膠質(zhì)構(gòu)特性起主導(dǎo)作用；但具體到某種金屬離子對(duì)蛋清蛋白質(zhì)凝膠化的誘導(dǎo)機(jī)制尚不明確。

4.3 酶

酶通過(guò)誘導(dǎo)蛋白質(zhì)或肽鏈之間進(jìn)行交聯(lián)而使蛋白質(zhì)形成凝膠。目前在食品凝膠中應(yīng)用最廣泛的酶是轉(zhuǎn)谷酰胺酶（TGase），它可以催化相同或不同蛋白質(zhì)分子間的交聯(lián)與聚合，形成新的共價(jià)鍵[39]。徐幸蓮等[45]研究發(fā)現(xiàn)TGase酶添加濃度在10～40U/g蛋白質(zhì)時(shí)，熱處理后會(huì)使蛋清蛋白質(zhì)凝膠化極限濃度降低和凝膠硬度提高。酶誘導(dǎo)蛋白質(zhì)凝膠化作用主要在蛋白質(zhì)聚集階段，而且對(duì)蛋白質(zhì)的熱、強(qiáng)堿或高壓的前處理可能還具有必要性。后續(xù)研究可重點(diǎn)放在其他食品凝膠酶的開發(fā)及誘導(dǎo)機(jī)制的探索上。

5 展望

蛋清中所含蛋白質(zhì)種類復(fù)雜多樣，性質(zhì)各異，在其凝膠化過(guò)程中可能發(fā)揮各自不同功能，也可能相互協(xié)同，并不能籠統(tǒng)而談。加之諸多誘導(dǎo)方式與各種具體條件相結(jié)合，使得蛋清蛋白質(zhì)凝膠化機(jī)理更為復(fù)雜。

熱誘導(dǎo)體系下蛋清蛋白質(zhì)凝膠化機(jī)理的研究已較為豐富和成熟，但其他誘導(dǎo)體系相對(duì)薄弱。特別是對(duì)強(qiáng)堿誘導(dǎo)方式，可從結(jié)構(gòu)與功能角度出發(fā)，在其凝膠特性、微觀結(jié)構(gòu)、蛋白質(zhì)聚集作用力及其分子結(jié)構(gòu)與構(gòu)象變化等方面著重研究，從而在分子水平上深入探明其凝膠化機(jī)制，這對(duì)豐富和充實(shí)食品蛋白質(zhì)凝膠化機(jī)理理論體系意義深遠(yuǎn)。

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Research progress in the gelation mechanism of egg white proteins

CHEN Zhang-yi1，2，ZHAO Yan1，2，*，TU Yong-gang3，LI Jian-ke1，2，LUO Xu-ying1，2，WANG Jun-jie1，2，DENG Wen-hui1，2
（1.State Key Laboratory of Food Science and Technology，Nanchang University，Nanchang 330047，China；2.Engineering Research Center of Biomass Conversion，Ministry of Education，Nanchang University，Nanchang 330047，China；3.College of Food Science and Engineering，Jiangxi Agricultural University，Nanchang 330045，China）

Egg-white proteins are extensively utilized as food ingredients due to their excellent gelling properties，while the type and performance of egg-white protein gels are greatly different，as well as the gelation mechanism，due to the greatly different induction ways and conditions.This paper mainly discussed gel formation induced by various treatments and the combination of different treatments，the research progress of thermal-induced and alkali-induced egg-white protein gelation mechanism was emphatically introduced.This review was to provide a reference to further enrich and perfect the theory system on gelation mechanism of egg-white proteins.

egg-white proteins；thermal-induced；alkali-induced；gelation mechanism

TS253.1

A

1002-0306（2014）04-0369-06

2013－07－05 *通訊聯(lián)系人

陳彰毅（1988-），男，碩士研究生，研究方向：食品科學(xué)。

國(guó)家自然科學(xué)基金（31101293，31101321，31360398）；食品科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)開放基金課題（SKLF-KF-201008）。