蛋清蛋白質(zhì)的功能特性及改性方法的研究進展

李逢振

（湖南環(huán)境生物職業(yè)技術(shù)學院生物工程學院，湖南衡陽 421005）

0 引言

我國的禽蛋資源非常豐富，據(jù)國家統(tǒng)計局有關資料顯示，2019 年我國禽蛋總產(chǎn)量達到3 309 萬t，比上年增長5.8%。禽蛋主要由蛋清、蛋黃和蛋殼3個部分組成，不同種類的禽蛋中蛋清所占的比例略有不同，其中雞蛋清占整蛋的45%～60%，鴨蛋清占整蛋的45%～58%?？v觀國內(nèi)外對禽蛋的研究進展，可以發(fā)現(xiàn)目前大部分的研究成果都集中來自于蛋黃部分，部分從蛋黃中提取出來的生物活性物質(zhì)都已實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，如卵磷脂、膽堿等，但人們對蛋清的研究力度還遠遠不夠，一些特殊的再制蛋產(chǎn)品所產(chǎn)生的蛋清缺乏利用途徑，往往被作為廢料扔棄，這樣既浪費了大量的蛋白質(zhì)資源，又對人類居住生存的環(huán)境造成了污染，因此亟需加大對蛋清的研究力度。

1 蛋清的結(jié)構(gòu)與組成成分

1.1 蛋清的結(jié)構(gòu)

蛋清從外向內(nèi)可分為4 層結(jié)構(gòu)，分別是外稀薄層，緊緊的黏附在蛋清膜上，約占蛋清總量的23.3%；外濃厚層，也稱作中層濃厚蛋白層，是蛋清的主要部分，約占蛋清總量的57.2%；內(nèi)稀薄層，與外濃厚層黏附在一起，這兩層一般很難區(qū)分開，約占蛋清總量的16.8%；最內(nèi)層是系帶膜狀層，又可以稱內(nèi)濃厚層，可分為膜狀部和索狀部，兩者是禽蛋系帶的重要組成部分，約占蛋清總量的2.7%。

1.2 蛋清的組成成分

蛋清的主要成分是水，約占總量的87%；其次為蛋白質(zhì)，約占總量的12%；另外還含有少量的碳水化合物、維生素、色素、礦物質(zhì)、脂質(zhì)和溶菌酶、三丁酸甘油酯酶、肽酶、磷酸酶等[1]。蛋清蛋白質(zhì)是蛋清中僅次于水的含量第二大的物質(zhì)，人類用了近10 年的時間來對禽蛋蛋清中的蛋白質(zhì)進行研究，發(fā)現(xiàn)蛋清中主要的蛋白質(zhì)有6 種[2]，其中卵清蛋白約占整個蛋清蛋白質(zhì)總量的54%；轉(zhuǎn)鐵蛋白約占整個蛋清蛋白質(zhì)總量的13%；類黏蛋白約占整個蛋清蛋白質(zhì)總量11%；溶菌酶約占整個蛋清蛋白質(zhì)總量的3.5%；黏蛋白約占整個蛋清蛋白質(zhì)總量的3.5%；巨球蛋白約占整個蛋清蛋白質(zhì)總量的1%，這6 種主要的蛋白質(zhì)約占整個蛋白質(zhì)組的86%，此外還有部分豐度低、含量少的低豐度蛋白質(zhì)。

2 蛋清蛋白質(zhì)的功能特性

功能特性是指食品從加工階段開始到被貯藏或消費的過程中，決定蛋白質(zhì)表現(xiàn)性質(zhì)的特性，有很大的應用價值[3]。蛋清的功能特性主要表現(xiàn)為起泡性和凝膠性。

2.1 起泡性

起泡性是指蛋白質(zhì)能在一定條件下與水分、空氣形成的一種特殊形態(tài)的混合物的性質(zhì)。蛋清蛋白質(zhì)具有較好的起泡性，Grant M Campbell[4]介紹了蛋清蛋白質(zhì)在啤酒、面包和蛋糕食品制作中所產(chǎn)生的功能特性，這就是蛋清蛋白質(zhì)的起泡性所產(chǎn)生的效果。蛋清蛋白質(zhì)分子的極性結(jié)構(gòu)直接影響著蛋清的起泡性[5]，而蛋清蛋白質(zhì)起泡穩(wěn)定性則是由蛋白質(zhì)分子遷移至交互界面的速率和其在界面形成穩(wěn)定膜的能力所決定[6]。當?shù)扒宓鞍兹芤菏艿綑C械急速攪拌時，空氣-溶液界面受到攪動，在這種情況下大量的氣體與水形成膜界面，從而形成了泡沫[7]。蛋清蛋白質(zhì)溶液之所以能產(chǎn)生這種變化，是因為蛋白質(zhì)分子的三級結(jié)構(gòu)在受到急速攪動后，發(fā)生了微小的變化，導致蛋白質(zhì)分子中的親水性基團隨著攪動逐漸朝向溶液部分，而疏水性基團則朝向空氣部分，在這種情況下蛋清蛋白分子能長時間在膜界面上附著，從而形成穩(wěn)定的泡沫結(jié)構(gòu)。

2.2 凝膠性

凝膠是食品中一種較為常見的形態(tài)，主要是因為膠體粒子或高分子溶在分散介質(zhì)中形成整體構(gòu)造而失去了流動性，或是處于固化狀態(tài)的含有大量液體介質(zhì)的膠體[8]，蛋清蛋白質(zhì)其最重要的功能特性就是凝膠化作用。蛋清蛋白質(zhì)中含有豐富的卵白蛋白、卵轉(zhuǎn)鐵蛋白等多種蛋白質(zhì)，多種蛋白質(zhì)的組成為其凝膠的形成奠定了良好的物質(zhì)基[9]。因蛋清蛋白質(zhì)優(yōu)異的凝膠性能直接影響到以蛋清為原料的食品的形態(tài)、質(zhì)構(gòu)、稠度、黏結(jié)性和持水力，所以一直都是國內(nèi)外研究者高度關注的研究熱點[10-12]。蛋清蛋白質(zhì)在不同凝膠條件下主要能形成2 種不同類型的凝膠結(jié)構(gòu)，分別為凝結(jié)塊凝膠和透明凝膠。人們?nèi)粘Ｉ钪薪?jīng)常食用的水煮蛋的乳白色不透明蛋白部分就是凝結(jié)塊凝膠，是蛋清蛋白質(zhì)在加熱條件下形成的。中國傳統(tǒng)蛋制品皮蛋的半透明或透明狀蛋白部分就是透明凝膠，它則是蛋清蛋白質(zhì)在堿處理條件下形成的。熱誘導方式中主要的影響因素就是溫度，而強堿誘導方式中主要的影響因素則是堿濃度[13]。

3 蛋清蛋白質(zhì)功能特性的改性方法

3.1 物理改性

蛋白質(zhì)的物理改性是指通過物理方法來改變蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)方式，從而導致蛋白質(zhì)性質(zhì)發(fā)生改變。常用的物理方法主要有加熱、超聲波、機械方法等。物理改性由于僅對蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)進行了處理，其主要的優(yōu)點就是改性反應過程中無毒副作用產(chǎn)生，同時還具有改性時間短、費用低等優(yōu)點。張鐵華等人[14]對采用高壓脈沖電場處理后的蛋清蛋白進行了研究，探討了蛋清蛋白功能性質(zhì)在不同的電場數(shù)及電場強度下所發(fā)生的變化。涂宗財?shù)热薣15]采用動態(tài)超高壓均質(zhì)對80%蛋清蛋白溶液進行處理，使其顆粒大小明顯減小，起泡性和成膜性得到較大改善。鈕培佩[16]采用亞臨界水技術(shù)對蛋清蛋白進行改性，使其起泡性和乳化性顯著提高。

3.2 化學改性

蛋白質(zhì)的化學改性主要指采用化學處理的方式對蛋白質(zhì)進行改性，從改變蛋白質(zhì)基本成分組成方面對蛋白質(zhì)進行改性[17]。常用的化學改性有酸堿處理、氨基酸共價連接、酰化、硫醇化、糖基化、胍基化、磺酸化、磷酸化、氧化降解等。其中，在食品領域中應用最為廣泛的方法是糖基化，就是醛糖對蛋白質(zhì)氨基的改性反應。水溶性碳化二亞胺法和美拉德反應法是糖基化修飾的主要方法，而美拉德反應在食品領域應用的最多。王玉堃[18]利用低分子量還原糖對卵白蛋白進行改性，并研究還原性單糖、雙糖、三糖對卵白蛋白改性所呈現(xiàn)出的不同效果，所采用的方法就是美拉德反應法。和智坤[19]用亞硒酸與OVA 在干燥加熱的條件下進行反應，通過硒酸化提高了OVA 的功能特性和抗氧化性。王洋等人[20]采用不同堿液對含鹽蛋清功能性質(zhì)進行研究，結(jié)果顯示添加不同濃度的堿液后，蛋清的功能性質(zhì)有了很大提高，說明堿液的加入改善了含鹽蛋清的功能性質(zhì)。

3.3 酶法改性

酶法改性是指采用各種生物酶制劑對蛋白質(zhì)進行酶解，從而改變蛋白質(zhì)性質(zhì)的方法。酶法改性很大程度取決于所用的酶、處理時間、處理溫度、反應體系pH 值等影響因素。采用酶法對蛋白質(zhì)進行改性處理，由于生物酶反應具有特異性，一般不會導致營養(yǎng)方面的損失，也不會產(chǎn)生毒理上的問題。此外，酶法改性還具有反應條件溫和、能耗低、效果顯著等優(yōu)點[21]。周頔[22]研究了木瓜蛋白酶對脫脂蛋黃、蛋白的改性作用，結(jié)果顯示經(jīng)木瓜蛋白酶處理后，蛋白的起泡力和泡沫的穩(wěn)定性得到了顯著提高。黃群等人[23]研究發(fā)現(xiàn)，當堿性蛋白酶用量144 000 U/g，底物質(zhì)量分數(shù)1.90%，酶解時間34 min 能明顯改善卵白蛋白的起泡性，在此條件下酶法改性后卵白蛋白起泡性是未改性的1.683 倍。

3.4 基因工程改性

隨著生物技術(shù)的不斷發(fā)展，可以利用基因工程技術(shù)，通過重組蛋白的合成基因來改進蛋白質(zhì)功能特性，改善蛋白的功能和營養(yǎng)特性。基因工程改性技術(shù)由于存在周期長、見效慢的缺點，目前仍處于實驗室階段，尚未在實際生產(chǎn)中進行應用。

4 結(jié)語

我國擁有極為豐富的禽蛋資源。蛋清是禽蛋的重要組成成分，通過對蛋清蛋白質(zhì)功能特性和改性方法的了解，有利于拓展研究思路，充分挖掘蛋清中潛在的利用價值，積極探索蛋清在新的領域上的應用，提高蛋清資源的綜合利用率。