抗坏血酸对全蛋液贮藏中凝胶性能下降的抑制研究

,,, ,

(江南大学食品科学与技术国家重点实验室,江苏无锡 214122)

抗坏血酸对全蛋液贮藏中凝胶性能下降的抑制研究

何志勇,陈俊博,曾茂茂,秦昉,陈洁*

(江南大学食品科学与技术国家重点实验室,江苏无锡 214122)

为了解决全蛋液贮藏期间凝胶性能下降的问题,本文通过在全蛋液中添加抗坏血酸并研究其对全蛋液凝胶强度、凝胶持水力以及蛋白巯基含量和表面疏水性变化的影响。结果显示,抗坏血酸对全蛋液凝胶强度和凝胶持水性的下降具有显著抑制作用,抗坏血酸添加量为0.04%时,凝胶强度下降幅度从40%减少到10%,持水性下降幅度从17.2%降低至7.6%。同时,抗坏血酸的添加能显著提高全蛋液蛋白的总巯基含量并延缓其在贮藏中的下降,而添加0.04%和0.07%抗坏血酸对全蛋液蛋白疏水性升高的抑制作用相对不明显,表明抗坏血酸抑制全蛋液凝胶性能的下降可能主要是利用其还原性作用,减少巯基氧化损失,从而促使凝胶时形成更多的二硫键以增强凝胶稳定性。

抗坏血酸,全蛋液,凝胶性能,巯基,疏水性

鸡蛋是一种既有很高营养价值又有良好功能特性如凝胶性、起泡性的蛋白食品,除传统的食用方法外,还可以应用于各种食品的加工,如蛋黄酱、色拉调味剂、冰淇淋、面包、蛋糕等[1]。近年来,随着人们食品安全意识的提高,带壳鲜蛋在食品加工中的应用受到越来越严格的限制[2-3]。上世纪90年代起,欧盟、美国和日本等发达国家都制定了严禁“壳蛋”进入食品工厂应用的法规,必须要使用杀菌过的液态蛋制品[4]。由此,使用方便、安全性好的蛋液制品也日益引起人们的关注。全蛋液产品需经过巴氏杀菌、冷藏,以确保微生物安全性,但是经过热处理的全蛋液在使用过程中随着存储时间的延长,其凝胶能力会逐渐降低,该问题严重限制了全蛋液的广泛使用[5]。目前关于全蛋液的凝胶性研究主要集中在热凝胶形成机制以及影响热凝胶强度的因素方面[6-13],而对蛋液在冷藏期间凝胶性质变化及控制方法的研究很少。本实验室前期研究中通过测定全蛋液储藏过程中蛋白质表面疏水性和巯基含量的变化,提出导致其凝胶性能下降的原因可能是蛋白疏水聚集引起的凝胶网络不均匀以及二硫键不断下降引发的凝胶弱化[5]。因此,为了防止蛋白过度聚集和控制巯基氧化,本实验拟尝试通过添加还原剂抗坏血酸,以考察其对全蛋液贮藏过程中凝胶性下降的抑制效果,为提高全蛋液的贮藏稳定性和改善产品品质探索新的途径。

1 材料与方法

1.1材料和仪器

鲜鸡蛋 市售；5,5′-二硫基-2-硝基苯甲酸(DTNB)、1-苯胺-8-萘磺酸(ANS)、30%聚丙烯酰胺溶液、四甲基乙二胺(TEMED) 美国Sigma-Aldrich公司；抗坏血酸及其它试剂 均购于国药集团化学试剂有限公司。

DHG-9070A恒温干燥箱 上海一恒科技有限公司；UV2800紫外-可见分光光度计 尤尼柯(上海)仪器有限公司；KSM45搅打机 美国KitchenAid公司；DC10恒温水浴锅 德国Thermo公司；TA XT plus质构仪 英国Stable Micro System公司；AH-BASIC高压均质机 加拿大ATS公司；3K15台式冷冻离心机 美国Sigma公司；Mini-protein III凝胶电泳系统 美国Bio-Rad公司。

1.2实验方法

1.2.1 全蛋液加工工艺 鸡蛋表面洗净后,去壳,在搅打器中低速搅打5min再高速搅打5min,搅匀后,40目筛子过滤去除脐带和碎蛋壳等杂质,加入0～0.08%不同量的抗坏血酸,经高压均质机均质,67℃ 3min热处理(巴氏杀菌),无菌灌装,密封,并在4℃下冷藏。

1.2.2 全蛋液凝胶的制备 将全蛋液用水稀释到蛋白质浓度约为5%,充分搅匀后,在蒸烤箱中蒸汽加热10min。取出后自然冷却到室温,即得凝胶。

1.2.3 凝胶强度的测定 参考Sun[14]的方法,用质构仪测定凝胶强度。主要参数为:探头类型为P/32,测前速度1mm/s,测定速度1mm/s,测后速度10mm/s,触发类型为自动,触发力为5g,数据采取速率200PPS。凝胶强度用硬度(Hardness)即探头下压过程中的最大感应力(单位g)表示,重复3次取平均值。

1.2.4 凝胶持水性的测定 凝胶持水性按如下公式计算

凝胶持水性(%)=(W0-W1)/W0×100

式中,W0是最初的凝胶重量,W1是凝胶在4℃ 10000×g离心30min后,分离析出水分后所测得的重量[15]。

1.2.5 表面疏水性的测定 采用Kata[16]的方法,并做些改动。在2mL不同浓度(0.0625～0.5mg/mL)的全蛋液样品溶液中加入20μL 8mmol/L ANS,在激发波长390nm、发射波长470nm下测定荧光强度(FI),作出FI-蛋白质浓度曲线,该曲线斜率被用作为表示蛋白疏水性的指标。

1.2.6 巯基含量的测定 使用Ellman试剂(10mmol/L DTNB)测定蛋白质的总巯基(SH)含量。往0.5mL蛋白浓度为2mg/mL的全蛋液样品液中加入2mL含8% SDS和8mol/L尿素的0.1mol/L pH7.4 PBS,再加入50μL 10mmol/L的DTNB溶液,412nm下测定吸光度[17]。

1.2.7 聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE) 根据Laemli[18]的方法,使用5%浓缩胶,12%分离胶。样品溶解液为0.01mol/L pH8.0 Tris—HCl缓冲液,内含2% SDS、10%甘油、0.02%溴酚蓝,在还原态下向缓冲液中加入5%的β-巯基乙醇。电泳进样的蛋白浓度为2mg/mL,上样量为15μL,凝胶用含0.1%考马斯亮蓝R-125、50%甲醇和6.8%冰醋酸染液染色3h,使用10%甲醇和7.5%冰醋酸作为脱色液脱色10h。

1.2.8 蛋白含量的测定 凯氏定氮法,参照GB/T 5009-2010测定蛋液中蛋白质的含量[19]。

1.2.9 统计分析 本实验数据均为3次平行,使用Statistix软件,采用LSD方法对数据进行显著性统计分析。

2 结果与讨论

2.1抗坏血酸对贮藏过程中全蛋液蛋白凝胶强度变化的影响

抗坏血酸对全蛋液贮藏期间凝胶强度变化的影响由图1所示,相比空白组在贮藏期间凝胶强度的持续下降,添加了抗坏血酸的三个组的全蛋液凝胶性比较稳定,在2周的贮藏时间内,抗坏血酸对于延缓全蛋液凝胶性能的恶化起到了明显的作用。在贮藏到6d时,空白组的凝胶强度下降明显,但添加了抗坏血酸组的凝胶强度和0d的结果无显著差异。贮藏到14d时,空白组的凝胶强度进一步恶化,凝胶能力下降到只有0d的60%,而添加0.01%、0.04%抗坏血酸组凝胶强度仅下降10%左右,但添加0.07%抗坏血酸组的凝胶强度下降反而明显多些,达到16%左右,表明抗坏血酸对全蛋液贮藏中凝胶强度下降的抑制效果与其浓度并不是成正比关系,具体原因需要以后进一步分析研究。

图1 抗坏血酸对全蛋液贮藏期间凝胶强度变化的影响Fig.1 Effect of ascorbic acid on gel strength of liquid whole egg during storage注:图中a ～ e完全不同字母标示的表示两者之间 有显著性差异(p<0.05)。

2.2抗坏血酸对贮藏过程中全蛋液蛋白凝胶持水性变化的影响

图2为抗坏血酸对全蛋液贮藏期间凝胶持水性变化的影响。由图可知,添加了抗坏血酸的样品在14d贮藏期后的凝胶持水能力显著高于未添加抗坏血酸的空白组。空白组的凝胶持水性从0d的86.7%下降到71.8%,下降了17.2%,而添加了0.04%抗坏血酸的样品的凝胶持水性从88.2%下降到81.5%,仅下降了7.6%,可见抗坏血酸的添加促进了蛋白凝胶的稳定,从而也改善了全蛋液贮藏期间的凝胶持水能力。同样,在0.07%添加量时,抗坏血酸对全蛋液凝胶持水性下降的抑制作用比0.01%、0.04%时要稍弱些。

图2 抗坏血酸对全蛋液贮藏期间凝胶持水性变化的影响Fig.2 Effect of ascorbic acid on water holding capacity of Liquid Whole Egg gel during storage

2.3抗坏血酸对贮藏期间全蛋液蛋白质巯基含量变化的影响

抗坏血酸对全蛋液蛋白质总巯基含量变化的影响如图3所示。在全蛋液中添加了抗坏血酸后,总巯基含量在贮藏第三天时下降明显,随后其下降趋势相对较缓。在贮藏14d以后,和空白组相比,添加了0.04%抗坏血酸的样品总巯基的含量从35.6nmol/mg提高到40.4nmol/mg。抗坏血酸可以提高蛋白质中巯基的含量主要是其还原能力起作用,巯基是一种不稳定且极易被氧化的基团,在贮藏过程中由于氧化其含量会发生显著下降[20]。不同的抗坏血酸浓度对总巯基含量的影响不大,可见只要提供一个还原状态的坏境,蛋白质的巯基氧化进程就会受到抑制。另外,比较全蛋液蛋白总巯基与凝胶性的关系发现,控制总巯基下降有助于缓解样品凝胶性的下降。Handa等人[21]也曾报道,蛋白质中总巯基的含量与干燥蛋清粉的凝胶强度呈显著正相关。

图3 全蛋液贮藏期间抗坏血酸 对蛋白质总巯基含量变化的影响Fig.3 Effect of ascorbic acid on total sulfhydryl group content of protein in liquid whole egg during storage

2.4抗坏血酸对贮藏期间全蛋液蛋白质表面疏水性变化的影响

由图4可知,在贮藏过程中,无论是空白还是添加抗坏血酸样品全蛋液蛋白质的表面疏水性都逐渐升高,从贮藏6d后,添加0.04%和0.07%抗坏血酸的样品疏水性变化与空白组没有明显差别,而添加0.01%抗坏血酸样品显示了一定的抑制疏水性升高的效果。样品疏水性的变化与凝胶强度的变化呈现了不一致现象,这个结果说明,蛋白质表面疏水性变动所致的疏水聚集变化对于凝胶性的影响,可能不如巯基变动影响那么显著。

图4 贮藏期间抗坏血酸对蛋白质表面疏水性变化的影响Fig.4 Effect of ascorbic acid on protein hydrophobicity of liquid whole egg during storage

2.5抗坏血酸对贮藏期间全蛋液蛋白质聚集的影响

图5为未添加和添加抗坏血酸全蛋液蛋白的SDS-PAGE图。由图可知,14d的贮藏过程中非还原和还原电泳结果显示未添加和添加抗坏血酸样品的蛋白质组成均没有发生显著的变动,既无明显聚集,也无显著的新条带的产生,表明未发生除二硫键以外的其他共价聚合。这也间接证实了抗坏血酸抑制凝胶性下降可能主要是利用其还原性减少了巯基的氧化损失,从而促使全蛋液蛋白中形成更多二硫键以维持较好的凝胶性能。

图5 贮藏过程中添加抗坏血酸全蛋液蛋白的SDS-PAGEFig.5 SDS-PAGE profile of liquid whole egg during storage

3 结论

研究了抗坏血酸对全蛋液贮藏中凝胶强度、凝胶持水力以及蛋白巯基含量和表面疏水性变化的影响,结果显示,抗坏血酸对全蛋液凝胶强度和凝胶持水性的下降具有显著抑制作用,添加0.04%抗坏血酸后凝聚强度下降幅度从40%减少到10%,持水性下降幅度从17.2%降低至7.6%。抗坏血酸的添加可以显著提高全蛋液蛋白的总巯基含量并延缓其在贮藏中的下降,而添加0.04%和0.07%抗坏血酸对全蛋液贮藏中蛋白疏水性的升高并无明显的抑制效果,电泳结果显示全蛋液未发生除二硫键以外的其他共价聚合。从而表明抗坏血酸抑制全蛋液凝胶性能下降可能主要是利用其还原性作用,减少巯基氧化损失,促使凝胶时形成更多的二硫键以增强凝胶稳定性。

[1]黄小波,马美湖,钟凯民,等. 液态蛋生产现状与关键技术探讨[J]. 中国家禽,2006,28(23):38-42.

[2]苏宇杰,徐珍珍,乔立文,等. 均值处理对鸡蛋全蛋液功能性质的影响[J]. 食品与发酵工业,2013,39(2):97-101.

[3]苏宇杰,徐珍珍,乔立文,等. 盐和糖对全蛋液耐热性能的影响研究[J]. 食品工业科技,2013,34(4):144-148.

[4]李晓东. 蛋品科技与技术[M]. 北京:化学工业出版社,2005.

[5]陈俊博,曾茂茂,何志勇,等. 全蛋液贮藏过程中凝胶性能下降原因的研究[J]. 食品工业科技,2013,34(13):300-302.

[6]Clark A H,Kavanagh G M,Ross-Murphy S B. Globular protein gelation-theory and experiment[J]. Food Hydrocolloids,2001,15(4-6):383-400.

[7]Plancken I V D,Loey A V,Hendrickx M E G. Changes in sulfhydryl content of egg white protein due to heat and pressure treatment[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry,2005,53(14):5726-5733.

[8]Watanabe K,Hayakawa S,Matsuda T,etal. Combined effect of pH and sodium chloride on the heat-induced aggregation of whole egg proteins[J]. Journal of Food Science,1986,51(5):1112-1114.

[9]Kiosseoglou V,Paraskevopoulou A. Molecular interactions in gels prepared with egg yolk and its fractions[J]. Food Hydrocolloids,2005,19(3):527-532.

[10]Kaewmanee T,Benjakul S,Visessanguan W. Effect of NaCl on thermal aggregation of egg white proteins from duck egg[J]. Food Chemistry,2011,125(1):706-712.

[11]Monfort S,Maas P,Condón S,etal. Physicochemical and functional properties of liquid whole egg treated by the application of Pulsed Electric Fields followed by heat in the presence of triethyl citrate[J]. Food Research International,2012,48(2):484-490.

[12]Monfort S,Sagarzazu N,Condón S,etal. Liquid whole egg ultrapasteurization by combination of PEF,heat,and additives[J].Food and Bioprocess Technology,2013,6(8):2070-2080.

[13]Patrignani F,Vannini L,Kamdem S S,etal. High pressure homogenization vs heat treatment:safety and functional properties of liquid whole egg[J]. Food Microbiology,2013,36(1):63-69.

[14]Sun W,Yang R,Tang Y,etal. Investigation of the protein-protein aggregation of egg white proteins under pulsed electric fields[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry,2009,57(9):3571-3577.

[15]Renkema J M S,Knabben J H M,Vliet T V. Gel formation by bata-conglycinin and glycinin and their mixtures[J]. Food Hydrocolloids,2001,15(4-6):283-289.

[16]Kato A,Sasaki Y,Furuta R,etal. Functional protein-polysaccharide conjugate prepared by controlled dry-heating of ovalbumin-dextran mixture[J]. Agricultural Biology Chemistry,1990,54(2):107-112.

[17]Liu G,Xiong Y L,Butterfield D A. Chemical,physical,and gel-forming properties of oxidized myofibrils and whey-and soy-protein isolates[J]. Journal of Food Science,2000,65(5):811-817.

[18]Laemli U K. Cleavage of structural proteins during the assembly of the head of bacteriophageT4[J]. Nature,1970,227(5259):680-685.

[19]中华人民共和国卫生部. GB5009.5-2010食品中蛋白质的测定[S]. 北京:中国标准出版社,2010.

[20]Morita H,Tashiro S,Takeda M,etal. The reaction of benzothiazolyl substituted a-phosphorylmethyl sulfoxides with several amines[J].Tetrahedron,2008,64(19):4496-4505.

[21]Handa A,Hayashi K,Shidara H,etal. Correlation of the protein structure and gelling properties in dried egg white products[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry,2001,49(8):3957-3964.

Inhibition effect of ascorbic acid on the decrease of gelation capacity of liquid whole egg during storage

HEZhi-yong,CHENJun-bo,ZENGMao-mao,QINFang,CHENJie*

(State Key Laboratory of Food Science and Technology,Jiangnan University,Wuxi 214122,China)

In order to prevent the decreasing gel property of liquid whole egg during storage,ascorbic acid was added into the liquid whole egg and its effect on the changes of gel strength,water holding capacity,protein sulfhydryl group content and surface hydrophobicity was investigated. The results showed that ascorbic acid significantly inhibited the decrease of gel strength and water holding capacity during storage,as ascorbic acid content was 0.04%,gel strength descended from 40% to 10%,water holding capacity dropped from 17.2% to 7.6%. Ascorbic acid also increased the total sulfhydryl content of liquid whole egg and slowed its decline during storage,and no relative obvious inhibition effect was seen on protein hydrophobicity increase as ascorbic acid content was 0.04% and 0.07%,which indicated that the main reason for the inhibition of the decrease of gelation capacity of liquid whole egg during storage was reductive activity of ascorbic acid which reduced the sulfhydryl oxidation loss,led to the formation of more disulfide bonds to stabilize the gel.

ascorbic acid;liquid whole egg;gelation capacity;sulfhydryl group;hydrophobicity

2013-12-30 *通讯联系人

何志勇(1977-)，男，副教授，研究方向：食品加工与组分变化。

国家自然基金(31271946)；中央高校基本科研业务费专项资金项目(JUSRP21108)。

TS

A

1002-0306(2014)17-0000-00

10.13386/j.issn1002-0306.2014.17.001