鸡蛋蛋白质改性研究进展

何大博，仝其根

（1.北京农学院食品科学与工程学院，北京 102206；2.蛋品安全生产与加工北京市工程研究中心，北京 100094）

0 引言

鸡蛋营养价值丰富、价格低廉，为人们的日常饮食提供了丰富的蛋白质来源，是一种优质的全价蛋白质，生物利用率高达95%[1]，含8种人体必需氨基酸，其中色氨酸含量最高，植物类蛋白质中均缺乏该氨基酸[2]。鸡蛋已经成为消费者几乎每日都会食用的食物，接受度比较高。鸡蛋具有许多功能特性，如凝胶性、起泡性和乳化性，这些功能特性普遍应用于食品工业中[3]。但是这些功能特性在实际生产中还不能满足产品的需求，通过对其进行改性，以提高或者增加鸡蛋的功能特性，来满足生产过程中的需求，提高鸡蛋的利用价值。蛋白质的改性方法主要包括物理改性、化学改性和酶法改性。国内外有许多学者对这些功能特性进行研究，使用多种改性方法对鸡蛋蛋白进行改性。

1 物理改性

物理改性就是利用热处理、超声波、微波处理、高压处理或者机械能等手段改变蛋白质的分子结构和聚集方式，从而对蛋白质分子进行改性。热处理可以减弱蛋白质分子之间的氢键、范德华力和静电作用，使得蛋白质的分子结构发生改变。超声波产生的空化作用会在液体中产生较强的冲击作用，引发热降解效应，产生高温高压，使得化学键发生断裂[4]。微波是300 MHz～300 GHz内变化的电磁波，极性分子吸收微波能量，随着电场方向的转变改变自身的方向，分子取向的快速变化使分子之间产生摩擦热量，并且会使处理材料的结构发生改变。高压处理改性就是通过对处理材料进行高压处理，从而改变物质结构，进而改变其功能特性[4]。目前的研究热点主要集中在热处理和高压处理对蛋白质乳化性、起泡性及凝胶性的改性方面。

1.1 热处理改性

乔立文等人[5]研究了热处理对鸡蛋全蛋液功能特性的影响，研究结果表明，随着加热温度的升高和加热时间的延长，全蛋液的起泡性不断降低（加热温度低于61℃），泡沫稳定性不断降低；蛋白质的溶解度不断降低；乳化性变化不明显，乳化稳定性有所提高；表面疏水性和表面疏基含量均有所提高。卵转铁蛋白具有广谱的抗菌性，但是在热处理过程中会造成结构的变化。

唐清等人[6]研究了热处理对卵转铁蛋白（DVT）抑菌性的影响，研究结果表明，随着热处理温度的增加，DVT对沙门氏菌和大肠杆菌的抑菌效果不断降低，并且其二级结构和疏水作用力都发生了一定变化；α螺旋含量呈降低趋势，β折叠含量呈上升趋势，表面疏水作用力明显增强；热处理时间与卵转铁蛋白的结构与活性无明显关系。

王旭清等人[7]研究了干热处理对蛋清粉影响，研究结果表明，处理温度越高，蛋清粉凝胶越易生成，但过高的温度会降低其溶解性；当热处理温度为80℃，处理时间为8 d时，其凝胶强度明显增强，并且凝胶色泽在可接受范围内。

于滨等人[8]研究了热处理蛋清粉的贮藏稳定性，研究结果表明，热改性蛋清粉的凝胶硬度会有所下降，乳化性和乳化稳定性会显著下降，乳化性及乳化稳定性有所提高，但是在贮藏期间会明显降低；热处理蛋清粉的表面疏基含量、总疏基含量及疏水性均有所下降，并且随着热处理强度的增加，相关性越来越显著。

Cuihua C等人[9]研究了热处理对蛋清蛋白功能特性的影响，并探究了其功能特性变化的原因，结果表明，热处理过后的蛋清蛋白的乳化性有所提高，其原因是经过热处理之后的蛋白表面有更多的疏水氨基酸和净电荷暴露。对于热处理蛋白质结构变化方面的研究已经较为深入，但是对于热处理对鸡蛋蛋白凝胶性的研究较为欠缺。

1.2 超高压处理改性

超高压技术被誉为世界十大尖端科技之一，在改性过程中仅破坏蛋白质分子间的非共价键，不破坏分子之间的共价键，保护了蛋白质营养价值不被破坏，并且不会改变风味小分子的结构，具有操作简单、耗能低、常温处理的特点。

黄群等人[10]研究了超高压处理对S-卵白蛋白构象与功能特性的影响，研究结果表明，S-卵白蛋白的溶解性、起泡性和乳化性随着压力增强先增加后下降，并且处理压力为3 000 Pa时达到最高；高压处理过后S-卵白蛋白的分子量没有明显变化，其结构随着压力的增加发生了一系列变化：无规则卷曲含量增加和二硫键构象不断发生变化，使得S-卵白蛋白的稳定性发生了变化；经过高压处理之后，其酪氨酸的疏水基团逐渐埋藏于侧链之中，使得蛋白原先紧密的结构得以伸展；经过1 000 MPa的高压处理之后S-卵白蛋白的荧光强度稍有增加后就急剧下降，并且没有出现峰位位移现象。

Wei Y等人[11]研究了高压处理对蛋黄理化特性及功能特性的影响，研究结果表明，经过高压处理过后的蛋白质溶解度有所增加，黏度下降。当压力低于300 MPa时，黏度并未发生明显变化；当压力高于300 MPa时，黏度变化呈上升趋势；在500MPa时达到显著增加。蛋白质的溶解度在压力为100～500MPa时，随着压力增加不断降低，并且在压力为500 MPa时显著降低。当处理压力大于400 MPa时，高压处理过后的蛋黄的乳化性与未处理的蛋黄相比，乳化性显著降低；对蛋黄进行100 MPa的热处理时，乳化性显著增加；当压力高于200 MPa时，乳化性明显降低。

1.3 微波改性

随着微波技术的不断发展，在食品工业领域不仅应用于食物熟化过程中，被广泛应用于真空干燥、提取、改性等方面。车永真等人[12]使用微波工作站对蛋清粉进行改性以提高其凝胶性，并探究其原因。研究得出了蛋清粉改性的最佳工艺条件，并且测定了蛋白质在微波改性过程中分子表面的疏水性、疏基数量、相对分子质量随时间变化的情况。

微波处理时间对蛋白质疏水性质的影响见图1，微波处理时间对蛋白质疏基含量的影响见图2，不同微波处理时间的蛋清粉相对分子质量分布的影响见图3。

图1 微波处理时间对蛋白质疏水性质的影响

2 化学改性

图2 微波处理时间对蛋白质疏基含量的影响

图3 不同微波处理时间的蛋清粉相对分子质量分布的影响

化学改性主要是使用化学物质使肽键断裂或者向其中增添新的功能基团。主要的化学改性方法有糖基化改性、酰基化改性、磷酸化改性、酯化改性、共价交联、氧化作用等。化学改性虽然可以直接向蛋白质分子中添加功能基团使得其功能特性发生改变[4]，但是其工艺相对复杂，并且化学试剂会带来许多安全问题，因此在蛋白质改性中化学改性应用较少。目前的蛋白质化学改性中主要以糖基化改性为主，糖基化反应就是自由氨基和还原糖末端的羰基发生了羰氨反应，具有改性条件简单的特点；酰基化改性就是酰化试剂与氨基酸中的亲核基团发生反应，从而改变蛋白质分子的结构[4]，酰化反应具有条件温和、不降低产品营养价值的特点；磷酸化反应就是向氨基酸侧链中引入1个磷酸基团，磷酸基团与其他物质发生酯化作用，改变了蛋白质的构型、功能特性及其与其他分子之间的相互作用力[13]。

2.1 糖基化改性

由于糖基化改性操作简便，并且安全可靠，目前有很多研究都采用此方法。迟玉杰等人[14]采用糖基化改性对蛋清粉进行改性，以提高其凝胶性。研究结果表明，经过糖基化改性之后的蛋清粉凝胶强度增加了112.51%，持水性增加了18.89%。同时，对糖基化蛋白质分子结构的特点进行了研究，结果表明蛋白质分子部分展开，导致疏水基团暴露，分子之间形成二硫键，总疏基含量下降。

金婷等人[15]通过美拉德反应使得麦芽糊精与卵白蛋白产生共聚物，随着反应时间的延长，共聚物的弹性和黏性模量不断增加，凝胶形成温度和表观黏度均有所增加。通过进行傅里叶红外光谱知道，麦芽糊精与卵白蛋白之间形成了共价键；α-螺旋与β转角有所减少，无规则卷曲和β-折叠有所增加；三级结构变化明显。同时，对该反应对卵白蛋白在酶解、酸性环境、变性剂、加热和反复冻融条件下的稳定性进行了探究。结果表明，美拉德反应抑制了蛋白酶对卵白蛋白的酶解效果，这是由于麦芽糊精的出现使得肽键周围出现空间位阻效应，降低了活性位点与蛋白酶的接触面积；改善了其热稳定性；提高了在反复冻融条件下蛋白质的溶解度。

胥伟等人[16]使用葡聚糖对蛋清蛋白进行糖基化改性，并对糖基化过程中蛋白质的功能特性变化进行了探究。在1～5 d时，其乳化性随着时间的延长不断提高，5 d时乳化性提高了1.4倍；随着反应时间的延长，起泡性不断增加，2 d后增幅有所下降，5 d时起泡性与0 d相比增加了1.4倍；其凝胶性随着糖基化时间的延长也不断增加，并且在前3 d的增幅较为明显，凝胶强度和凝胶持水性在3 d后分别增加了46.6%和26.8%。

Niu F等人[17]研究了阿拉伯胶（GA） 和卵白蛋白（OVA）聚合物在环境压力下的协同乳化稳定性，试验结果表明，当卵白蛋白与阿拉伯胶的比例为1∶2时，乳浊液的稳定性达到最大值，并且稳定性会随着pH值、存放时间、处理温度的改变而变化。

0.6%的OVA/GA混合物制备的乳状液平均粒径随着贮藏时间的变化见图4，OVA/GA的乳浊液的平均粒径在不同pH值下随着热处理温度的变化见图5。

宋俊俊等人[18]通过添加乳糖对全蛋粉的乳化性进行糖基化改性，当乳糖的添加量＜5%时，乳化性随着添加量的增加不断增加；在添加量达到5%时，乳化性达到最大。通过正交试验得出糖化改性的最优条件为乳糖添加量6%，温度60℃，时间4 h，获得的全蛋粉乳化性为0.862，乳化稳定性为27.342。

Lv L等人[19]在热处理的条件下，使用麦芽糊精对卵白蛋白进行改性。经过热处理过后的糖化蛋白与经过热处理的卵白蛋白和糖化蛋白相比，分子量更小，表面疏水性有所提高，色氨酸荧光强度降低，糖基化提高了卵白蛋白的热稳定性、乳化性及水油结合能力。

图4 0.6%的OVA/GA混合物制备的乳状液平均粒径随着贮藏时间的变化

2.2 磷酸化改性

图5 OVA/GA的乳浊液的平均粒径在不同pH值下随着热处理温度的变化

磷酸化改性就是通过使磷酸基团与蛋白质分子上的氮原子或者氧原子结合，从而向蛋白质分子内部引入磷酸基团，增加蛋白质的电负性，使得其分散性得以增加，以改善其功能特性。胥伟等人[20]采用三聚磷酸钠对蛋清粉的凝胶性进行改性，得出了蛋清粉改性的最优条件为三聚磷酸钠添加量3.3%，pH值3.7，并在35℃条件下水浴3 h。通过改性，蛋清粉的凝胶强度由250 g/cm3增加到了620 g/cm3。

3 酶法改性

酶法改性即利用酶的水解作用或者交联作用使得蛋白质分子水解成小分子的多肽或者是相互之间交联更大的分子。酶改性具有操作简便、反应迅速、条件温和、专一性强、毒副作用小的优点[21]。

3.1 酶法改变起泡性

鸡蛋具有许多良好的功能特性，如乳化性、起泡性和凝胶性等，其中对于蛋清粉来说最重要的功能特性就是起泡性，在食品工业中应用最多的就是蛋清的起泡性[3]，蛋糕和冰激凌所利用的就是蛋清的起泡性。但是在食品的实际加工中，蛋清的起泡性有可能达不到产品的要求，对蛋清的起泡性进行改性就十分必要。

李鸿健等人[22]使用中性蛋白酶对蛋清粉的起泡性进行改性，得出了水解的最优条件为时间1.25 h，酶添加量1 000 U/g，温度37℃。与未用酶处理的蛋清粉相比，起泡性由41.42%提高至83.37%，稳定指数也有显著变化，由106.84提高至157.18。这是由于蛋清蛋白质表面的疏基含量增加，使得蛋白质的分子柔性增加，表面张力随之增加。蛋清粉在加工过程中经常会混入部分蛋黄，蛋黄中的脂肪就会对蛋清粉的起泡性产生影响，孙敏杰等人[23]通过向蛋清粉中添加脂肪酶以提高蛋清粉的起泡性。通过对酶解工艺进行优化得出酶解最优条件为酶添加量5 000 U/g，温度42℃，时间6 h，pH值8.0。蛋清粉的起泡性与原工艺相比由36.67%提高至88.42%，泡沫稳定性由26.58%高至36.02%。

有研究使用复合酶对大豆蛋白进行改性，还有研究使用碱性蛋白酶对大豆浓缩蛋白起泡性进行改性，取得较好的成果。此基础上，黄群等人[24]使用碱性蛋白酶对卵白蛋白的起泡性进行改性，得出了最佳改性条件为酶用量144 000 U/g，底物质量分数1.90%，时间34min。改性之后的卵白蛋白的起泡性高达202.0%，提高了1.683倍。

蛋黄卵磷脂提取会产生大量的变性脱脂蛋黄蛋白，其约占蛋黄质量的1/3，并且营养成分丰富。目前，关于变性脱脂蛋黄蛋白的研究较少，主要用于加工饲料，大大降低了其应用价值。研究人员分别使用胰蛋白酶、木瓜蛋白酶、碱性蛋白酶对脱脂蛋黄蛋白进行改性，结果表明，酶解均使得脱脂蛋黄蛋白的起泡性得以改善，其中木瓜蛋白酶的效果最为显著。当水解度为5%时，酶解产物的起泡性约为脱脂蛋黄蛋白起泡性的3.4倍，泡沫稳定性是其2.5倍。

3.2 酶法改变热凝固性

热凝固性在食品加工中具有重要作用，热凝固性会影响蛋白凝胶的形成。目前，谷氨酰胺转氨酶主要利用于蛋白质凝胶硬度和持水性的改性，应用于鸡蛋蛋白的改性较少。谷氨酰胺转氨酶通过对蛋白质上的氨基进行转移，使得蛋白质分子之间、分子内的氨基酸之间进行交联，以改善蛋白质的功能特性。

雷明辉等人使用谷氨酰胺转氨酶处理鸡蛋蛋白，并研究了氯化钠浓度、酶的作用温度，酶的作用时间和酶的添加量对酶处理后的鸡蛋蛋白凝胶的硬度和保水性的影响；使用SDS-PAGE电泳初步探究了酶对鸡蛋蛋白热凝固性的影响机理，研究结果表明最佳酶解条件为浓度0.6mol/L，pH值6.0，温度35℃，时间3.5 h，酶添加量10 U/g，得到的凝胶硬度和保水性分别为 134.73±1.79 g，93.83%±0.58%，由SDS-PAGE电泳可知谷氨酰胺转氨酶促进了蛋白质分子之间的交联。

王章勇等人利用谷氨酰胺转氨酶对鸡蛋全蛋液进行改性，得出谷氨酰胺转氨酶可以改善其凝胶硬度，当质量分数2%，pH值7.00，酶添加量1.2U/mL，温度30℃，时间4 h时，凝胶强度可以达到最大为52.375 g。

3.3 酶法制备多肽物质

生物活性多肽具有降血脂、降血压、抗氧化性、降低胆固醇、抗氧化等活性，是目前的研究热点。已有研究表明蛋清多肽具有抗高血压的功效，但在食品方面的研究还较少。

蔡成岗等人使用胃蛋白酶对蛋清粉进行改性，通过单因素试验和响应面试验得出了最优条件：当温度50℃，pH值10.5，底物质量分数5%时，活性肽的还原力最强；当温度50℃，pH值9.5，底物质量分数10%时，清除DPPH自由基能力最强。唐文婷等人使用胃蛋白酶和胰蛋白酶酶解卵白蛋白得到了2个具有抗菌活性的组分F21和F22。F21和F22能够破坏大肠杆菌细胞膜的渗透性和细胞膜的完整性，对大肠杆菌分别有84.6%和22.5%的抑菌率，对金黄色葡萄球菌具有53.3%和29.6%抑菌率。这2种物质还具有抗氧化性：当其质量浓度为2.0mg/mL时，二者的自由基清除率接近谷胱甘肽浓度质量为0.1mg/mL时的自由基清除效果。

4 结语

综上所述，鸡蛋蛋白的各种功能特性通过以上3种改性方法进行了改性，得以不同程度的改善。在改性方法中使用较多的主要是物理改性和酶法改性，由于这2种方法安全性较高，所以使用较为普遍。

酶法改性是一种前景较为广阔的改性方法，其优点使其在实际生产中应用范围更加广泛，酶改性蛋白质也是目前的研究热点。但是由于我国的酶生产技术与国际相比较为落后，因此在实际操作过程中会遇到许多障碍，这需要我国相关的科研人员的不懈努力。并且固定化酶技术在改性过程中的应用也值得探究。对鸡蛋蛋白酶解产物的生物活性研究也将是一个发展趋势，主要为功能性食品的开发、抑菌性和抗氧化性，并且酶解产物与其他抗氧化性物质及抑菌物质的协同作用同样值得探究。寻找安全可靠简便的化学改性方法也十分重要。随着对鸡蛋蛋白质改性技术的不断探究，其应用范围将会不断扩展，鸡蛋蛋白质的综合利用的研究也会不断深入。

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