咸鸭蛋清的综合利用研究进展

魏美娟,陈红兵,佟 平,高金燕

(1.南昌大学食品科学与技术国家重点实验室,江西南昌 330047;2.南昌大学食品学院,江西南昌 330047;3.南昌大学中德联合研究院,江西南昌 330047)

咸鸭蛋是以鲜鸭蛋为原料,经过一定工艺腌制而成的蛋制品。据统计,我国 90%的鸭蛋以咸鸭蛋制品消费,大约每年有上亿枚咸鸭蛋黄用于制作月饼、粽子等传统食品,由此产生的咸鸭蛋清约上万吨[1]。咸鸭蛋清含盐量高达7%～10%[2],除了部分用于饲料中,绝大部分咸鸭蛋清因其高含盐量而被废弃,不仅造成蛋品资源极大浪费,也给企业造成了巨大的经济损失。为了提高咸鸭蛋清的附加值,国内外学者对咸鸭蛋清的再利用开展了较多的工作,在生物活性成分的提取、酶解制备功能肽、咸鸭蛋清脱盐后再利用以及咸鸭蛋清直接利用四个方面取得了阶段性研究成果[3],进一步深入研究还在进行中。本文对咸鸭蛋清综合利用研究进展进行了总结,目前关于咸鸭蛋清生物活性成分的提取集中于溶菌酶和抗生物素蛋白的提取两个方面;以咸鸭蛋清为原材料制备如抗氧化肽、白蛋白肽、呈味料等功能肽时,可先酶解后脱盐,也可先脱盐后酶解,也可以不脱盐直接酶解;脱盐或未脱盐咸鸭蛋清可添加于产品中改善食品的质构特性同时增强营养价值。

1 咸鸭蛋清营养成分

咸鸭蛋清具有很高的营养价值。有研究表明,咸鸭蛋清中的蛋白质、碳水化合物、矿物质含量等均高于新鲜鸭蛋清[4]。咸鸭蛋清蛋白质的含量为11%～13%,容易被人体吸收,是一种优质蛋白[5]。表1列出了咸鸭蛋清所含的营养成分。

表1 咸鸭蛋清的营养成分[6]

2 咸鸭蛋清综合利用

2.1 咸鸭蛋清的生物活性成分

目前关于咸鸭蛋清中生物活性成分的提取研究主要集中在溶菌酶以及抗生物素蛋白提取两个方面。

2.1.1 溶菌酶 溶菌酶是一种天然的、安全性能很高的杀菌剂、防腐剂,可广泛应用于食品防腐、日用化工、医药制剂等行业[7]。研究表明,溶菌酶在禽蛋蛋清中的含量最为丰富,约占蛋清蛋白的3.4%～3.5%[8]。Chang等[9]、冯琬帧[10]发明了咸鸭蛋清溶菌酶的提取方法。根据溶菌酶耐酸耐热、稳定性好的特性,将咸鸭蛋清进行酸、热处理,经离心得到含溶菌酶的上清液,上清液经超滤、冷冻干燥得到溶菌酶。但采用该方法制备的溶菌酶得率不高,且提取的溶菌酶可能会因变性而使酶活性降低,需要进一步优化。王炜军等[11]则以脱氨酰化壳聚糖凝胶作为亲和吸附介质,从咸鸭蛋清中分离出溶菌酶,所得酶的比活力大于70000 U/mg蛋白,远超食品级及医药级的要求,但回收率仅达70%,且该方法过程繁琐,难以实现工业化生产。Ding等[12]则发明了一种以L-甲状腺素为亲和配基的再生型亲和沉淀剂,从咸鸭蛋清中纯化出了溶菌酶,回收率达94.32%且酶活高。该方法简单操作,可适用于大规模工业化生产溶菌酶。此外,也可以通过调节等电点的方法使咸鸭蛋清中溶菌酶结晶析出,该方法简单、易于操作[13]。

2.1.2 抗生物素蛋白 抗生物素蛋白又称亲和素,最早发现于鸡蛋清中,是一种小型四聚体糖蛋白[14],它与生物素具有高特异性紧密结合的能力。多种生物大分子如蛋白质、核酸、多糖容易被生物素标记进而与抗生物素蛋白发生偶联,因而抗生物素蛋白被广泛应用于亲和纯化和药物传递、生化检测、医疗诊断等工作[15]。目前关于鸡蛋清中抗生物素蛋白的分离纯化工艺有很多,提取方法主要有离子交换色谱法、凝胶过滤层析,均可实现抗生物素蛋白与其它蛋白的分离[16]。而对咸鸭蛋清中抗生物素蛋白的提取研究鲜有报道。冯朝波等[17]首次利用2-亚氨基生物素,采用亲和层析的方法,从咸鸭蛋清中分离了抗生物素蛋白,回收率达60.1%±5.0%。该方法操作简单,且蛋白纯度高,为咸鸭蛋清中抗生物素蛋白的工业化提取提供了一定的技术基础,但该方法过程较复杂,需要进一步优化。

以上文献分析表明,咸鸭蛋清中生物活性成分的提取研究并不成熟。但关于鸡蛋清中其它活性成分如卵转铁蛋白、卵白蛋白等蛋白的分离纯化工艺已经相对成熟[18]。因此,今后可借鉴其分离纯化工艺,从咸鸭蛋清中提取更多的生物活性成分,将它们应用于医药、化工以及食品等行业,提高咸鸭蛋清附加值。

2.2 咸鸭蛋清功能肽

咸鸭蛋清蛋白经酶水解可以生成多种生物活性的蛋清肽,具有抗氧化、降血压、降胆固醇、抗炎症、调节免疫力等多种生物活性[19]。通常采用中性蛋白酶、胰蛋白酶、碱性蛋白酶、木瓜蛋白酶等单酶或复合酶对咸鸭蛋清进行酶解。咸鸭蛋清经过适当的酶解既可以提高蛋白的生物活性,也可以改善蛋清液的乳化性、稳定性等功能特性[20],同时可作为配料添加于饲料或食品中。关于以咸鸭蛋清为原料制备功能肽的方法主要集中于先酶解后脱盐、先脱盐再酶解以及不脱盐直接酶解三个方面。

2.2.1 酶解后脱盐制备功能肽 目前大多数学者将咸鸭蛋清用蛋白酶酶解脱盐后制备抗氧化肽。如王晓玲[21]的研究表明,20 mg/mL的咸鸭蛋清抗氧化肽羟基自由基以及超氧阴离子清除能力分别为70.54%和64.71%,同时咸鸭蛋清抗氧化肽对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、沙门氏菌具有明显的抑制作用,最低抑菌浓度分别为0.6%、0.6%、0.4%。而杜永盛[22]用酸性蛋白酶将咸鸭蛋清首先酶解为和人血白蛋白具有极其相似氨基酸模式的白蛋白肽,再利用纳滤除盐后,制备了一种可维持血浆胶体渗透压、调节免疫的白蛋白肽。另有学者将酶解后脱盐的咸鸭蛋清与金属离子螯合制备微量元素补充剂。如Li等[23]则将咸鸭蛋清用中性蛋白酶进行酶解,研究发现酶解液中的Glu、Asp、Cys等氨基酸残基有更多的铁结合位点,将其与亚铁盐进行螯合后,制备的螯合物可促进机体对铁的吸收,研究为未来开发一种新型补铁剂提供了思路。总之,酶解脱盐后的咸鸭蛋清多肽具有多种生物活性,可进一步制备成其它生物活性肽,拓展了咸鸭蛋清应用前景,有望提高咸鸭蛋清的附加值。

2.2.2 脱盐后酶解制备功能肽 有研究表明,经脱盐酶解制备的咸鸭蛋清多肽中的VSEE(Val-Ser-Glu-Glu)片段能与钙形成可溶性配合物,进一步阻止小肠内钙沉淀,更好地促进机体钙的吸收。如Zhao[24]、Hou等[25]的Caco-2细胞模型以及动物实验模型均证实脱盐咸鸭蛋清肽可促进机体对钙的吸收,研究为未来研发一种预防骨质疏松的保健品提供了新的思路。此外,也有学者将脱盐咸鸭蛋清功能肽用于调味品的生产中。如周冰[26]就以真空超滤脱盐后的咸鸭蛋清为原料,用酸水解4 h与酶水解2 h的方法对其进行水解,经测定此法蛋白水解度为52.66%,其中必需氨基酸的含量达到了36.95%,而且呈鲜甜味的氨基酸高达60.30%。将此酶解液添加于现有调味汁中可明显改变其品质。该研究为咸鸭蛋清源调味料的研发提供了新思路。部分学者还以脱盐酶解后的咸鸭蛋清酶解液为原料,辅以其它配料制作保健品。如王建华等[27]利用酶解后咸鸭蛋清酶解液具有的功能特性,制备了一种保健食品。将脱盐咸鸭蛋清酶解,酶解液喷雾干燥制粉后,以5%～15%的比例与3%～15%的猕猴桃冻干粉、5%～15%的香蕉冻干粉及其它食品添加剂混合,制成了一种新型的水果蛋清肽片。该水果蛋清肽片具有抗氧化、调节免疫、改善胃肠道健康的保健功效。

据文献报导,蛋清蛋白是食源性抗凝血肽的主要来源之一[28],而且已有学者从蛋清蛋白中获得了抗高血压肽[29]。因此推理可知以脱盐咸鸭蛋清酶解液为原料可以制备抗高血压肽、抗凝血肽。实际上,李菁等[30]以新鲜鸡蛋清粉为原料,采用碱性蛋白酶酶解,测得酶解液DPPH自由基清除能力为42.10%,随后以25%的比例添加柠檬酸4%、蔗糖12%等辅料,制备了一种新型的蛋清肽饮料。由此提示,将脱盐咸鸭蛋清酶解液添加其它辅料或与发酵技术联用,可以制备新型的功能饮料。

2.2.3 不脱盐酶解制备含盐功能肽 目前,已有一些研究发现,未脱盐咸鸭蛋清的酶解液可用作水产品的保水剂。如Yang[31]、Kaewmanee等[32]的实验发现,咸鸭蛋清经蛋白酶或酸轻度水解后,可部分替代或全部替代磷酸盐作为新型保水剂,改善虾处理过程中磷的残留而不影响其质构。原因可能是因为咸鸭蛋清酶解后的多肽分子量小,结构疏松,可充分进入肌肉纤维分子中,由于它本身的亲水性,从而提高了虾肉的保水性,该研究拓宽了咸鸭蛋清在水产领域的应用范围。此外,也有学者以咸鸭蛋清酶解液为原料,制备肉类食品添加剂。如黄群等[33]采用风味蛋白酶将咸鸭蛋清酶解7.0 h,调节酶解液初始pH为9.5,随后添加3.5%葡萄糖,控制温度和时间为110 ℃、80 min,进行美拉德反应。此法制得产物色泽诱人、香气浓郁,是一种理想的肉类风味食品添加剂。这种新尝试,进一步提高了咸鸭蛋清的再利用率。咸鸭蛋清酶解液在营养制剂的制作方面也有一定的应用。如刘静波等[34]则将咸鸭蛋清直接用蛋白酶酶解,以咸鸭蛋清蛋白多肽粉(2%～5%)、麦芽糖糊精(45%～50%)、魔芋粉(7%～12%)以及其它辅料,制作出了一种新型肠内营养制剂。动物实验表明,这种营养制剂可改善患者胃肠紊乱并增强免疫力。该研究发现拓宽了咸鸭蛋清在医学领域的潜在应用。

2.3 脱盐咸鸭蛋清用于食品配料

2.3.1 咸鸭蛋清脱盐的方法 目前咸鸭蛋清脱盐的方法包括膜过滤法、电渗析法、絮凝法三种(表2)。表2所列三种脱盐方法,咸鸭蛋清脱盐效率较高,但每种方法都存在一定的弊端,需不断改进。

表2 咸鸭蛋清脱盐方法

2.3.2 脱盐咸鸭蛋清应用于食品配料 咸鸭蛋清经脱盐后,拓宽了其应用领域。已有大量的研究表明,新鲜鸭蛋清在改善食品凝胶性能方面优于鸡蛋清[38]。目前国内已有多个专利将脱盐后的咸鸭蛋清部分取代鸡蛋清,制成成品,改善产品质构。如将脱盐后的咸鸭蛋清凝胶进行脱气处理,添加7%～12%的蔗糖、0.4%～1.2%的增稠剂以及其它辅料,70～85 ℃进行水浴(10～30 min),研制一种新型的蛋清布丁[39];或将电渗析脱盐的咸鸭蛋清与鸡蛋清以一定比例(w/w)混合,辅以其他食品添加剂,80～100 ℃烘烤30～60 min,随后卤料卤制2～3 h,制得蛋干[40]。研究表明,此法制备的蛋干具有良好的口感。可见,经脱盐后的咸鸭蛋清可部分取代或全部取代鸡蛋清,作为食品原料,提高其附加值。此外,Chaiyasit 等[41]的研究发现,巴氏杀菌后的新鲜鸭蛋清较鸡蛋清具有更高的泡沫稳定性。因而可对脱盐后的咸鸭蛋清进行改性,增强其起泡性质,使其更多地应用于蛋糕、面包、冰淇凌等领域中。同时,研究发现新鲜鸭蛋清进行喷雾干燥前,用葡萄糖氧化酶或过氧化氢酶进行脱糖,所产生的鸭蛋清粉凝胶结构致密,凝胶硬度、黏度、咀嚼性均提高[42]。以此为借鉴,对脱盐的咸鸭蛋清进行干燥工艺优化,提高其功能特性,可以拓宽应用范围。

2.4 咸鸭蛋清用于食品配料

2.4.1 用于改善产品凝胶特性 咸鸭蛋清因具有良好的营养与加工功能特性可直接添加于产品中,用于改善产品的质构。如肖功年等[43]将咸鸭蛋清与鸡蛋清以4∶1的质量比混合并稀释一定比例,添加0.15%的卡拉胶,经85 ℃加热,可制得具有良好质构的日本豆腐;Quan等[44]的研究表明沙丁鱼鱼糜凝胶中添加适量的咸鸭蛋清粉,可改善鱼糜凝胶的强度和感官特性,因为咸鸭蛋清粉具有很高的蛋白酶抑制活性,可降低沙丁鱼中肌原纤维等蛋白质的水解,进而改善凝胶性能;Tan等[45]将咸鸭蛋清作为盐替代物(每15.21 g取代1 g盐)添加于碱水面条的生产中,结果表明,该法制作的面条粘弹性和咀嚼性较不添加组有很大提高。上述研究表明,咸鸭蛋清在提高食品质构特性方面具有很好的优势,可尝试将其应用到卤制豆腐干生产中,研制一种方便、休闲的新型食品,或者将其添加于皮冻的生产过程中增加口感,或将其添加于米粉、米线等的生产过程中增强其韧性。另外,谭芦兰等[46]的研究则表明,添加0.6%～1.0%的魔芋胶多糖,可改善咸鸭蛋清凝胶的强度与持水性。这是由于一方面魔芋胶结构中含有的葡甘露聚糖可与咸鸭蛋清中的卵白蛋白发生交联反应,使咸鸭蛋清蛋白凝胶网络致密,另一方面魔芋胶中含大量的亲水基团,可结合水分,增强凝胶持水性。这些研究拓宽了咸鸭蛋清的应用范围,为咸鸭蛋清在食品领域中的广泛应用打下了基础。

2.4.2 应用于制作高起泡性要求的食品 Venkatachalam[47]的研究表明,经过长期腌制后的咸鸭蛋清具有很好的起泡性质,可能因为随着腌制时间的延长,蛋清中盐含量的增加,蛋清蛋白的zeta电位、疏水性发生改变,进而影响起泡性。因而长期腌制后的咸鸭蛋清可作为一种添加蛋白,生产高起泡性要求的食品,如蛋白酥。另外,为进一步拓宽咸鸭蛋清在食品加工中的应用,不少学者对咸鸭蛋清起泡性质进行了研究。如,咸鸭蛋清中添加适当浓度的NaOH、KOH和Na2CO3,可以降低含盐蛋清的黏度,增强蛋清的起泡特性[48],原因可能是碱液的添加改变了蛋清体系的pH,影响蛋白质溶解度。皮钰珍等[49]的研究表明,咸鸭蛋清粉经过适当的紫外辐照,可提高其起泡性,因为紫外辐照处理,可引起蛋白质中氨基酸的氧化、共价键断裂,蛋清粉经适度变性后,起泡性得到提高。

2.4.3 增强食品的营养价值 据报道,一些学者直接将咸鸭蛋清混合其它配料并制备高营养价值的食品。如王中凤等[50]将咸鸭蛋清、鲜鸡蛋清、花生粕、芝麻粕、鲜奶等配料以一定比例混合,研制了低脂高蛋白的沙拉酱。Wang 等[51]则以咸鸭蛋清和淀粉为原料,结合脉冲喷动微波真空干燥技术制备了一种新型膨化食品。结果表明咸鸭蛋清与淀粉比例为3∶10,微波功率为2.01 kW下,所制备的产品膨胀率高,产品营养价值高。

3 结论

综合分析表明,如何发掘咸鸭蛋清的功能并拓宽应用范围仍具有研究价值。首先,脱盐是解决咸鸭蛋清利用率低的关键。总体而言,絮凝法是较为理想的脱盐方法。但此法回收的蛋白质可能因变性导致功能性质的降低。今后可进一步开发更高效、低耗能的脱盐方法,同时更多地保留鸭蛋清蛋白的功能性质。也可对咸鸭蛋的腌制机理进行研究,从根本上解决咸鸭蛋清过咸的问题。此外,经脱盐后的咸鸭蛋清可部分替代鸡蛋清用于食品配料中,更多地添加于现有食品中,增强营养或质构特性。其次,对脱盐后咸鸭蛋清进行多种生物活性成分的研究,期待发现更多的功能成分,如蛋白酶抑制剂。而关于脱盐咸鸭蛋清酶解液或未脱盐咸鸭蛋清酶解液,可研究其它生物活性,如抗疲劳,将其应用于食品、医药或化工各个方面。最后企业还需要充分发挥创新主体作用,在产学研的联合作用下,推动咸鸭蛋清综合利用向前发展。