蛋清起泡性研究進展

熊星星，王旭清，司偉達，羅 巖

(北京德青源農業科技股份有限公司，國家蛋品工程研發中心，北京 100081)

蛋清起泡性研究進展

熊星星，王旭清，司偉達，羅 巖

(北京德青源農業科技股份有限公司，國家蛋品工程研發中心，北京 100081)

起泡性是蛋清主要功能特性之一，是評價蛋清產品質量的指標之一。本文綜述了蛋清起泡性的評價方法、影響蛋清起泡性的因素及提高蛋清起泡性的方法，影響蛋清起泡性的因素主要包括蛋清中蛋白質的組成和結構、環境因素和生產加工工藝，用于提高蛋清起泡性的方法包括物理改性法、化學改性法和酶解改性法三方面。針對不同的影響因素，不同的改善方法都能在一定程度上提高蛋清的起泡性。

蛋清，起泡性，起泡能力，泡沫穩定性

蛋清作為食品中重要的配料，起泡性是其重要的功能特性之一，蛋清起泡性越好，相同質量的蛋清液在制備蛋糕的過程中得到的蛋糕體積越大，因此蛋清起泡性的好壞程度將直接影響液蛋蛋清在市場上的競爭力。關于提高蛋清起泡性的研究已經有很多報道，主要有物理改性法、化學改性法和酶解改性法。下面將從蛋清液起泡性的評價方法、影響蛋清起泡性的因素和提高蛋清起泡性三方面的研究進展進行詳述。

1 蛋清起泡性及其評價方法

泡沫是一種氣體分散在液體中的多相體系，當攪打蛋白質溶液時，空氣進入并被包埋在蛋白質溶液中形成泡沫。在泡沫的形成過程中，氣泡逐漸由大變小，而數目增多，最后失去流動性，通過加熱可使之固定［1］。

蛋清的起泡性包括起泡能力和泡沫穩定性兩項指標。起泡能力是指液體在外界的條件下生成泡沫的難易程度，一般表面張力越低越有利于泡沫的形成。泡沫的穩定性是指泡沫生成后的持久性［1－2］。在實驗室條件下測定蛋清起泡性的方法有攪打起泡法和充氮氣法兩種［3］，攪打測定起泡性的方法是取100mL蛋清液放入攪打器中攪打90s，量筒測定體積V1，放置30min后測定其體積V2，則起泡能力=100 ×(V1－100)/100，泡沫穩定性=100×V2/V1，充氮氣的測定方法是移取 100mL蛋清液于量筒中，以100mL/min的速度往里面吹氮氣，直至最終體積變成300mL，記錄所消耗時間tf和起泡所消耗的蛋清體積Vmax，以及一半蛋清液排出的等待時間t1/2，則起泡能力=300/(100×tf×1/60)，用K來衡量泡沫穩定性，K=1/(Vmax×t1/2)。在實際應用時可以通過得到的最終產品的體積或者密度來綜合評價蛋白的起泡性，比如通過測定蛋清攪打后的密度或者制成天使蛋糕的體積來綜合衡量蛋清的起泡性［4］。

2 影響蛋清起泡性的因素

蛋清在攪打過程中，打蛋器的剪切力將蛋白質的球型分子構造打破，使其分子中的疏水基團裸露出來。同時，剪切作用將空氣混入蛋清中，部分氣體與疏水基團結合，留在蛋清中，使泡沫體積迅速上升;繼續攪打，由于剪切力作用，氣體可以均勻的被蛋白質分子包圍，并形成新的穩定結構，泡沫體積達到最大［5］。一般來說具有良好起泡性的蛋白必須具有以下幾個特點:在攪打或者鼓泡的過程中能夠快速擴散至空氣－蛋白界面上;在界面上快速展開并重排;通過分子間作用形成連續緊密的膜。影響蛋清起泡性的因素主要有蛋清中蛋白質的組成和結構、環境因素和生產加工工藝三方面，具體因素分別是蛋雞年齡、產蛋季節、生產加工工藝、溫度、pH、貯藏時間、蛋黃污染程度等［6］。

蛋雞年齡和產蛋季節主要影響蛋清的組成，從而使蛋清起泡性發生改變;生產加工工藝包括兩方面，一方面是制備蛋清液的工藝條件，另一方面是蛋清液的攪打工藝。在制備蛋清液過程中主要是蛋清中蛋白結構和組成發生了改變從而使蛋白質起泡性發生改變，例如蛋清經過巴氏殺菌和噴霧干燥后其起泡能力下降，而脫糖有利于提高起泡性［7］;蛋清液攪打制備蛋糕的過程中攪打速度和攪打時間都會影響最終的泡沫體積，蛋清在快速攪打的過程中隨著時間的延長混入的空氣量不斷提高，直至達到泡沫最大體積［5］，因此在攪打速度固定的條件下通過控制攪打時間可以得到最大的泡沫體積。

溫度升高有利于蛋清起泡性的提高，這是由于隨著溫度的升高表面張力下降，更有利于泡沫的形成［1］。當溫度達蛋白變性溫度后蛋白分子展開變性，起泡性得到改善，但是當在該溫度下放置較長時間后，變性蛋白質分子聚集加大，蛋白質起泡性下降［8］。

pH主要影響蛋白分子的帶電種類和帶電量，當pH接近蛋白質等電點時，蛋白質分子帶電量幾乎為零，蛋白質分子間斥力減小，分子間疏水作用增強，并提高了向空氣－蛋白質界面擴散速率，因而蛋白質起泡性提高;而當pH遠離蛋白質等電點時，蛋白質帶電量增加，此時蛋白質和水分子之間作用增強，蛋白質分子之間斥力增大，不利于泡沫的形成，但是提高了泡沫穩定性［9］。另外pH還影響蛋白質的溶解度，蛋白質在等電點附近溶解度最小，因此通過改變pH來提高蛋清起泡性還應考慮其溶解度［9］。

貯藏時間影響蛋清起泡性有兩方面。一方面是隨著貯藏時間的延長，殼蛋的pH上升，蛋清中濃稠蛋白含量下降，而稀蛋白含量上升，從而使得蛋清起泡性發生改變;另一方面則是液蛋蛋清蛋白隨著貯藏時間的延長，由于微生物的繁殖，蛋清pH下降，從而改變了蛋清的起泡性。

在機械化生產液蛋蛋清時，都會有不同程度的蛋黃混入到蛋清液中從而使得蛋清起泡性下降，這是由于蛋黃中的油脂降低了蛋白的起泡性，即使是只有0.01%蛋黃滲入到蛋清中都會造成蛋清起泡性顯著下降［3，10］;另外在加工產品時還可能加入其他諸如鹽和糖之類的物質也會影響蛋清的起泡性，適量添加食鹽可以加快蛋清起泡速度和起泡性，蔗糖的加入則會延長起泡性時間，但是能夠提高泡沫穩定性［10－11］。

3 提高蛋清起泡性的方法

目前報道的用于提高蛋清起泡性的方法主要包括物理改性法、化學改性法和酶解改性法三方面，其原理都是通過提高蛋清的起泡能力和泡沫穩定性來實現，在提高起泡能力方面主要是通過改變蛋清蛋白質分子的擴散速度、表面張力、疏水性基團的分布、蛋白質溶解度等性質來實現［1］，而改善泡沫穩定性主要是改變蛋白質分子間相互作用程度來實現［12］。

3.1 物理改性法

通過物理法對蛋清蛋白進行改性主要是改變蛋白的空間結構，從而改變蛋白質的界面特性。目前所研究的物理改性方法主要包括加熱法、高壓處理法、輻照和添加親水性多糖的方法。

3.1.1 加熱法 蛋清蛋白經輕度加熱處理后蛋白質分子變性展開，表面疏水性提高，這有利于提高蛋白分子向空氣—蛋白界面擴散的速率，從而提高了蛋白的起泡性，但是隨著加熱強度的增大蛋白會發生不同程度的聚集，按照聚集程度從低到高依次為蛋白質分子單體、低聚物和高聚物，當高聚物含量達到一定程度后蛋白的起泡性和泡沫穩定性均會有不同程度的下降［8］。

Nicorescu I等人［8］的研究結果表明蛋清粉在60～80℃條件下加熱1～5d，蛋白的起泡性和泡沫穩定性都得到改善，而蛋白的黏度和表面張力都沒有發生改變，說明蛋白的起泡性和泡沫穩定性得到改善由蛋白加熱變性和聚集引起。王彥蓉等人［13］研究了熱處理對咸蛋清起泡性的影響，結果表明在50℃下處理20min能很好改善蛋清的起泡性。劉超［10］對次品雞蛋的蛋清蛋白進行熱處理，得出最佳加熱溫度和加熱時間分別為60℃和20min，此時蛋清蛋白的起泡力達到最大113%。由此得出，使用加熱的方法提高蛋白起泡性和泡沫穩定性的關鍵在于控制蛋白質的聚集程度。

3.1.2 高壓處理 蛋清蛋白經過高壓處理后，其結構會發生改變，變化程度依高壓處理強度的不同而存在差異，蛋白結構改變勢必改變蛋清起泡性特性。涂宗財等［14］研究了動態高壓均質處理蛋清蛋白溶液對蛋清起泡性的影響，結果表明蛋清經過動態高壓處理后其起泡性得到改善，且隨著均質壓力的上升，其起泡性越好，他認為這由于蛋清經過超高壓均質處理后，其中的不同組分(卵清蛋白、卵類粘蛋白等)得到很好的接觸，更易于在起泡過程中各個蛋白質相互作用，而且蛋白質顆粒度明顯降低，大分子聚集體被打散成小粒子，使其更容易在氣－水界面得到擴展和吸附，降低了界面張力，提高了蛋白質分子柔性，促進了泡沫的形成，從而提高了蛋清蛋白的起泡性。Iesel Van der Plancken等人［12］的研究結果表明高壓處理應用于改善蛋清起泡性還與蛋清蛋白初始pH有關，初始pH為8.8得到的蛋清液起泡能力比pH為7.6的高，而泡沫穩定性的結果剛好相反。

3.1.3 輻照 輻照作為一種冷殺菌技術，在達到殺菌效果的同時也改變了蛋白的結構特性。首先，輻照能夠使蛋白質的一些二硫鍵斷裂，而后氧化產生硫化氫、單質硫或氣態硫化物，從而使蛋白質溶液的pH朝酸性方向變化;另外，輻照會使蛋白質分子發生降解和交聯作用，降解作用大于交聯作用，從而使得蛋白質溶解度增加，表觀直徑下降，致使黏度下降［15］。因此輻照技術在達到殺菌效果的同時可能改變蛋清蛋白的功能特性。

有研究表明隨著輻照劑量的增大蛋白起泡性增強，但是泡面穩定性下降，這主要是由于蛋白經過輻照處理后溶解度提高，pH略有下降，向8～9范圍靠近，這有利于蛋白起泡性的提高;而蛋白質溶液黏度下降，因而泡沫穩定性下降［15］。Song H－P等［4］研究了不同輻照劑量對液蛋和蛋粉pH、黏度及起泡性特性的影響，結果表明液蛋和蛋粉的pH均無顯著變化，而起泡性均得到改善，其中液蛋的黏度下降了，蛋粉黏度無顯著性變化，另外該研究還發現輻照可以改善天使蛋糕的品質，對殼蛋進行輻照也能提高蛋清起泡性［16］。

3.1.4 添加親水性糖類物質 親水性糖類物質改善蛋清起泡性的效果與其結構特性有密切關系。親水性多糖由于分子量大，具有良好的溶解特性，可以提高蛋白溶液的黏度，從而提高泡沫穩定性［17］。在提高蛋清起泡能力方面則與多糖結構特性有很大關系，有研究表明添加CMC(羧甲基纖維素)和瓜爾膠可以提高蛋清的起泡性，適量的黃原膠添也可以提高蛋清起泡性，同時蛋清的泡沫穩定性提高［18］，其中CMC既含有親水基團又含有疏水基團，是一種表面活性物質，可以降低雞蛋表面張力，從而降低起泡過程氣液界面擴張所需自由能，使氣泡更容易形成，進而縮短了達到最大泡沫體積所需要的時間;瓜爾豆膠是一種半乳甘露聚糖，相對分子質量200000～300000，它在液體中提供的黏性比CMC大，因此瓜爾膠的作用效果比CMC明顯，同時瓜爾膠是一種表面活性物質，可以使氣液混合速度和氣泡均衡速度加快，結果表現為蛋清的起泡速度明顯增大;黃原膠分子中含有Na+、K+、Ca2+等離子，Na+、K+會使起泡性下降，Ca2+在0.02～0.04mol/L濃度范圍能與蛋白質羧基形成橋聯，促進形成黏彈性較好的蛋白質膜，從而提高起泡性，另外，黃原膠相對分子質量在2000000～50000000之間，黏度非常大，能夠使氣液之間的膜的強度增大，有利于蛋清起泡，黃原膠在改善蛋清起泡性作用受以上三因素共同作用。有研究表明在蛋清中添加蔗糖可以提高蛋清的黏度，提高泡沫穩定性，但是起泡性下降［19］。

3.2 化學法

通過化學法改善蛋清起泡性的方法可以添加具有還原性基團的糖類物質，茶多酚、大豆分離蛋白等一些其他物質等。

3.2.1 糖基化 蛋白質－糖類糖基化反應，是以共價鍵的形式將碳水化合物與蛋白質分子上的α－或ε－氨基連接而生成糖基化蛋白質的反應，目前在提高蛋清起泡性方面的應用包括兩種，一種是利用低分子質量還原糖與蛋清蛋白發生的糖基化反應，該反應的特點是容易發生褐變［20］;另一種是利用多糖與蛋白質發生糖基化反應，該反應條件溫和不引起褐變［21］。

有研究表明在溶菌酶中添加適量的葡萄糖后，在加熱條件下發生美拉德反應，其起泡性和泡沫穩定性顯著提高［22］。于濱［23］將蛋清粉與麥芽糊精按照質量比10∶1混合，配制成10%(w/v)的溶液，經噴霧干燥得蛋清蛋白－麥芽糊精混合物，將該混合物置于65%的相對濕度下，60℃下加熱0～5d，發現蛋白的起泡性隨著加熱時間的延長不斷升高，而泡沫穩定性隨著加熱時間的延長先升高后下降，在第三天時達到最大。徐保立等［21］研究了在脫糖蛋清中添加0.25%的羧甲基纖維素和羧甲基纖維素鈉于60℃下反應2天，其起泡能力和泡沫穩定性分別提高了0.6倍和0.5倍。

3.2.2 其他物質 除了上述的糖基化方法外，還有添加其物質的化學方法能夠起到提高蛋清起泡性起泡性。覃思等［1］研究了在蛋清中添加茶多酚，發現茶多酚添加量在0.2%～0.4%之間對蛋清蛋白質起泡性有顯著的改善，其中起主要作用的物質是單體EGCG和ECG的羥基。活性羥基提高了蛋白質形成氫鍵的能力，能夠形成更多具有一定機械強度的薄膜，且薄膜的黏性和彈性更強，更大的降低表面張力，提高了起泡能力和泡沫穩定性。Wang－G［24］的研究結果表明在蛋黃污染的液蛋蛋清產品中添加超聲過的大豆分離蛋白可以提高蛋清起泡性，使受蛋黃污染的液蛋蛋清起泡性得到一定程度的恢復。

3.3 酶法改性

酶法改性在提高蛋清起泡性方面的應用有蛋白酶酶解改性和脂肪酶酶解改性兩種。

3.3.1 蛋白酶 蛋白酶在提高蛋清起泡性方面的效果與酶種類和酶解程度有關，酶不同酶切位點不一樣，得到酶解產物的表面活性存在差異，因而起泡性可能也不同，蛋清蛋白經輕度酶解后起泡性得到一定程度的改善，這是由于輕度酶解使蛋白質分子伸展，更容易擴展和吸附在氣－液界面上，同時提高了表面疏水性，界面張力下降;但是當酶解超過一定程度，所形成肽鏈較小，且疏水性減小，不能在界面形成穩定的泡沫，而使蛋清起泡能力及泡沫穩定性下降［13，25－26］。

有研究發現利用胃蛋白酶水解蛋清蛋白，可增加蛋清蛋白質表面疏水性，使蛋白質分子在界面大量聚集，形成的泡沫更趨穩定［27］。在蛋清中添加中性蛋白酶經過適當處理可以顯著提高蛋清起泡性［10］，另外用中性蛋白酶對蛋清進行適度處理后，經過噴霧干燥蛋白起泡能力和泡沫穩定性均顯著提高［25］。涂勇剛等［28］研究結果表明在蛋清中按38.2mg/5mL量添加木瓜蛋白酶，pH6.3時于47.5℃下酶解45min，蛋清起泡性提高了140%，另外Lee W C［29］研究結果表明蛋清經過木瓜蛋白酶酶解后，再烘干，其蛋白起泡能力和泡沫穩定性均得到不同程度的改善。

3.3.2 脂肪酶 在蛋清中添加脂肪酶來改善蛋清起泡性，主要針對的是被蛋黃污染的蛋清液。有研究結果表明在混有少量蛋黃的蛋清中添加脂肪酶進行處理后，蛋清粉起泡能力由36.67%提高到88.42%，泡沫穩定性從26.58提高到32.02［30］。

4 展望

目前廣泛采用的蛋清起泡性的評價方法主要是實驗室常用的攪打法和充氮氣法，以及測定實際產品的體積或者密度的方法，后者更貼近實際生產，是今后研究發展的方向;影響蛋清的起泡性的因素包括蛋清中蛋白的組成和結構、環境因素和生產工藝，針對這些影響因素目前研究的提高蛋清起泡性的方法主要有物理、化學和酶解改性三方面，且都能取得一定的效果，在這方面今后的研究方向應該是將這些技術結果有針對性的用于解決工業化生產中遇到的實際問題，也即成果轉化，是今后研究的重要方向。

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Research progress in foaming ability of egg white

XIONG Xing－xing，WANG Xu－qing，SI Wei－da，LUO Yan
(Beijing DQY Agricultural Technology Co.，Ltd.，Chinese National Egg Engineering Research Center，Beijing 100081，China)

Foaming ability as one of the main functional characteristics of egg white，which is the evaluation index of the quality of egg white.This article was the review of evaluation method of egg white protein，factors affecting egg white foaming ability and methods of improving egg white foaming property.Protein composition and structure of egg white protein，environment condition and technology of producing and processing were three main important factors affecting egg white protein foaming ability.The methods of improving egg white foaming ability included physical modification，chemical modification and enzyme modification.In view of the different affecting factors，the corresponding method could improve the foaming ability in some degree.

egg white;foaming ability;foaming capacity;foaming stability

TS253.1

A

1002－0306(2012)21－0381－04

2012－05－09

熊星星(1985－)，男，碩士研究生，研究方向:蛋品研發。

北京市科委產業統籌項目(Z111105061310001)。