高特性專用蛋粉制備方法研究進展

林 菲，盧 嘉，黃亞濤，王 淼，范 蓓

(中國農業科學院農產品加工研究所，農業部農產品加工質量安全風險評估實驗室(北京)，北京100193)

雞蛋是人類日常生活中不可或缺的重要食材，其營養全面而豐富，深受我國人民的喜愛。新鮮雞蛋易碎，并且容易受溫度、濕度、細菌等環境因素影響發生變質，使其長距離運輸及貯藏保鮮受到了極大的限制。蛋粉因其含水量低，占用空間小，易于保藏，適應長途運輸等優點成為重要的加工蛋制品。為使雞蛋的價值得到更加充分的利用，擴大蛋粉的應用領域，多種高特性專用蛋粉的研究應運而生。筆者主要對2種高特性蛋粉的制備方法進行綜合論述，力求梳理目前國內高特性專用蛋粉研究，為蛋粉進一步加工技術的研究提供理論基礎。

1 高乳化性蛋黃粉制備方法研究

蛋黃粉具有天然的乳化性，在蛋糕、面包等烘焙食品，冰淇淋、雪糕等冷飲，調味醬及全價營養配方食品中都有應用。高乳化性蛋黃粉生產技術的研究將會極大地影響蛋黃粉的應用前景。目前的研究主要針對蛋黃粉中的低密度脂蛋白和磷脂類成分采用不同的處理方法來提高蛋黃粉的乳化性。

1.1 酶改性法 酶改性法目前研究較多的是4種專一性較強的磷脂酶，包括磷脂酶A1(PLA1)、磷脂酶A2(PLA2)、磷脂酶C(PLC)和磷脂酶D(PLD)。不同的磷脂酶作用位點不同，4種磷脂酶作用位點如圖1所示。4種酶中，PLC的水解作用會破壞磷脂的結構，PLD多用作定向改性進行藥物合成，所以在提高蛋黃粉的乳化性方面應用較多是磷脂酶A1和磷脂酶A2［1］。具體研究應用見表1。磷脂酶A1專一地作用于磷脂酰膽堿Sn-l上的酰基，生成溶血磷脂酰膽堿和Sn-2酰基溶血磷脂酰乙醇胺;磷脂酶A2催化水解磷脂的Sn-2位酰基生成溶血磷脂和脂肪酸。溶血卵磷脂親水性能比磷脂強，其生成的O/W乳化體系有抗高溫、抗酸、抗鹽的優點。采用磷脂酶改性后的蛋黃粉乳化性能更佳，能夠承受高強度的巴氏殺菌并且可延長產品的貨架期［2］。

1.2 糖基化法 蛋白質糖基化反應是提高蛋黃粉乳化性另一種重要方法。蛋白質的糖基化修飾，是將親水性的糖類物質以共價鍵連接的方式導入蛋白質分子之中，使糖蛋白兼具蛋白質的大分子特性和糖類物質的親水特性。研究發現，糖蛋白不僅表現出優越的乳化能力，并且在溶解性、膠凝性等其他功能特性方面也有提高，蛋白質－糖共價復合物能在高離子強度、極端pH、高溫條件下保持較高的穩定性，并具有理想的乳化穩定性［3］。

表1 部分高乳化性蛋黃粉的研究

2 高凝膠性蛋清粉制備方法研究

我國蛋清資源豐富，因民眾的特殊消費習慣使得在雞蛋加工消費過程中，蛋清一般作為廢棄物遺棄或僅是在較低水平上的回收利用，這不僅造成了資源的極大浪費，也對環境造成了污染。對高凝膠蛋白粉的研究會為禽蛋加工中副產物的綜合利用提供新思路，產生顯著的經濟效益。目前提高蛋白凝膠性的方法主要有物理改性(熱改性、高壓改性)，化學改性(糖基化、磷酸化、酰基化)和生物學改性(酶法改性、基因工程改性)3類方法［3］，我國在提高蛋清粉凝膠性的研究中涉及到的主要有谷氨酰胺轉氨酶改性、糖基化、干熱處理、磷酸化、微波輻射處理等方法，具體參見表2。

2.1 谷氨酰胺轉氨酶法 谷氨酰胺轉氨酶又叫轉谷氨酰胺酶(TG)，它能夠催化體外多種蛋白質之間、蛋白質和氨基酸間的交聯反應，使蛋白質發生改性，改善蛋白質的功能性質和營養價值。蛋白的功能特性的改善可通過轉谷氨酰胺酶(TG)的3個反應來實現，即a酰胺基的轉移、b蛋白質的交聯以及c脫氨基化反應(圖2)。反應 a可將一些必需氨基酸引入蛋白質分子中，以彌補生產過程中或自身缺失的氨基酸以改善蛋白質營養特性;反應b可以使蛋白質分子發生交聯(分子間、分子內)，形成穩定的網絡結構，改變食品的質構，提高蛋白質的諸如乳化性、起泡性、流變性、可溶性等功能性質;反應c可用于谷氨酰胺殘基的脫氨基，改變蛋白質等電點及溶解性等性質［8］。

應用TG法改性的研究對象主要為酪蛋白、大豆分離蛋白、谷朊蛋白、乳清蛋白等底物［9］，這是因為TG催化蛋白質形成聚合物的交聯程度與底物蛋白的構象有關［10］。徐幸蓮等用轉谷氨酞胺酶對處理蛋清蛋白，降低了形成凝膠蛋白質極限濃度，提高了凝膠硬度，使得凝膠性能得到明顯增強［11］。谷氨酰胺轉氨酶處理對改善蛋清粉凝膠性有顯著效果，但是其昂貴的價格是限制其大規模工業化應用的主要因素。

2.2 糖基化法 食品工業中常見的蛋白質糖基化反應即為Maillard反應，是醛糖對蛋白質氨基(主要為Lys的ε-氨基)的改性反應［12］。目前常用的有干熱法和濕熱法2種方法。20世紀90年代，Kato等提出干熱法制備蛋白質－多糖復合物，基于Maillard反應的Amadori重排過程，蛋白質的ε-氨基酸連接在多糖的還原性末端。干熱反應速度很慢，在已研究的蛋白中，酪蛋白反應速度最快，要達到理想的反應程度需要大約24 h，而其他多數蛋白質在適宜的條件下常需要14～21 d才能完成，并且要求對反應條件嚴格控制。濕熱法糖基化的速度相比干熱法的速度有很大提高，但是在溶液條件下，蛋白質易因變性速度過快而導致蛋白溶解度降低，影響反應進行。

相關研究表明，蛋清蛋白質與多糖糖基化接枝改性能夠顯著提高蛋清蛋白的凝膠性，例證見表2。在蛋清粉的生產過程中，添加一定量的麥芽糊精、硫酸化葡聚糖和半乳甘露聚糖，通過糖基化對蛋白質進行結構修飾，可以提高蛋清蛋白質的凝膠性、持水性、透明性［13－15］。糖基化接枝技術操作簡單、產品凝膠性及溶解性良好，與其他技術相比，具有明顯的優越性，但同時也存在著加熱處理時間長、能耗大、顏色褐變嚴重等問題。

2.3 干熱法 干熱法可用于提高蛋白凝膠強度，徐雅琴認為，其原理為在適宜的溫度和處理時間的條件下，蛋清蛋白質分子處于一種介于天然狀態與變性狀態之間的“融球態”，處于“融球態”的蛋白質分子之間劇烈作用，發生一定程度的交聯從而提高其凝膠強度［16］。Handa等將蛋清蛋白粉在一定溫度下加熱10～15 d，其凝膠強度即可提高至800～1 000 g/cm2。王旭清等認為，溫度越高越能促進蛋清粉的熱變性，加快蛋白分子的展開，促進膠體的形成。他們研究證實，蛋清液pH在堿性條件下，通過噴霧干燥獲得蛋清粉，然后在80℃溫度下，干熱8 d，可以獲得具有較高凝膠強度，且持水力高，色澤較佳的蛋清粉。干熱法能夠制備出較佳品質的高凝膠性蛋清粉，但是此方法也面臨著加熱處理時間長、能耗大等問題。

表2 部分高凝膠性蛋清粉的研究

2.4 微波輻射法 微波輻射法的原理是運用高頻電磁波使蛋白質極性分子產生高速振動，引起蛋白質極性分子之間碰撞、摩擦和擠壓，在短時間內產生明顯的熱效應而使蛋白質發生變性，提高產品的功能性質。微波輻射法可作為對干熱法的改進，這種新的加工方式最大的優點是耗時短、無污染，可以較好地解決干熱法所面臨的問題，在大豆蛋白的改性方面應用比較廣泛。目前該法在高凝膠性蛋清粉研究中應用比較少。

2.5 磷酸化法 磷酸化法進行蛋白改性的原理為通過無機磷酸與蛋白質上特定的氧原子(Ser、Thr、tyr的－OH)或氮原子(Lys的ε－NH2、His咪唑環1，3位的N、Arg的胍基末端的N)形成－C－O－Pi或－C－N－Pi的酯化反應，從而引進磷酸根基團，增加蛋白的電負性，提高蛋白分子之間的靜電斥力，使之更易分散，進而改善蛋白的功能性質［17］。

目前，大多數對磷酸化的研究集中在改善大豆分離蛋白、小麥面筋蛋白、花生蛋白等蛋白的溶解性、乳化性、起泡性等功能性質方面［18－21］。劉麗莉等研究了磷酸化改性對蛋清蛋白功能性質的影響，發現磷酸化改性后，雞蛋清蛋白的水溶性、保水性、乳化性和乳化穩定性都有一定程度地提高［22］。趙薇等研究發現，磷酸化后生產的蛋清粉與未改性的蛋清粉相比，其凝膠強度由308 g/cm2提高到730 g/cm2［23］。磷酸化改性成本低廉、效果較好、對食品蛋白的消化率無明顯影響、安全可靠且能大規模生產，是提高蛋白功能性的有效手段之一。

3 研究展望

目前我國高特性專業蛋粉的研究主要集中在高凝膠性專用蛋粉和高乳化性專用蛋粉，所采用的方法主要有酶改性、糖基化、磷酸化、干熱法等。存在的限制因素主要有酶制劑價格昂貴，干熱反應時間長，能耗高，糖基化之后顏色褐變等，這使得高凝膠性專用蛋粉和高乳化性專用蛋粉尚未進行大規模工業化生產。相信隨著以上限制性因素被逐一解決，生產高特性蛋粉的技術日趨成熟，高特性專用蛋粉即將在蛋粉行業占有一席之地，促進蛋制品行業的發展。

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