凍藏期間蛋黃膠凝化現象及成因分析

閆崢蓉，趙 英，遲玉杰*

（東北農業大學食品學院，黑龍江 哈爾濱 150030）

據農業部對全國500 個集貿市場的定點監測，自2017年以來，全國雞蛋價格已連續6 個月下跌，累計跌幅一度達到37.1%，許多地方出現雞蛋價格“比蔬菜還便宜”，導致了蛋雞養殖的普遍虧損[1]。雞蛋產量增加，存在一定積壓，供需矛盾突出，是導致雞蛋價格持續處于低谷的直接原因。因此，加大雞蛋產品的深加工，增加雞蛋需求量，是解決這一問題的有效途徑，也有益于持久穩定雞蛋的市場價格[2]。目前蛋粉、液蛋（冰蛋）是市場上常見的雞蛋深加工產品，其中冰蛋因其制備工藝簡單、最大限度保留鮮蛋營養價值、易于運輸和貯藏的優點[3-4]，深受企業和消費者的青睞。基于蛋黃豐富的營養價值（含質量分數16%蛋白質、33%脂類、4%碳水化合物及多種維生素和礦物質）和優良的乳化性質，冰蛋黃已經廣泛應用于焙烤制品、魚糜制品等食品加工工業。同時，隨著我國冷凍行業的發展，冰蛋黃具有更廣闊的發展空間。

然而，當蛋黃在-6 ℃以下凍藏時，會發生不可逆的表觀黏度增加的現象，這種現象被稱為蛋黃的膠凝化現象[5]。膠凝化會導致冰蛋黃失去新鮮蛋黃的流動性，難與其他食品組分混合，解凍時間延長；同時，蛋黃的膠凝化也會導致其功能性質的變化，如乳化能力下降，這些品質變化嚴重影響其在下游企業的實際應用[6-7]。Harrision等[8]對凍藏0～90 d的蛋黃進行研究，結果發現冷凍使蛋黃發生了膠凝化，表觀黏度在冷凍24 h后顯著增加，冷凍儲存90 d的蛋黃具有最大表觀黏度，相對于新鮮蛋黃增加了73 倍，并且其乳化活性下降了11.53%。盧曉明[9]也發現冷凍全蛋液的黏度隨著冷凍時間的延長呈現上升趨勢，且明顯高于新鮮全蛋液。因此，控制冰蛋黃的膠凝化是目前冰蛋企業急需解決的問題之一，而了解其膠凝化具體成因，有利于更好地解決這一問題。

目前，盡管國內外已有一些關于冰蛋黃膠凝化和乳化性質的研究，但鮮有關于凍藏期間蛋黃膠凝成因的研究。本實驗以冰蛋黃為研究對象，追蹤其在凍藏期間的理化性質、流變特性、水分分布以及結構變化，以期從宏觀和微觀上對凍藏過程中蛋黃膠凝性化現象及其成因進行深入探究，為改善冰蛋黃的膠凝現象提供參考，對控制冰蛋黃品質變化、拓寬其在食品中的應用具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮褐殼雞蛋購自哈爾濱市萬達超市。

5,5’-二硫代雙（2-硝基苯甲酸）（5,5’-dithiobis(2-nitrobenzoic acid，DNTB）、8-苯胺-1-萘磺酸（8-(phenylamino) naphthalene-1-sulfonic acid，ANS）、Tris、乙二胺四乙酸（ethylenediaminetetraacetic acid，EDTA） 美國Sigma公司；其他試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

Bohlin Gemini2旋轉流變儀、Mastersizer 2000激光粒度儀 英國馬爾文公司；F-4500熒光分光光度計日本日立公司；Mq-20低場核磁共振（low field nuclear magnetic resonance，LF-NMR）分析儀 德國布魯克公司；高速臺式離心機 上海安亭科學儀器廠；T-18分散機 德國IKA公司；TU-1810紫外-可見分光光度儀 北京普析通用儀器有限責任公司；Invia顯微拉曼光譜儀 英國雷尼紹公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品制備

市售新鮮雞蛋經清洗后分離蛋黃，用濾紙去除系帶和多余的蛋清液，挑破蛋黃膜，用電動攪拌機在300 r/min下攪拌15 min，得到新鮮的蛋黃液。然后置于-18 ℃冰箱中凍藏，分別于凍藏0、15、30、60、90、180 d后取出冷凍的蛋黃，常溫解凍6 h得到凍蛋黃，用于后續實驗。以不同冷凍時間的蛋黃為實驗組，以新鮮蛋黃為對照組。

1.3.2 蛋黃流變性質的測定

采用旋轉流變儀，在25 ℃下，選擇2（°）/40 mm平板系統、1 mm平板間距，測定解凍蛋黃液的流變行為（靜態流變和動態流變）。

蛋黃靜態流變的測定：剪切速率為0～100 s-1。將所測得的表觀黏度與剪切速率用冪律方程（式（1））進行擬合。

式中：η表示表觀黏度/（Pa·s）；K表示黏性系數/（Pa·sn）；ε表示剪切速率/s-1；n表示流動指數。

蛋黃動態流變的測定：對樣品進行小振幅掃描，觀察樣品的彈性模量（G’）、黏性模量（G”）、損耗角正切值（tan δ）。測定參數：掃描頻率為0.1～40.0 Hz；應變力為1%。

1.3.3 理化性質的測定

1.3.3.1 粒徑的測定

將樣品用去離子水稀釋成質量濃度為1 mg/mL的蛋黃溶液，9 000 r/min離心15 min，利用激光粒度儀對上清液進行粒徑分析。操作參數：溫度25 ℃；角度90°；波長632.8 nm。

1.3.3.2 巰基含量的測定

使用Ellman’s法測定蛋黃中蛋白質的巰基含量。準確稱取1 g解凍后的蛋黃液分別用緩沖液1（稱取5.4 g Tris、3.45 g Gly和0.6 g EDTA，用蒸餾水溶解并定容至500 mL，調至pH 8.0，測表面巰基含量）和緩沖液2（在緩沖液1基礎上增加240 g尿素，測總巰基含量）稀釋至100 mL，再取5 mL稀釋液，加入0.1 mL 4 mg/mL Ellman’s試劑。混合后于25 ℃避光處反應1 h，然后5 000 r/min離心10 min，以Ellman’s試劑為空白，于412 nm波長處測定樣品上清液的吸光度。按公式（2）計算巰基含量。

式中：A412nm為加Ellman’s試劑時樣品的吸光度減去不加Ellman’s時樣品的吸光度；D為稀釋倍數；ρ為樣品質量濃度/（mg/mL）。

1.3.3.3 表面疏水性的測定

將樣品用磷酸鹽緩沖液（濃度為0.01 mol/L，pH 7.0）稀釋成5 個不同質量濃度梯度（0.01、0.05、0.10、0.20、0.40 mg/mL）。取4 mL樣品稀釋液加入20 μL 8 mmol/L ANS溶液，振蕩10 s，避光放置3 min后測定。以磷酸鹽緩沖液為空白，用熒光分光光度計測定樣品的熒光強度。測定參數：激發波長370 nm，發射波長470 nm，狹縫2.5 nm。以蛋白質量濃度為橫坐標，熒光強度為縱坐標，曲線斜率即為蛋白質分子的表面疏水性。

1.3.4 水分分布的測定

根據Aursand等[10]的方法并略作改動。將凍蛋黃樣品解凍后放在專用的測定試管中（18 mm×180 mm），LF-NMR分析儀（橫向弛豫時間T2的測定）的質子共振頻率和磁場強度分別為20 MHz、0.47 T。使用Carr-Purcell-Meiboom-Gill（CPMG）程序測定蛋黃中的T2。每個樣品在測試時程序會自動掃描8 次，每次掃描重復的間隔時間為2 s。測定后的每個樣品的T2，通過CONTIN軟件進行分析，得出相應的弛豫時間（T2b、T21、T22和T23）。

1.3.5 拉曼光譜的測定

參考Zhang Xuan等[11]的方法測定拉曼光譜。將解凍后的蛋黃液樣品放入樣品池進行拉曼光譜測定，測定參數為：激發光波長532 nm，激光功率25 mW，掃描范圍400～2 000 cm-1，每次掃描時間60 s，積分10 次，4 次掃描進行累加。譜圖處理：拉曼譜圖基線校正、歸屬采用OMINIC軟件，歸一化處理以苯丙氨酸（（1 003±1）cm-1）為內標，以此作為各拉曼峰峰強度變化的依據，譜圖的擬合采用Origin 8.5軟件。

1.4 數據分析

所有數據均用SPSS 19.0軟件進行方差分析，Duncan檢驗進行差異顯著性分析，采用Origin Pro 8.5軟件作圖。結果以平均值±標準差表示，以P＜0.05表示差異顯著。樣品分3 批次進行，每組實驗做3 個平行。

2 結果與分析

2.1 凍藏過期間蛋黃流變學的變化

2.1.1 凍藏期間蛋黃靜態流變性質的變化

靜態流變學可以研究單一方向穩態剪切作用下聚合物流體的流動和形變，可以較好地反映蛋黃膠凝化現象。由圖1可知，隨著凍藏時間的延長，表觀黏度顯著增加，表明經冷凍后，蛋黃出現了顯著的膠凝化現象。趙維高等[12]在研究凍藏對巴氏殺菌蛋液的影響時也發現隨著凍藏時間的延長，表觀黏度顯著增加，本研究結果與其一致。K為黏性系數，常用來表征流體的黏稠程度[13]，一般K值越大表明液體越黏稠。研究結果顯示，與對照組相比，凍藏180 d后蛋黃K值增加了17.1 倍，變化趨勢與表觀黏度一致，表明冷凍導致蛋黃黏稠度增大，膠凝化現象顯著。同時，新鮮蛋黃與解凍后蛋黃的流動指數n值均在0～1之間，表明蛋黃屬于典型的非牛頓假塑性流體，即表現出剪切稀釋的流變行為。但經過冷凍處理的蛋黃n值明顯小于新鮮蛋黃（0.874），由表1可知，隨著凍藏時間的延長，n值逐漸減小，說明蛋黃的流動性變小。已有研究發現蛋黃的靜態流變性質與分子鏈的長短和聚集程度有關，支鏈越多，聚集程度越大的液體越難剪切稀化[14]，導致黏度增加，流動性下降，從而雞蛋黃發生膠凝化現象；因此推測凍藏過程中蛋黃膠凝化現象與蛋黃蛋白質的聚集程度密切有關，聚集程度越高，表觀黏度越大，膠凝現象越明顯。這可能是由于蛋黃凍結使水分形成冰晶被移除，導致蛋黃中蛋白等固形物脫水，使蛋黃蛋白結構發生重排以致蛋白變性聚集。冷凍使蛋黃發生膠凝現象，導致蛋黃解凍后表觀黏度增加，嚴重影響蛋黃在食品中的應用。

圖 1 凍藏期間蛋黃靜態流變性質的變化Fig. 1 Changes in static rheological properties of egg yolk during frozen storage

表 1 凍藏期間蛋黃的牛頓冪律方程參數Table 1 Newtonian power law equation parameters of yolk at different frozen storage times

2.1.2 凍藏期間蛋黃動態流變性質的變化

圖 2 不同凍藏時間蛋黃的G’與G”的頻率掃描圖及tan δFig. 2 Changes in G’ and G” as well as tan δ of egg yolk during frozen storage

動態流變學可以研究周期動態作用下聚合物流體的流動和形變，其中G’、G’’和tan δ是重要的指標參數[15]。由圖2可知，所有樣品G’、G’’均隨著掃描頻率的增加而增加，Telis等[16]對蛋黃進行動態頻率掃描也發現了相同結果。隨著凍藏時間的延長，G’、G’’數值呈增加的趨勢，表明經凍藏后蛋黃黏彈性增大。蛋黃中蛋白質分子間相互作用力的增強以及聚集體的形成都會促使蛋黃體現更高的G’、G’’，誘導蛋黃膠凝化現象的發生[14]。對比發現，新鮮蛋黃的G’’＞G’（tan δ＞1），說明新鮮蛋黃表現的是流體的性質；而經過冷凍的蛋黃樣品G’’小于G’（tan δ＜1），即冷凍之后的蛋黃表現出類固體特性，其形態與凝固性酸奶的類固體特性相似，蛋黃由“流體”向“類固體”的轉變說明蛋黃發生了膠凝化現象。隨著凍藏時間的延長，tan δ由0.76（15 d）下降到0.54（180 d），降低了28.95%；說明蛋黃體系中高聚物的含量增多，類固體特性更加顯著，膠凝化程度越嚴重。Telis等[17]報道冷凍之后的蛋黃蛋白聚集會形成一種物理凝膠，這種物理凝膠的連接方式比通過分子間作用力連接所形成的凝膠更復雜，它破壞了蛋黃原有的結構，從而使解凍后的蛋黃表現出膠凝化現象。Nys等[7]報道也發現，經冷凍貯藏蛋黃中的蛋白膠束結構被破壞，發生脫水，蛋白質之間的相互作用被破壞，非極性蛋白間的相互作用增強，對蛋黃的動態流變產生影響，導致蛋黃發生膠凝化。

2.2 凍藏期間蛋黃理化性質的變化

表 2 凍藏期間蛋黃理化性質的變化Table 2 Changes in physicochemical properties of egg yolk during frozen storage

由表2可知，隨著凍藏時間的延長，蛋黃溶液的平均粒徑呈現增大趨勢，凍藏180 d后蛋黃的平均粒徑與新鮮蛋黃粒徑相比增加了6.81 倍，蛋黃平均粒徑的增大說明蛋黃蛋白質之間發生了聚集，從而引起了蛋黃膠凝化現象。Noh等[18]也發現冷凍形成的冰晶會促進大分子蛋白聚集體的形成，使大豆蛋白結構的粒徑增大；分析其主要原因是冷凍促使冰晶形成，冰晶通過擠壓作用使蛋黃固形物濃縮，進而促進了蛋黃蛋白質發生分子間聚集，導致粒徑變大。表2結果顯示，凍藏期間蛋黃表面疏水性呈上升趨勢，180 d后相比于鮮蛋增加了39.22%。在0～180 d的凍藏期內，總巰基含量下降了31.64%（P＜0.05），在60 d內降低了23.56%；表面巰基含量在凍藏180 d后降低了37.90%。上述變化的原因可能是冷凍產生冰晶，機械破壞了蛋黃的內部結構，使蛋黃的疏水基團暴露，導致表面疏水性增加，表面疏水作用力會使蛋黃中蛋白質聚集，促進蛋黃膠凝現象的發生；在凍藏期間巰基可能被氧化成二硫鍵或者發生其他反應，導致總巰基含量下降[19]，二硫鍵的形成還會進一步穩定蛋黃的膠凝結構。由以上分析可知，蛋黃中蛋白質的聚集可能是導致冷凍蛋黃膠凝化的原因之一，同時疏水作用力的增強以及分子間二硫鍵的形成起到了穩定聚集體的作用，加劇了蛋黃膠凝化。

2.3 凍藏期間蛋黃水分狀態變化

冷凍蛋黃表面常會有冰晶形成，為進一步探究冷凍蛋黃膠凝化的原因，采用LF-NMR技術分析蛋黃在不同凍藏時間的水分分布。蛋黃弛豫時間T2分布圖表示的是不同凍藏時間蛋黃中3 種不同狀態的水分分布情況。

圖 3 凍藏期間蛋黃T2分布Fig. 3 Representative distribution of relation time T2 of egg yolk during frozen storage

由圖3可知，所有蛋黃T2弛豫時間分布圖主要包含4 個峰，T2b（0～10 ms）代表與大分子緊密連接的結合水，這部分水在冷凍過程中不會凍結，為不可凍結水；T21和T22（10～100 ms）代表不易流動水；T23（100～1 000 ms）代表自由水；不易流動水與自由水為可凍結水。由圖3和表3知，T21分布區域最大，表明不易流動水（可凍結水）是蛋黃水分的主要存在狀態。林向陽等[20]采用該技術研究雞蛋的水分分布也有同樣的結論。與新鮮蛋黃相比，冷凍處理后蛋黃的峰數量并沒有發生變化，不易流動水所占比例仍是最高，隨著凍藏時間的延長，T2b峰位置無明顯變化（P＞0.05），但是T21、T22、T233個峰都朝著較高弛豫時間方向移動，且峰面積也發生變化（表3）。

表 3 凍藏期間蛋黃T2橫向弛豫時間及弛豫峰面積百分比的變化Table 3 Changes in T2 transverse relaxation time and peak area fraction of egg yolk during frozen storage

隨著凍藏時間的延長，T2b一直在1.45 ms左右波動，無顯著變化（P＞0.05）；但T21、T22、T23均呈現增大趨勢，與新鮮蛋黃比較，凍藏180 d冰蛋黃的T21增大了42.31%，T22增大了24.07%，T23增大了21.26%（P＜0.05），表明經過冷凍后蛋黃蛋白質與水結合變得疏松，使得不易流動水和自由水減少。Wang Pei等[21]也發現面團在冷凍之后，由于疏水性基團的暴露弱化了蛋白質與各種水分之間的作用力，弛豫時間會向高T2方向移動，自由水分布減少。弛豫峰面積百分比A也可以用來反映各狀態水分布的變化情況。凍藏過程中T2弛豫峰面積百分比見表2，隨著凍藏時間的延長，A2b由4.86增加到11.33（P＜0.05）；這可能是因為在凍藏過程中蛋黃中部分蛋白通過表面疏水力或其他作用力發生聚集，緊密結合成網狀結構，把一部分不易流動水包裹在蛋白內部，形成水-蛋白-水的聚合物，使部分不易流動水“態變”為結合水，導致了結合水含量增加，不易流動水含量減少。Wakamatu等[22]發現添加NaCl的蛋黃經冷凍后結合水含量減少，與本實驗結果相反，可能是添加的NaCl使蛋黃中離子環境改變的緣故。相反地，凍藏導致A21、A22、A23數值均變小，表明不易流動水、自由水含量均減小，可以從兩個方面來解釋：一是蛋黃的部分不易流動水轉化為結合水，使不易流動水減少；二是冷凍會形成冰晶，隨著凍藏時間延長，冰晶逐漸增大進一步破壞了蛋白內部結構，導致蛋黃可凍結水分的流失，尤其是結合最不緊密的自由水[23]；段云霞等[24]在研究貯藏期間白煮蛋品質的變化時，也發現隨著貯藏時間的延長，蛋黃的不易流動水含量顯著下降。通過采用LF-NMR技術對蛋黃中水分分布進行研究，推測在冷凍的作用下，蛋黃中結合水含量增加，可凍結水含量減少，導致蛋黃固形物濃度增加，改變了蛋黃內部環境，使蛋黃中蛋白質結構改變，進而加重了蛋黃膠凝化現象。因而蛋黃中結合水的增加，不易流動水、自由水的減少是蛋黃發生膠凝化現象的原因之一。

2.4 凍藏期間蛋黃拉曼光譜分析

蛋白的二級結構主要由非共價作用力維持。當所處環境發生改變時，蛋白質分子會發生構象重排以達到能量最低來保持相對穩定狀態。本研究采用拉曼光譜對凍藏不同時間的蛋黃進行分析，以期從蛋黃、蛋白二級結構的變化來說明蛋黃出現膠凝現象的原因，不同凍藏時間蛋黃的拉曼光譜見圖4。

圖 4 凍藏期間蛋黃拉曼光譜的變化Fig. 4 Change in Raman spectrum of egg yolk during frozen storage

由圖4可知，各組樣品在（1 520±5）cm-1處都有一個很強的特征峰，歸屬于蛋黃脂蛋白烷基鏈C＝C伸縮振動[25-26]，經凍藏后，樣品在此處的峰強度明顯減弱，可能原因是水中-OH基團與蛋黃蛋白質的C＝C發生共價結合，因此C＝C振動減弱，這與結合水含量增加相符。拉曼光譜中酰胺Ⅰ帶（1 600～1 700 cm-1）的特征峰歸屬于肽鍵的酰胺鍵伸縮振動，其振動頻率取決于C＝O和N-H之間的氫鍵性質，所以兩者結合可以反映多肽或蛋白質的特定二級結構。Jackson等[27]將1 600～1 639 cm-1指認為β折疊、1 640～1 650 cm-1為無規卷曲（C＝O與水形成氫鍵）、1 650～1 658 cm-1為α螺旋結構、1 661～1 700 cm-1為β轉角結構。不同凍藏時間蛋黃蛋白二級結構的變化見表4。

表 4 凍藏期間蛋黃蛋白質二級結構變化Table 4 Variation in secondary structures during frozen storage

由表4可知，新鮮蛋黃蛋白質中主要的二級結構以α螺旋和β折疊為主，約占總構象含量的53.57%。閻微[28]在研究高壓對蛋黃的影響時也有相似的報道。對比新鮮蛋黃樣品，冷凍蛋黃蛋白質的α螺旋和β折疊隨著凍藏時間的延長分別增加了18.06%和11.64%；而β轉角、無規卷曲則分別減少了12.54%和19.67%。Jansens等[29]研究發現二級結構β折疊的增加會導致蛋白質的線性聚集即分子鏈變長。孫圳等[30]對解凍后的牛肉蛋白質進行二級結構的測定時，也發現無序結構向有序結構向轉變。研究分析表明由于蛋黃中結合水以及可凍結水的析出，使蛋黃中固形物濃度增加，改變了蛋黃中離子環境，導致蛋黃蛋白質分子發生構象重排，蛋黃蛋白質的無序結構向α螺旋和β折疊等有序結構轉變，內部相互作用力增強[31]，導致蛋黃蛋白質聚集，最終導致膠凝化的產生。因此，蛋黃蛋白質二級結構的變化可以進一步表明冷凍使蛋黃蛋白質構象改變，發生了聚集，從而使蛋黃發生了膠凝現象。

3 結 論

在凍藏期間，蛋黃的靜態流變和動態流變均發生變化，主要表現為黏度增加，流動性減少，出現流體向類固體的轉變現象，表明凍藏中蛋黃表現出嚴重的膠凝化現象，這不利于凍蛋黃的實際應用。凍蛋黃凝膠化的成因主要包括以下幾方面：1）冷凍促使蛋黃蛋白疏水作用力的增強和分子間二硫鍵的形成，加劇蛋白聚集，導致蛋黃膠凝化；2）凍蛋黃中不易流動水與自由水含量減少，使其固形物含量增加，增大了蛋黃的黏度，進而導致蛋黃膠凝化現象的發生；3）冷凍時冰晶的形成機械破壞了蛋黃蛋白質構象，使蛋白質二級結構發生改變，分子間作用力增大，蛋黃蛋白質聚集，促使蛋黃表現更高的G’、G’’，這也是蛋黃發生膠凝化的原因之一。通過對冰蛋黃膠凝化成因的分析，旨在為下一步改善凍融蛋黃的膠凝現象提供理論支持。