蛋清蛋白質的功能特性及改性方法的研究進展

李逢振

（湖南環境生物職業技術學院生物工程學院，湖南衡陽 421005）

0 引言

我國的禽蛋資源非常豐富，據國家統計局有關資料顯示，2019 年我國禽蛋總產量達到3 309 萬t，比上年增長5.8%。禽蛋主要由蛋清、蛋黃和蛋殼3個部分組成，不同種類的禽蛋中蛋清所占的比例略有不同，其中雞蛋清占整蛋的45%～60%，鴨蛋清占整蛋的45%～58%。縱觀國內外對禽蛋的研究進展，可以發現目前大部分的研究成果都集中來自于蛋黃部分，部分從蛋黃中提取出來的生物活性物質都已實現工業化生產，如卵磷脂、膽堿等，但人們對蛋清的研究力度還遠遠不夠，一些特殊的再制蛋產品所產生的蛋清缺乏利用途徑，往往被作為廢料扔棄，這樣既浪費了大量的蛋白質資源，又對人類居住生存的環境造成了污染，因此亟需加大對蛋清的研究力度。

1 蛋清的結構與組成成分

1.1 蛋清的結構

蛋清從外向內可分為4 層結構，分別是外稀薄層，緊緊的黏附在蛋清膜上，約占蛋清總量的23.3%；外濃厚層，也稱作中層濃厚蛋白層，是蛋清的主要部分，約占蛋清總量的57.2%；內稀薄層，與外濃厚層黏附在一起，這兩層一般很難區分開，約占蛋清總量的16.8%；最內層是系帶膜狀層，又可以稱內濃厚層，可分為膜狀部和索狀部，兩者是禽蛋系帶的重要組成部分，約占蛋清總量的2.7%。

1.2 蛋清的組成成分

蛋清的主要成分是水，約占總量的87%；其次為蛋白質，約占總量的12%；另外還含有少量的碳水化合物、維生素、色素、礦物質、脂質和溶菌酶、三丁酸甘油酯酶、肽酶、磷酸酶等[1]。蛋清蛋白質是蛋清中僅次于水的含量第二大的物質，人類用了近10 年的時間來對禽蛋蛋清中的蛋白質進行研究，發現蛋清中主要的蛋白質有6 種[2]，其中卵清蛋白約占整個蛋清蛋白質總量的54%；轉鐵蛋白約占整個蛋清蛋白質總量的13%；類黏蛋白約占整個蛋清蛋白質總量11%；溶菌酶約占整個蛋清蛋白質總量的3.5%；黏蛋白約占整個蛋清蛋白質總量的3.5%；巨球蛋白約占整個蛋清蛋白質總量的1%，這6 種主要的蛋白質約占整個蛋白質組的86%，此外還有部分豐度低、含量少的低豐度蛋白質。

2 蛋清蛋白質的功能特性

功能特性是指食品從加工階段開始到被貯藏或消費的過程中，決定蛋白質表現性質的特性，有很大的應用價值[3]。蛋清的功能特性主要表現為起泡性和凝膠性。

2.1 起泡性

起泡性是指蛋白質能在一定條件下與水分、空氣形成的一種特殊形態的混合物的性質。蛋清蛋白質具有較好的起泡性，Grant M Campbell[4]介紹了蛋清蛋白質在啤酒、面包和蛋糕食品制作中所產生的功能特性，這就是蛋清蛋白質的起泡性所產生的效果。蛋清蛋白質分子的極性結構直接影響著蛋清的起泡性[5]，而蛋清蛋白質起泡穩定性則是由蛋白質分子遷移至交互界面的速率和其在界面形成穩定膜的能力所決定[6]。當蛋清蛋白溶液受到機械急速攪拌時，空氣-溶液界面受到攪動，在這種情況下大量的氣體與水形成膜界面，從而形成了泡沫[7]。蛋清蛋白質溶液之所以能產生這種變化，是因為蛋白質分子的三級結構在受到急速攪動后，發生了微小的變化，導致蛋白質分子中的親水性基團隨著攪動逐漸朝向溶液部分，而疏水性基團則朝向空氣部分，在這種情況下蛋清蛋白分子能長時間在膜界面上附著，從而形成穩定的泡沫結構。

2.2 凝膠性

凝膠是食品中一種較為常見的形態，主要是因為膠體粒子或高分子溶在分散介質中形成整體構造而失去了流動性，或是處于固化狀態的含有大量液體介質的膠體[8]，蛋清蛋白質其最重要的功能特性就是凝膠化作用。蛋清蛋白質中含有豐富的卵白蛋白、卵轉鐵蛋白等多種蛋白質，多種蛋白質的組成為其凝膠的形成奠定了良好的物質基[9]。因蛋清蛋白質優異的凝膠性能直接影響到以蛋清為原料的食品的形態、質構、稠度、黏結性和持水力，所以一直都是國內外研究者高度關注的研究熱點[10-12]。蛋清蛋白質在不同凝膠條件下主要能形成2 種不同類型的凝膠結構，分別為凝結塊凝膠和透明凝膠。人們日常生活中經常食用的水煮蛋的乳白色不透明蛋白部分就是凝結塊凝膠，是蛋清蛋白質在加熱條件下形成的。中國傳統蛋制品皮蛋的半透明或透明狀蛋白部分就是透明凝膠，它則是蛋清蛋白質在堿處理條件下形成的。熱誘導方式中主要的影響因素就是溫度，而強堿誘導方式中主要的影響因素則是堿濃度[13]。

3 蛋清蛋白質功能特性的改性方法

3.1 物理改性

蛋白質的物理改性是指通過物理方法來改變蛋白質的結構方式，從而導致蛋白質性質發生改變。常用的物理方法主要有加熱、超聲波、機械方法等。物理改性由于僅對蛋白質結構進行了處理，其主要的優點就是改性反應過程中無毒副作用產生，同時還具有改性時間短、費用低等優點。張鐵華等人[14]對采用高壓脈沖電場處理后的蛋清蛋白進行了研究，探討了蛋清蛋白功能性質在不同的電場數及電場強度下所發生的變化。涂宗財等人[15]采用動態超高壓均質對80%蛋清蛋白溶液進行處理，使其顆粒大小明顯減小，起泡性和成膜性得到較大改善。鈕培佩[16]采用亞臨界水技術對蛋清蛋白進行改性，使其起泡性和乳化性顯著提高。

3.2 化學改性

蛋白質的化學改性主要指采用化學處理的方式對蛋白質進行改性，從改變蛋白質基本成分組成方面對蛋白質進行改性[17]。常用的化學改性有酸堿處理、氨基酸共價連接、酰化、硫醇化、糖基化、胍基化、磺酸化、磷酸化、氧化降解等。其中，在食品領域中應用最為廣泛的方法是糖基化，就是醛糖對蛋白質氨基的改性反應。水溶性碳化二亞胺法和美拉德反應法是糖基化修飾的主要方法，而美拉德反應在食品領域應用的最多。王玉堃[18]利用低分子量還原糖對卵白蛋白進行改性，并研究還原性單糖、雙糖、三糖對卵白蛋白改性所呈現出的不同效果，所采用的方法就是美拉德反應法。和智坤[19]用亞硒酸與OVA 在干燥加熱的條件下進行反應，通過硒酸化提高了OVA 的功能特性和抗氧化性。王洋等人[20]采用不同堿液對含鹽蛋清功能性質進行研究，結果顯示添加不同濃度的堿液后，蛋清的功能性質有了很大提高，說明堿液的加入改善了含鹽蛋清的功能性質。

3.3 酶法改性

酶法改性是指采用各種生物酶制劑對蛋白質進行酶解，從而改變蛋白質性質的方法。酶法改性很大程度取決于所用的酶、處理時間、處理溫度、反應體系pH 值等影響因素。采用酶法對蛋白質進行改性處理，由于生物酶反應具有特異性，一般不會導致營養方面的損失，也不會產生毒理上的問題。此外，酶法改性還具有反應條件溫和、能耗低、效果顯著等優點[21]。周頔[22]研究了木瓜蛋白酶對脫脂蛋黃、蛋白的改性作用，結果顯示經木瓜蛋白酶處理后，蛋白的起泡力和泡沫的穩定性得到了顯著提高。黃群等人[23]研究發現，當堿性蛋白酶用量144 000 U/g，底物質量分數1.90%，酶解時間34 min 能明顯改善卵白蛋白的起泡性，在此條件下酶法改性后卵白蛋白起泡性是未改性的1.683 倍。

3.4 基因工程改性

隨著生物技術的不斷發展，可以利用基因工程技術，通過重組蛋白的合成基因來改進蛋白質功能特性，改善蛋白的功能和營養特性。基因工程改性技術由于存在周期長、見效慢的缺點，目前仍處于實驗室階段，尚未在實際生產中進行應用。

4 結語

我國擁有極為豐富的禽蛋資源。蛋清是禽蛋的重要組成成分，通過對蛋清蛋白質功能特性和改性方法的了解，有利于拓展研究思路，充分挖掘蛋清中潛在的利用價值，積極探索蛋清在新的領域上的應用，提高蛋清資源的綜合利用率。