蛋清起泡性研究进展

熊星星，王旭清，司伟达，罗 岩

(北京德青源农业科技股份有限公司，国家蛋品工程研发中心，北京 100081)

蛋清起泡性研究进展

熊星星，王旭清，司伟达，罗 岩

(北京德青源农业科技股份有限公司，国家蛋品工程研发中心，北京 100081)

起泡性是蛋清主要功能特性之一，是评价蛋清产品质量的指标之一。本文综述了蛋清起泡性的评价方法、影响蛋清起泡性的因素及提高蛋清起泡性的方法，影响蛋清起泡性的因素主要包括蛋清中蛋白质的组成和结构、环境因素和生产加工工艺，用于提高蛋清起泡性的方法包括物理改性法、化学改性法和酶解改性法三方面。针对不同的影响因素，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，泡沫稳定性

蛋清作为食品中重要的配料，起泡性是其重要的功能特性之一，蛋清起泡性越好，相同质量的蛋清液在制备蛋糕的过程中得到的蛋糕体积越大，因此蛋清起泡性的好坏程度将直接影响液蛋蛋清在市场上的竞争力。关于提高蛋清起泡性的研究已经有很多报道，主要有物理改性法、化学改性法和酶解改性法。下面将从蛋清液起泡性的评价方法、影响蛋清起泡性的因素和提高蛋清起泡性三方面的研究进展进行详述。

1 蛋清起泡性及其评价方法

泡沫是一种气体分散在液体中的多相体系，当搅打蛋白质溶液时，空气进入并被包埋在蛋白质溶液中形成泡沫。在泡沫的形成过程中，气泡逐渐由大变小，而数目增多，最后失去流动性，通过加热可使之固定［1］。

蛋清的起泡性包括起泡能力和泡沫稳定性两项指标。起泡能力是指液体在外界的条件下生成泡沫的难易程度，一般表面张力越低越有利于泡沫的形成。泡沫的稳定性是指泡沫生成后的持久性［1－2］。在实验室条件下测定蛋清起泡性的方法有搅打起泡法和充氮气法两种［3］，搅打测定起泡性的方法是取100mL蛋清液放入搅打器中搅打90s，量筒测定体积V1，放置30min后测定其体积V2，则起泡能力=100 ×(V1－100)/100，泡沫稳定性=100×V2/V1，充氮气的测定方法是移取 100mL蛋清液于量筒中，以100mL/min的速度往里面吹氮气，直至最终体积变成300mL，记录所消耗时间tf和起泡所消耗的蛋清体积Vmax，以及一半蛋清液排出的等待时间t1/2，则起泡能力=300/(100×tf×1/60)，用K来衡量泡沫稳定性，K=1/(Vmax×t1/2)。在实际应用时可以通过得到的最终产品的体积或者密度来综合评价蛋白的起泡性，比如通过测定蛋清搅打后的密度或者制成天使蛋糕的体积来综合衡量蛋清的起泡性［4］。

2 影响蛋清起泡性的因素

蛋清在搅打过程中，打蛋器的剪切力将蛋白质的球型分子构造打破，使其分子中的疏水基团裸露出来。同时，剪切作用将空气混入蛋清中，部分气体与疏水基团结合，留在蛋清中，使泡沫体积迅速上升;继续搅打，由于剪切力作用，气体可以均匀的被蛋白质分子包围，并形成新的稳定结构，泡沫体积达到最大［5］。一般来说具有良好起泡性的蛋白必须具有以下几个特点:在搅打或者鼓泡的过程中能够快速扩散至空气－蛋白界面上;在界面上快速展开并重排;通过分子间作用形成连续紧密的膜。影响蛋清起泡性的因素主要有蛋清中蛋白质的组成和结构、环境因素和生产加工工艺三方面，具体因素分别是蛋鸡年龄、产蛋季节、生产加工工艺、温度、pH、贮藏时间、蛋黄污染程度等［6］。

蛋鸡年龄和产蛋季节主要影响蛋清的组成，从而使蛋清起泡性发生改变;生产加工工艺包括两方面，一方面是制备蛋清液的工艺条件，另一方面是蛋清液的搅打工艺。在制备蛋清液过程中主要是蛋清中蛋白结构和组成发生了改变从而使蛋白质起泡性发生改变，例如蛋清经过巴氏杀菌和喷雾干燥后其起泡能力下降，而脱糖有利于提高起泡性［7］;蛋清液搅打制备蛋糕的过程中搅打速度和搅打时间都会影响最终的泡沫体积，蛋清在快速搅打的过程中随着时间的延长混入的空气量不断提高，直至达到泡沫最大体积［5］，因此在搅打速度固定的条件下通过控制搅打时间可以得到最大的泡沫体积。

温度升高有利于蛋清起泡性的提高，这是由于随着温度的升高表面张力下降，更有利于泡沫的形成［1］。当温度达蛋白变性温度后蛋白分子展开变性，起泡性得到改善，但是当在该温度下放置较长时间后，变性蛋白质分子聚集加大，蛋白质起泡性下降［8］。

pH主要影响蛋白分子的带电种类和带电量，当pH接近蛋白质等电点时，蛋白质分子带电量几乎为零，蛋白质分子间斥力减小，分子间疏水作用增强，并提高了向空气－蛋白质界面扩散速率，因而蛋白质起泡性提高;而当pH远离蛋白质等电点时，蛋白质带电量增加，此时蛋白质和水分子之间作用增强，蛋白质分子之间斥力增大，不利于泡沫的形成，但是提高了泡沫稳定性［9］。另外pH还影响蛋白质的溶解度，蛋白质在等电点附近溶解度最小，因此通过改变pH来提高蛋清起泡性还应考虑其溶解度［9］。

贮藏时间影响蛋清起泡性有两方面。一方面是随着贮藏时间的延长，壳蛋的pH上升，蛋清中浓稠蛋白含量下降，而稀蛋白含量上升，从而使得蛋清起泡性发生改变;另一方面则是液蛋蛋清蛋白随着贮藏时间的延长，由于微生物的繁殖，蛋清pH下降，从而改变了蛋清的起泡性。

在机械化生产液蛋蛋清时，都会有不同程度的蛋黄混入到蛋清液中从而使得蛋清起泡性下降，这是由于蛋黄中的油脂降低了蛋白的起泡性，即使是只有0.01%蛋黄渗入到蛋清中都会造成蛋清起泡性显著下降［3，10］;另外在加工产品时还可能加入其他诸如盐和糖之类的物质也会影响蛋清的起泡性，适量添加食盐可以加快蛋清起泡速度和起泡性，蔗糖的加入则会延长起泡性时间，但是能够提高泡沫稳定性［10－11］。

3 提高蛋清起泡性的方法

目前报道的用于提高蛋清起泡性的方法主要包括物理改性法、化学改性法和酶解改性法三方面，其原理都是通过提高蛋清的起泡能力和泡沫稳定性来实现，在提高起泡能力方面主要是通过改变蛋清蛋白质分子的扩散速度、表面张力、疏水性基团的分布、蛋白质溶解度等性质来实现［1］，而改善泡沫稳定性主要是改变蛋白质分子间相互作用程度来实现［12］。

3.1 物理改性法

通过物理法对蛋清蛋白进行改性主要是改变蛋白的空间结构，从而改变蛋白质的界面特性。目前所研究的物理改性方法主要包括加热法、高压处理法、辐照和添加亲水性多糖的方法。

3.1.1 加热法 蛋清蛋白经轻度加热处理后蛋白质分子变性展开，表面疏水性提高，这有利于提高蛋白分子向空气—蛋白界面扩散的速率，从而提高了蛋白的起泡性，但是随着加热强度的增大蛋白会发生不同程度的聚集，按照聚集程度从低到高依次为蛋白质分子单体、低聚物和高聚物，当高聚物含量达到一定程度后蛋白的起泡性和泡沫稳定性均会有不同程度的下降［8］。

Nicorescu I等人［8］的研究结果表明蛋清粉在60～80℃条件下加热1～5d，蛋白的起泡性和泡沫稳定性都得到改善，而蛋白的黏度和表面张力都没有发生改变，说明蛋白的起泡性和泡沫稳定性得到改善由蛋白加热变性和聚集引起。王彦蓉等人［13］研究了热处理对咸蛋清起泡性的影响，结果表明在50℃下处理20min能很好改善蛋清的起泡性。刘超［10］对次品鸡蛋的蛋清蛋白进行热处理，得出最佳加热温度和加热时间分别为60℃和20min，此时蛋清蛋白的起泡力达到最大113%。由此得出，使用加热的方法提高蛋白起泡性和泡沫稳定性的关键在于控制蛋白质的聚集程度。

3.1.2 高压处理 蛋清蛋白经过高压处理后，其结构会发生改变，变化程度依高压处理强度的不同而存在差异，蛋白结构改变势必改变蛋清起泡性特性。涂宗财等［14］研究了动态高压均质处理蛋清蛋白溶液对蛋清起泡性的影响，结果表明蛋清经过动态高压处理后其起泡性得到改善，且随着均质压力的上升，其起泡性越好，他认为这由于蛋清经过超高压均质处理后，其中的不同组分(卵清蛋白、卵类粘蛋白等)得到很好的接触，更易于在起泡过程中各个蛋白质相互作用，而且蛋白质颗粒度明显降低，大分子聚集体被打散成小粒子，使其更容易在气－水界面得到扩展和吸附，降低了界面张力，提高了蛋白质分子柔性，促进了泡沫的形成，从而提高了蛋清蛋白的起泡性。Iesel Van der Plancken等人［12］的研究结果表明高压处理应用于改善蛋清起泡性还与蛋清蛋白初始pH有关，初始pH为8.8得到的蛋清液起泡能力比pH为7.6的高，而泡沫稳定性的结果刚好相反。

3.1.3 辐照 辐照作为一种冷杀菌技术，在达到杀菌效果的同时也改变了蛋白的结构特性。首先，辐照能够使蛋白质的一些二硫键断裂，而后氧化产生硫化氢、单质硫或气态硫化物，从而使蛋白质溶液的pH朝酸性方向变化;另外，辐照会使蛋白质分子发生降解和交联作用，降解作用大于交联作用，从而使得蛋白质溶解度增加，表观直径下降，致使黏度下降［15］。因此辐照技术在达到杀菌效果的同时可能改变蛋清蛋白的功能特性。

有研究表明随着辐照剂量的增大蛋白起泡性增强，但是泡面稳定性下降，这主要是由于蛋白经过辐照处理后溶解度提高，pH略有下降，向8～9范围靠近，这有利于蛋白起泡性的提高;而蛋白质溶液黏度下降，因而泡沫稳定性下降［15］。Song H－P等［4］研究了不同辐照剂量对液蛋和蛋粉pH、黏度及起泡性特性的影响，结果表明液蛋和蛋粉的pH均无显著变化，而起泡性均得到改善，其中液蛋的黏度下降了，蛋粉黏度无显著性变化，另外该研究还发现辐照可以改善天使蛋糕的品质，对壳蛋进行辐照也能提高蛋清起泡性［16］。

3.1.4 添加亲水性糖类物质 亲水性糖类物质改善蛋清起泡性的效果与其结构特性有密切关系。亲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，从而提高泡沫稳定性［17］。在提高蛋清起泡能力方面则与多糖结构特性有很大关系，有研究表明添加CMC(羧甲基纤维素)和瓜尔胶可以提高蛋清的起泡性，适量的黄原胶添也可以提高蛋清起泡性，同时蛋清的泡沫稳定性提高［18］，其中CMC既含有亲水基团又含有疏水基团，是一种表面活性物质，可以降低鸡蛋表面张力，从而降低起泡过程气液界面扩张所需自由能，使气泡更容易形成，进而缩短了达到最大泡沫体积所需要的时间;瓜尔豆胶是一种半乳甘露聚糖，相对分子质量200000～300000，它在液体中提供的黏性比CMC大，因此瓜尔胶的作用效果比CMC明显，同时瓜尔胶是一种表面活性物质，可以使气液混合速度和气泡均衡速度加快，结果表现为蛋清的起泡速度明显增大;黄原胶分子中含有Na+、K+、Ca2+等离子，Na+、K+会使起泡性下降，Ca2+在0.02～0.04mol/L浓度范围能与蛋白质羧基形成桥联，促进形成黏弹性较好的蛋白质膜，从而提高起泡性，另外，黄原胶相对分子质量在2000000～50000000之间，黏度非常大，能够使气液之间的膜的强度增大，有利于蛋清起泡，黄原胶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，提高泡沫稳定性，但是起泡性下降［19］。

3.2 化学法

通过化学法改善蛋清起泡性的方法可以添加具有还原性基团的糖类物质，茶多酚、大豆分离蛋白等一些其他物质等。

3.2.1 糖基化 蛋白质－糖类糖基化反应，是以共价键的形式将碳水化合物与蛋白质分子上的α－或ε－氨基连接而生成糖基化蛋白质的反应，目前在提高蛋清起泡性方面的应用包括两种，一种是利用低分子质量还原糖与蛋清蛋白发生的糖基化反应，该反应的特点是容易发生褐变［20］;另一种是利用多糖与蛋白质发生糖基化反应，该反应条件温和不引起褐变［21］。

有研究表明在溶菌酶中添加适量的葡萄糖后，在加热条件下发生美拉德反应，其起泡性和泡沫稳定性显著提高［22］。于滨［23］将蛋清粉与麦芽糊精按照质量比10∶1混合，配制成10%(w/v)的溶液，经喷雾干燥得蛋清蛋白－麦芽糊精混合物，将该混合物置于65%的相对湿度下，60℃下加热0～5d，发现蛋白的起泡性随着加热时间的延长不断升高，而泡沫稳定性随着加热时间的延长先升高后下降，在第三天时达到最大。徐保立等［21］研究了在脱糖蛋清中添加0.25%的羧甲基纤维素和羧甲基纤维素钠于60℃下反应2天，其起泡能力和泡沫稳定性分别提高了0.6倍和0.5倍。

3.2.2 其他物质 除了上述的糖基化方法外，还有添加其物质的化学方法能够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，发现茶多酚添加量在0.2%～0.4%之间对蛋清蛋白质起泡性有显著的改善，其中起主要作用的物质是单体EGCG和ECG的羟基。活性羟基提高了蛋白质形成氢键的能力，能够形成更多具有一定机械强度的薄膜，且薄膜的黏性和弹性更强，更大的降低表面张力，提高了起泡能力和泡沫稳定性。Wang－G［24］的研究结果表明在蛋黄污染的液蛋蛋清产品中添加超声过的大豆分离蛋白可以提高蛋清起泡性，使受蛋黄污染的液蛋蛋清起泡性得到一定程度的恢复。

3.3 酶法改性

酶法改性在提高蛋清起泡性方面的应用有蛋白酶酶解改性和脂肪酶酶解改性两种。

3.3.1 蛋白酶 蛋白酶在提高蛋清起泡性方面的效果与酶种类和酶解程度有关，酶不同酶切位点不一样，得到酶解产物的表面活性存在差异，因而起泡性可能也不同，蛋清蛋白经轻度酶解后起泡性得到一定程度的改善，这是由于轻度酶解使蛋白质分子伸展，更容易扩展和吸附在气－液界面上，同时提高了表面疏水性，界面张力下降;但是当酶解超过一定程度，所形成肽链较小，且疏水性减小，不能在界面形成稳定的泡沫，而使蛋清起泡能力及泡沫稳定性下降［13，25－26］。

有研究发现利用胃蛋白酶水解蛋清蛋白，可增加蛋清蛋白质表面疏水性，使蛋白质分子在界面大量聚集，形成的泡沫更趋稳定［27］。在蛋清中添加中性蛋白酶经过适当处理可以显著提高蛋清起泡性［10］，另外用中性蛋白酶对蛋清进行适度处理后，经过喷雾干燥蛋白起泡能力和泡沫稳定性均显著提高［25］。涂勇刚等［28］研究结果表明在蛋清中按38.2mg/5mL量添加木瓜蛋白酶，pH6.3时于47.5℃下酶解45min，蛋清起泡性提高了140%，另外Lee W C［29］研究结果表明蛋清经过木瓜蛋白酶酶解后，再烘干，其蛋白起泡能力和泡沫稳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来改善蛋清起泡性，主要针对的是被蛋黄污染的蛋清液。有研究结果表明在混有少量蛋黄的蛋清中添加脂肪酶进行处理后，蛋清粉起泡能力由36.67%提高到88.42%，泡沫稳定性从26.58提高到32.02［30］。

4 展望

目前广泛采用的蛋清起泡性的评价方法主要是实验室常用的搅打法和充氮气法，以及测定实际产品的体积或者密度的方法，后者更贴近实际生产，是今后研究发展的方向;影响蛋清的起泡性的因素包括蛋清中蛋白的组成和结构、环境因素和生产工艺，针对这些影响因素目前研究的提高蛋清起泡性的方法主要有物理、化学和酶解改性三方面，且都能取得一定的效果，在这方面今后的研究方向应该是将这些技术结果有针对性的用于解决工业化生产中遇到的实际问题，也即成果转化，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，硕士研究生，研究方向:蛋品研发。

北京市科委产业统筹项目(Z111105061310001)。