糖类对蛋清蛋白凝胶强度的影响

涂勇刚，赵 燕，王 丹，徐明生，徐东红，李建科，杜华英

（1.江西农业大学食品科学与工程学院，江西南昌 330045；2.南昌大学生物质转化教育部工程研究中心，江西南昌330047）

凝胶是指在分散介质中的胶体粒子或高分子溶质形成整体构造而失去了流动性，或胶体虽含有大量液体介质但处于固化的状态[1]。凝胶是食品常见的形态之一。对于食品而言，凝胶的形成不仅可以改进其形态和质地，而且对持水力、稠度、粘结性等方面均起着重要作用。作为食品中的主要成分，蛋白质最重要的功能特性之一就是凝胶特性，人类在很久以前就利用蛋白质的凝胶特性来制作豆腐、干酪等凝胶类食品。禽蛋营养丰富，是一种世界各地区最为普遍食用的食品之一。另外，禽蛋也是一种重要的食品加工原料，因其具有多种功能特性，如凝胶作用、持水性、起泡性和乳化性等，尤其是蛋清的凝胶作用在食品的制造中有重要的作用。目前，在食品行业中，从蛋黄中制备卵磷脂、ω-3脂肪酸、胆碱等生物活性物质已实现工业化，大大提高了对蛋黄的需求量，而对蛋清的重视度却远远不够[2]。因此研究蛋清蛋白的加工特性，将对提高禽蛋的附加值具有重要意义。糖类是多羟基醛或多羟基酮及其衍生物的总称[3]，是自然界中广泛分布的一类重要的有机化合物，因含有多羟基，易与蛋白质发生交联，从而影响蛋白质的凝胶特性。因此，本文以鲜蛋蛋清为原料，采用物性仪对添加不同浓度的糖类下所制备的蛋白质凝胶进行评价，探索不同浓度的糖类对蛋清蛋白质凝胶强度的影响，以期为食品加工业改善蛋清蛋白凝胶性能的应用提供基础数据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

新鲜鸡蛋 江西农业大学后街菜市场；结冷胶（分析纯） 河南协昌生产加工厂；阿拉伯胶（分析纯） 江苏永华精细化学品有限公司；黄原胶（分析纯） 郑州市骏涛化工食品添加剂有限责任公司；玉米淀粉（分析纯）广东省台山市化工厂；蔗糖（分析纯）天津市大茂化学试剂厂；麦芽糖（分析纯）北京奥博星生物技术责任有限公司。

TEE32型质构仪 英国Stable Micro System公司；DK-S24型电热恒温水浴锅 上海精宏实验设备有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 凝胶的制备 凝胶制备参考Houska等[4]方法略有调整。将鲜蛋的蛋黄与蛋清分离，将蛋清置于500mL的大烧杯中，用玻璃棒充分搅拌均匀备用。分别称取不同质量的糖类物质（结冷胶、黄原胶、阿拉伯胶、蔗糖、麦芽糖、玉米淀粉）置于250mL的烧杯中，加入64mL的蒸馏水搅拌均匀，再分别加入96mL的蛋清制备成添加不同种类、不同浓度的蛋清溶液。将所有烧杯用保鲜膜密封后置于80℃的水浴锅中加热45min。将加热后的溶液迅速取出，然后于冰水浴中静置1h后，置于4℃左右的冰箱中静置24h待测。

1.2.2 凝胶强度的测定 采用TPA质构分析模式，测前速度2.0mm/s，测试速度2.0mm/s，测后速度5.0mm/s，压缩比45%，间隔时间5s，数据采集速率200pps，探头P/0.5圆柱型。

2 结果与分析

2.1 胶类对蛋清蛋白凝胶强度的影响

2.1.1 结冷胶对蛋清蛋白凝胶强度的影响 结冷胶是由伊乐藻假单胞杆菌代谢生产的一种高分子量阴离子线性微生物多糖，其分子基本结构是由重复四糖单元构成。在其天然形式中，每个单元约有1.5个O-酰基基团。结冷胶兼有黄原胶、果胶和卡拉胶的各种优良特性，是应用广泛的亲水性胶体[5]。目前，食品工业等领域的结冷胶一般以低酰基形式存在，其凝胶特性包括：极低的用量即可发挥作用（用量范围0.012%～0.4%）、凝胶的温度与融化温度间有滞后性、弱凝胶具有良好的悬浮性等[6]。

图1 结冷胶对蛋清蛋白凝胶强度的影响Fig.1 Effect of gellan gum on the hardness of egg white protein gel

蛋清蛋白中添加不同浓度结冷胶后其凝胶强度变化见图1，从图1中可以看出，在结冷胶添加浓度为0～1.60mg/mL的范围内，蛋清蛋白凝胶强度没有显著的变化；当结冷胶的浓度达到3.20mg/mL时，蛋清蛋白凝胶强度有明显增大的变化。究其原因可能是在蛋清蛋白—结冷胶混合物的体系中，当结冷胶的浓度低于3.20mg/mL时，蛋清蛋白是体系中的连续相而结冷胶是分散相，但当结冷胶的浓度达到3.20mg/mL时体系发生了相变，便表现在凝胶强度的巨变。

2.1.2 黄原胶对蛋清蛋白凝胶强度的影响 黄原胶是黄单孢杆菌发酵产生的一种高黏水溶性胞外多糖聚合物，分子量约50～500万，由主链和多支链形成网状链式结构。黄原胶整个分子由葡萄糖、甘露糖、葡萄糖醛酸按一定比例组合而成，并含有不同浓度的丙酮酸和乙酸[7]。黄原胶是一种聚电解质，在水溶液中呈多聚阴离子状态，使黄原胶在水溶液中的形态十分复杂。研究表明，黄原胶在水溶液中同时以缔合态和单分子态存在；缔合态为多分子分段两两缔合呈右旋双螺旋构象，在缔合态与单分子态之间保持动态平衡[8-9]。

添加不同浓度的黄原胶后蛋清蛋白凝胶强度变化见图2，由图2可知，随着黄原胶加入，刚开始时凝胶强度先降低后再上升；当黄原胶的浓度达到0.21mg/mL时，凝胶的强度达到最大；随着浓度的继续增加，凝胶的强度先降低后便一直增大。究其原因可能是：黄原胶形成网络结构的能力不是很强，故在实验浓度区间内的蛋白质-黄原胶体系中，蛋白质始终是连续相[10]。在黄原胶的浓度为0～0.40mg/mL的范围内，影响凝胶强度的主导因素是黄原胶在水溶液中产生的聚阴离子。少量的聚阴离子可以稳定蛋清蛋白结构，使其结构未能完全伸展从而使凝胶强度降低；当黄原胶浓度达到0.21mg/mL时，足够的聚阴离子中和了带正电的蛋白质分子从而使蛋白质分子相互结合在一起使得凝胶强度达到最大；当继续增大黄原胶的浓度，溶液的电中性被破坏，从而使凝胶强度降低[8，11]。在黄原胶的浓度为0.40～3.19mg/mL的范围内，影响凝胶强度的主导因素是黄原胶的强吸水能力，随着浓度不断增大，使得蛋白质的有效浓度不断增大，从而凝胶强度也随之增大[10]。

图2 黄原胶对蛋清蛋白凝胶强度的影响Fig.2 Effect of xanthan gum on the hardness of egg white protein gel

2.1.3 阿拉伯胶对蛋清蛋白凝胶强度的影响 阿拉伯胶是一类结构复杂的多糖，其中70%是由不含N或含少量N的多糖组成，另一成分是具有高相对分子质量的蛋白质结构。多糖以共价键与蛋白质肽链中的羟脯氨酸、丝氨酸相结合[7]。阿拉伯胶易溶于水，且溶解度高，但溶液黏度低，溶解度甚至可达50%，此时体系有些像凝胶。另外阿拉伯胶具有表面活性，是一种好的乳化剂和乳状液稳定剂。同时阿拉伯胶与高浓度糖具有相容性[7]。

本实验考察了阿拉伯胶对蛋清蛋白凝胶强度的影响，结果见图3。由图3可知，当阿拉伯胶在0～0.20mg/mL范围内，蛋清蛋白凝胶强度基本上没有变化；当阿拉伯树胶的浓度在0.20～0.39mg/mL时，凝胶强度明显增加，然后当添加浓度持续上升时，蛋清蛋白凝胶的强度基本上没有变化。究其原因可能是：在阿拉伯树胶的浓度达到0.39mg/mL时，蛋白质－阿拉伯树胶体系发生了相变，蛋白质由连续相变为分散相以致凝胶强度发生突变。并且由于阿拉伯树胶与蛋清蛋白质形成的是填充型凝胶，因此除了发生相变的点外，还表明体系中阿拉伯树胶浓度的增加对凝胶的强度影响很小。

图3 阿拉伯胶对蛋清蛋白凝胶强度的影响Fig.3 Effect of arabic gum on the hardness of egg white protein gel

2.2 蔗糖对蛋清蛋白凝胶强度的影响

蔗糖是由一分子的葡萄糖和一分子的果糖通过糖苷键结合的非还原性糖[7]。由图4可知，添加不同浓度的蔗糖对蛋清蛋白凝胶强度基本无影响。这可能是由于蛋清凝胶体系网络的强度可能受到蔗糖分子正反两方面作用，一方面蔗糖分子本身无胶凝作用，它阻碍网络的形成，另一方面蔗糖分子本身的水化作用使自由水减少，凝胶网络结构结合得更紧密，凝胶强度增强，因此总体上蔗糖对蛋清凝胶强度作用不明显。

图4 蔗糖对蛋清蛋白凝胶强度的影响Fig.4 Effect of sucrose gum on the hardness of egg white protein gel

2.3 麦芽糖对蛋清蛋白凝胶强度的影响

麦芽糖是由两分子的葡萄糖通过糖苷键结合而成的还原性二糖[7]。由图5可知，在麦芽糖浓度为0～5mg/mL的范围内，蛋清蛋白凝胶强度基本上呈上升趋势，并在5mg/mL的浓度时达到最大；当麦芽糖的浓度大于5mg/mL时，蛋清蛋白凝胶的强度随浓度的增加呈直线性降低。本实验结果和李俐鑫等报道的结果一致[11]，究其原因可能是：麦芽糖作为还原糖具有还原性，可导致蛋清蛋白质中二硫键的断裂。因此在麦芽糖浓度很低时可以破坏三级结构以帮助蛋白质分子的伸展从而增强凝胶的强度；而当麦芽糖浓度很高时，充分伸展的蛋白质分子受麦芽糖还原性影响导致二硫键断裂，分子过度断裂从而降低蛋清蛋白的凝胶强度。

图5 麦芽糖对蛋清蛋白凝胶强度的影响Fig.5 Effect of maltose on the hardness of egg white protein gel

2.4 玉米淀粉对蛋清蛋白凝胶强度的影响

淀粉是由许多葡萄糖分子脱水聚合而成的一种高分子碳水化合物，其分子量在100～300万之间。淀粉可分为直链淀粉和支链淀粉，直链淀粉有较强的凝沉性能；支链淀粉是天然高分子化合物中最大的一种，支链易溶于水生成稳定的溶液，具有很高的黏度。淀粉糊的黏度主要来自于支链淀粉[12]。

图6 玉米淀粉对蛋清蛋白凝胶强度的影响Fig.6 Effect of corn starch on the hardness of egg white protein gel

由图6可知，随着添加浓度的增大，玉米淀粉对蛋清蛋白凝胶强度的影响总体呈现先上升、下降、再上升、下降的波动趋势。当加入低浓度的玉米淀粉（0～0.99mg/mL）时，蛋清蛋白凝胶强度先增加后趋于稳定；当浓度达到4.99mg/mL时，蛋清蛋白凝胶强度有所降低：当浓度达到10.00mg/mL时，蛋清蛋白凝胶的强度会增加；当浓度继续增大时，凝胶强度会再次降低后再上升。究其原因可能是：蛋清蛋白的凝胶形成能力较淀粉的凝胶形成能力要强，故在添加低浓度的玉米淀粉（0～0.99mg/mL）时，蛋清蛋白凝胶为连续相[13]。在此时80℃的加热温度达到了玉米淀粉的糊化温度，使得淀粉对蛋清蛋白的凝胶体系起到了支撑效应，因此凝胶强度会增大[14]。当玉米淀粉的浓度达到4.99mg/mL时，蛋白凝胶淀粉取代使蛋白质由连续相变为分散相，体系的凝胶强度有所降低。当继续添加玉米淀粉达到10.00mg/mL时，淀粉浓度的增加使得体系的强度也随之增加。当玉米淀粉的浓度再次增加时，蛋白凝胶会阻碍淀粉的膨胀程度从而使得体系的凝胶强度再次降低[15]。

3 结论

添加结冷胶、黄原胶和阿拉伯胶对蛋清蛋白凝胶强度会产生较大的影响，均在胶类-蛋清蛋白凝胶体系发生相变的浓度点使体系强度有明显的变化；蔗糖对蛋清蛋白的凝胶强度未产生影响；麦芽糖在低浓度下呈现增强蛋清蛋白凝胶强度的趋势，而在高浓度又呈现降低蛋清蛋白凝胶强度的趋势；随着玉米淀粉添加浓度的增大，对蛋清蛋白凝胶强度影响总体呈现先上升、下降、再上升、下降的波动趋势。结果说明以糖类作为添加剂改善蛋清蛋白的凝胶强度时应充分考虑所加入的糖类种类及浓度。

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