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1、蛋清蛋白质热处理改性及其热聚集行为的 研究进展迟玉杰*, 鲍志杰, 程缘(东北农业大学食品学院, 哈尔滨 150030)摘 要: 蛋清蛋白质的热处理改性有助于提高其功能特性及生物有效利用率, 从而拓宽其在食品工业中作为配料的应用范围。热处理主要通过对蛋清蛋白质热聚集行为的影响, 从而影响其在食品体系中的应用, 而对蛋 白质聚集行为的研究将有助于改善食品体系中蛋白质的功能性质。 蛋清粉是许多食品加工中的重要原料, 也是 很好的蛋白质体系, 是食品蛋白质热聚集行为和功能性构效关系的理想研究对象。 对蛋清蛋白质聚集机制的研 究将有助于功能性蛋制品的开发。因此, 本文主要对蛋清蛋白质热聚集行为的研究进
2、行综述, 希望能为相关科 研人员及企业提供一定的借鉴。关键词: 蛋清蛋白质; 热处理; 热聚集Progress of heat-induced treatment and thermal aggregation of egg white proteinCHI Yu-Jie*, BAO Zhi-Jie, CHENG Yuan(College of Food Science Northeast Agricultural University, Harbin 150030, China)ABSTRACT: Egg white protein modification by heat treatmen
3、t is helpful to improve the functional propertiesand biological utilization efficiency, so as to broaden its application in the food industry as food ingredients. Heat treatments on egg white protein may affect its thermal aggregation behavior thus affect its application in the food system, and the
4、study of protein heat-induced aggregation behavior will contribute to the improving of the functional properties of the protein in the food system. Egg white powder is an important raw material in food processing, which is an ideal object for study of food protein heat-induced aggregation behavior a
5、nd functional structure-activity relationships. Research on the egg white protein heat-induced aggregation mechanism will contribute to the development of functional egg products. Therefore, the research progress of egg white protein heat-induced aggregation behavior was mainly reviewed in this pape
6、r, which could provide a reference for the relevant researchers and companies.KEY WORDS: egg white protein; heat treated; heat-induced aggregation基金项目: 国家自然科学基金项目(31470094)Fund: Supported by the National Natural Science Foundation of China (31470094) *通讯作者: 迟玉杰, 教授, 主要研究方向为食品化学及农产品深加工。E-mail: *Corre
7、sponding author: CHI Yu-Jie, Professor, Technical Center of Food Chemistry and Processing of Agricultural Products, No.79, Mucai Road, Xiangfang District, Harbin 150030, China. E-mail: 3952食 品安全 质量检 测学 报第 5 卷稳定性。Iesel 与 Talansier 等16-21研究发现, 干热处理后蛋清蛋白质溶液所成泡沫呈乳脂状, 且比较湿润。 Matsudomi1引言22,23等 研究发 现 , 在
8、热处理 过程中 , 蛋白 质发生热变性 ,使得蛋白质内部的巯基暴露在蛋白表面, 且部分巯基转变 为二硫键, 最终使得蛋白质的总巯基数减少, 表面巯基数 增加, 而巯基向二硫键的转变以及巯基的氧化是干热处理 提高蛋清蛋白凝胶性的主要原因, SDS-PAGE 电泳结果表 明, 在热处理过程中, 部分蛋白质的聚集不受除巯基乙醇 的影响, 这表明除二硫键以外其他作用力对凝胶网络的形 成也有影响。热 处理对 蛋白质 相关食 品体系 的作用 主要包 括 : 杀菌、提高功能性质、钝化抗营养因子等。涉及热处理的单 元操作主要包括蒸煮、杀菌、喷雾干燥、干热处理等, 这 些单元操作在食品加工中被广泛应用1-3。
9、热处理是工业化 生产中改善蛋白质功能性质的有效手段之一, 也是引起蛋 白质聚集的主要因素4。因此, 研究蛋白质热处理诱导的 聚集机制, 不但对蛋白质的理论研究具有重要意义, 同时 对食品加工也具有广泛辅助指导作用。蛋白质的聚集行为直接影响其在食品体系中的应用, 而对蛋白质聚集行为机制的研究将有助于改善食品体系中 蛋白质的功能性质。如在喷雾干燥、干热处理等加工环节 有时需要尽量减少或避免蛋白质聚集体产生(如溶解性、 分 散性等), 而有时则需要增加蛋白质聚集体形成(凝胶性、 乳化性等)5-7。 基于此, 对蛋白质聚集行为与功能性构效关系 的研究已逐渐成为研究热点。蛋清粉作为一种重要的食品添加原料
10、被广泛用于食 品加工中, 具有营养价值高、原料来源充足等优点8。也 是很好的蛋白质体系(蛋白质含量大于 90%), 且兼具高凝 胶性、 起泡性等多种优良功能性质9-11, 蛋清粉经过干热处理后, 其功能性质发生相应的改变, 蛋白质聚集行为机制 的研究将有助于改善食品体系中蛋白质的功能性质。16,24-28Kato 等研究发现, 蛋清蛋白质干热处理时间的延长可以大幅提高蛋白质的表面疏水性, 在干热处理过程中, 部分蛋清蛋白发生了热变性, 推断在此过程中, 有部 分天然态卵白蛋白转变为 S-卵白蛋白。DSC 结果表明, 干 热处理后蛋白质分子发生了部分伸展, 部分巯基转变为了二硫键, 并提高了蛋白
11、质的热稳定性。干热法提高蛋清蛋白功能性虽简单易行, 在蛋制品加工行业中应用广泛, 但 也存在着加热处理时间长、能耗大等问题。3蛋清蛋白质热聚集行为的研究进展对蛋清蛋白质热聚集行为的研究主要集中在离子强度、pH、蛋白质浓度、加热时间等因素对蛋清蛋白质热聚 集行为的影响29-31。Hegg 等32最早研究了 SDS、pH 及盐浓度等条件对卵伴白蛋白和卵白蛋白热聚集和变性行为的影响。 研究结果表明, 无论加热速率快慢, 卵伴白蛋白均是 先沉淀后变性, 并且沉淀物的分子粒径大小不一。在卵白 蛋白聚集和变性温度的研究中, Hegg 等33对卵白蛋白形成 各种凝胶所需条件以及变性温度和聚集温度的关系进行了
12、 阐述。其认为凝胶和凝胶样沉淀是介于溶解态和沉淀态的 中间态, 中间态的范围则取决于 pH、中性盐浓度、SDS 的 添加量等因素。研究显示热聚集温度低于热变性温度, 形 成凝胶的种类不同, 热聚集的温度也不同。Nemoto 等34 利用动态激光扫描技术研究卵白蛋白在中性、低离子强度 条件下的热聚集状态及过程, 结果表明: 卵白蛋白线性聚 集物的形成不是个别蛋白质之间相互作用的结果, 而是由 热力学因素控制的疏水氨基酸的疏水相互作用与蛋白质表 面静电斥力的平衡造成的。卵白蛋白在中性低离子强度下, 两个卵白蛋白单体利用分子间力形成二聚体, 二聚体再通 过运动和撞击形成线性聚集体。 荷兰瓦赫宁根大学
13、 Weijers 等 35-45对卵白蛋白热诱导凝胶及聚集体也开展了类似研究, 即在低 pH 和离子强度条件下, 随着离子强度或 pH 的提高, 卵白蛋白聚集体由线性或多分枝结构向多胶束结构 转变; 而在等电点附近(pH4.06.0)或者高离子强度条件下, 蛋 白质分 子间的 静电斥 力很弱, 分子 间的吸 引力(通常是 疏水相互作用)会诱导随机聚集体的形成。 其结果是形成软 且浑浊的凝胶。当蛋白质处于远离等电点, 在低离子强度2蛋清蛋白质热处理改性的研究进展热处理 可以 改 变蛋清 蛋白 质 的分子 伸展 状 况 , 从而 改变蛋清蛋白的功能性质和理化性质。在一定温度与湿度 下对蛋清蛋白质进
14、行热处理, 是蛋粉加工中广泛采用的改 性技术。George N 与 Tong 等12-14研究发现, 加热处理卵类粘 蛋白的过敏原性降低, 且随加热温度升高和加热时间延长,不断降低。经不同温度热处理后的卵类粘蛋白二级结构的 -螺旋, -折叠, -转角和无规卷曲之间相互转化, 分子有 序性降低; 卵类粘蛋白的表面疏水性随加热温度的升高而 降低; 随加热的温度的升高, 具有紫外吸收的氨基酸残基 逐渐暴露, 最大吸光度逐渐增大。 由此可以推断, 卵类粘蛋 白的构象改变导致其过敏原性变化。Kato 等15研究表明, 在 80 、7.5%的相对湿度下干热处理 10 d, 蛋清粉的凝胶性、乳化性与起泡性(
15、发泡性与 泡沫稳定性)均有了显著提高。 干热处理使蛋清蛋白质的表 面疏水性与分子柔性增加, 并且在加工过程中蛋白质的表 面疏水基团与亲水基团处于平衡状态, 因此在加热处理前 后蛋白质的溶解性无显著变化。干热处理可使蛋白质分子 发生热变性, 而热变性后增加的柔性和表面疏水性使得蛋 白质分子更易于在油水界面吸附, 使蛋白质暴露的疏水性 基团与油相相互作用, 进而提高了蛋白质的起泡性与泡沫第 12 期迟玉杰, 等: 蛋清蛋白质热处理改性及其热聚集行为的研究进展3953条件下, 蛋白质分子表面电荷没有或很少被屏蔽, 静电斥力较大。强静电斥力会阻碍随机聚集体的产生, 从而导致 线 性聚集 体的形 成,
16、形 成透明 凝胶(因为线性 分子的特 征 波长小于可见光波长)。而当 pH 和离子强度处于中间状态 时, 则形成分支柔性强的聚集体。Watanabe 等46研究在酸性条件下蛋清蛋白质的热诱 导的聚集及变性行为, 随着酸度的增加, 卵转铁蛋白、 卵巨 球蛋白、卵白蛋白及卵球蛋白 G3A, A1, A2 等蛋白质的热 稳定性下降, 但是卵黏蛋白和卵抑制剂在 90 加热 3 min 和 74 加热 20 min 均未发生聚集。Mine47-49研究了热诱 导蛋清蛋白聚集体在高 pH(9.5)、 低离子强度条件下的空间 结构变化, 即蛋清蛋白的柔性和疏水性随着热处理温度的升高而升高, 热处理过程中蛋清蛋白质发生了巯基二硫 键的转变。圆二色谱结果表明热处理使蛋清蛋白的折叠结 构增加, 螺旋结构减少。Johnson 等50研究表明, 混合的蛋清蛋白质加
