黃 群，楊萬根，金永國，陳宏杰，申雪梅

（1.吉首大學(xué)食品科學(xué)研究所，湖南 吉首 416000；2.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢 430070）

鴨蛋清蛋白凝膠質(zhì)構(gòu)特性影響因素研究

黃 群1，楊萬根1，金永國2，陳宏杰2，申雪梅1

（1.吉首大學(xué)食品科學(xué)研究所，湖南 吉首 416000；2.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢 430070）

以凍干鴨蛋清蛋白粉為原料，以凝膠硬度和彈性為指標(biāo)，在探究鴨蛋清蛋白凝膠形成條件的基礎(chǔ)上，考察金屬離子對凝膠質(zhì)構(gòu)特性的影響。結(jié)果表明，鴨蛋清蛋白凝膠形成的最佳條件為：蛋清蛋白質(zhì) 量分?jǐn)?shù)12.0%、pH 8.0、80 ℃加熱40 min。不同濃度鈉離子和鈣離子對凝膠彈性的提高均有顯著作用，高濃度鉀離子作用不顯著，鎂離子、鋅離子和亞鐵離子的濃度較大時反而有抑制作用。鎂離子對凝膠硬度增加有顯著作用，鉀離子無顯著影響，鈉離子和鈣離子為先促進后穩(wěn)定的趨勢，鋅離子和亞鐵離子對凝膠硬度增加有抑制作用。

鴨蛋清蛋白；形成條件；凝膠彈性；凝膠硬度；金屬離子

鴨蛋營養(yǎng)價值可與雞蛋媲美，屬高蛋白低脂肪食品，為全價蛋白、含有人體所需必需氨基酸，尤其是膽固醇含量僅為雞蛋的66%，而卵磷脂含量高于雞蛋，多不飽和脂肪酸與單不飽和脂肪酸等功能脂肪酸含量較高，富含多種礦物質(zhì)[1-3]。我國為世界禽蛋生產(chǎn)大國，鴨蛋作為水禽蛋品代表占有重要地位，但目前鴨蛋產(chǎn)品僅限于咸鴨蛋、松花蛋等，其在食品工業(yè)中的應(yīng)用受到嚴(yán)重制約[4-5]。隨著我國蛋鴨養(yǎng)殖業(yè)的迅猛發(fā)展，鮮鴨蛋的不耐儲性使得深度加工利用途徑的開辟尤為重要。蛋清為禽蛋的重要組成部分，是理想的營養(yǎng)強化劑、重要的食品加工原料，其卵轉(zhuǎn)鐵蛋白和卵白蛋白等主要成分對凝膠網(wǎng)絡(luò)的形成起主要作用[6-7]。在食品加工業(yè)中，禽蛋蛋白的凝膠特性已在火腿腸、西式火腿等肉制品加工中廣泛應(yīng)用[8-12]。蛋白凝膠是適度變性的蛋白質(zhì)分子聚集形成有規(guī)則的蛋白網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的過程，溫度、pH值、蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)及金屬離子等眾多因素都會影響其質(zhì)構(gòu)特性，考察相關(guān)因素對蛋白凝膠質(zhì)構(gòu)特性的影響以獲得理想凝膠狀態(tài)目前已成為研究熱點，但金屬離子對鴨蛋清凝膠影響的相關(guān)報道不多[13-18]。本實驗以凍干鴨蛋清蛋白粉為原料，以凝膠硬度和彈性為指標(biāo)，在探究鴨蛋清蛋白凝膠形成條件的基礎(chǔ)上，考察金屬離子對凝膠質(zhì)構(gòu)特性的影響，從而為鴨蛋清蛋白在食品行業(yè)中的應(yīng)用提供初步理論依據(jù)，促進我國蛋制品工業(yè)的多元化發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

鴨蛋清粉：將新鮮鴨蛋蛋黃與蛋清分離，蛋清液平鋪厚度少于2.0 cm，-45 ℃超低溫冰箱冷凍24 h，真空冷凍干燥24 h。

氯化鈉、氯化鉀、氯化鎂、氯化鈣、四水氯化鋅、氯化亞鐵等（均為分析純） 北京鵬彩精細化工有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

FD5型真空冷凍干燥機 美國SIM公司；HJ-3型數(shù)顯恒溫磁力攪拌器 常州澳華儀器有限公司；MDF-192型超低溫冰箱 興萬電子儀器有限公司；pHSJ-4A型pH計 上海精密科學(xué)儀器有限公司；TA. XT. Plus質(zhì)構(gòu)儀 英國Stable Micro Systems公司。

1.3 方法

1.3.1 鴨蛋清蛋白凝膠形成條件研究[9,11]

在鴨蛋清蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)10.0%、溫度80 ℃、時間40 min的條件下，分別考察pH值為4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0、10.0、11.0時對凝膠硬度和彈性的影響。在鴨蛋清蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)10.0%、pH 8.0、時間40 min的條件下，分別考察溫度為70、75、80、85、90、95 ℃時對凝膠硬度和彈性的影響。在pH 8.0、80 ℃、40 min條件下，分別考察鴨蛋清蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8.0%、10.0%、12.0%、14.0%、16.0%、18.0%時對凝膠硬度和彈性的影響。

1.3.2 金屬離子對鴨蛋清蛋白凝膠特性的影響

在選擇適宜凝膠形成條件的基礎(chǔ)上，參考文獻考察各種金屬離子對鴨蛋清蛋白凝膠特性的影響。鈉離子、鉀離子、鎂離子、鈣離子、鋅離子和亞鐵離子等金屬離子分別設(shè)置0、0.01、0.02、0.03、0.04、0.05、0.06 mol/L 7 個濃度水平，考察金屬離子對鴨蛋清蛋白凝膠特性的影響[13,17]。

1.3.3 質(zhì)構(gòu)特性測定

采用TPA運行模式，探頭為P/0.5 1/2”Diameter Cylinder Probe，測試前速率為5.00 mm/s，觸發(fā)力為5.00 g，測試速率為1.00 mm/s，測試后速率為5.00 mm/s，循環(huán)次數(shù)為2[8,11,13]。

2 結(jié)果與分析

2.1 鴨蛋清蛋白凝膠形成條件

2.1.1 pH值對鴨蛋清蛋白凝膠特性的影響

圖1 pH值對鴨蛋清蛋白凝膠特性的影響Fig.1 Effect of pH value on texture properties of duck egg white protein gel

由圖1可知，pH 4.0～8.0時凝膠彈性逐漸增大，此后逐漸減小；凝膠硬度在pH 4.0～7.0間急劇減小，隨后逐漸增大。彈性在pH 8.0時達最佳狀態(tài)，以考慮彈性為主，兼顧硬度，且pH 8.0時凝膠硬度相對較適宜，因此pH值選擇8.0為佳[19]。

2.1.2 溫度對鴨蛋清蛋白凝膠特性的影響

圖2 溫度對鴨蛋清蛋白凝膠特性的影響Fig.2 Effect of temperature on texture properties of duck egg white protein gel

由圖2可知，凝膠彈性在70～80 ℃間隨溫度升高而快速增加，在80 ℃時達最大值；此后溫度繼續(xù)增加，凝膠彈性減小。隨著溫度升高，凝膠硬度也隨之增大，80～85 ℃時凝膠硬度較為理想。溫度過高時凝膠硬度過大，不適宜添加或做成制品[6,11]，因此溫度選擇80 ℃較宜。

2.1.3 蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)對鴨蛋清蛋白凝膠特性的影響

圖3 蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)對鴨蛋清蛋白凝膠特性的影響Fig.3 Effect of duck egg white protein concentration on texture properties of duck egg white protein gel

由圖3可知，凝膠彈性首先隨蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大而上升，在12.0%～16.0%時達理想狀態(tài)，此后急劇下降。隨著蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，凝膠硬度開始緩慢上升，14.0%之后呈直線上升，以10.0%～12.0%較為理想。綜合考慮彈性和硬度，蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)以選擇12.0%為宜。

2.2 金屬離子對鴨蛋清蛋白凝膠特性的影響

2.2.1 鈉離子濃度對鴨蛋清蛋白凝膠特性的影響

由圖4可知，鈉離子濃度在0～0.02 mol/L范圍內(nèi)時，凝膠彈性急劇增加，此后盡管濃度增加而凝膠彈性基本不變；而凝膠硬度隨鈉離子濃度增加呈先上升后降低的趨勢，0.03 mol/L達最大值后降低。這可能是鈉離子主要通過改變蛋清蛋白水溶液的離子強度，間接影響凝膠形成的彈性，因而濃度過高或過低對凝膠形成均不利[8,13,17]。且鈉離子在一定濃度范圍內(nèi)，對凝膠形成的硬度起促進作用，超過一定濃度后促進作用不再增加[15,18,20]，凝膠硬度明顯下降，這說明較高濃度的鈉離子可以穩(wěn)定蛋白質(zhì)的分子構(gòu)象，使鴨蛋清蛋白分子的變性溫度增加，不易形成凝膠，從而使硬度下降。

圖4 鈉離子濃度對鴨蛋清蛋白凝膠特性的影響Fig.4 Effect of sodium ion concentration on texture properties of duck egg white protein gel

2.2.2 鉀離子濃度對鴨蛋清蛋白凝膠特性的影響

圖5 鉀離子濃度對鴨蛋清蛋白凝膠特性的影響Fig.5 Effect of kalium ion concentration on texture properties of duck egg white protein gel

由圖5可知，鉀離子濃度增加對凝膠硬度的影響甚小，但在0.01 mol/L時顯著地增加凝膠彈性，此后濃度增加對凝膠彈性無顯著影響。由此可知，低濃度（0.01 mol/L）鉀離子能顯著提高凝膠彈性，此后鉀離子對凝膠特性無明顯作用。

圖6 鎂離子濃度對鴨蛋清蛋白凝膠特性的影響Fig.6 Effect of magnesium ion concentration on texture properties of duck egg white protein gel

2.2.3 鎂離子濃度對鴨蛋清蛋白凝膠特性的影響

由圖6可知，鎂離子濃度在0～0.03 mol/L間凝膠硬度逐漸增大，此后濃度繼續(xù)增加而硬度基本持平；凝膠彈性隨著濃度增加而持續(xù)增大，在0.04 mol/L時達到頂峰，此后急劇下降。主要原因在于低濃度鎂離子中和蛋白凈電荷，使蛋白質(zhì)所帶凈電荷減少，從而使凝膠形成時間減少，硬度和彈性增加；而當(dāng)進一步提高鎂離子濃度時，凝膠形成時間延長，可能是蛋白表面吸附較高濃度的鎂離子，凈電荷有所增加，蛋白之間的排斥作用增強，使得凝膠硬度不再增加，彈性反而下降[13,16,21]。

2.2.4 鈣離子濃度對鴨蛋清蛋白凝膠特性的影響

圖7 鈣離子濃度對鴨蛋清蛋白凝膠特性的影響Fig.7 Effect of calcium ion concentration on texture properties of duck egg white protein gel

由圖7可知，隨著鈣離子濃度增加，凝膠硬度在0～0.04 mol/L之間呈上升趨勢，此后緩慢降低；鈣離子對凝膠彈性提高有顯著影響，但濃度變化對其促進作用無顯著差別；即鈣離子可有效促進凝膠彈性提高，但與離子濃度無關(guān)。鈣離子具有較高的價態(tài)而能有效地屏蔽蛋白質(zhì)分子間靜電作用，并且鈣離子在帶負電蛋白質(zhì)分子之間具有架橋作用，形成離子橋，促使蛋白質(zhì)分子間凝聚的發(fā)生，因而加速凝膠形成，增加凝膠硬度和彈性；當(dāng)鈣離子濃度過大，鈣離子同時與蛋白質(zhì)分子形成較多的鈣橋，而引起蛋清凝膠硬度和彈性的降低[15,17,22]。

2.2.5 鋅離子濃度對鴨蛋清蛋白凝膠特性的影響

圖8 鋅離子濃度對鴨蛋清蛋白凝膠特性的影響Fig.8 Effect of zinc ion concentration on texture properties of duck egg white protein gel

由圖8可知，凝膠硬度隨鋅離子濃度增加而逐漸緩慢降低；鋅離子濃度在0～0.01 mol/L時凝膠彈性顯著提高，在0.02～0.03 mol/L之間快速降低，此后隨著鋅離子濃度增加而緩慢下降。這可能是由于鋅離子與蛋白分子爭奪水分，表面水膜被破壞，凝膠硬度與彈性降低[17-18]。

2.2.6 亞鐵離子濃度對鴨蛋清蛋白凝膠特性的影響

圖9 亞鐵離子濃度對鴨蛋清蛋白凝膠特性的影響Fig.9 Effect of ferrous ion concentration on texture properties of duck egg white protein gel

由圖9可知，凝膠硬度隨亞鐵離子濃度的增加而逐漸降低；0～0.03 mol/L之間對凝膠彈性的提高有較大促進作用，此后隨著離子濃度的增加凝膠彈性顯著降低，該作用機制尚待進一步研究。

3 結(jié) 論

本實驗獲得鴨蛋清蛋白凝膠形成最佳條件為：pH 8.0、溫度80 ℃、蛋清蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)12.0%，在此基礎(chǔ)上探究了6 種金屬離子對鴨蛋清蛋白凝膠的影響。鈉離子和鈣離子對鴨蛋清凝膠彈性的提高都有顯著影響，且不同濃度均對凝膠彈性的提高有較大促進作用；鉀離子在一定濃度范圍內(nèi)能促進鴨蛋清凝膠彈性的提高，當(dāng)濃度過大時作用不顯著；而鎂離子、鋅離子和亞鐵離子都能在一定濃度范圍內(nèi)促進鴨蛋清凝膠彈性的提高，當(dāng)濃度過大時反而有抑制作用。對鴨蛋清凝膠硬度增大有顯著影響的為鎂離子，其濃度在0～0.03 mol/L之間隨著離子濃度增加凝膠硬度也快速上升，此后離子濃度增大對凝膠硬度影響不再顯著；鉀離子濃度變化對鴨蛋清凝膠硬度無顯著影響；鈉離子和鈣離子在一定濃度范圍內(nèi)對鴨蛋清凝膠硬度均有促進作用，但濃度過大促進作用不再明顯；鋅離子和亞鐵離子隨著濃度的增加對鴨蛋清凝膠的硬度有抑制作用。本實驗可為鴨蛋清蛋白凝膠在食品工業(yè)中的應(yīng)用提供實驗依據(jù)，對鴨蛋清產(chǎn)業(yè)化利用具有一定的指導(dǎo)和應(yīng)用價值。

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Factors Influencing Texture Properties of Duck Egg White Protein Gel

HUANG Qun1, YANG Wan-gen1, JIN Yong-guo2, CHEN Hong-jie2, SHEN Xue-mei1
(1. Institute of Food Science, Jishou University, Jishou 416000, China；2. College of Food Science and Technology, Huazhong Agricultural University, Wuhan 430070, China)

In this study, freeze-dried duck egg white protein powder was used to explore the conditions for the gel formation of duck egg white protein, and texture properties of the formed gel were evaluated by investigating the effect of metal ions on its hardness and elasticity. The results showed that the optimal conditions for gel forma t ion were found to be 12.0% egg white protein concentration, pH 8.0, 80 ℃ and 40 min of heating. Both sodium and calcium ions at different concentrations but not kalium ion at high concentrations had a significant effect in increasing gel elasticity. On the contrary, magnesium, zinc and ferrous ions all had inhibitory effects at excessive concentrations. Magnesium ion but not kalium ion significantly increased gel hardness, sodium and calcium ions displayed an initial increasing trend followed by a plateau, whereas zinc and ferrous ions restrained the increase of gel hardness.

duck egg white protein; formation condition; gel elasticity; gel hardness; metal ions

TS253.4

A

1002-6630（2014）15-0068-04

10.7506/spkx1002-6630-201415014

2014-04-01

公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項（201303084）

黃群（1977—），男，副教授，博士，研究方向為蛋品科學(xué)與食品生物技術(shù)。E-mail：huangqunlaoshi@126.com