鸭蛋清蛋白凝胶质构特性影响因素研究

黄 群1，杨万根1，金永国2，陈宏杰2，申雪梅1

（1.吉首大学食品科学研究所，湖南 吉首 416000；2.华中农业大学食品科学技术学院，湖北 武汉 430070）

摘 要：以冻干鸭蛋清蛋白粉为原料，以凝胶硬度和弹性为指标，在探究鸭蛋清蛋白凝胶形成条件的基础上，考察金属离子对凝胶质构特性的影响。结果表明，鸭蛋清蛋白凝胶形成的最佳条件为：蛋清蛋白质量分数12.0%、pH 8.0、80 ℃加热40 min。不同浓度钠离子和钙离子对凝胶弹性的提高均有显著作用，高浓度钾离子作用不显著，镁离子、锌离子和亚铁离子的浓度较大时反而有抑制作用。镁离子对凝胶硬度增加有显著作用，钾离子无显著影响，钠离子和钙离子为先促进后稳定的趋势，锌离子和亚铁离子对凝胶硬度增加有抑制作用。

关键词：鸭蛋清蛋白；形成条件；凝胶弹性；凝胶硬度；金属离子

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)

Abstract: 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 formation 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.

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

中图分类号：TS253.4 文献标志码：A 文章编号：1002-6630（2014）15-0068-04

doi:10.7506/spkx1002-6630-201415014

鸭蛋营养价值可与鸡蛋媲美，属高蛋白低脂肪食品，为全价蛋白、含有人体所需必需氨基酸，尤其是胆固醇含量仅为鸡蛋的66%，而卵磷脂含量高于鸡蛋，多不饱和脂肪酸与单不饱和脂肪酸等功能脂肪酸含量较高，富含多种矿物质[1-3]。我国为世界禽蛋生产大国，鸭蛋作为水禽蛋品代表占有重要地位，但目前鸭蛋产品仅限于咸鸭蛋、松花蛋等，其在食品工业中的应用受到严重制约[4-5]。随着我国蛋鸭养殖业的迅猛发展，鲜鸭蛋的不耐储性使得深度加工利用途径的开辟尤为重要。蛋清为禽蛋的重要组成部分，是理想的营养强化剂、重要的食品加工原料，其卵转铁蛋白和卵白蛋白等主要成分对凝胶网络的形成起主要作用[6-7]。在食品加工业中，禽蛋蛋白的凝胶特性已在火腿肠、西式火腿等肉制品加工中广泛应用[8-12]。蛋白凝胶是适度变性的蛋白质分子聚集形成有规则的蛋白网状结构的过程，温度、pH值、蛋白质量分数及金属离子等众多因素都会影响其质构特性，考察相关因素对蛋白凝胶质构特性的影响以获得理想凝胶状态目前已成为研究热点，但金属离子对鸭蛋清凝胶影响的相关报道不多[13-18]。本实验以冻干鸭蛋清蛋白粉为原料，以凝胶硬度和弹性为指标，在探究鸭蛋清蛋白凝胶形成条件的基础上，考察金属离子对凝胶质构特性的影响，从而为鸭蛋清蛋白在食品行业中的应用提供初步理论依据，促进我国蛋制品工业的多元化发展。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

鸭蛋清粉：将新鲜鸭蛋蛋黄与蛋清分离，蛋清液平铺厚度少于2.0 cm，－45 ℃超低温冰箱冷冻24 h，真空冷冻干燥24 h。

氯化钠、氯化钾、氯化镁、氯化钙、四水氯化锌、氯化亚铁等（均为分析纯） 北京鹏彩精细化工有限公司。

1.2 仪器与设备

FD5型真空冷冻干燥机 美国SIM公司；HJ-3型数显恒温磁力搅拌器 常州澳华仪器有限公司；MDF-192型超低温冰箱 兴万电子仪器有限公司；pHSJ-4A型
pH计 上海精密科学仪器有限公司；TA. XT. Plus质
构仪 英国Stable Micro Systems公司。

1.3 方法

1.3.1 鸭蛋清蛋白凝胶形成条件研究[9,11]

在鸭蛋清蛋白质量分数10.0%、温度80 ℃、时间40 min的条件下，分别考察pH值为4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0、10.0、11.0时对凝胶硬度和弹性的影响。在鸭蛋清蛋白质量分数10.0%、pH 8.0、时间40 min的条件下，分别考察温度为70、75、80、85、90、95 ℃时对凝胶硬度和弹性的影响。在pH 8.0、80 ℃、40 min条件下，分别考察鸭蛋清蛋白质量分数为8.0%、10.0%、12.0%、14.0%、16.0%、18.0%时对凝胶硬度和弹性的影响。

1.3.2 金属离子对鸭蛋清蛋白凝胶特性的影响

在选择适宜凝胶形成条件的基础上，参考文献考察各种金属离子对鸭蛋清蛋白凝胶特性的影响。钠离子、钾离子、镁离子、钙离子、锌离子和亚铁离子等金属离子分别设置0、0.01、0.02、0.03、0.04、0.05、0.06 mol/L 7 个浓度水平，考察金属离子对鸭蛋清蛋白凝胶特性的影响[13,17]。

1.3.3 质构特性测定

采用TPA运行模式，探头为P/0.5 1/2”Diameter Cylinder Probe，测试前速率为5.00 mm/s，触发力为5.00 g，测试速率为1.00 mm/s，测试后速率为5.00 mm/s，循环次数为2[8,11,13]。

2 结果与分析

2.1 鸭蛋清蛋白凝胶形成条件

2.1.1 pH值对鸭蛋清蛋白凝胶特性的影响

图 1 pH值对鸭蛋清蛋白凝胶特性的影响

Fig.1 Effect of pH value on texture properties of duck egg white protein gel

由图1可知，pH 4.0～8.0时凝胶弹性逐渐增大，此后逐渐减小；凝胶硬度在pH 4.0～7.0间急剧减小，随后逐渐增大。弹性在pH 8.0时达最佳状态，以考虑弹性为主，兼顾硬度，且pH 8.0时凝胶硬度相对较适宜，因此pH值选择8.0为佳[19]。

2.1.2 温度对鸭蛋清蛋白凝胶特性的影响

图 2 温度对鸭蛋清蛋白凝胶特性的影响

Fig.2 Effect of temperature on texture properties of duck egg white protein gel

由图2可知，凝胶弹性在70～80 ℃间随温度升高而快速增加，在80 ℃时达最大值；此后温度继续增加，凝胶弹性减小。随着温度升高，凝胶硬度也随之增大，80～85 ℃时凝胶硬度较为理想。温度过高时凝胶硬度过大，不适宜添加或做成制品[6,11]，因此温度选择80 ℃较宜。

2.1.3 蛋白质量分数对鸭蛋清蛋白凝胶特性的影响

图 3 蛋白质量分数对鸭蛋清蛋白凝胶特性的影响

Fig.3 Effect of duck egg white protein concentration on texture properties of duck egg white protein gel

由图3可知，凝胶弹性首先随蛋白质量分数增大而上升，在12.0%～16.0%时达理想状态，此后急剧下降。随着蛋白质量分数增加，凝胶硬度开始缓慢上升，14.0%之后呈直线上升，以10.0%～12.0%较为理想。综合考虑弹性和硬度，蛋白质量分数以选择12.0%为宜。

2.2 金属离子对鸭蛋清蛋白凝胶特性的影响

2.2.1 钠离子浓度对鸭蛋清蛋白凝胶特性的影响

由图4可知，钠离子浓度在0～0.02 mol/L范围内时，凝胶弹性急剧增加，此后尽管浓度增加而凝胶弹性基本不变；而凝胶硬度随钠离子浓度增加呈先上升后降低的趋势，0.03 mol/L达最大值后降低。这可能是钠离子主要通过改变蛋清蛋白水溶液的离子强度，间接影响凝胶形成的弹性，因而浓度过高或过低对凝胶形成均不利[8,13,17]。且钠离子在一定浓度范围内，对凝胶形成的硬度起促进作用，超过一定浓度后促进作用不再增加[15,18,20]，凝胶硬度明显下降，这说明较高浓度的钠离子可以稳定蛋白质的分子构象，使鸭蛋清蛋白分子的变性温度增加，不易形成凝胶，从而使硬度下降。

图 4 钠离子浓度对鸭蛋清蛋白凝胶特性的影响

Fig.4 Effect of sodium ion concentration on texture properties of duck egg white protein gel

2.2.2 钾离子浓度对鸭蛋清蛋白凝胶特性的影响

图 5 钾离子浓度对鸭蛋清蛋白凝胶特性的影响

Fig.5 Effect of kalium ion concentration on texture properties of duck egg white protein gel

由图5可知，钾离子浓度增加对凝胶硬度的影响甚小，但在0.01 mol/L时显著地增加凝胶弹性，此后浓度增加对凝胶弹性无显著影响。由此可知，低浓度（0.01 mol/L）钾离子能显著提高凝胶弹性，此后钾离子对凝胶特性无明显作用。

2.2.3 镁离子浓度对鸭蛋清蛋白凝胶特性的影响

图 6 镁离子浓度对鸭蛋清蛋白凝胶特性的影响

Fig.6 Effect of magnesium ion concentration on texture properties of duck egg white protein gel

由图6可知，镁离子浓度在0～0.03 mol/L间凝胶硬度逐渐增大，此后浓度继续增加而硬度基本持平；凝胶弹性随着浓度增加而持续增大，在0.04 mol/L时达到顶峰，此后急剧下降。主要原因在于低浓度镁离子中和蛋白净电荷，使蛋白质所带净电荷减少，从而使凝胶形成时间减少，硬度和弹性增加；而当进一步提高镁离子浓度时，凝胶形成时间延长，可能是蛋白表面吸附较高浓度的镁离子，净电荷有所增加，蛋白之间的排斥作用增强，使得凝胶硬度不再增加，弹性反而下降[13,16,21]。

2.2.4 钙离子浓度对鸭蛋清蛋白凝胶特性的影响

图 7 钙离子浓度对鸭蛋清蛋白凝胶特性的影响

Fig.7 Effect of calcium ion concentration on texture properties of duck egg white protein gel

由图7可知，随着钙离子浓度增加，凝胶硬度在0～0.04 mol/L之间呈上升趋势，此后缓慢降低；钙离子对凝胶弹性提高有显著影响，但浓度变化对其促进作用无显著差别；即钙离子可有效促进凝胶弹性提高，但与离子浓度无关。钙离子具有较高的价态而能有效地屏蔽蛋白质分子间静电作用，并且钙离子在带负电蛋白质分子之间具有架桥作用，形成离子桥，促使蛋白质分子间凝聚的发生，因而加速凝胶形成，增加凝胶硬度和弹性；当钙离子浓度过大，钙离子同时与蛋白质分子形成较多的钙桥，而引起蛋清凝胶硬度和弹性的降低[15,17,22]。

2.2.5 锌离子浓度对鸭蛋清蛋白凝胶特性的影响

图 8 锌离子浓度对鸭蛋清蛋白凝胶特性的影响

Fig.8 Effect of zinc ion concentration on texture properties of duck egg white protein gel

由图8可知，凝胶硬度随锌离子浓度增加而逐渐缓慢降低；锌离子浓度在0～0.01 mol/L时凝胶弹性显著提高，在0.02～0.03 mol/L之间快速降低，此后随着锌离子浓度增加而缓慢下降。这可能是由于锌离子与蛋白分子争夺水分，表面水膜被破坏，凝胶硬度与弹性降低[17-18]。

2.2.6 亚铁离子浓度对鸭蛋清蛋白凝胶特性的影响

图 9 亚铁离子浓度对鸭蛋清蛋白凝胶特性的影响

Fig.9 Effect of ferrous ion concentration on texture properties of duck egg white protein gel

由图9可知，凝胶硬度随亚铁离子浓度的增加而逐渐降低；0～0.03 mol/L之间对凝胶弹性的提高有较大促进作用，此后随着离子浓度的增加凝胶弹性显著降低，该作用机制尚待进一步研究。

3 结 论

本实验获得鸭蛋清蛋白凝胶形成最佳条件为：pH 8.0、温度80 ℃、蛋清蛋白质量分数12.0%，在此基础上探究了6 种金属离子对鸭蛋清蛋白凝胶的影响。钠离子和钙离子对鸭蛋清凝胶弹性的提高都有显著影响，且不同浓度均对凝胶弹性的提高有较大促进作用；钾离子在一定浓度范围内能促进鸭蛋清凝胶弹性的提高，当浓度过大时作用不显著；而镁离子、锌离子和亚铁离子都能在一定浓度范围内促进鸭蛋清凝胶弹性的提高，当浓度过大时反而有抑制作用。对鸭蛋清凝胶硬度增大有显著影响的为镁离子，其浓度在0～0.03 mol/L之间随着离子浓度增加凝胶硬度也快速上升，此后离子浓度增大对凝胶硬度影响不再显著；钾离子浓度变化对鸭蛋清凝胶硬度无显著影响；钠离子和钙离子在一定浓度范围内对鸭蛋清凝胶硬度均有促进作用，但浓度过大促进作用不再明显；锌离子和亚铁离子随着浓度的增加对鸭蛋清凝胶的硬度有抑制作用。本实验可为鸭蛋清蛋白凝胶在食品工业中的应用提供实验依据，对鸭蛋清产业化利用具有一定的指导和应用价值。

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