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从热处理改性发酵中看蛋清蛋白质的性质 1 蛋白质聚集行为的研究 与蛋白质相关的食品系统的作用主要包括：杀菌、改善功能性质、缩短反应因子等。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。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。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)。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。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, 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。 2 热处理对蛋清蛋白凝胶特性和理化性质的影响 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行热处理, 是蛋粉加工中广泛采用的改性技术。 George N与Tong等研究发现, 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α-螺旋, β-折叠, β-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 (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稳定性。Iesel与Talansier等[16,17,18,19,20,21]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。Matsudomi等研究发现, 在热处理过程中, 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。 Kato等[16,24,25,26,27,28]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 热诱导凝胶及聚集体 对蛋清蛋白质热聚集行为的研究主要集中在离子强度、p H、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。Hegg等最早研究了SDS、p H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p H、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