不同碱液对鸡蛋清凝胶特性的影响研究

叶 阳，王 洋，王凌云

(四川理工学院生物工程学院，四川自贡643000)

鸡蛋清的氨基酸组成与人体的氨基酸组成非常接近，是食品中理想的蛋白质。它具有良好的凝胶性、保水性、起泡性等功能性质，被广泛应用于肉制品、鱼糜制品、面制品等食品加工中［1］。鲜鸡蛋加工成皮蛋起主要作用的主要是碱。皮蛋在我国已有几百年的加工历史，具有味美醇香、清凉爽口、久吃不腻的特点，是一种色、香、味、营养俱全的蛋类产品，深受国内外消费者青睐［2］。在传统的皮蛋制作过程中，料液中的生石灰和纯碱生成的氢氧化钠通过蛋壳及蛋壳膜向蛋内渗透是形成蛋清凝胶的主要因素。凝胶的形成不仅可以改进食品形态和质地，而且在提高食品的持水力、增稠等方面有诸多应用［3］。然而这种加工方法耗时较长，一般30d以上，侯大军和李洪军［4］直接采用 NaOH、Na2CO3、NaHCO3等处理鸭蛋制作风味皮蛋，最佳腌制时间为5d，加工周期大大缩短。虽然皮蛋的加工方法不断改进与提高，但其加工原理基本相同，都是鲜蛋在不同浓度的碱液中使蛋白蛋黄凝固。但是，由于蛋壳易破碎不易运输，鸡蛋在浸泡过程中易出现压损，碱液在鸡蛋中的渗透不均匀等原因，将皮蛋蛋白凝胶直接应用于食品工业十分不便。因此，食用碱对蛋清凝胶性质的影响研究是科学利用蛋清及开发高附加值产品的前提和关键科学问题，也可以为皮蛋风味肠的制作提供理论依据。然而到目前为止，碱液直接对蛋清凝胶特性影响的较为系统的研究仍少见报道，故本文比较系统地研究了食品工业中几种常见的碱对蛋清凝胶特性的影响。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

鲜鸡蛋 市售;NaOH、KOH、Na2CO3均为分析纯。

TA.XT.Plus物性测试仪 Stable Micro Systems(UK);YQ-Z-48B白度测定仪 杭州轻通仪器开发公司;TGL-16G台式离心机 上海安亭科学仪器厂;PHS-2C精密pH计 上海虹益仪器仪表有限公司;HH-S4数显恒温水浴锅、78HW-1型恒温磁力搅拌器 金坛市医疗仪器厂。

1.2 实验方法

1.2.1 蛋清的分离［5］将鲜鸡蛋的蛋清手工分离，用磁力搅拌器搅拌至分散均匀，静置2h后弃除底层脐带等杂质，置于4℃冰箱待用。

1.2.2 蛋清溶胶的制备及pH的测定 按表1分别配制不同浓度的NaOH、KOH和Na2CO3的溶液，将此溶液与分离得到的蛋清2∶8(V∶V)用磁力搅拌器搅拌均匀，制成蛋清溶胶并用精密 pH计直接测定其p H。

表1 不同浓度的NaOH、KOH和Na2 CO3的蛋清溶胶配制表Table 1 Preparation of different concentration of NaOH，KOH and Na2 CO3 egg white sol

1.2.3 凝胶的制备［6］将 35mL蛋清溶胶置于100mL烧杯中，保鲜膜封口，95℃水浴加热20min，4℃水浴冷却1h，置于4℃冰箱过夜后取出备用。

1.2.4 凝胶强度及破裂强度的测定 用TA.XT.Plus物性测试仪进行凝胶强度及破裂强度的测定，参考Chin等［7］的方法并略作修改。测定前将鸡蛋蛋清凝胶在室温(22±2)℃放置30min，然后将待测样品连同烧杯置于平台上固定好，参数如下:探头型号选择P/0.5，测前速度、测试速度和测后速度均为1mm/s，触发力为5g。下压距离为4mm的最大力量为凝胶强度，下压至10mm的最大力量为破裂强度。

1.2.5 凝胶白度及透明度测定 将凝胶切成(10×10×4)mm的小块，采用白度测定仪测定。白度采用R457光学系统，光谱功率分布的峰值波长为457nm，半波宽44nm。标准白板白度为76.3。透明度采用Ry光学系统，以Ry=84%的白板为背衬，测定样品r值;以黑阱为背衬，测定样品r0值，然后按透明度键，显示值即为透明度。

1.2.6 凝胶持水性测定 凝胶持水性(water holding capacity，WHC)参考 Kocher等［8］的方法并略作修改。将采用1.2.3方法制备的蛋清凝胶从冰箱中取出，测量前在室温(22±2)℃放置30min。取3g不同的凝胶样品加入离心管中，12000r/min离心15min，去除离心出的水分，称量凝胶质量。按下式计算凝胶持水性。

式中:m1为离心后凝胶质量;m0为离心管质量;m2为离心前凝胶质量。

2 结果与分析

2.1 碱对鸡蛋清溶胶p H的影响

由图1可知，3种碱液变化规律相似，随着碱浓度的升高，溶胶的p H逐步提高。NaOH和KOH在其浓度相同时蛋清溶胶的 pH基本一致，浓度为0.1mol/L时，蛋清溶胶的p H由最初的9.16上升至12.0左右，上升约31.4%。Na2CO3对蛋清溶胶的p H影响较小，浓度达0.1mol/L时其pH为10.31，只上升了12.6%。根据罗赋毅等［9］的报道，皮蛋在整个腌制过程中，其pH一般在11以下。因此，NaOH和KOH在浓度≤0.04mol/L，Na2CO3在浓度≤0.1mol/L时，均满足此要求。

图1 三种碱液浓度对鸡蛋清溶胶pH的影响Fig.1 Effect of 3 kinds of alkali concentration on pH of hen egg white sol

2.2 碱对鸡蛋清凝胶强度的影响

离子强度增加，通常凝胶强度减小，原因是抑制了蛋白质的相互作用［10］。由图2可知，3种碱液变化规律基本相似，随着碱浓度的升高，蛋清凝胶强度逐步降低。NaOH和KOH在其浓度相同时蛋清凝胶强度基本一致，浓度为0.1mol/L时，蛋清凝胶强度由最初的 156.2g分别下降至 49.1g和 56.8g，下降了68.6%和63.6%。Na2CO3对蛋清凝胶强度影响较小，浓度达0.1mol/L时其凝胶强度为89.1g，只下降了42.9%。而Na2CO3浓度为0.02mol/L时，蛋清凝胶强度有微弱上升，为163.6g。这可能是由于此时p H较低，低浓度Na2CO3的异种电荷离子中和了蛋白质的电荷，从而使蛋白疏水作用和二硫键作用增大，有利于蛋白质的结构稳定［11］。碱对蛋清凝胶强度的影响与溶胶的p H有一定的相关性，当满足p H＜11时(皮蛋的 p H)，即 NaOH和 KOH浓度≤0.04mol/L，Na2CO3浓度≤0.1mol/L时，不同碱浓度的蛋清凝胶强度在70g以上。pH过高，对蛋清的凝胶强度有不利影响。

图2 三种碱液浓度对鸡蛋清凝胶强度的影响Fig.2 Effect of 3 kinds of alkali concentration on strength of hen egg white gel

2.3 碱对鸡蛋清凝胶破裂强度的影响

由图3可知，在Na2CO3浓度＜0.04mol/L时，蛋清凝胶的破裂强度随着碱浓度的增加而升高;Na2CO3浓度为0.04mol/L时凝胶的破裂强度最大，为428.8g;之后破裂强度有所下降。而 NaOH和KOH在浓度为0.02mol/L时，蛋清凝胶破裂强度达最大，分别为300.4g和301.3g，当浓度 ＞0.02mol/L时，凝胶破裂强度下降。这可能是由于蛋清凝胶的破裂强度同时受到pH和离子强度的影响。当凝胶的破裂强度达到最大值时，NaOH、KOH和Na2CO3的蛋清溶胶的pH在10.08±0.05，少量碱的加入中和了部分蛋白质电荷，较低的pH和离子强度共同作用使蛋白分子间的静电排斥作用减小，有利于蛋白质分子间的疏水相互作用，凝胶不易破裂;而较高的pH和离子强度使得蛋白质分子伸展、解离，不利于蛋白质结构的稳定［11］，蛋清凝胶破裂强度下降。总的来说，不同浓度Na2CO3的加入，使得蛋清凝胶的破裂强度与对照相比有了不同程度的提高;而NaOH只有在浓度为0.02、0.04mol/L时和 KOH在浓度为0.02、0.04、0.06mol/L时破裂强度才稍有提高。这与蛋清凝胶的p H有关。当NaOH和KOH在浓度≤0.04mol/L，Na2CO3在浓度≤0.1mol/L 时，p H ＜11，而皮蛋在整个腌制过程中，其pH一般也在11以下［9］。这说明p H过高对蛋清凝胶的破裂强度有不利影响。

图3 三种碱液浓度对鸡蛋清凝胶破裂强度的影响Fig.3 Effect of 3 kinds of alkali concentration on rupture strength of hen egg white gel

2.4 碱对鸡蛋清凝胶白度的影响

由图4可知，3种碱液变化规律基本相似，随着碱浓度的升高，蛋清凝胶白度逐渐降低。究其原因，说明NaOH、KOH和Na2CO33种碱液的加入，蛋白质分子内的离子基团产生强静电排斥，部分埋藏在蛋白质分子内的羧基、酚羟基和巯基离子化，促使蛋白质分子伸展和溶胀而发生变性［11］。蛋白质变性程度与碱液的浓度呈正相关，变性后的蛋清凝胶具备了皮蛋蛋白的风味和特征，影响了蛋清凝胶的白度。

图4 三种碱液浓度对鸡蛋清凝胶白度的影响Fig.4 Effect of 3 kinds of alkali concentration on whiteness of hen egg white gel

2.5 碱对鸡蛋清凝胶透明度的影响

蛋清凝胶透明度一般同时受到pH和离子强度的影响。这些因素的影响作用原因在于:热变性后的卵清蛋白的构象与天然卵白蛋白的构象相似，在接近等电点pH或高离子强度条件下，变性的蛋白质分子通过分子间的疏水相互作用随机聚集;而在远离等电点的pH和低离子强度时，蛋白质分子间的静电斥力妨碍了随机聚集的发生，从而导致有序的线性聚集体形成［12］。实验结果表明(图5)，不同浓度的碱液对蛋清凝胶的透明度的影响有一定的规律，呈现先上升后下降的趋势。当 NaOH、KOH和Na2CO3浓度分别为 0.02、0.04、0.04mol/L 时，透明度达到最大，为66.7%、64.7%和61.4%。这可能是因为鸡蛋蛋清中各蛋白质的等电点基本在3.9～6.0，而少量碱的加入，使得蛋清凝胶的pH远离其等电点，蛋白质分子可以形成线性聚集体，蛋清凝胶的透明度有所上升;而随着碱的继续加入，离子强度升高，蛋白分子间随机聚集，反而降低了蛋清凝胶的透明度。然而，Na2CO3的添加对改善凝胶的透明度影响较小，推测原因可能是低浓度Na2CO3的添加使得蛋清凝胶的pH较同等浓度NaOH和KOH的要低(图1)，而高浓度Na2CO3的添加使其离子强度升高，p H和离子强度共同作用使得Na2CO3的添加对蛋清凝胶透明度的影响较小。

图5 三种碱液浓度对鸡蛋清凝胶透明度的影响Fig.5 Effect of 3 kinds of alkali concentration on transparency of hen egg white gel

2.6 碱对鸡蛋清凝胶持水性的影响

pH会影响蛋白质分子的离子化作用和净电荷值，从而影响蛋白分子间的吸引力和排斥力以及蛋白分子与水分子的结合能力，改变凝胶的持水性［13］。由图6可知，3种碱液变化规律基本相似，随着碱浓度的增加，蛋清凝胶的持水性逐渐升高(与对照相比)。在同一浓度下添加Na2CO3制得的蛋清凝胶持水性比添加NaOH和KOH的要低。当碱浓度＜0.04mol/L时，蛋清凝胶持水性显著上升。这可能是因为蛋清在不加入碱的情况下，蛋白质分子间随机聚集;加入碱后，线性聚集与随机聚集同时存在，线性聚集体之间相互作用形成网状结构，随机聚集体分散其中，增大了蛋清凝胶的持水性［12］。当NaOH添加量在 0.06～0.10mol/L，KOH添加量为 0.06～0.10mol/L，Na2CO3添加量为0.04～0.1mol/L 时，蛋清凝胶持水性均无显著变化(p＞0.05)。

3 结论

图6 三种碱液浓度对鸡蛋清凝胶持水性的影响Fig.6 Effect of 3 kinds of alkali concentration on WHC of hen egg white gel

随着碱浓度的升高，蛋清溶胶的pH逐步提高，凝胶强度降低，凝胶破裂强度先上升后下降，白度下降且不同碱液影响趋势一致，透明度先上升后下降，持水性升高。然而不同浓度碱液对鸡蛋清凝胶特性的影响程度不同。当NaOH和KOH在浓度≤0.04mol/L，Na2CO3在浓度≤0.1mol/L 时，p H ＜11，凝胶强度在70g以上，破裂强度增大，最大值分别为300.4、301.3、428.8g，当 NaOH、KOH 和 Na2CO3浓度分别为0.02、0.04、0.04mol/L时，透明度达到最大，为66.7%、64.7%和61.4%。

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