糖基化卵清蛋白的凝膠性與凝膠穩定性

胥 偉，遲玉杰*，孫 強

(東北農業大學食品學院，黑龍江 哈爾濱 150030)

糖基化卵清蛋白的凝膠性與凝膠穩定性

胥 偉，遲玉杰*，孫 強

(東北農業大學食品學院，黑龍江 哈爾濱 150030)

以卵清蛋白為對照，以糖基化卵清蛋白為研究對象，研究二者所成凝膠在貯藏期間質構、持水性以及微觀結構的變化。結果表明：糖基化卵清蛋白的凝膠硬度、彈性、凝聚性與持水性比卵清蛋白高146%、7%、24%和61%。4℃條件下貯藏180d時，糖基化卵清蛋白的凝膠硬度與凝聚性均降低2%，凝膠彈性與持水性增加1.3%、0.6%，卵清蛋白的凝膠硬度降低9%，凝膠彈性、凝聚性與持水性增加0.6%、3%和5.2%。在500倍掃描電子顯微鏡(SEM)下觀察，糖基化卵清蛋白所成凝膠的結構較緊密、均勻，且隨貯藏時間的延長無明顯變化，而卵清蛋白所成凝膠的間隙較大，隨貯藏時間的延長其空間結構變得更加疏松。研究結果證明，糖基化可以明顯提高卵清蛋白的凝膠性與凝膠穩定性。

卵清蛋白；糖基化；凝膠性；凝膠結構

卵清蛋白因具有多種功能性質，如凝膠性、起泡性等，而成為食品工業中重要的成分配料[1]，其中，凝膠性多用于魚糜制品、肉制品中[2]。為提高卵清蛋白的凝膠性，降低生產成本，國內外采用多種方法對卵清蛋白進行改性[3-5]，其中，糖基化反應被證實是一種較為實用、有效的方法[6-8]，此反應使卵清蛋白與糖以共價鍵結合，不需要催化劑，僅加熱就可自發進行，具有成本低、可控性強等優點。

在生產加工過程中，卵清蛋白需在一定條件下貯藏備用，關于貯藏期間卵清蛋白凝膠性的變化情況前人已有報道，研究表明，卵清蛋白的凝膠性隨貯藏期的延長明顯降低[9-10]，但是經糖基化改性后，卵清蛋白在貯藏期間凝膠性的變化目前國內外還未見研究，因此，本研究對貯藏期間糖基化卵清蛋白的凝膠質構、持水能力以及微觀結構的變化進行分析，以期為糖基化技術在卵清蛋白加工中的廣泛應用提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

卵清蛋白 大連韓偉食品有限公司；D-阿洛酮糖上海安譜科學儀器有限公司；KI、Na2HPO4、NaH2PO4、乙醇均為分析純 國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

SHD型恒溫恒濕實驗箱 上海一實儀器設備廠；FDU-1100冷凍干燥機 日本Eyela公司；PHS-3C型酸度計 上海精密儀器有限公司； TA-XTplus2質構儀 英國SMS公司；LD4-2A離心機 北京醫用離心機廠；S-3400N掃描電子顯微鏡、E-1010(Giko)型離子濺射鍍膜儀 日本日立公司。

1.3 方法

1.3.1 糖基化卵清蛋白的制備

參照Sun Yuanxia等[11]的方法并稍作改動，將卵清蛋白與D-阿洛酮糖按質量比100:8混合、溶解，經冷凍干燥制得卵清蛋白-阿洛酮糖混合粉，然后將混合粉置于含有飽和KI溶液(相對濕度65%)的封閉容器中，55℃條件下反應48h，即得糖基化卵清蛋白。

1.3.2 貯藏實驗與凝膠的制備

由于溫度對糖基化卵清蛋白的色澤有較大影響[11]，所以將卵清蛋白與糖基化卵清蛋白于4℃條件下貯藏，貯藏期為180d，每間隔30d取樣用于凝膠的制備，每組設5個平行樣，取樣后將蛋白樣品配制成質量濃度為10g/100mL的溶液，用0.1mmol/L NaOH或0.1mmol/L HCl調pH值至7.0，取20mL溶液放入直徑32mm容積25mL的燒杯中，用保鮮膜封口，90℃條件下水浴20min，取出后快速冷卻，在4℃條件下靜置24h待測[8]。

1.3.3 凝膠性的測定

用質構儀在25℃條件下測定蛋白的凝膠性。質構儀操作條件：采用P0.5探頭，測試前速率：5.0mm/s；測試速率：2.0mm/s；測試后速率：2.0mm/s。下壓凝膠10mm所需力定義為凝膠硬度；凝聚性為第2次壓縮的面積與第1次壓縮的面積之比；彈性為第2次測得的壓縮高度與第1次壓縮高度的比值[12]。

1.3.4 凝膠持水性的測定

取一定質量(m1，g)的凝膠，切成大小均一的小粒，4000r/min離心10min，取出凝膠后用濾紙將表面水分吸干、稱質量(m2，g)，凝膠持水性按照下列公式計算[3]。

1.4 掃描電子顯微鏡(SEM)分析

參照蘆鑫等[13]的方法并稍作改動，取待測凝膠樣品，切成約2mm×5mm的小條，用質量濃度2.5g/100mL pH6.8的戊二醛浸泡過夜，再用0.1mol/L磷酸緩沖液(pH6.8)洗滌3次，每次10min。

然后分別用體積分數為60%、70%、80%、90%、100%的乙醇溶液進行脫水，每次15min。倒掉乙醇溶液，用叔丁醇浸泡樣品。真空干燥后，將凝膠樣品觀察面向上黏貼在掃描電子顯微鏡樣品臺上，用E-1010(Giko)型離子濺射鍍膜儀進行離子濺射噴金，將處理好的樣品放入樣品盒中待檢。

1.5 數據處理

采用SPSS 17.0中的Duncan,s multiple range test對實驗結果進行分析[14]，顯著性水平為α＝0.05，平行樣本數為5，實驗結果為±s。

2 結果與分析

2.1 糖基化對卵清蛋白凝膠硬度的影響

圖1 卵清蛋白凝膠硬度隨時間的變化Fig.1 Hardness change of EWP and GWP gels with storage time

由圖1可知，糖基化反應使卵清蛋白的凝膠硬度提高了1.5倍，4℃條件下貯藏90d，卵清蛋白與糖基化卵清蛋白的凝膠硬度都達到最大值，分別為414.428g和867.843g，此時卵清蛋白的凝膠硬度與貯藏初期相比差異性顯著(P＜0.05)，而糖基化卵清蛋白的凝膠硬度與貯藏初期相比，無顯著性變化(P＞0.05)。4℃條件下貯藏180d時，卵清蛋白的凝膠硬度較貯藏初期下降9%，而糖基化卵清蛋白的凝膠硬度較貯藏初期僅下降2%，并且在貯藏期間糖基化卵清蛋白的凝膠硬度始終高于卵清蛋白。前人研究表明，糖基化反應改變了卵清蛋白的電荷、溶劑化程度與二級結構，尤其是糖基化反應增加了蛋白的表面巰基數，而蛋白表面巰基數是影響凝膠硬度的重要因素，Handa[15]、Margoshes[16]等發現卵清蛋白表面巰基數與凝膠硬度成正相關(r＝0.97)，表面巰基數增加易于卵清蛋白分子之間以二硫鍵結合從而增大其凝膠硬度。

2.2 糖基化對卵清蛋白凝膠彈性的影響

由圖2可知，糖基化使卵清蛋白的凝膠彈性增加了7%，貯藏期間糖基化卵清蛋白的凝膠彈性始終高于卵清蛋白。4℃條件下貯藏180d時，二者的凝膠彈性較貯藏初期均未發生明顯變化(P＞0.05)，此時，糖基化卵清蛋白的凝膠彈性較貯藏初期增加1.3%，卵清蛋白的凝膠彈性較貯藏初期增加0.6%，糖基化卵清蛋白的凝膠彈性是卵清蛋白的1.1倍。

圖2 卵清蛋白凝膠彈性隨時間的變化Fig.2 Springiness change of EWP and GWP gels with storage time

圖3 卵清蛋白凝膠凝聚性隨時間的變化Fig.3 Cohesiveness change of EWP and GWP gels with storage time

2.3 糖基化對卵清蛋白凝膠凝聚性的影響由圖3可知，糖基化使卵清蛋白的凝膠凝聚性增加了24%，貯藏期間糖基化卵清蛋白的凝膠凝聚性始終高于卵清蛋白，隨貯藏時間的延長，糖基化卵清蛋白的凝膠凝聚性呈波浪式變化。4℃條件下貯藏180d時，糖基化卵清蛋白的凝膠凝聚性下降2%，卵清蛋白的凝膠凝聚性增加3%，此時，糖基化卵清蛋白的凝膠凝聚性是卵清蛋白的1.2倍。

2.4 糖基化對卵清蛋白凝膠持水性隨時間的影響

由圖4可知，糖基化使卵清蛋白的凝膠持水性增加了61%。貯藏期間糖基化卵清蛋白的凝膠持水性始終高于卵清蛋白，并且隨貯藏時間的延長無明顯變化，而卵清蛋白的凝膠持水性隨貯藏時間的延長呈波浪式變化。4℃條件下貯藏180d時，糖基化卵清蛋白的凝膠持水性增加0.6%，卵清蛋白的凝膠持水性增加5.2%，糖基化卵清蛋白的凝膠持水性是卵清蛋白的1.5倍。

部分研究[16-18]表明，糖基化反應使卵清蛋白的二、三級結構與分子柔性均發生了明顯變化，這些變化是造成蛋白在改性前后凝膠性差異的主要原因，蛋白凝膠的硬度、彈性、凝聚性、持水性與蛋白分子表面巰基數和總巰基數之間存在密切聯系，糖基化使卵清蛋白的表面巰基數與β-折疊的含量增加，總巰基數與α-螺旋的含量降低，這一系列的變化有利于蛋白分子在加熱時形成結構均勻、質地緊密的凝膠，同時，卵清蛋白凝膠的硬度、彈性與持水性之間也存在密切聯系，硬度較高，彈性較強的凝膠持水性較好[17]，本研究結果與前人所得結論一致。此外，糖基化反應使卵清蛋白的結構穩定性增強[17]，這可能是糖基化卵清蛋白的凝膠性受貯藏時間影響較小的主要原因。

2.5 蛋白凝膠的微觀結構觀察

圖5 蛋白凝膠SEM圖 (×500)Fig.5 SEM images of EWP and GWP gels stored for 0 d and 180 d(×500)

由圖5可知，卵清蛋白與糖基化卵清蛋白凝膠的空間網絡結構之間存在明顯差異，卵清蛋白所成凝膠的間隙較大，分布較松散，而糖基化卵清蛋白所成凝膠較透明，凝膠間隙較小且均勻。已有研究[17-18]表明，透明的蛋白凝膠具有良好的硬度與彈性，糖基化使蛋白分子與糖共價結合后，通過疏水基團增加蛋白分子間斥力，進而改變蛋白所成凝膠的透明度與網絡結構，凝膠網絡結構越致密、均勻，其凝膠性越好。4℃條件下貯藏180d后，卵清蛋白所成凝膠的間隙變大，質地變疏松；而糖基化卵清蛋白所成凝膠結構變化很小，這說明卵清蛋白所成凝膠的結構受貯藏時間的影響較大，經糖基化改性后，卵清蛋白的凝膠穩定性增強，關于糖基化提高卵清蛋白凝膠穩定性的具體原因有待于進一步研究。

3 結 論

3.1 糖基化使卵清蛋白的凝膠硬度、彈性、凝聚性與持水性分別較未改性的提高了146%、7%、24%和61%。4℃條件下貯藏180d時，糖基化卵清蛋白的凝膠硬度與凝聚性均降低2%，凝膠彈性與持水性增加1.3%、0.6%，卵清蛋白的凝膠性受貯藏時間的影響較大，且貯藏期間糖基化卵清蛋白的凝膠性始終優于卵清蛋白。

3.2 糖基化卵清蛋白所成凝膠的空間網絡結構較緊密、均勻，且隨貯藏時間的延長變化較小。

3.3 糖基化即可提高卵清蛋白的凝膠性，又可提高卵清蛋白的凝膠穩定性。

[1] CLAUDIA A, ALLEONI C. Albumen protein and functional properties of gelation and foaming[J]. Sci Agric, 2006, 63(3): 291-298.

[2] MINE Y. Recent advances in the understanding of egg white protein functionality[J]. Trends in Food Science and Technology, 1995, 6(7):225-231.

[3] 于濱, 遲玉杰. 糖基化改善蛋清蛋白功能性的研究[J]. 中國家禽,2009, 31(7): 15-18.

[4] OLIVER C M, MELTON L D, STANLEY R A. Glycation of caseinate by fructose and fructo-oligosaccharides during controlled heat treatment in the ‘dry’ state[J]. Journal of the Science of Food and Agriculture,2006, 86: 722-731.

[5] KATO A. Industrial applications of Maillard-type protein-polysaccharide conjugates[J]. Food Science and Technology Research, 2002, 8(3):193-199.

[6] HANDA A, KURODA N. Functional improvements in dried egg white through the Maillard reaction[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 1999, 47: 1845-1850.

[7] AL-HAKKAK J, AL-HAKKAK F. Functional egg white-pectin conjugates prepared by controlled Maillard reaction[J]. Journal of Food Engineering, 2010, 100: 152-159.

[8] 王玉堃, 楊嚴俊. 干熱提高蛋清粉凝膠性過程中美拉德反應的研究[J]. 食品與機械, 2010, 26(5): 39-43.

[9] LUCISANO M, HIDALGO A, COMELLI E M, et al. Evolution of chemical and physical albumen characteristics during the storage of shell eggs[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 1996, 44: 1235-1240.

[10] HAMMERSHOJ M, LARSEN L B, ANDERSEN A B, et al. Storage of shell eggs influences the albumen gelling properties[J]. Lebensmittel-Wissenschaft und-Technologie, 2002, 35(1): 62-69.

[11] SUN Yuanxia, HAYAKAWA S, IZUMORI K. Modification of ovalbumin with a rare ketohexose through the Maillard reaction: effect on protein structure and gel properties[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2004, 52: 1293-1299.

[12] 李俐鑫, 遲玉杰, 孫波. 蛋清蛋白質凝膠質構特性的研究[J]. 食品工業科技, 2007, 28(8): 57-63.

[13] 蘆鑫, 程永強, 李里特. 全子葉豆腐凝膠性質研究[J]. 農業機械學報,2010, 41(9): 128-132.

[14] 羅應婷, 楊鈺娟. SPSS統計分析從基礎到實踐[M]. 2版. 北京: 電子工業出版社, 2010: 164-169.

[15] HANDA A, HAYASHI K, SHIDARA H, et al. Correlation of the protein structure and gelling properties in dried egg white products[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2001, 40: 3957-3964.

[16] MARGOSHES B A. Correlation of protein sulfhydryls with the strength of heat-formed egg white gels[J]. Journal of Food Science, 1990, 55(6):1753-1756.

[17] IMPERIALI B, O, CONNOR S E. Effect of N-linked glycosylation on glycopeptide and glycoprotein structure[J]. Current Opinion in Chemical Biology, 1999, 3: 643-649.

[18] 車永真. 高凝膠性蛋清粉的研究[D]. 無錫: 江南大學, 2008.

Gelling Properties and Stability of Glycated Egg White Protein

XU Wei，CHI Yu-jie*，SUN Qiang
(College of Food Science, Northeast Agricultural University, Harbin 150030, China)

The changes of texture, water-holding capacity and microstructure of native (EWP) and glycated (GWP) egg white proteins during storage were comparatively studied. The results showed that glycation resulted in an increase in the hardness,elasticity, cohesiveness, water-holding capacity of egg white proteins by 146%, 7%, 24% and 61% respectively. After storage at 4 ℃ for 180 days, both the gel hardness and cohesiveness of GWP decreased by 2%, and the springiness and water holding capacity of GWP increased by 1.3% and 0.6%, while the gel hardness of EWP decreased by 9%, and the springiness, cohesiveness and water-holding capacity of EWP increased by 0.6%, 3% and 5.2% respectively. A compact and more uniform network with constant stability in the course of storage was observed in GWP gels under SEM (×500 ), while gaps in EWP gel network were larger and the gel texture became looser with increasing storage time. These findings demonstrate that glycation is an effective method to improve the gelling properties and stability of EWP.

egg white proteins；glycation；gelling properties；gel structure

S879.3

A

1002-6630(2012)15-0015-04

2011-06-23

國家自然科學基金項目(30871954)

胥偉(1985—)，男，博士研究生，主要從事農產品深加工研究。E-mail：xuwei1216@163.com

*通信作者：遲玉杰(1963—)，女，教授，博士，主要從事食品化學及農產品加工研究。E-mail：yjchi@126.com