蛋清蛋白（EWP）具有优异的热凝胶性，其凝胶类食品因水分高、热量低、口感好等诸多优势饱受欢迎，EWP的凝胶性能主要取决于其在凝胶过程中蛋白分子的展开程度。寻求到合理的改性手段与加工思路确保蛋白分子的展开程度，改变凝胶化时分子间的相互作用，对保证EWP凝胶特性至关重要。综合考虑食品天然性、环保性、反应条件、技术成本以及技术成熟度等方面，本实验选取物理方法实现对EWP的改性。

　　预热可以作为改善蛋白质结构和凝胶性的手段，在蛋白质的开发与利用上具有广阔的应用前景。然而，蛋白质凝胶化通常依赖于复杂的分子结构变化，单一的物理方法可能无法充分调节这些结构变化，无法满足特定行业需求或未能达到预期的应用效果，因此进一步探究外源添加物对蛋白凝胶特性的影响尤为重要。淀粉、胶体、脂类、矿物质盐类等均可作为外源添加物应用于凝胶类食品生产加工中，选择淀粉原因不仅在于其优异的生物相容性和低成本已在许多领域得到广泛应用，更在于其与蛋白质相互作用形成的凝胶具有更优的凝胶特性。可溶性淀粉（SS）可在较低温度下与水分子发生更强的相互作用，易于溶解；同时其具有较好的热稳定性，在水中加热时，容易膨胀并形成具有黏性的半透明凝胶或胶体溶液，而不是黏稠的糊状物，该特性使其作为增稠剂、胶凝剂时不会影响产品的口感和味道，因此研究开发SS应用领域具有积极意义。

　　东北农业大学食品学院的刘晴、金玉昌、马艳秋*等实验通过测定凝胶质构、持水性、水分分布、表面疏水性、游离巯基含量、还原性和非还原性十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳（SDS-PAGE）、不同变性剂下凝胶强度、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、Zeta电位、粒径的变化，探究不同时间预热（55 ℃）处理以及添加SS（1.5%）对EWP凝胶特性的影响，以期为提高蛋清类产品的凝胶性能奠定基础。

　　硬度是描述凝胶性的重要参数，可以直接反映EWP形成凝胶的能力。硬度越大表明样品的稳定性更高，形成的凝胶网状结构更牢固；咀嚼性表示将固体样品咀嚼至可吞咽状态所需要的能量；弹性反映了样品在受到完全压缩后恢复到原始形状的能力；内聚性则与样品保持整体网络结构的能力有关。

　　根据表1可知，凝胶硬度随预热时间延长而升高，30 min时硬度提高7.06%（P＜0.05），对咀嚼性影响不大。说明预热处理可以促进EWP聚集，并促使其在凝胶体系形成更加致密均匀的三维网络结构。在此基础上，进一步提高预热处理时间对蛋白分子内的活性基团（如游离巯基）的影响，使其在凝胶形成过程中更易形成二硫键，从而提高凝胶硬度。EWP凝胶的弹性在预热30 min时提高4.21%（P＜0.05），达到最大值，内聚性基本保持不变。说明预热有助于促进EWP分子间的相互作用，使凝胶弹性增加，同时EWP分子间相互作用力的平衡未被破坏，内聚性没有明显变化。

　　预热35 min后加入SS，凝胶硬度和咀嚼性相比于EWP 0 min组显著升高，分别提高18.77%和11.79%（P＜0.05）。说明SS可以作为凝胶网络中的填充物，有助于凝胶的形成和硬度的增加。预热处理后加入SS可以与EWP更好地相互作用，且溶液黏度增加，凝胶网络的密度和稳定性增强，使得EWP凝胶更加结实和坚硬，咀嚼性有大幅度提升。但是过长的预热时间会造成凝胶变的脆弱，反而会使咀嚼性发生下降的趋势。预热后添加SS对EWP凝胶的弹性和内聚性影响较小，说明SS的加入未破坏凝胶整体网络结构。

　　持水性指蛋白质被加热形成三维网络凝胶结构后保持水分的能力，是评价EWP凝胶性的重要指标，持水性越高说明凝胶体系保持水的能力越好。从图1可以看出，随着预热时间的延长，EWP凝胶体系持水性略微升高，说明热处理会提高体系持水性，这与Resendiz-Vazquez等的研究结果一致。说明预热处理使EWP分子暴露出内部亲水基团，增强了其与水的结合能力，从而轻微升高EWP持水性。加入SS后，凝胶体系持水性整体升高明显。预热25 min后加入SS的EWP凝胶持水性最强，相比EWP 0 min组提高5.38%（P＜0.05），预热时间延长至35 min后凝胶持水性轻微降低，此时相对EWP 0 min组提高4.84%（P＜0.05）。一方面，这是由于SS加入到蛋清中，形成胶体状物质，增加溶液黏度，从而与EWP的相互作用增强，使蛋白分子更容易发生聚集，形成的凝胶三维网络结构更加紧密，提高体系持水性；另一方面，SS利用“充填效应”，糊化时其与蛋清中的水分结合，充分吸水，一部分水分被困在SS颗粒中，导致水分流失减少。

　　基于低场核磁共振技术的横向弛豫时间（T2）可反映凝胶体系中水分迁移和水分分布的情况。其中T21（0～10 ms）代表结合水，表示与凝胶网络结合最紧密的水，主要通过化学作用力与蛋白分子结合，T22（10～100 ms）代表不易流动水，表示与分子适度结合的水，被束缚在凝胶结构内部，T23（＞100 ms）代表自由水，存在于细胞外，流动性最强且容易流失的水。不同预热时间下添加SS对EWP凝胶横向弛豫时间T2的影响如图2所示。

　　根据图2A所示的T2变化可以看出，随着预热时间的延长，EWP凝胶体系T22峰值呈现先升高后下降的趋势，但T23向左移动且峰面积明显减小，说明EWP预热后形成的凝胶体系中，自由流动水之间形成了氢键，流动性降低且更多的自由水被束缚在凝胶网络结构中，使其含量减少，转化为结合水和不易流动水。由图2B可知，预热后添加SS均比未预热直接添加SS的T22峰强度大，说明不易流动水含量增加，30 min时达到最大值。与未加入SS相比，加入SS后，T22峰变宽，T23峰整体向左移动更显著，弛豫时间更短，说明凝胶体系中水分流动性更弱，水分能与凝胶网络结合得更紧密，不易流失，这与持水性的结果一致。

　　表面疏水性是评估蛋白质结构变化的一个关键指标，可以通过表面疏水性的变化判断蛋白质分子表面疏水残基的数量及蛋白的聚集情况。表面疏水性的升高会使亲水基团数量与之作用而减少，从而增加蛋白分子间的碰撞缠绕机会，结合形成蛋白聚集体。如图3所示，相比未预热EWP组，预热处理30 min可以使EWP表面疏水性明显提高35.17%（P＜0.05）。这与张斌报道的蛋白溶液热凝胶过程中表面疏水性的变化结果一致。这是由于疏水基团通常埋藏在蛋白质分子内部，加热使EWP分子结构展开，暴露出一些原本包埋于分子内部的疏水性脂肪族氨基酸和芳香族氨基酸侧链基团。加入SS后，一方面在静电斥力的影响下，EWP分子暴露出更多的疏水性基团，一方面SS与EWP结合，改变蛋白质折叠状态，使蛋白头部展开，更多的疏水性基团暴露，相比EWP 0 min组，EWP 30 min-SS组表面疏水性提高36.83%（P＜0.05）。

　　游离巯基含量的变化在一定程度上可以表征蛋白质分子间作用力的变化。图4显示了不同预热时间下添加SS对EWP游离巯基含量的影响。随着预热时间的延长，游离巯基含量先升高后趋于平缓，30 min时游离巯基含量最高，相对于未预热EWP提高了37.00%（P＜0.05）。表明预热处理下，EWP分子发生重链解折叠或二硫键断裂，将原来包含于EWP分子内部的游离巯基暴露出来，导致游离巯基含量升高，这有助于形成凝胶期间产生二硫键。大部分二硫键断裂后生成的游离巯基会再次形成二硫键，因此有利于聚集体的生成。相比EWP 0 min组，在预热30 min后添加SS使体系内游离巯基的含量提高了52.79%（P＜0.05），表明添加SS使得EWP结构变化，更多的游离巯基暴露出来，EWP-SS混合物在热诱导形成凝胶的过程中形成二硫键的能力更强、凝胶质量更好。

　　在还原和非还原条件下使用SDS-PAGE已被应用于表征许多蛋白质的聚集过程，并进一步分析二硫键在其中发挥的作用。如图5所示，还原和非还原条件下的电泳结果存在较大差异。由非还原电泳图（图5B）可观察到，随着预热时间的延长，大分子蛋白条带颜色均有加深，说明预热会使EWP形成高分子质量蛋白质聚集体。添加SS后，SS与EWP相互结合，使高分子质量蛋白条带颜色整体变化更明显。在还原条件下，β-巯基乙醇的存在可以解离由二硫键交联的聚集体，使蛋白质完全还原为单体甚至亚基形式。由还原电泳图（图5A）可观察到，非还原电泳图中的大分子蛋白质条带大部分消失，这可能是由于大多数高分子质量聚集体发生解离，致使分离凝胶中存在不同分子质量的单体和聚集体。这些结果表明，二硫键在预热及添加SS诱导的EWP聚集过程中起主要作用，Ma Yanqiu等也报告了类似的结果。

　　不同的变性剂可使对应的蛋白分子间作用力发生断裂，从而影响凝胶的结构并显示出不同的凝胶性。0.6 mol/L NaCl可以屏蔽蛋白之间的离子键，1.5 mol/L尿素可以破坏稳定蛋白质结构的氢键使蛋白质结构展开，8 mol/L尿素能破坏蛋白的疏水相互作用，β-巯基乙醇能降低分子间及分子内二硫键的形成，SDS可有效抑制蛋白质聚集，破坏蛋白质分子间疏水相互作用和静电相互作用。不同变性剂下，不同处理组样品的凝胶强度见图6。

　　加入S1后，EWP凝胶强度未发生下降，这说明离子键对EWP凝胶的形成影响不大，其他作用力在凝胶的形成中都起着或多或少的作用。S4的加入使EWP展现出最低的凝胶强度，在各预热时间条件下，未加入SS组的EWP凝胶强度分别降低了71.65%、78.16%、83.33%、87.52%、91.12%、91.90%（P＜0.05），加入SS组的EWP凝胶强度分别降低了77.46%、80.26%、88.75%、93.55%、96.35%、94.95%（P＜0.05）。这说明EWP大部分的化学键和交联都被变性剂破坏，形成的凝胶网络结构松散，凝胶强度差。二硫键的贡献以添加破坏剂S3组与S4组凝胶强度差与加入水组凝胶强度的百分比表示，说明S3组与S4组凝胶强度之差越大，则二硫键在凝胶中的贡献越强，二硫键含量越高。随着预热时间延长，S4组和S3组之间的凝胶强度之差越来越大，表明二硫键含量升高，这是由于形成凝胶的过程中，更多的游离巯基会转化成二硫键，EWP 30 min组与EWP 0 min组相比二硫键的作用提高了3.54%（P＜0.05）。加入SS后更多的游离巯基会发生转化，相比EWP 0 min组，EWP 30 min-SS组二硫键作用提高了4.97%（P＜0.05），从而形成更好的凝胶结构。S2组和S3组均与S1组之间凝胶强度之差越来越大，说明预热使氢键和疏水相互作用的贡献增加。EWP 30 min相比EWP 0 min组疏水相互作用提高了1.70%，氢键作用提高了15.06%（P＜0.05）。加入SS后，氢键作用提高更显著，相比于EWP 0 min组，加入SS的EWP 30 min组氢键作用贡献提高了18.82%（P＜0.05）。一定的温度范围内，疏水作用会促进蛋白质发生聚集，有利于形成刚性凝胶网络，氢键通过稳定水分来改善凝胶性。S3组和S5组之间的差距越来越小，说明EWP凝胶静电相互作用减弱，这是由于体系内电荷数量的减少造成的。SS的加入增加体系内负电荷的数量，可以使静电相互作用略有提高，因此形成更密集的凝胶网络，从而使凝胶强度增加。

　　FTIR可用于测试蛋白质的二级结构。通过谱图中显示的吸收峰判断样品中各基团的振动形式。蛋白质的特征吸收峰包括酰胺I带（1 700～1 600 cm-1）、酰胺II带（1 600～1 500 cm-1）和酰胺III带（1 340～1 200 cm-1），分别表示N—H或O—H拉伸、C—N拉伸和N—H弯曲、C—O拉伸。

　　不同预热时间下添加SS对EWP FTIR的影响如图7所示。随着预热时间的延长，两个谱图中的峰形和峰位大致相同，说明预热处理和预热后添加SS没有改变EWP的功能基团，也没有引入或生成新的功能基团。图7A中，酰I、II、III的出峰位置分别在1 682.92、1 538.26、1 231.57 cm-1附近，图7B中，酰胺I、II、III的出峰位置分别在1 652.06、1 592.26、1 239.28 cm-1附近，且预热和预热后添加SS组与EWP 0 min组相比均发生了不同程度的蓝移，说明EWP的酰胺带位置会根据诱导模式的不同而有所差异。在酰胺A带（2 900～3 300 cm-1）附近均出现一个明显的吸收峰，这与氢键的存在有关，而氢键也是提高其凝胶强度的重要因素之一。3 600～3 300 cm-1处最强吸收峰相较于EWP 0 min组均发生了蓝移，这是由于预热处理下EWP分子间发生相互作用，加入SS后，EWP还会与SS相互作用，从而引起不同样品内氢键的改变或O—H振动，增强了蛋白分子间氢键，提高凝胶持水性，这与持水性的结果一致。

　　Zeta电位可以通过测定蛋白质表面电荷性质反映蛋白溶液的稳定性以及蛋白质的热聚集性。Zeta电位的绝对值越高，说明蛋白质表面带有更多的电荷，从而导致蛋白质分子间静电斥力增强，减少聚集几率，使得体系更稳定。

　　由图8可知，所有样品的电位值均为负，这意味着EWP表面的氨基酸多数呈负电性。预热处理导致体系内正电荷分布较多的区域暴露出来，30 min后EWP电位绝对值变化趋于稳定。EWP 0 min组电位绝对值为13.8 mV，EWP 30 min组电位绝对值为10.69 mV，下降了22.54%（P＜0.05），负电荷被中和而减少，较弱的表面电荷强度有利于促进蛋白质的交联聚集，从而造成EWP溶液Zeta电位绝对值随预热时间的延长呈现下降趋势。EWP 0 min-SS组电位绝对值为14.43 mV，预热30 min后其电位绝对值为13.53 mV，下降了6.24%（P＜0.05）。不同预热时间下添加SS时有相同的趋势，其电位绝对值均高于对应的EWP组，说明SS分子带有负电，当其作为一种外源添加物加入到EWP中，会引入负电荷，同时伴随着由于蛋白质结构展开，某些带负电荷的氨基酸暴露出来而导致电位绝对值整体变高。

　　如图9A所示，随着预热时间的延长，蛋白粒径的分布区间向右移动，溶液中出现了更大尺寸的粒子，这与Zeta电位结果一致，再次说明了预热会减少蛋白质表面电荷数量，从而减弱分子间的静电斥力，使体系内形成更大的分子聚集体。大尺寸分布区间的粒子体积分数呈现先上升后下降的趋势，预热时间达到35 min时，粒子体积分数变小，表明过长时间的预热处理会破坏EWP中的部分大分子聚集体。预热后加入SS如图9B所示，20～40 nm区间内蛋白粒子消失，说明预热产生的小粒子与SS发生交联，大尺寸区间体积分数略有升高且35 min时没有下降，这是由于SS与蛋白质发生相互作用的同时，SS本身的粒径大小起到了作用。

　　平均粒径（D4,3）可以反映不同处理条件下蛋白质的形态。图9C表示EWP在不同预热时间下添加SS前后D4,3的变化。EWP经预热处理35 min后相较于EWP 0 min组，D4,3提高了32.81%（P＜0.05），说明预热处理导致EWP分子中的疏水基团暴露出来，且随着静电斥力的减弱，蛋白质分子间相互吸引，从而形成更大的聚集体，时间越长聚集程度越高，这也更有利于EWP与SS的结合。预热处理35 min后再添加SS相比EPW 0 min组，D4,3显著提高了55.91%（P＜0.05）。这可能由于SS颗粒本身粒径较大且还能通过增加体系黏度进一步使EWP聚集成更大的颗粒从而提高D4,3。

　　基于Pearson相关性分析可以进一步探讨不同预热时间条件下添加SS和EWP凝胶硬度、弹性、咀嚼性、内聚性、持水性、表面疏水性、Zeta电位、游离巯基含量之间的关系。热图中越接近红色表示正相关性越强，越接近蓝色表示负相关性越强。

　　由图10A可知，不同预热时间处理的EWP的凝胶硬度与弹性、咀嚼性、内聚性呈正相关，表明提高EWP凝胶的硬度有利于增强其弹性、咀嚼性和内聚性，从而改善凝胶质地。在持水性方面，凝胶硬度与持水性之间无显著相关性。此外，凝胶硬度与其他指标也呈正相关，且与表面疏水性和游离巯基含量的相关性极为显著。说明EWP分子间的疏水基团和巯基暴露出来，增强了疏水相互作用和二硫键的含量，进而提高EWP凝胶性。由图10B可知，不同预热时间下添加SS，在质构方面，EWP凝胶硬度与弹性、咀嚼性正相关程度增强，与内聚性呈负相关，说明SS的加入对EWP分子间相互作用力影响变大，更有利于提高凝胶质地。在持水性方面，凝胶硬度与持水性呈显著正相关，说明SS对凝胶硬度和持水性方面均起到良好作用。此外，凝胶硬度与其他指标的相关性与仅预热处理的相同，说明SS的加入对EWP结构同样造成影响，提高其凝胶特性。

　　本研究分析了不同预热时间下添加SS对EWP凝胶性能的影响。随着预热时间的延长，EWP凝胶硬度、咀嚼性、持水性升高，凝胶内部水分结合程度逐渐紧密，特别是预热后加入SS效果更显著，表现出更好的凝胶特性。预热处理使Zeta电位绝对值呈现下降趋势，表明预热处理使体系内电荷数量减少，静电作用减弱，促进蛋白质交联聚集。预热和预热后添加SS粒径变大，表明在蛋白质表面，更多的疏水基团暴露出来，导致表面疏水性和游离巯基含量的增加，这也有利于疏水作用的提高和二硫键的形成，提高凝胶强度。综上所述，预热及预热后加入SS可以有效提高EWP的凝胶性能，为实际食品生产的品质改良提供了参考。

　　马艳秋，女，东北农业大学食品学院副教授，硕士生导师，国家二级公共营养师，亚洲蛋品协会、中国畜产品加工研究会、黑龙江省食品科学技术学会、黑龙江省天然产物工程学会会员。《食品研究与开发》和《中国家禽》青年编委，期刊审稿专家。研究方向为蛋品科学与技术，近年来主持国家自然基金青年项目、黑龙江省自然科学基金项目等国家及省部级项目4 项，参与国家自然科学基金面上项目、黑龙江省重点研发计划项目等国家级及省部级等项目5 项。发表学术论文40余篇，其中一区TOP论文10余篇。授权发明专利1 项（排名第四）。累计参加国内外学术会议并进行学术报告10余次。

　　刘晴，女，2022级硕士研究生，就读于东北农业大学食品学院，研究方向为蛋品科学与技术。

　　本文《不同预热时间下可溶性淀粉对蛋清蛋白凝胶性质及结构特性的影响》来源于《食品科学》2025年46卷第8期61-71页，作者：刘晴，金玉昌，林琳，马艳秋*。DOI:10.7506/spkx1015-091. 点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。

　　实习编辑：申婧婧；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网。

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