佟 平, 林志銀,2, 侯裕梁,2, 陳紅兵,3, 高金燕
(1. 食品科學(xué)與資源挖掘全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 南昌大學(xué), 江西 南昌 330047;2. 南昌大學(xué) 食品學(xué)院, 江西 南昌 330031;3. 南昌大學(xué) 中德聯(lián)合研究院,江西 南昌 330047)
雞蛋具有豐富的蛋白質(zhì)和其他高質(zhì)量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),自古以來(lái)就被人們食用[1]。 同時(shí),雞蛋因具有優(yōu)良的功能特性(起泡性、乳化性、凝膠性),在食品加工行業(yè)中被廣泛應(yīng)用[2]。 全蛋液是鮮雞蛋去殼后蛋清和蛋黃的混合液,因其更有利于運(yùn)輸、儲(chǔ)存和加工,越來(lái)越受到食品生產(chǎn)企業(yè)的青睞[3]。
雖然全蛋液能有效解決鮮蛋易碎、難運(yùn)輸、難貯藏的問(wèn)題,但仍存在一些問(wèn)題。 在全蛋液加工過(guò)程中,其蛋白質(zhì)溶解度、起泡性、乳化性和凝膠性均會(huì)發(fā)生一定程度的降低[4-6],不能滿足食品工業(yè)和消費(fèi)者需求。 有研究表明添加抗壞血酸可以維持全蛋液凝膠特性, 但可能會(huì)使全蛋液蛋白質(zhì)靠近等電點(diǎn),降低蛋白質(zhì)溶解度[7]。添加濃度為1.6 mol/L 的氯化鈉可以降低全蛋液的濁度,改善全蛋液的起泡性和凝膠特性[8],但添加濃度過(guò)高,可能會(huì)危害人體健康。 因此,如何建立保障全蛋液品質(zhì)穩(wěn)定性的加工工藝是全蛋液生產(chǎn)面臨的一個(gè)主要問(wèn)題,添加食品添加劑或許是一個(gè)有效選擇,但用于全蛋液的添加劑需要既能保持全蛋液的多種功能特性又能健康無(wú)害。
檸檬酸鈉和D-異抗壞血酸鈉提取自天然產(chǎn)物,較其他添加劑更健康、安全[9]。 檸檬酸鈉是一種有機(jī)鹽,可以保護(hù)食品顏色、改善味道、抑制微生物等[10]。檸檬酸鈉還可以與金屬離子螯合,以增加酸奶凝膠的儲(chǔ)存模量和損失切線值[11]。 在全蛋液中添加檸檬酸鈉或許能改善全蛋液的凝膠特性。D-異抗壞血酸鈉是一種抗氧化劑,可以“捕捉”氧氣,具有防腐、保鮮作用[12],可以抑制香腸中的蛋白質(zhì)氧化和脂質(zhì)氧化[13]。 D-異抗壞血酸鈉還有助色作用[14],將D-異抗壞血酸鈉加入全蛋液或許能起到抗氧化和助色的作用。 添加碳酸氫鈉可以增加乳清蛋白的水解度[15]。 碳酸氫鈉的浸泡還可以使花生漿的蛋白質(zhì)溶解度增大[16]。 添加碳酸氫鈉至全蛋液中或許可以增大全蛋液的蛋白質(zhì)溶解度。
因此, 選取上述3 種不同類(lèi)型的食品添加劑(檸檬酸鈉、D-異抗壞血酸鈉和碳酸氫鈉), 通過(guò)研究其對(duì)全蛋液理化特性及功能特性的影響,闡明不同類(lèi)型食品添加劑在全蛋液生產(chǎn)中應(yīng)用的可能性及作用,以期為生產(chǎn)穩(wěn)態(tài)化全蛋液提供食品添加劑的使用指南。
新鮮白殼雞蛋(48 h 之內(nèi)):購(gòu)于南昌市江大南路天虹超市;食品級(jí)檸檬酸鈉、D-異抗壞血酸鈉、碳酸氫鈉:河南萬(wàn)邦化工科技有限公司產(chǎn)品;其他試劑均為分析純。
PB-10 pH 計(jì): 德國(guó)Sartorius 公司產(chǎn)品;S18N-19G 高速分散機(jī)、RH basic 2 磁力攪拌器:德國(guó)IKA公司產(chǎn)品;NS810 分光測(cè)色儀:深圳三恩時(shí)科技有限公司產(chǎn)品;Centrifuge 5804 R 高速冷凍離心機(jī)、Varioskan Lux 多功能讀數(shù)儀:美國(guó)Thermo Scientific公司產(chǎn)品; 激光粒度分析儀: 英國(guó)Malvern Mastersizer 公司產(chǎn)品; 質(zhì)構(gòu)分析儀: 英國(guó)Stable Micro System 公司產(chǎn)品;恒溫磁力攪拌水浴鍋:常州邁科諾儀器公司產(chǎn)品。
取新鮮雞蛋,清洗后打破,使用磁力攪拌器將蛋液在1 200 r/min 下攪拌30 min,全蛋液的系帶用0.95 mm 篩網(wǎng)除去。 分別制備濃度為5、10、15、20 mmol/L 的檸檬酸鈉全蛋液,濃度為2、4、6、8 mmol/L 的D-異抗壞血酸鈉全蛋液, 濃度為25、50、100、200 mmol/L 的碳酸氫鈉全蛋液。
使用pH 計(jì)測(cè)量各個(gè)樣品的pH。
首先校準(zhǔn)測(cè)色儀,然后把樣品倒入相同高度和角度的透明托盤(pán)中進(jìn)行測(cè)量。ΔE*表示色差的變化,計(jì)算公式如下:
式中:ΔE*表示色差的變化;ΔL*表示亮度的變化;Δa*表示紅/綠值的變化;Δb*表示黃/藍(lán)值的變化。
根據(jù)張建文等的方法[17],粒度由激光粒度分析儀測(cè)定,并繪制粒徑分布圖。
樣品在4 ℃下,10 000 g 離心20 min。 取上清液,稀釋100 倍,作為樣品。 采用考馬斯亮藍(lán)法測(cè)定上清液蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度和全蛋液總蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度[18]。
樣品的蛋白質(zhì)溶解度計(jì)算公式如下:
式中:S 為蛋白質(zhì)溶解度,%;ρ1為上清液蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度,mg/mL;ρ0為全蛋液總蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度,mg/mL。
使用10 mmol/L PBS(pH 7.0)將樣品稀釋100倍,在600 nm 處測(cè)定透過(guò)率,以超純水為空白對(duì)照(透過(guò)率為100%),根據(jù)下式計(jì)算濁度[19]。
式中:T 為透過(guò)率,%;b 為濁度,F(xiàn)TU。
使用10 mmol/L PBS(pH 7.0)將樣品稀釋?zhuān)玫降鞍踪|(zhì)質(zhì)量濃度約為1 mg/mL 的全蛋液稀釋液。 用量筒量取40 mL 稀釋液,在高速分散機(jī)下以10 000 r/min 攪打30 s,讀取0、60 min 時(shí)的泡沫體積[20]。 根據(jù)下式計(jì)算起泡能力和起泡穩(wěn)定性:
式中:QFA為起泡能力,%;QFS為起泡穩(wěn)定性,%;V0表示初始的泡沫體積,cm3;V60表示60 min 時(shí)的泡沫體積,cm3。
1.10 乳化特性測(cè)定
使用10 mmol/L PBS(pH 7.0)將樣品稀釋?zhuān)玫降鞍踪|(zhì)質(zhì)量濃度約為1 mg/mL 的全蛋液稀釋液。 在燒杯中加入30 mL 樣品稀釋液和10 mL 葵花籽油,用高速分散機(jī)以10 000 r/min 乳化2 min。 分別取0、10 min 時(shí)的底層乳化液(50 μL),與5 mL 體積分?jǐn)?shù)0.1%的SDS 溶液混勻。 采用體積分?jǐn)?shù)0.1%的SDS 溶液為空白對(duì)照。 在波長(zhǎng)500 nm 處讀取吸光度[21]。 根據(jù)下式計(jì)算乳化能力和乳化穩(wěn)定性:
式中:REAI為乳化能力,%;RESI為乳化穩(wěn)定性,%;A0表示初始的吸光度;A10表示10 min 時(shí)的吸光度。
1.11 凝膠特性測(cè)定
1.11.1 質(zhì)構(gòu)特性 將樣品加至方形模具,90 ℃水浴30 min,冷卻,4 ℃過(guò)夜。 測(cè)樣時(shí),恢復(fù)至室溫,采用質(zhì)構(gòu)儀的TPA 模式測(cè)定樣品的質(zhì)構(gòu)特性[22]。
1.11.2 凝膠持水性 稱(chēng)取凝膠樣品的質(zhì)量, 然后使用高速離心機(jī)以4 000 r/min 離心10 min, 再次稱(chēng)量[23]。 凝膠持水性計(jì)算公式如下:
式中:w 為凝膠持水性,%;m1為離心后的凝膠質(zhì)量,g;m0為離心前的凝膠質(zhì)量,g。
1.12 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析
實(shí)驗(yàn)均進(jìn)行3 次重復(fù), 數(shù)據(jù)采用SPSS 軟件(19.0 版本) 統(tǒng)計(jì)分析, 在95%的置信區(qū)間比較均值。 使用Graphpad 9.0 繪圖。
由圖1 可知, 添加不同類(lèi)型食品添加劑可以改變?nèi)耙旱膒H。隨著檸檬酸鈉和碳酸氫鈉濃度的增加,pH 顯著上升。 這是因?yàn)闄幟仕徕c和碳酸氫鈉都是強(qiáng)堿弱酸鹽,其添加會(huì)使溶液pH 上升。添加D-異抗壞血酸鈉后,全蛋液的pH 沒(méi)有明顯變化。 在全蛋液中,大多數(shù)蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)都小于7[24]。 因此,pH 的升高可以使蛋白質(zhì)遠(yuǎn)離等電點(diǎn),使全蛋液中的蛋白質(zhì)更不易于聚集,產(chǎn)生沉淀。 由此可見(jiàn),添加檸檬酸鈉和碳酸氫鈉可以使全蛋液更穩(wěn)定。
圖1 不同食品添加劑對(duì)全蛋液pH 的影響Fig. 1 Effect of different food additives on the pH of liquid whole egg
全蛋液的色澤影響消費(fèi)者可接受度。 圖2 顯示了添加不同濃度的添加劑對(duì)全蛋液色澤的影響。 隨著檸檬酸鈉添加濃度的增大, 全蛋液的亮度減小,△a*和△b*增大, 色差顯著增大。 添加不同濃度的D-異抗壞血酸鈉后,全蛋液亮度減小,△a*和△b*先增大后減小,色差也隨之先增后降,其中添加濃度為4 mmol/L 的D-異抗壞血酸鈉全蛋液的△a*和△b*最大,使該樣品的色差最大。隨著碳酸氫鈉濃度的增加, 全蛋液亮度減小,△a*增加,△b*先增后減,色差呈增大趨勢(shì)。 碳酸氫鈉的添加濃度為200 mmol/L 時(shí),全蛋液亮度最低、△a*最大、△b*最小,總體偏暗、偏紅,會(huì)降低消費(fèi)者的感官接受度。
圖2 不同食品添加劑對(duì)全蛋液色澤的影響Fig. 2 Effect of different food additives on the colour of liquid whole egg
粒徑分布關(guān)乎全蛋液的功能特性。 添加各種不同濃度食品添加劑的全蛋液粒徑分布見(jiàn)圖3。 添加D-異抗壞血酸鈉后,全蛋液粒徑無(wú)明顯變化,可能是因?yàn)樘砑訚舛容^低。 添加檸檬酸鈉和碳酸氫鈉后,5.0~50.0 μm 的粒子減少, 而0.2~10.0 μm 的粒子逐漸增加,這表明全蛋液中一些大顆粒物質(zhì)正逐漸分離成小顆粒物質(zhì)。 可能是因?yàn)辂}的添加增加了蛋白質(zhì)分子表面電荷數(shù)量,分子膠束發(fā)生離散[25]。同時(shí), 隨著碳酸氫鈉添加濃度的增大,50.0~300.0 μm的粒子也略微增加,可能是因?yàn)樘妓釟溻c引起了全蛋液中蛋白質(zhì)的交聯(lián)[26]。
圖3 不同食品添加劑對(duì)全蛋液粒徑分布的影響Fig. 3 Effects of different food additives on the particle size distribution of liquid whole egg
蛋白質(zhì)溶解度與全蛋液的功能性相關(guān),這一參數(shù)的降低表明全蛋液的蛋白質(zhì)功能降低[27]。 如圖4所示, 隨著檸檬酸鈉和D-異抗壞血酸鈉添加濃度增大, 全蛋液的蛋白質(zhì)溶解度均先增大后減小,檸檬酸鈉添加濃度為10 mmol/L 時(shí), 蛋白質(zhì)溶解度最大,與未添加組相比,提高了6.29%。吳梨研究發(fā)現(xiàn),添加檸檬酸鈉可以使全蛋液中蛋白質(zhì)更穩(wěn)定,在一定程度上抑制蛋白質(zhì)聚集[28]。 D-異抗壞血酸鈉具有很強(qiáng)的抗氧化作用, 可以減少全蛋液的含氧量[29]。D-異抗壞血酸鈉添加濃度為4 mmol/L 時(shí), 蛋白質(zhì)溶解度最大,與未添加組相比,提高了17.50%。它可能會(huì)打開(kāi)蛋白質(zhì)分子的二硫鍵, 使蛋白質(zhì)分散,使其溶解度增大。 當(dāng)添加濃度過(guò)大時(shí),可能由于溶液電荷的增加,破壞了蛋白質(zhì)的水合作用,導(dǎo)致蛋白質(zhì)聚集,蛋白質(zhì)溶解度又逐漸降低。 碳酸氫鈉的濃度從0~100 mmol/L 時(shí),全蛋液的蛋白質(zhì)溶解度與未添加組沒(méi)有顯著性差異, 但當(dāng)添加濃度為200 mmol/L 時(shí),蛋白質(zhì)溶解度顯著增大,與未添加組相比,提高了14.5%。這可能是由于高濃度的碳酸氫鈉在全蛋液中會(huì)形成大量HCO3-和OH-, 能夠與蛋白質(zhì)相結(jié)合,使蛋白質(zhì)帶上相同的負(fù)電荷,產(chǎn)生靜電斥力,聚合能力下降,蛋白質(zhì)溶解度增大[30]。
圖4 不同食品添加劑對(duì)全蛋液蛋白質(zhì)溶解度的影響Fig. 4 Effects of different food additives on the protein solubility of liquid whole egg
濁度可以反映全蛋液組分的聚集、 交聯(lián)程度,蛋白質(zhì)溶解度和濁度呈一定的負(fù)相關(guān)性[31]。 不同食品添加劑對(duì)全蛋液稀釋液濁度的影響如圖5 所示。隨著添加濃度的增大, 檸檬酸鈉和D-異抗壞血酸鈉都使全蛋液稀釋液濁度先減小后增大,全蛋液稀釋液濁度分別在檸檬酸鈉濃度為10 mmol/L 和D-異抗壞血酸鈉濃度為4 mmol/L 時(shí)最小,與未添加組相比,分別降低了24.00%、33.11%。而隨著碳酸氫鈉添加濃度的增大, 全蛋液稀釋液濁度先增大后減小。在碳酸氫鈉添加濃度為50 mmol/L 時(shí),全蛋液稀釋液蛋白質(zhì)溶解度最小,而濁度最大,為0.53 FTU;在碳酸氫鈉添加濃度為200 mmol/L 時(shí), 濁度最小,為0.39 FTU。
圖5 不同食品添加劑對(duì)全蛋液稀釋液濁度的影響Fig. 5 Effects of different food additives on the turbidity of diluted liquid whole egg
全蛋液起泡特性主要取決于蛋清蛋白和卵磷脂。 蛋清蛋白在攪拌過(guò)程中可以快速吸附到空氣-水界面,因此具有天然的優(yōu)良發(fā)泡性能[32]。蛋黃的卵磷脂作為兩性分子,具有良好的乳化能力[33],也可增強(qiáng)全蛋液的起泡性能。 全蛋液起泡特性通常用起泡能力和起泡穩(wěn)定性這兩個(gè)參數(shù)表征。 如圖6 所示,添加檸檬酸鈉沒(méi)有增強(qiáng)全蛋液稀釋液的起泡能力和起泡穩(wěn)定性, 不能改善全蛋液稀釋液的起泡特性。當(dāng)D-異抗壞血酸鈉添加濃度為8 mmol/L 時(shí),起泡能力和起泡穩(wěn)定性有顯著提升,可以改善全蛋液稀釋液的起泡特性。 可能是高濃度的D-異抗壞血酸鈉抑制了卵磷脂的氧化,增強(qiáng)了全蛋液稀釋液的起泡能力和起泡穩(wěn)定性[34]。 碳酸氫鈉的添加對(duì)全蛋液稀釋液的起泡特性沒(méi)有顯著改變,添加低濃度的碳酸氫鈉反而會(huì)減小全蛋液稀釋液的起泡穩(wěn)定性,不利于維持全蛋液稀釋液的起泡特性。 可能是由于蛋白質(zhì)分子分散使全蛋液稀釋液黏度降低,泡沫穩(wěn)定性也降低[35]。隨著碳酸氫鈉添加濃度的增大,蛋白質(zhì)溶解度增大,起泡穩(wěn)定性回升。
圖6 不同食品添加劑對(duì)全蛋液稀釋液起泡特性的影響Fig. 6 Effects of different food additives on the foaming properties of diluted liquid whole egg
由乳化能力和乳化穩(wěn)定性來(lái)表征全蛋液稀釋液的乳化特性。 由圖7 可知,添加濃度為5 mmol/L和10 mmol/L 的檸檬酸鈉增大了全蛋液稀釋液的乳化能力,由47.18%顯著提高至59.97%、60.70%。 但檸檬酸鈉的添加卻會(huì)降低全蛋液稀釋液的乳化穩(wěn)定性。 乳化穩(wěn)定性是指維持蛋白質(zhì)乳化液穩(wěn)定且不出現(xiàn)油水兩相明顯分離的能力[36]。 添加檸檬酸鈉導(dǎo)致乳化穩(wěn)定性降低可能是因?yàn)榱阶兇?,使蛋白質(zhì)更容易積聚,油滴更容易絮凝[37]。 D-異抗壞血酸鈉添加濃度為2 mmol/L 和4 mmol/L 時(shí)使全蛋液稀釋液的乳化能力從49.07%顯著提高至57.33%和55.97%, 使乳化穩(wěn)定性從20.18%顯著提高至24.71%和21.28%。 由此可知,添加濃度為2 mmol/L和4 mmol/L D-異抗壞血酸鈉的全蛋液稀釋液的乳化特性得到增強(qiáng)。 乳化能力增強(qiáng)可能是因?yàn)榈鞍踪|(zhì)溶解度增大,蛋白質(zhì)與水分子作用增強(qiáng),乳化能力增大[38]。 隨著添加濃度的增大,蛋白質(zhì)又重新聚合,乳化能力下降。 碳酸氫鈉的添加不會(huì)顯著改變?nèi)耙合♂屢旱娜榛芰Γ砑訚舛葹?00 mmol/L 的碳酸氫鈉可以增強(qiáng)全蛋液稀釋液的乳化穩(wěn)定性。 可能是由于蛋白質(zhì)分子靜電斥力的增強(qiáng),導(dǎo)致液滴不易重聚[38]。
圖7 不同食品添加劑對(duì)全蛋液稀釋液乳化特性的影響Fig. 7 Effects of different food additives on the emulsifying properties of diluted liquid whole egg
凝膠化是變性蛋白質(zhì)分子在一定作用力條件下有秩序地發(fā)生聚合,最終形成一個(gè)持續(xù)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的過(guò)程[39]。由圖8 可知,檸檬酸鈉的添加使全蛋液凝膠的硬度上升,添加濃度為5、10、15、20 mmol/L 時(shí),硬度分別提高了8.09%、11.52%、10.14%、14.69%。原因可能是檸檬酸鈉螯合了全蛋液中的金屬離子,有效地防止了少量金屬離子引起的凝膠硬度下降[40]。 馬潔等研究發(fā)現(xiàn)檸檬酸鈉能使全蛋液凝膠的硬度增加[41],與該實(shí)驗(yàn)結(jié)果相同。添加檸檬酸鈉對(duì)全蛋液凝膠彈性沒(méi)有改變。 因此,添加檸檬酸鈉可以提高全蛋液凝膠質(zhì)構(gòu)特性。D-異抗壞血酸鈉的添加對(duì)全蛋液凝膠質(zhì)構(gòu)特性無(wú)顯著改善。 添加不同濃度的碳酸氫鈉均會(huì)降低全蛋液凝膠的硬度,在添加濃度為25 mmol/L 時(shí),硬度最小,之后逐漸增大。 可能是因?yàn)樘妓釟溻c在加熱過(guò)程中分解, 釋放二氧化碳,使凝膠疏松,硬度降低[42]。隨著添加濃度的增大,可能由于pH 升高,蛋白質(zhì)分子的靜電斥力增大,無(wú)序聚集減緩,使凝膠硬度增加[43]。添加碳酸氫鈉對(duì)彈性沒(méi)有影響,因此,添加碳酸氫鈉反而會(huì)降低全蛋液凝膠的質(zhì)構(gòu)特性。
圖8 不同食品添加劑對(duì)全蛋液凝膠質(zhì)構(gòu)特性的影響Fig. 8 Effects of different food additives on the texture properties of gelled liquid whole egg
全蛋液凝膠具有良好的持水能力, 持水性為95.87%。 如圖9 所示,檸檬酸鈉的添加可以增大全蛋液凝膠的持水性。 添加濃度為5、10、15、20 mmol/L的檸檬酸鈉使持水性分別增大至96.91%、97.14%、97.61%、97.30%。 可能是因?yàn)闄幟仕徕c螯合金屬離子,減少金屬離子與水的結(jié)合,使蛋白質(zhì)結(jié)合更多水分,從而提高持水性[44]。 較低濃度D-異抗壞血酸鈉的添加對(duì)全蛋液凝膠持水性沒(méi)有顯著影響,當(dāng)添加濃度為8 mmol/L 時(shí),凝膠持水性下降。 可能是蛋白質(zhì)分子分散,形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)時(shí)不緊密導(dǎo)致的。 碳酸氫鈉的添加對(duì)凝膠持水性沒(méi)有顯著影響。
作者研究了食品添加劑檸檬酸鈉、D-異抗壞血酸鈉和碳酸氫鈉對(duì)全蛋液理化特性和功能特性的影響。 結(jié)果表明,食品添加劑的類(lèi)型和濃度對(duì)全蛋液理化特性和功能特性有重要影響。 添加3 種食品添加劑都使全蛋液色澤有較大改變。 添加檸檬酸鈉和碳酸氫鈉會(huì)使全蛋液pH 顯著增大, 粒徑發(fā)生較大改變。 添加濃度為10 mmol/L 的檸檬酸鈉使蛋白質(zhì)溶解度較未添加組提高了6.29%, 改善了凝膠的質(zhì)構(gòu)特性和持水性,凝膠硬度和持水性分別提高了11.52%、1.32%。 添加濃度為4 mmol/L 的D-異抗壞血酸鈉使蛋白質(zhì)溶解度提高了17.50%,改善了全蛋液稀釋液的乳化性,乳化能力和乳化穩(wěn)定性分別增加了14.06%、5.45%,還使全蛋液色澤得到增強(qiáng)。 添加碳酸氫鈉對(duì)全蛋液功能特性沒(méi)有太大改善,添加高濃度的碳酸氫鈉(200 mmol/L)反而會(huì)使全蛋液的色澤難以被消費(fèi)者接受。 不同食品添加劑對(duì)全蛋液功能特性的改變不盡相同。 考慮到食品添加劑種類(lèi)的不同,作者并沒(méi)有設(shè)置相同添加量。 在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中,食品添加劑并不是單一使用,混合的食品添加劑對(duì)全蛋液的功能特性影響還需更多的研究。