卵黃高磷蛋白乳化性的研究進展

陳海英，張慧娟，金亞美，段翔，楊哪，徐學明，3

1(江南大學食品學院，江蘇 無錫，214122)2(北京工商大學食品學院，北京，1000480)3(食品科學與技術國家重點實驗室，江蘇無錫，214122)

卵黃高磷蛋白(phosvitin，簡稱PV)是一種高度磷酸化的糖蛋白，主要存在于魚卵和禽蛋的蛋黃部分［1］。它包含220種氨基酸殘基，其中一半是磷酸酰絲氨酸，其余的氨基酸殘基則由酸性氨基酸組成［2］。卵黃高磷蛋白是由α-卵黃高磷蛋白和β-卵黃高磷蛋白構成，其中α-卵黃高磷蛋白主要成分的亞基單位分子質量分別為 37 500，42 000 和45 000 Da，β-卵黃高磷蛋白主要成分的分子質量為45 000 Da［3］。卵黃高磷蛋白的結構與酪蛋白相似，含有蛋白質單體，在溶液中以線性、無序狀態存在。在中性pH條件下，這些蛋白質單體攜帶大量的負電荷，并且含有磷酸酰絲氨酸簇殘基 (αs1-酪蛋白中有8個，β-酪蛋白中有5個)［4］。酪蛋白因其良好的雙極性及在油水界面呈現松散的界面結構而表現出優秀的乳化特性［4-7］。

目前，國內外對卵黃高磷蛋白及其制品的研究已有大量的報道，主要集中在卵黃高磷蛋白及其多肽本身性質的鑒定，提取分離工藝的優化與改革，以及針對卵黃高磷蛋白特殊特性如抗氧化性、抑菌性、金屬離子螯合作用、乳化性等在工業生產中的應用。其中，卵黃高磷蛋白優異的乳化特性更是近期研究的熱點問題。卵黃高磷蛋白的乳化性由很多因素共同決定，本文從雞蛋卵黃高磷蛋白自身組成及結構、乳化作用環境、蛋白改性和蛋白與其他添加劑協同作用等方面分別闡述了對卵黃高磷蛋白乳化性的影響。

1 卵黃高磷蛋白本身性質對乳化性的影響

卵黃高磷蛋白中磷酸根基團之間的靜電排斥力對蛋白的乳化活性及乳化穩定性起到了關鍵性作用。卵黃高磷蛋白中絲氨酸的磷酸酰化導致該蛋白在自然情況下帶有大量的負電荷，電壓約為-179mV。Kato等人［8］發現，如果使用磷酸酶去除部分磷酸根基團，或者通過堿法去除全部磷酸根基團，卵黃高磷蛋白的乳化活性及乳化穩定性都急劇下降。此外，通過加入鈣離子與磷酸根基團結合也會降低卵黃高磷蛋白的乳化特性。實踐證實，帶有大量的磷酸根是卵黃高磷蛋白具有乳化活性，尤其是乳化穩定性比血清蛋白要高的關鍵原因。

卵黃高磷蛋白特殊的氨基酸組成及組成結構更是其具有高乳化性的核心因素。卵黃高磷蛋白含有大量的絲氨酸殘基，并且這些絲氨酸基本全部被磷酸基酰化，在蛋白的中心形成單一細長的親水性核心。同時，卵黃高磷蛋白的C端含有15個富含疏水性氨基酸的氨基酸末端，這個微小的疏水性末端尾巴對油液滴有較強的固定作用，而中心強大的親水性核心則保證了蛋白在水溶液中的充分溶解［9］。Timasheff等人［10］通過圓二色譜圖譜(185 ～320 μm)證實了卵黃高磷蛋白的二級結構主要是松散的無序狀態。這種松散的無序結構，使得蛋白較球形蛋白或者結構緊密的蛋白而言，更容易吸附在油液滴的表面，進而更容易形成穩定的乳化體系。當卵黃高磷蛋白作為乳化劑使用在油水體系中時，蛋白可以吸附到油液滴的表面，降低油水界面的界面張力，同時在界面形成一層薄膜來形成穩定的膠質體系［11］。然而，卵黃高磷蛋白的界面特性比酪蛋白差。即使在較高濃度(如0.1 mg/mL)下，卵黃高磷蛋白在油水界面也表現出較慢的吸附動力學特性來降低界面張力。這主要是因為卵黃高磷蛋白會通過磷酸鈣的架橋作用形成聚集。

2 外界環境對卵黃高磷蛋白乳化性的影響

卵黃高磷蛋白形成的油水乳化體系特性受蛋白濃度、油添加體積分數、攪拌速度及攪拌時間等顯著影響。隨著蛋白濃度、油體積分數以及攪拌速度的增加，卵黃高磷蛋白的乳化活性及乳化穩定性就有所增加。其中攪拌速度對其乳化活性的影響最大，而蛋白濃度的影響最小。對乳化穩定性來講，攪拌速度的影響最為強烈［12］。

乳化體系pH值及NaCl濃度影響蛋白的溶解度和電荷分布，因而其值的變化對卵黃高磷蛋白乳化特性也產生影響。在pH3～10，除pH 5和pH 10外，其余pH值變化可以顯著(P＜0.05)影響卵黃高磷蛋白乳化穩定性(68% ～73%)，但是單純pH值變化對卵黃高磷蛋白的乳化活性影響不顯著。然而，向卵黃高磷蛋白中添加NaCl后，卵黃高磷蛋白的電荷分布會進一步改變進而降低其在pH3和9時的乳化活性，以及pH 3～9時的乳化穩定性［13］。

卵黃高磷蛋白的乳化活性對體系環境的溫度變化比較敏感。當乳化體系的溫度高于65℃時，卵黃高磷蛋白的乳化活性就會降低［15］;相對而言，卵黃高磷蛋白的乳化穩定性受溫度的影響不會太強烈。實驗證明，即使乳化體系環境溫度在低于67.5℃下保持60 min，蛋白的乳化穩定性也不會受到顯著(p＜0.05)影響。當蛋白溶液在70、80，甚至96℃下加熱處理60 min后，蛋白的乳化穩定性才下降［15］。

除此之外，卵黃高磷蛋白溶液中金屬離子的存在也會影響蛋白的乳化特性。Castellani等人［16］指出，非聚合的卵黃高磷蛋白具有更好的乳化特性，而聚合的卵黃高磷蛋白具有更好的乳化穩定性。隨著研究的深入，Castellani等人［17］還發現，除前述鈣離子外，鎂離子和鐵離子的存在也會影響卵黃高磷蛋白形成乳化液體系。含有鎂離子的卵黃高磷蛋白乳化液在pH 6和pH 7時會產生高度的絮凝狀態，EDTA(乙二胺四乙酸)的添加則可以部分消除絮凝現象，但是在制備乳化液之前添加EDTA，絮凝現象就可以完全消除。在卵黃高磷蛋白的乳化液體系中添加鐵離子也會在pH值為4～7時產生絮凝現象，尤其在pH 6和pH 7時最為顯著。濃度為4.8 mmol/L EDTA的可以部分消除絮凝現象。單獨添加SDS(十二烷基硫酸鈉)不足夠解聚絮凝的油滴，只有同時添加SDS和EDTA才能徹底消除體系的絮凝現象。與卵黃高磷蛋白相比較，鐵離子-卵黃高磷蛋白復合物具有較低的乳化性;與乳化后加入鐵離子比較，乳化前加入鐵離子產生相對較少的絮凝現象。

3 酶處理對卵黃高磷蛋白乳化性的影響

酶解蛋白質使其生成肽段，不僅改變了蛋白的組分，同時還會引起二級結構的變化，進而引起蛋白物理化學特性的變化。Sattar Khan等人［18］的研究表明，蛋白酶將卵黃高磷蛋白水解成大肽鏈(高磷酸化核心區50～210個肽)和小肽鏈(N端1～49個肽和C一端211～217個肽)。不含小肽的大肽部分不具備優異的乳化特性，這說明蛋白質中的N末端 和C末端部分是蛋白質高乳化性的關鍵。張小燕等人［19］的研究得到了相同的結論，蛋白酶水解后及磷酸酶處理后的卵黃高磷蛋白不再具備優良的乳化性，進而證實卵黃高磷蛋白的C末端和N末端以及大量的磷酸根基團都是維持其高乳化性不可或缺的部分。

4 添加劑對卵黃高磷蛋白乳化性的影響

蛋白的乳化特性還可以通過加入添加劑如:果膠［20］、甘油［21］和海藻糖［22］等來改善。陳海英等人［26］研究表明，卵黃高磷蛋白溶液中添加0.5%的甘油就可以顯著的使其乳化活性指數從19.8提高到20.9，乳化穩定指數從67.6到75.1。添加0.1%(酯化度為34% ～40%)果膠或者是0.5%的海藻糖，也可以提高卵黃高磷蛋白的乳化穩定指數。在其他蛋白形成的乳化體系中，上述添加劑也有類似的研究報道。Akhtar等人［20］的研究表明，70%酯化度的果膠可以在酸性條件下形成食品乳化體系。低濃度的果膠有利于適度稀釋乳化體系中血清蛋白的快速分離以及由酪蛋白形成的濃縮型乳化體系的假塑性流變學特性［4］。同時研究還表明，甘油也可以作為乳化劑、組織形成劑和塑型劑來改善食品和乳化體系的質地［21］。共溶劑如甘油等可以增加水相體系中蛋白的穩定性，當蛋白溶于甘油/水體系中時，甘油優先與大塊連續性的疏水性區域相結合，因為甘油在疏水性界面和極性溶劑中充當兩性分子［23］;也有研究表明，甘油濃度與蛋白質-蛋白質交互體系中表面的疏水性和熒光性之間是相互促進關系［24］。海藻糖(α，α-海藻糖)是一個非還原性二糖，由α-1，1糖苷鍵連接2個葡萄糖分子形成，它無水時的分子質量與乳糖相似。它可以在干燥條件下被用作密封劑，來阻止生物材料蒸發、氧化和化學反應。海藻糖的封裝特性在一定程度上與其乳化體系在脫水性前的乳化穩定性相關［25］。最新的研究表明，水相中乳化劑的穩定性還可以受到海藻糖濃度的影響。海藻糖可以消除體積-質量 平均直徑(d4，3)和極大增加乳化穩定性［22］。

5 改性反應對卵黃高磷蛋白乳化性的影響

美拉德反應，碳水化合物的還原性末端與蛋白質的ε-氨基之間的縮合反應，經常被用來提高食品中蛋白質的物理特性，包括乳化特性，如溶菌酶及酪蛋白的乳化活性及乳化穩定性［20］。但是通常情況下，必須控制美拉德反應在初級階段以減少復雜的高級產物、較深的顏色以及不良氣味的產生。目前，美拉德反應提高大豆蛋白［27］、酪蛋白［28］、溶菌酶［29］等蛋白的乳化性得到了驗證，但是，關于卵黃高磷蛋白的美拉德反應的研究還不常見。

Nakamura等人［30］通過美拉德反應分別使卵黃高磷蛋白及其蛋白酶水解產物與半乳甘露聚糖連接，然后比較兩者乳化性能的變化，前者的乳化活性及乳化穩定性都得到了顯著地提高，而后者變化不大。原因在于卵黃高磷蛋白可以被高度糖基化，而其酶解得到的含有高度磷酸化結構的肽片段結合的半乳甘露聚糖較少。蛋白質和葡聚糖都具有穩定油水乳化體系的作用，同時，葡聚糖還可以通過增稠作用及膠黏效應以提高連續相的穩定性，顯而易見，卵黃高磷蛋白-葡聚糖聚合物可以提高蛋白的乳化特性。與此相反，卵黃高磷蛋白的N末端和C末端集中了卵黃高磷蛋白中近一半的疏水氨基酸殘基，可以錨定油滴，使其均勻分散在水相中，酶解后疏水N末端和C末端被破壞，進而降低了其乳化特性。

6 結論與展望

目前，我國已經成為禽蛋生產大國，產量己連續18年居世界第一位。但是我國蛋制品的深加工程度與巨大的蛋產量極不同步。我國的蛋品加工量不足產量的5%，而用于深加工的只占0.7% ～1%，存在加工能力弱，加工深度低，品種單一等方面的問題。

雞蛋，特別是蛋黃中存在著大量的活性物質，如蛋黃油，核黃素，卵黃高磷蛋白，蛋黃卵磷脂，唾液酸等高附加值的生理功能成分。功能成分的提取分離以及功效應用的研究已經成為國內外學者的研究熱點。卵黃高磷蛋白是存在于蛋黃顆粒中一種活性蛋白，因其優異的金屬離子吸附能力、乳化特性、抗氧化、抑菌性、耐高溫等特性而成為全世界范圍的研究新寵。隨著卵黃高磷蛋白及其產品性質研究的深入，以及卵黃高磷蛋白大規模提取分離工藝的改進，卵黃高磷蛋白的開發應用的成本大幅度降低，進一步擴大其在食品、醫藥、護膚品等工業化生產的規模。

卵黃高磷蛋白作為乳化劑使用時依然存在著缺陷，如卵黃高磷蛋白的疏水性末端比較小，限制了其對油脂的吸附，進而影響了乳化活性;卵黃高磷蛋白沒有分支結構，不能夠形成強大的空間位阻效應，不足夠阻止乳化液滴的絮凝，進而也限制了其乳化穩定性。針對以上問題，國內外的科研人員從多方面作出了努力，但是這依然是一個炙手可熱的研究課題。作者認為，對卵黃高磷蛋白自身的改性，如酶法聚合、接枝反應等將會是解決上述問題的一個有效途徑。

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