《食品科学》：吉林大学刘静波教授等：生物酶解影响蛋白起泡特性的因素及机理研究进展

1、研究背景

随着人们对泡沫型食品需求的增加，如何提高蛋白起泡性逐渐成为了研究重点。生物酶解作为食物蛋白深加工方法之一，不仅能使蛋白产生具有生物活性的小分子肽，而且可以在一定程度上改善蛋白的起泡特性，进一步提高蛋白的附加值。因此，吉林大学食品科学与工程学院，吉林省营养与功能食品重点实验室的张 婷、陈美如、刘静波*等就近年来蛋白起泡特性的相关机理研究以及生物酶解对蛋白起泡特性的影响因素进行综述，希望为今后食物蛋白的综合利用与深度开发提供新的思路。

2、蛋白的起泡机理及影响因素

2.1蛋白泡沫的形成机理

蛋白分子由于同时具有亲水基团与疏水基团，而体现出两亲性。在分散过程中，蛋白的亲水基团进入液相，疏水基团进入气相；在搅拌过程中，由于疏水基团吸附在气液界面上，降低了表面张力，同时因为界面处蛋白的相互作用的存在形成粘弹性薄膜，有助于泡沫的形成和稳定。

2.2蛋白泡沫的界面吸附动力学

蛋白质的起泡性在很大程度上取决于蛋白分子在气液界面的吸附动力学。一般来讲，可以把蛋白的吸附动力学分为4个阶段：滞后期、扩散、吸附、重排。第一阶段为滞后期，也叫滞后时间，即表面张力降至其初始值的 95％时所需的时间，用来表征扩散的早期阶段，通常与蛋白分子的柔韧性和疏水性相关。第二阶段是扩散阶段，即蛋白分子由液相扩散到气相的过程，主要受到界面和连续相之间的蛋白浓度梯度的影响，较高的蛋白浓度对此阶段的进行有一定的促进作用。第三阶段是吸附（渗透），即亲水基团进入水相，而疏水基团暴露于空气相，蛋白分子到达界面后进行的一系列吸附、展开、界面折叠等过程。第四阶段重排，是指蛋白分子在界面的聚集、重新排列形成界面膜，平衡表面张力的过程。

2.3蛋白泡沫的失稳机制

泡沫的不稳定性主要归因于歧化和聚结两种失稳机制。歧化的发生是因为不同大小的气泡存在的压力差导致的。当两个气泡半径不等时，界面呈现曲面状，小的气泡收缩并促使大气泡的增长，最终导致泡沫的不稳定破裂。聚结是指相邻气泡的合并。当多个气泡聚集时，接触点处的曲率较大，驱动着正常界面的液体向接触区域流动，导致液膜中的液体流失，液膜变得越来越薄直至达到临界厚度，不再能承受住气泡内的压力最终导致破裂。

3、生物酶解影响蛋白起泡性的因素

3.1预处理方式对起泡性的影响

紧密结合的蛋白比具有高度柔性的蛋白更耐酶的催化。预处理的主要目的是让处于折叠状态的蛋白结构变得松散，加快酶促反应进程。因此，酶解前底物蛋白预处理的过程对起泡性改善效果起着重要作用。常用的预处理方式主要包括热处理和超声处理。

3.2酶类型对起泡性的影响

不同的酶类型主要是凭借其各自的切割位点及酶切末端特异性，影响产物的水解度及表面疏水性、电荷属性等理化性质，进而改善水解产物的起泡特性及泡沫质地。例如，Garcés-Rimón 等人（2016）发现食品级氨肽酶处理液态蛋清可赋予其良好的起泡性和泡沫再塑性，其原因可能在于产物的极性、离子化基团和疏水基团等发生变化。

3.3水解程度对起泡性的影响

适度的酶解可以使原本掩埋在分子内部的疏水基团暴露出来，增强蛋白在气液界面的吸附，降低表面张力，从而改善起泡性；同时，由于界面处蛋白吸附量增多，分子间作用力增强，有助于形成黏弹性薄膜以稳定界面，进而阻碍泡沫排水现象改善泡沫稳定性。但当水解过度时，较短的肽链或氨基酸的产生不利于在气液界面形成稳定的薄膜，因而对泡沫特性产生负面影响。

3.4pH值对起泡性的影响

pH 也是影响蛋白水解产物起泡性能的重要因素之一，主要是通过影响分子的带电性而在吸附动力学的“吸附期”发挥作用，一定程度上影响了蛋白水解产物在界面的吸附和聚集行为。例如，当pH处于蛋白的等电点附近时，蛋白水解产物表面电荷接近于零，此时分子间的静电斥力和气/液界面吸附能垒较低，蛋白水解产物的界面吸附速率和吸附数量较高，从而改善了蛋白水解产物的起泡性。

3.5分子质量对起泡性的影响

分子量对起泡性的影响主要作用在吸附动力学的“扩散期”，分子量的大小影响着分子的界面扩散速率。蛋白经过酶解被切割成多肽或氨基酸，蛋白的高级结构被破坏的同时分子量降低，向界面扩散和吸附的速率提高，有利于改善其起泡性。由于大部分蛋白的优良加工特性只有在处于可溶解状态时才能展现出来，而分子量的降低使得蛋白的亲水性提高，提高其溶解度和柔韧性，有望改善蛋白的加工特性。

4、结论

在蛋白的酶解过程中，预处理方式、酶的类型、水解程度、pH、以及分子量等因素通过不同的作用机制来影响蛋白的起泡特性。但目前的研究主要围绕在生物酶解对起泡性能的影响及工艺优化等方面，对其影响机制的研究仍然亟待开展，应用领域仍待开拓。

通信作者简介

刘静波吉林大学唐敖庆特聘教授，工学博士，博士生导师，教育部高等学校2018-2022食品科学与工程类专业教学指导委员会副主任、中国工程教育专业认证协会认证结论审议委员会委员、食品类专业认证委员会成员、亚洲蛋品协会副会长、国家蛋品工程技术研究中心专家组成员、吉林省功能食品工程研究中心主任、吉林省营养与功能食品重点实验室主任等。研究方向：营养与功能食品、蛋品精深加工与副产物综合利用等。先后承担“十三五”国家重点研发计划项目，自然科学基金面上项目等多项国家及省部级项目。发表论文200余篇，其中SCI/EI收录100余篇；申请国家发明专利150余件，授权36件。受邀担任Journal of Agricultural and Food Chemistry、Food Chemistry、Food & Function、《食品科学》等国内外知名期刊审稿专家。

第一作者简介

张婷工学博士，副教授，博士生导师，吉林省营养与功能食品重点实验室副主任。吉林大学唐敖庆青年学者，第四批吉林省青年科技人才托举工程被托举人，吉林省优秀青年基金获得者。担任中国食品科学技术学会青年工作委员会委员、中国畜产品加工研究会青年工作委员会委员。长期从事生物活性肽开发和蛋品精深加工研究，近年来主持国家自然科学基金2项（面上、青年）、国家重点研发计划项目校内子项1项、吉林省科技发展计划项目2项（技术攻关、优青）、吉林省青年科技人才托举工程项目1项、吉林省教育厅科学研究项目2项。发表SCI论文48篇（第一/通讯作者中科院一区论文15篇），申请国家发明专利9项。

本文《生物酶解影响蛋白起泡特性的因素及机理研究进展》来源于《食品科学》2022年43卷7期298-304页，作者：张婷，陈美如，于一丁，张燕，刘静波。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20210107-077。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。

修改：吉林大学食品科学与工程学院张婷副教授；编辑：袁艺；责任编辑：张睿梅

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