《食品科学》：南京财经大学王立峰教授等：转谷氨酰胺酶交联菜籽蛋白对蛋糕品质的影响

源于粮油加工副产物的蛋白质资源（包括大豆粕、菜籽粕、花生粕等），因氨基酸平衡性好、生物效价高而被认为是优质的替代蛋白资源。其中菜籽粕蛋白质量分数高达35%～45%，主要包含12S球蛋白和2S清蛋白（80%以上）。由于菜籽蛋白是一种全价蛋白，含有非限制性氨基酸，且氨基酸组成合理，尤其含有丰富的碱性氨基酸（赖氨酸）和含硫氨基酸（甲硫氨酸、半胱氨酸），符合联合国粮食及农业组织与世界卫生组织的推荐模式，总体品质优于大豆蛋白，媲美酪蛋白。

蛋清蛋糕是一种主要包含面粉、蛋清和糖等配料经烘烤而成的蓬松点心，为一种典型的泡沫食品。其独特口感的形成主要归因于蛋清蛋白的起泡性能。然而由于植物蛋白溶解性、起泡性易受蛋白质来源、副产物加工程度、提取分离方式等影响，总体上的性能表现均弱于蛋清蛋白。因而通常需要利用物理、化学、生物等方式对植物蛋白进行改性处理，以增强其功能特性满足应用需求。由微生物代谢而来的转谷氨酰胺酶（TG）能够催化蛋白质谷氨酰胺残基的γ-羧酰胺基团和赖氨酸残基的ε-氨基基团之间产生分子间和分子内交联，且不会产生影响风味的物质，近年来被普遍用于改善蛋白质的功能特性。

尽管现有研究表明天然菜籽蛋白具备较好的起泡能力和泡沫稳定性，南京财经大学食品科学与工程学院的熊文飞、朱舒欣和王立峰*等人近期研究发现利用TG交联处理后，菜籽蛋白的起泡能力进一步提升了30%，与蛋清蛋白相当。为此，进一步利用TG交联后的菜籽蛋白替代蛋清蛋白用于制作蛋糕，通过表观形态、扫描电子显微镜（SEM）和色差仪观察蛋糕形貌与色泽，通过X射线衍射（XRD）、低场核磁共振（LF-NMR）和物性仪分析蛋糕的质构，并借助电子鼻与电子舌对蛋糕风味进行研究，从而为TG处理后菜籽蛋白的应用奠定基础和提供科学指导。

1

蛋糕的表观形态和微观结构分析

食品外观不仅影响着消费者的购买决策，还直接影响着产品的品牌形象和市场竞争力，是消费者选择食品的重要因素之一。如图1所示，用TG交联的菜籽蛋白替代蛋清后，随着替代率的增加，蛋糕颜色逐渐加深。此外，纯蛋清蛋白制成的海绵蛋糕其内部孔洞呈现不规则孔状。蛋清替代率为25%时，海绵蛋糕内大尺寸孔洞明显增加。继续增加蛋清替代率后，蛋糕内部孔洞变得更为细密且均匀。蛋糕内部的孔洞结构与蛋白的起泡性密切相关，蛋白在打发过程中搅入空气，形成薄薄的蛋白质液膜，从而产生泡沫使得面糊中充满细小的气泡。这些气泡在蛋糕烘焙过程中起到支撑和膨胀的作用，进而改善烘焙产品的质地、体积和形状。由此可知，TG交联后的菜籽蛋白因其较好的起泡性，对蛋清蛋糕内部空洞的形成状态与数量有显著影响。

进一步，利用 SEM 对蛋糕的微观结构进观察（图2）。由放大50 倍的照片可见，对照组（替代率0%）的气孔稀疏且尺寸较小，替代率25%的蛋糕其气孔数量有明显增加；替代率50%的蛋糕其气孔数量较25%时有所减少，呈现更为规则的圆形；但当替代率增加到75%后，蛋糕整体结构过于致密，可观察到的气孔较少，该观察结果与蛋糕的表观分析结果对应。这可能是由于在同样蛋白含量前提下，菜籽蛋白因纯度较蛋清蛋白低，从而具有更高的黏稠度，导致在高替代率时体系因黏度高而气泡数量和尺寸均下降。也可能是较多非蛋白组分的存在导致菜籽蛋白平均粒径（约220 nm）高于蛋清蛋白（约170 nm），从而导致搅打过程中前者迁移至气液界面的速率低于后者。另外，蛋糕内部气孔壁的平滑度是影响其易碎性的一个重要因素。在150 倍放大倍数下观察蛋糕的微观结构时，可以发现随着TG交联菜籽蛋白的添加，蛋糕切割面与气孔内壁变得更为光滑，蛋糕内部的气孔结构变得更为紧密。这说明适量添加TG交联的菜籽蛋白可以有效改善蛋糕的微观结构，使其气孔更加紧密、光滑，从而降低蛋糕的掉渣率，提升整体的食用体验，同时也更易于切片和保存。

2

蛋糕的色差分析

蛋糕的色泽是影响消费者对其喜好程度和接受性的重要参数之一。在CIELab表色体系中，

L

*反映明度值，正值越大表示样品亮度越高；

a

*反映红绿偏向，正值越大表示样品越偏向红色；

b

*反映黄蓝偏向，正值越大表示样品越偏向黄色，由表2可知，随着替代率的升高，蛋清蛋糕的

L

*值呈下降趋势，表明蛋糕颜色越来越暗；而

a

*和

b

*值均先增大后减小，在25%时达到最大。说明以25%菜籽蛋白替代蛋清蛋白时，蛋糕的颜色更趋向于黄色与红色。这与对图1的表观分析结果相符，可能是由于菜籽蛋白在提取时未经过脱色处理，这些显色小分子杂质（主要为多酚类）的存在不仅会增加菜籽蛋白溶液黏度，也会导致蛋糕颜色变深。这也表明利用TG交联菜籽蛋白取代蛋清对蛋糕的色泽具有较大的影响。

3

蛋糕的质构分析

不同蛋清替代率下蛋糕质构的分析从硬度、弹性、黏聚性、胶着度、咀嚼度与回复性这6 个指标进行。如表3所示，随着蛋清替代率的增加，样品的黏聚性与回复性没有显著性变化；替代率为75%时硬度、胶着度与咀嚼度较对照组分别增加了2.4、2.2 倍和1.4 倍，而弹性减弱了24%。硬度反映物品达到既定变形程度所需施加的力，咀嚼度用于描述咀嚼吞咽物品时所需做的功。这可能是由于随着蛋清替代率增加，蛋糕的起发效果减弱，样品获得更为坚实的质地。弹性反映变形后的样品在去除外力后可以恢复的程度，样品的弹性在替代率增加至75%后明显减弱，该结果与蛋糕的微观结构结果相对应。可能是由于替代率75%时样品中孔隙减少。这些表明利用TG交联菜籽蛋白替代蛋清制的蛋糕在蛋清替代率75%时其质构与原蛋清蛋糕相比差别较大。

4

蛋糕的水分分布分析

NMR这一分析方法具有高效、快速和少损等特点，被广泛应用于监测食品加工过程中的水分迁移，表征水分的状态变化。横向弛豫时间（

T

2 ）能反映水分子的水分相态并显示不同组分的流动性、分布和结构信息 。

T

2 的变化受氢质子所处环境的影响，与其所受到的束缚力及自由度有关，其中，蛋白质限制的水分越少，弛豫时间越长 。图 3 和表 4 分别显示了不同蛋清替代率下蛋糕的弛豫时间分布和不同状态水分的相对含量。

从图3可以看出，所有蛋糕样品在0.1～10 000 ms范围内均出现了3 个

T

2 分布峰，表示蛋糕中主要含有 3 种水分相态，即

T

21 表示结合水，

T

22 表示次结合水，

T

23 表示自由水，这与陈诚等 关于 海绵蛋糕的 NMR 测定结果一致。此外，随着替代率的增加，蛋糕的

T

21 、

T

22 与

T

23 的峰值均出现右移，弛豫时间逐渐变长，说明样品内部水分的流动性随蛋清替代率的增加而增强。

从表4中不同状态水分的相对含量可以看出，所有样品中次结合水相对含量均表现为最高，说明不同蛋清替代率下蛋糕结构均相对紧密，对水分子的束缚较强。除此以外，随着蛋清替代率的不断增加，蛋糕自由水的相对含量降低（由0.35%降至0.02%），结合水和次结合水的相对含量略有增加。这说明利用菜籽蛋白替代蛋清蛋白能使更多的自由水向结合水与次结合水转化，从而增强蛋糕的持水能力。

5

蛋糕的XRD分析

XRD可以客观地确定复杂结晶物质的结构，分析该衍射图谱可以对样品的成分、其内部分子或原子的构型与对称型进行研究，在已知密度时，对分子质量、成键类型和化学式等信息也可分析。如图4所示，样品的主要特征峰位于2

＝ 12.5 ° 和 20 ° 处。其中， 2

＝12.5 ° 处是谷类作物种子淀粉的无定形峰 ； 2

＝ 20 ° 处是蛋糕中的直链淀粉在焙烤结束后发生回生形成的 V 型结晶的特征峰 。不同替代率的蛋清蛋糕在 2

＝ 20 ° 处衍射峰的衍射强度具有明显差异，替代率 0% 时衍射强度最高（ 49 760.8 cps ），替代率 25% 时衍射强度最低（ 34 282.3 cps ）。这说明替代率 25% 的蛋糕中淀粉的回生程度远小于普通纯蛋清蛋糕， TG 交联菜籽蛋白在蛋糕中起到了一定的抗老化作用，且替代率 25% 时对蛋糕的抗老化效果最好，结晶度下降 31.1% 。这与利用超高压辅助木瓜蛋白酶水解大豆蛋白制得的高起泡水解物部分代替蛋糕中的蛋清蛋白中的结果 类似，此外高功率脉冲微波协同花色苷处理后的大豆分离蛋白也具有相同延缓蛋糕老化的效果 。

6

蛋糕的风味分析

电子鼻是通过气体传感器响应曲线对待测气体进行识别和分析。电子舌系统主要有味觉传感器阵列、信号采集系统和模式识别系统三部分组成。味觉传感器相当于人的舌头，能够对被测液体德威进行感应发散信号并通过传感器被接收，最终转换成味觉值并进行分析和预测。ASTREE电子舌的传感器分别为AHS、CTS、ANS、NMS和SCS，分别对应酸味、咸味、甜味、鲜味和苦味。由图5可知，不同蛋清替代率下的蛋糕具有相同的味觉和嗅觉指纹图谱，主要表现出甜味、咸味和鲜味的口感。其电子鼻各项指标响应值与电子舌各项响应值均无显著差异，说明用菜籽蛋白取代部分蛋清蛋白没有对蛋糕风味产生不良影响。

结论

本实验旨在通过考察TG交联后的菜籽蛋白以0%、25%、50%及75%的比例替代蛋清蛋白制备海绵蛋糕来评估其应用价值。蛋糕表观形态、微观结构和色泽表明TG交联菜籽蛋白部分替代蛋清后，其内部孔洞细密均匀，气孔紧密，蛋糕掉渣率降低。随着替代率的增加，蛋糕颜色逐渐加深。蛋糕结晶度、水分分布与状态、质构特性表明随着替代率的提高，蛋糕内部水分的流动性与持水能力均增强，其硬度、胶着度及咀嚼度也增加，而弹性减弱。替代率25%时蛋糕中淀粉的回生程度最低，说明具有良好的抗蛋糕老化的效果。此外，风味分析表明TG交联菜籽蛋白替代蛋清制成的蛋糕无不良风味形成。这些结果表明经TG交联处理的菜籽蛋白在焙烤食品领域具有较好的潜在应用价值。

本文《转谷氨酰胺酶交联菜籽蛋白对蛋糕品质的影响》来源于《食品科学》2025年46卷11期57-63页，作者：熊文飞，朱舒欣，陆姗姗，姚轶俊，王立峰*。DOI：10.7506/spkx1002-6630-20241212-099。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。

实习编辑：魏雨诺；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

为了帮助食品及生物学科科技人员掌握英文科技论文的撰写技巧、提高SCI期刊收录的命中率，综合提升我国食品及生物学科科技人员的高质量科技论文写作能力。《食品科学》编辑部拟定于2025年8月7-8日在 中国 湖南 长沙 举办“第12届食品与生物学科高水平SCI论文撰写与投稿技巧研修班”，为期两天。

长按或微信扫码了解详情

为贯彻落实《中共中央国务院关于全面推进美丽中国建设的意见》《关于建设美丽中国先行区的实施意见》和“健康中国2030”国家战略，全面加强农业农村生态环境保护，推进美丽乡村建设，加快农产品加工与储运产业发展，实现食品产业在生产方式、技术创新、环境保护等方面的全面升级。由 中国工程院（环境与轻纺工程学部） 主办， 湖南省农业科学院、北京食品科学研究院、岳麓山工业创新中心承办，国际食品科技联盟（IUFoST）、国际谷物科技协会（ICC）、湖南省食品科学技术学会、洞庭实验室、湖南省农产品加工与质量安全研究所、中国食品杂志社 、中国工程科技发展战略湖南研究院 、湖南大学、湖南农业大学、中南林业科技大学、长沙理工大学、湘潭大学、湖南中医药大学、新疆维吾尔自治区农业科学院协办的“2025年中国工程院工程科技学术研讨会—推进美丽乡村建设-加快农产品加工与储运产业发展暨第十二届食品科学国际年会”，将于2025年8月8-10日在中国 湖南 长沙召开。

长按或微信扫码进行注册

为进一步促进动物源食品科学理论的完善与创新，加速科研成果向实际生产力的转化，助力产业实现高质量、可持续发展，由北京食品科学研究院、中国肉类食品综合研究中心、中国食品杂志社将与江西农业大学、江西科技师范大学、南昌师范学院、家禽遗传改良江西省重点实验室共同举办的“2025年动物源食品科学与人类健康国际研讨会”，将于2025年10月25-26日在中国 江西 南昌召开。

长按或微信扫码进行注册

北京食品科学研究院、中国食品杂志社和全国糖酒会组委会将于2025年10月16-18日在江苏省南京市南京国际博览中心举办第113 届全国糖酒会食品科技成果交流会。食品科技成果交流会期间举办食品科技成果展，本届科技成果展以我国当前食品产业科技需求为导向，重点邀请“十四五”以来获得国家和省部级重要科研项目支持产出的食品科技新成果、新技术、新产品参展，并针对企业技术需要开展精准对接服务。

长按或微信扫码进行注册