通过乳酸菌发酵提高巴氏杀菌蛋清的热流动性：流变学、结构及功能特性研究

《Food Chemistry》：Improving the thermal fluidity of pasteurized egg white through lactic acid Bacteria fermentation: Rheological, structural, and functional characterizations

本研究通过添加乳酸菌预处理液态蛋清，显著降低巴氏杀菌后蛋清的粘度（最高减少68.46%），并改善其热流体性，机制涉及表面疏水性和二硫键含量的降低，同时提升乳化与泡沫性能，为工业应用提供新策略。

　　

作者：卓尔天（Zhuoer Tian）、葛文琪（Wenqi Ge）、刘佳静（Jiajing Liu）、辛宇航（Yuhang Xin）、贾佳（Xin Jia）、裴佳文（Jiawen Pei）、段翔（Xiang Duan）、刘学博（Xuebo Liu） 西北农林科技大学食品科学与工程学院，中国杨凌712100

摘要

液体蛋清（LEW）在运输和储存方面具有优势。然而，在巴氏杀菌过程中，LEW蛋白质的热变性会使其粘度增加，导致管道堵塞和产品质量下降。本研究在巴氏杀菌前向LEW中添加乳酸菌（LAB），以降低其粘度，从而提高其流动性并保持功能。流变学结果显示，发酵过程显著降低了巴氏杀菌后LEW的粘度（在1 s?1剪切率下最大降幅达到68.46%）。粘度的改善归因于表面疏水性的降低（从698.88降至330.47）和二硫键含量的减少（从0.037降至0.013），这些因素共同抑制了蛋白质的热诱导聚集和凝结。发酵处理还增强了巴氏杀菌后LEW的乳化活性和起泡能力。因此，本研究表明，发酵处理有助于提高巴氏杀菌后LEW的加工效率并改善其品质。

引言

鸡蛋是日常饮食中不可或缺的食物和重要的营养来源，也是食品工业的关键原料（Y. Liu, Yang等人，2023）。在鸡蛋成分中，蛋清是高质量蛋白质的便捷来源（Baek等人，2021）。由于其优异的凝胶化和起泡性能，蛋清常用于烘焙和食品服务行业（Sheng等人，2021）。蛋清的广泛使用促进了液体蛋清（LEW）产品的发展。与全蛋相比，LEW有效减少了因鸡蛋破损造成的经济损失，并便于储存和长途运输（Lv等人，2022）。此外，LEW为食品加工业提供了更一致的质量，提高了微生物安全性，并为蛋壳回收提供了机会。 对于LEW的生产，巴氏杀菌是一个关键步骤，它决定了最终产品的微生物安全性（例如，沙门氏菌等病原体的灭活）和加工性能（Y. Zhang等人，2024）。然而，在加热过程中，如卵转铁蛋白等热敏蛋白质容易发生分子间交联并形成可见的聚集体，导致蛋清的流动性降低。这种现象会导致管道内壁附着和堵塞（L. Li, Lv等人，2013）。这种堵塞不仅会引起管道阻塞和微生物繁殖，还会影响产品的功能（Hagiwara等人，2015）。这对工业效率构成了重大挑战，因为需要频繁停机进行清洗。已经提出了一些策略来减轻蛋清加工过程中的管道堵塞问题，包括原位清洗（CIP）、不锈钢表面的柠檬酸和硝酸处理（Hagiwara等人，2015）、射频加热（Zhu等人，2021）和热超声杀菌（Beitia等人，2025）。然而，这些方法通常依赖于对杀菌设备的改造或处理，伴随着较高的经济成本。相比之下，探索适合的方法来提高LEW的热流动性可以从源头上减少管道沉积物的形成，并确保产品安全。 流变学性质常用于表征蛋清溶液的流动性，与食品蛋白质的功能性能密切相关。已经探索了多种物理和化学方法来改善蛋清蛋白质的流变学性质，如紫外线处理（de Souza & Fernández，2013）、电阻加热（Icier & Bozkurt，2011）、添加蛋白质补充剂（Elayan等人，2025）和高压处理（Ahmed等人，2003；Singh等人，2015）。然而，这些技术往往能耗高且程序复杂，限制了它们的工业应用。关于LEW的进一步研究主要集中在保持其热稳定性和功能性上，而往往牺牲了其流变学性质，例如磷酸盐修饰（M. Dong等人，2024）、糖基化（Nasabi等人，2017）和表面活性剂修饰（Jiang等人，2020）。 微生物发酵提供了一种温和、节能且易于扩展的方法，符合可持续性和天然食品生产的原则（Basso等人，2023；Kiran等人，2024）。乳酸菌（LAB）发酵作为一种成熟的生物技术策略，可以通过酶促水解和酸化促进蛋白质分解为短肽，并已广泛应用于蛋白质加工（Jiang等人，2020）。先前的研究表明，LAB发酵可以改善各种食品基质中的流变学性质，包括苋菜面团、饼干、豆浆和豆奶酱（Chochkov等人，2023；Korma等人，2022；Q. H. Li, Xia等人，2013；Longoria等人，2020；Shobharani等人，2015）。最近的研究进一步表明，LAB发酵可以改变蛋清蛋白质的分子结构，从而改善其加工特性，如起泡性能（Jia, Deng等人，2024；Jiang等人，2020）。这些效应通常与蛋白质疏水性和电荷分布的变化有关，这是控制LEW流变学性质的关键因素。这些发现表明，LAB发酵有潜力在保持液体蛋清（LEW）功能性的同时提高其流动性。然而，目前尚缺乏系统研究来探讨LAB发酵是否能够提高巴氏杀菌后LEW的热流动性。 因此，本研究调查了LAB发酵及其发酵时间对巴氏杀菌后LEW流动性的影响，特别关注了背后的物理化学机制。同时，还评估了LAB发酵对巴氏杀菌后LEW的起泡和乳化性能的影响，旨在提供机制洞察和可行的技术策略，以提高加工效率并减轻LEW巴氏杀菌过程中的管道堵塞问题。

材料

新鲜鸡蛋从当地市场（中国陕西杨凌）获取。商业化的冻干乳酸菌粉末（Streptococcus thermophiles）购自山东中科嘉益生物工程有限公司（中国山东青州）。所有其他化学试剂均为分析级。

蛋清发酵和巴氏杀菌

鸡蛋清洗以去除壳上的杂质和细菌，然后干燥并敲碎。将蛋清溶液放入干净的烧杯中，并加入转子。

频率扫描

储存模量（G′）反映了巴氏杀菌后LEW样品的弹性，而损耗模量（G″）表示其粘度。如图1a和b所示，在振荡的初始阶段，所有样品的G″值均高于G′。结果表明，LEW样品表现出更明显的液态特性。随着角频率的增加，所有组的G′和G″均呈上升趋势，其中4小时发酵组的改善最为显著。

结论

本研究探讨了乳酸菌（LAB）发酵对巴氏杀菌后液体蛋清（LEW）热流动性、结构特性和功能性能的影响。结果表明，发酵显著提高了巴氏杀菌后LEW的热流动性，在1 s?1剪切率下其表观粘度降低了多达68.46%。这些改善与蛋清蛋白质之间的分子间相互作用变化有关，包括表面疏水性的降低。

CRediT作者贡献声明

卓尔天（Zhuoer Tian）：撰写——原始草案、验证、方法学、研究、正式分析。 葛文琪（Wenqi Ge）：方法学、研究、正式分析。 刘佳静（Jiajing Liu）：软件、方法学。 辛宇航（Yuhang Xin）：正式分析。 贾佳（Xin Jia）：研究、数据管理。 裴佳文（Jiawen Pei）：软件、方法学。 段翔（Xiang Duan）：撰写——审阅与编辑、方法学、资金获取、正式分析。 刘学博（Xuebo Liu）：监督、方法学。

资助

本研究得到了中国国家重点研发计划（编号：2023YFF1103404）和中国国家自然科学基金（编号：32172205）的支持。

未引用参考文献

Haldar, Yhome, Muralidaran, Rajagopal and Mishra, 2023

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

作者感谢西北农林科技大学食品科学与工程学院提供的仪器共享平台，包括纳米粒径仪、Zeta电位计、动态剪切流变仪和傅里叶变换红外光谱仪，以及西北农林科技大学生命科学大型仪器共享平台提供的扫描电子显微镜的帮助。