基于微波诱导的蛋清蛋白湿法Maillard反应进程调控及其凝胶改性机制

Egg white exhibits low gel strength. However, current theoretical studies on egg white gel modification are limited. A theoretical study will be thus conducted on gel modification of egg white,focusing on the key scientific matter in egg white Maillard reaction modification which intensified by microwave processing, namely the denaturation and aggregation of proteins in hot and humid environment, gel mechanism of egg white induced by Maillard reaction. Using ovalbumin-dextran as a model, the absorption and heat transfer of microwave energy in the Maillard reaction solution will be investigated. The regulation of structural transformations and aggregation of ovalbumin will be studied under macromolecular crowding and microwave conditions. The kinetic equation of the Maillard reaction will be established to enable the inhibition of the final product’s formation by precise temperature control. Finally, the correlation between the structure of albumin–dextran copolymers and gel strength will be examined using structural biology techniques, and the molecular mechanism of the Maillard reaction in the gel modification of egg white will be determined. The results of this study will be valuable for the quality improvement of high-gel egg white, and provide a solid theoretical foundation for the development of industrial egg white processing.

针对我国蛋清产品凝胶强度低以及蛋清凝胶改性理论研究的不足现状，课题围绕蛋清蛋白湿法凝胶改性的两个关键科学问题：高温水相体系中蛋白质的变性聚集与褐变、美拉德反应诱导的蛋清糖基化凝胶改性机制，展开微波作用下蛋清蛋白的美拉德反应基础理论研究。课题以卵白蛋白-葡聚糖（同时作为大分子拥挤试剂）为模型，研究反应体系中微波能的吸收和热转化规律；探讨“大分子拥挤环境”下微波辐射对卵白蛋白结构变化及聚集行为的调控策略；建立美拉德反应产物及其色泽的热/动力学方程，在此基础上，基于“温度分步精准控制”方法抑制美拉德反应终产物的形成；最后，运用结构生物学研究方法，研究卵白蛋白-葡聚糖接枝共聚物结构与其凝胶强度的相关性，构建基于微波过程参数─蛋白质糖基化产物结构─凝胶强度的预测模型，揭示微波场中美拉德反应对蛋清蛋白凝胶改性的分子机制，最终实现高凝胶型蛋清的绿色加工与品质提升技术突破，为蛋清深加工提供技术支撑。

我国蛋品加工产业同质化竞争现象严重，为此，开发高附加值的蛋制品成为当前企业的主要应对策略。卵白蛋白是具有高反应活性的全价蛋白质，易与糖类物质通过共价接枝反应来提升其功能性质。而环形聚焦单模微波具有精确控温、高能量密度等优点，能在较低的功率、较短的时间下通过微波辐射调控反应体系的温度，诱导共价接枝反应快速、均匀发生。为此，本课题在对蛋清溶液介电特性研究的基础上，以卵白蛋白和葡聚糖为研究对象，研究常见单糖和中性多糖对蛋清蛋白结构和理化性质的影响；探究单模式微波协同湿法共价接枝反应对卵白蛋白–葡聚糖共价复合物结构和理化性质的影响，揭示复合物理化性质与结构之间的相关性；运用高精度 μHPLC–MS/MS获取卵白蛋白–葡聚糖共价复合物的接枝位点和糖链信息，揭示两种加热模式下卵白蛋白和葡聚糖的共价接枝反应的分子机制；在此基础上，以卵白蛋白及两种加热模式所得卵白蛋白–葡聚糖共价复合物为乳化剂，探究其对β–胡萝卜素乳液的物化稳定性、消化特性以及β–胡萝卜素生物可给率的影响。研究结果表明，葡萄糖、麦芽糊精、葡聚糖T20和葡聚糖T40的加入会降低EWP凝胶的形成速度；相比于传统水浴加热，单模式微波加热可使卵白蛋白结构变得更为松散，诱导湿法共价接枝反应快速发生，同时显著提升卵白蛋白的乳化活性和乳化稳定性；在不同的加热模式下，卵白蛋白的共价接枝反应类型不同，与传统水浴加热相比，微波加热暴露了更多的共价接枝作用位点，从而有利于共价接枝反应的进行；微波诱导所得的卵白蛋白–葡聚糖共价复合物对乳液物化稳定性的改善最为显著，且可提高乳液中脂肪的消化速率，但三种乳化剂制备的乳液其蛋白质的体外模拟消化以及β–胡萝卜素生物可给率无显著差异。本研究对于实现高乳化型蛋清的绿色加工与品质提升，为蛋清深加工提供基础理论和技术支撑。