文章鉴读|东北农业大学迟玉杰教授、迟媛教授：高压均质协同低聚木糖对蛋清功能特性的改善及其在冰淇淋中的应用

食品工业科技编辑部

2025-08-29

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摘要

传统市售蛋液缺少针对性，为了增强蛋液基料的特定用途，针对冰淇淋制作的需求，本研究致力于开发冰淇淋专用蛋清基料。在此过程中研究高压均质协同低聚木糖（Xylooligosaccharide，XOS）对蛋清起泡性、乳化性及蛋清蛋白质结构的影响。结果表明，与未处理蛋清相比，高压均质40 MPa+循环3次协同低聚木糖2.5%（w/v）处理后蛋清乳化活性提高了38.93%，乳化稳定性提高了319.90%，起泡能力提高了182.85%，泡沫稳定性提高了25.03%。表面疏水性提高了124.91%，疏水性的增加可以促进乳化性和起泡性的提高。其二级结构中α-螺旋和无规卷曲相对含量增大，而β-折叠和β-转角相对含量减小，蛋白质变得更加无序。扫描电镜和显微镜观察发现处理后蛋清颗粒更加均匀。利用该复合蛋清所制作的冰淇淋，表观粘度增大，平均粒径减小，其膨胀率和融化率均有所改善。由此可见，高压均质协同低聚木糖作为一种提升蛋清乳化性和起泡性的方法具有巨大的应用潜力，在实际生产中可以用于制作食品专用型蛋清等。

作为最古老且有效的食品保鲜技术，低温贮藏在维持肌肉食品、水果和蔬菜的安全及质量方面发挥着关键作用，根据贮藏环境温度的不同，现代工业中通常以冷藏（0~4 ℃）和冷冻（低于−18 ℃）两种方式来提高产品的品质稳定性。近年来，与传统肉制品相比，调理牛排因其食用方便、营养均衡等优势，越来越受到消费者的青睐。调理牛排产品通常采用冷藏或者冷冻方式进行贮运销售。传统的冷藏技术货架期较短，难以进行长线的冷链运输；此外，尽管冷冻技术可以大幅度延长货架期，但是贮藏过程中冰晶的生长/再结晶会对肌肉组织造成剧烈的机械损伤，解冻后过多的汁液损失会直接损害行业的经济效益和消费者的健康需求。因此，有必要开发新型的低温保存技术以维持食品原有的品质。

蛋清主要由水、蛋白质、糖类和矿物质等组成。其中水占蛋清总量的 88%，蛋清中的固形物的主要成分是蛋白质，约占蛋清总量的 11%。其中，卵白蛋白占据了主导地位，大约占总量的 54%。其次是卵转铁蛋白，占比约 12%。此外，卵类粘蛋白也不容忽视，约占 11% 的比重。最后，溶菌酶以约 3.4% 的比例，为机体提供必要的免疫支持和抗菌能力。蛋清具有良好起泡性和乳化性，对于食品加工具有重要意义。目前蛋清的物理改性主要包括超声处理、热处理、高压处理、辐照处理和微波处理等方法。相对化学方法和微生物方法而言，使用物理方法可以节约成本，减少对产品营养风味的影响以及降低毒害作用。蛋清乳化性是指蛋白质分子在液体中对油脂分子的分散和稳定作用。蛋白质的起泡性包含蛋白质的起泡能力（Foaming ability，FA）和形成泡沫的稳定性（Foam stability，FS）两个方面。蛋清的起泡能力取决于卵白蛋白、卵球蛋白，而卵粘蛋白和溶菌酶则起到稳定的作用。

高压均质作为一种新兴的连续处理技术而被广泛应用于食品加工业中，在高压均质过程中，蛋白质分子会在短时间内受到空化、剪切、湍流和加热的影响，从而破坏蛋白质的聚集，改变蛋白质的结构，从而影响蛋白质的溶解性和其他功能属性。Guo等的研究表明，高压均质可以使蛋白分子之间的二硫键生成，并在蛋白中形成可溶性聚集体。增加颗粒的大小，相对分子质量，表观粘度，乳化活性，乳化稳定性。高压处理后会导致蛋白质发生凝集效应，可以在一定的范围内提高蛋清的起泡性和乳化性。涂宗财发现动态超高压均质蛋清蛋白溶液的起泡性随均质压力的增加而增加。

低聚木糖又称木寡糖，是由甘蔗渣、玉米芯、稻草等生物质材料衍生的木聚糖通过化学、物理或酶促降解法制备的降解产物，是功能性低聚糖，感官特性好，能量值低，物理化学性质稳定，可调节结肠微生物群落，在保健食品领域应用广泛。XOS 也可以替代食物中的糖。Martins 等研究发现 XOS和豌豆蛋白的结合提高了热稳定性、抗氧化活性以及溶解度。在海藻酸盐和凝胶基质中添加 XOS，发现 XOS 有助于形成粘性基质，表明它们在功能性的潜在应用。

目前的蛋清对某一加工性能的针对性不强，其高效性也有待进一步改进。在传统冰淇淋产品中，蛋清的起泡性和乳化性应用研究较少，针对其起泡性和乳化性研究不足。所以，研究并生产具有相对专一性的蛋清已成为发展需求，高压均质可以提高蛋清起泡性能，低聚木糖可以提高蛋清乳化性能，同时经低聚木糖处理后的蛋清应用于冰淇淋中，可以达到减糖的作用。因此本实验采用低聚木糖和高压均质对蛋清进行改性，通过前期预实验确定试验条件，可以深入了解其性质和功能特性，为改善蛋清起泡性和乳化性提供理论依据，并为进一步将改性蛋清应用到生产实践中提供理论指导。

结果与分析

2.1 高压均质协同低聚木糖处理对蛋清乳化活性和乳化稳定性的影响

如图 1 所示，与 FEW（EAI 为 1.49±0.05 m2/g）相比，HEW、XEW 和 HXEW 的乳化活性显著提高（P<0.05），分别提高了 39.60%、23.02% 和 38.73%，乳化稳定性提高了 45.46%、51.10% 和 319.90%。结果表明，适当的高压均质和低聚木糖单一处理以及高压均质协同低聚木糖处理有利于提高蛋清的乳化性能。

图 1 不同处理对蛋清乳化活性和乳化稳定性的影响

Fig.1 Effect of various processing methods on EAI and ESI of egg white

注：同一指标，小写字母不同表示差异显著（P<0.05），图 2~图 3、图 6~图 8、图 13~图 14 同。

EAI 的提高主要是由于蛋白质的柔性增强。和未处理蛋清相比，低聚木糖增强了蛋白质维持水油界面的能力，使蛋白质之间的作用力增强，从而更好地发挥乳化作用；高压均质使蛋白质分子的疏水基团和亲水基团暴露，蛋白的表面疏水性增加，从而增加了乳化性。复合处理的 HXEW 相邻蛋白质分子在界面上的疏水相互作用增强乳化活性，同时对溶解度的提高也起到一定的辅助作用。在复合条件下，某些蛋清蛋白质发生了变性、聚集，增加了油-水界面的稳定性，进而导致了 ESI 的提高。以 HXEW 为脂肪替代品应用在高脂食品中时，可以防止食品分层，且能保持食品的质地稳定性。

2.2 高压均质协同低聚木糖处理对蛋清起泡性的影响

蛋白质的起泡性能与其在气-液两相界面上形成膜的性质相关。如图 2 所示，与 FEW 相比，HEW、XEW 和 HXEW 的起泡能力均有所提高，分别提高了 99.96%、80.88% 和 182.85%；泡沫稳定性提高了13.63%、18.68% 和 25.03%。与未处理蛋清相比，高压均质处理可显著提高蛋清起泡能力，其原因是使蛋白质聚集体打散，其结构展开。适当的高压均质使蛋白质表面疏水基团暴露，蛋白质能够更快地被气液界面所吸附，降低表面张力，起泡性增大。韩莛璐在研究高压均质对酪蛋白起泡性的影响时得出酪蛋白 60 MPa 和 80 MPa 处理时其起泡性有些降低，而随着压力升高其起泡性和泡沫稳定性又有一定程度的提升。

图 2 不同处理对蛋清起泡性的影响

Fig.2 Effect of different treatments on foaming property of egg white liquid

与未处理蛋清相比，低聚木糖的添加使泡沫稳定性显著上升（P<0.05）。这主要是由于低聚木糖可以使蛋白质之间形成稳定的结构，改变了蛋白质的表面疏水性，使得气-液界面的蛋白质相互作用增强，从而提高了蛋白质的稳定性。由于低聚木糖能使游离的蛋白质发生聚集，形成小颗粒蛋白质，从而提高了泡沫稳定性。因此，高压均质协同低聚木糖有助于形成更柔韧的结构，使蛋白质链更多地暴露在水-空气界面下并产生更多的泡沫。

2.3 高压均质协同低聚木糖处理对蛋清液溶解性的影响

如图 3 所示，与未处理蛋清相比，经过高压均质和低聚木糖单一和复合处理后，蛋清溶解性均有所提高，其中 HXEW 溶解性提高最显著，可溶性蛋白浓度可达 1.05 mg/mL；与 FEW 的可溶性蛋白浓度为0.74 mg/mL 相比提高了 41.89%，HEW 和 XEW 的可溶性蛋白浓度分别提高了 32.84%、27.27%。结果表明高压均质增加蛋白质周围水的密度，使蛋白质与水分子之间的氢键网络结构发生改变，同时蛋白受到高速冲击、剪切力等综合作用部分断裂或展开，更大面积被水分子覆盖，且亲水性氨基酸残基从内部向外开放，电荷升高，增加了蛋白质与水结合的机会，使得溶解度提高。蛋清蛋白经低聚木糖处理后溶解性与未处理蛋清相比有所提高，其可能是低聚木糖糖链上含有丰富的亲水性官能团（-O-H）被引入蛋白质溶液中，分子更加容易与进入的水分子发生水合作用，增加了蛋白质与水结合的机会，且亲水性基团的暴露提高了蛋白溶解度。

溶解性是蛋白质水化作用的具体表现，与起泡性和乳化性密切相关。溶解度的提高有利于泡沫体系的形成，使蛋白分子在空气-水界面上呈现规律性排列，而不会发生聚集，这也是蛋清起泡性能提高的重要原因。具有良好溶解性的蛋白质在溶液中能够更快更均匀地在溶液中分散，同时也助于提高蛋白质乳化性能。

图 3 不同处理对蛋清溶解性的影响

Fig.3 Effect of different treatments on solubility of egg white solution

2.4 高压均质协同低聚木糖处理对蛋清流变学特性的影响

如图 4 所示，G'表示储能模量，有助于了解蛋白质之间的交联，反映了弹性特性；G''表示损耗模量，有助于了解液体流动行为，反映了粘性特性。蛋清液的 G'和 G''趋势近似相同，且 G'与 G''的数值与扫描频率呈正相关的关系，所有处理组蛋清的 G'> G''，说明弹性特性占主导地位，而不是粘性特性，因此，所有样品都可以描述为弱凝胶状结构或软凝胶网络。蛋清中蛋白质分子间相互作用力的增强会提高粘性。如图 4 所示，其中 HEW 和 HXEW 的储能模量和损耗模量均增加，说明高压均质处理和高压均质协同低聚木糖处理使蛋清中蛋白质的多肽链展开，疏水作用增强，促使蛋清体系的稳定性得到改善，单独进行低聚木糖处理使储能模量和损耗模量略有降低，其原因可能是蛋白质之间的相互作用减弱，导致其黏弹性降低，有利于蛋白质分子吸附到界面处和泡沫的形成。

图 4 不同处理对蛋清频率扫描结果的影响

Fig.4 Effect of various processing methods on egg white solution frequency scanning

蛋清的表观粘度随着剪切频率的增加而减小，表明所有蛋清都具有剪切变稀的特性，是非牛顿流体。随着剪切速率的增加，逐渐趋于均匀，流动阻力减小，HXEW、HEW 和 XEW 的表观粘度高于FEW（图 5）。低聚木糖的加入使液滴的带电情况发生改变，液滴间排斥力增大、提高蛋清的乳化稳定性，与粒径的结果相似。粘度的提高可以有效避免泡沫因过于脆弱的界面吸附层而快速破裂。Tan 等报道，罗非鱼明胶溶液的粘度与其平均分子量有关，大量聚集体的存在形成了高粘度体系，有利于抑制泡沫中的气体泄漏，从而改善了泡沫稳定性。

图 5 不同处理对蛋清表观粘度的影响

Fig.5 Effect of various processing methods on the apparent viscosity

2.5 高压均质协同低聚木糖处理对蛋清 Zeta 电位和粒径的影响

由图 6（a）可知，与 FEW 相比，其余三种处理的蛋清的电位绝对值均有所提高，FEW 的 Zeta 电位绝对值（−11.62 mV）显著低于 HEW（−17.14 mV），这表明高压均质处理后，更多带有负电荷的官能团被释放出来，蛋白质表面负电荷有所增加，使蛋白质内部的静电斥力增大，增加了带电粒子的电位。XEW 的绝对电位增加最为显著，表明低聚木糖的添加提高电位的绝对值，其原因可能是高度水合的低聚木糖会产生相似的电位，引进了其他带电离子，蛋白质表面净电荷含量增加，导致了气-液界面的能量势垒上升。Zeta 电位可用来评价凝胶分散系统的稳定性，同时也反映了静电排斥效应以及蛋白间的作用力大小。随着 Zeta 电位电势的增大，蛋白的结构变得更加稳定，在接近其等电点时具有较低的静电斥力和较高的表面吸附速率，即蛋白质的起泡性能最佳。

粒径是描述溶液体系小颗粒物质的平均大小的关键参数，PDI（Polydispersity index）反映粒度的分布情况，PDI 越小，小颗粒物质分布越均匀。如图 6（b）所示，FEW 平均粒径为 3750.75 nm，PDI 为0.932。HEW、 XEW 和 HXEW 平均粒径分别为246.08、2486.67 和 194.6 nm，其中 HXEW 的平均粒径最小，同时 PDI 最低为 0.36。随着粒径的减小，PDI 变小，表明较大的蛋白质聚集体已经形成更细小的颗粒。而 HEW 和 HXEW 的 PDI 明显变小，表明高压均质处理后使大颗粒聚集体破碎，从而减小了粒径，说明具有更好的分散稳定性。Negar 等也发现了相似的现象，即高压均质使牛奶分子的粒径分布更加均匀。颗粒更小。低聚木糖的添加使蛋白质内部的静电斥力增大，原有的蛋白质聚集结构被打破，形成更为细小颗粒。正如 Zeta 电位结果所示，高压均质协同低聚木糖复合处理使净电荷增加，蛋白质颗粒之间的能量壁垒相对较高，不易形成聚集体，平均粒径更小。

图 6 不同处理对蛋清 Zeta 电位和平均粒径的影响

Fig.6 Effect on zeta potential and Average particle size in egg white solution by various methods

2.6 高压均质协同低聚木糖处理对蛋清表面疏水性和游离巯基含量的影响

蛋白质分子的亲疏水特性直接决定了其在油-水界面上的性质，即蛋白质的乳化性能，且两者之间存在着密切的联系。由图 7（a）可以明显看出，HEW、XEW、和 HXEW 均比 FEW 的具有更高的表面疏水性。实验结果表明， FEW 的表面疏水指数为175044， HXEW 表面疏水指数为 393694.33，比FEW 的高出 124.91%，其次是 HEW 和 XEW，表面疏水指数分别是 262431.67 和 235795.67。

与 FEW 相比，HEW 在高压均质作用下，由于机械剪切力的存在，蛋白分子之间的延展，肽链断裂，蛋白质结构展开，导致了蛋白质中原有的疏水性官能团被破坏，显露出芳香型氨基酸，并与 ANS 相互作用，进而引起蛋白质之间的相互作用。而低聚木糖的添加使 XEW 空间构象发生变化，多肽发生伸展，低聚木糖更容易与蛋白分子结合，表面的疏水特性得到改善。同时，利用液滴中的疏水特性，蛋白质更多地在界面吸附，使乳化性增加。蛋白质的结构和功能，如溶解度、乳化性能与游离巯基的变化有关。HXEW的表面疏水性增加，使乳化所需的疏水和亲水比之间达到平衡，并有利于 HXEW 在油-水两相界面处的快速吸收。研究表明,在蛋清液中，仅卵白蛋白含有自由巯基，巯基基团可以在有氧化剂的条件下被氧化为二硫键，而当还原剂或其他外力作用时，蛋白质会被还原成自由巯基。在蛋清液中，仅卵白蛋白含有自由巯基。尽管在高压均质过程中存在机械挤压、摩擦等物理效应，且与空气充分接触，但未明显改变蛋清液蛋白质中自由巯基含量。如图 7（b）所示，在高压均匀与低聚木糖单一以及复合处理下，游离巯基含量与 FEW 相比几乎无显著变化，说明二硫键生成、破裂和重组数量和程度小。这也许是由于该实验中所采用的条件比较温和。

图 7 不同处理对蛋清表面疏水性和游离巯基含量的影响

Fig.7 Effect of various processing methods on the hydrophobic properties and free sulfhydryl content of egg white

2.7 高压均质协同低聚木糖处理对蛋清二级结构的影响

如图 8 所示，蛋清中蛋白质的 α-螺旋、β-折叠、β-转角以及无规则卷曲都发生了显著变化。与FEW 相比 HEW、XEW 和 HXEW 的 α-螺旋相对含量，分别提高了 6.12% 和 15.00%、5.90%；β-折叠相对含量大体呈下降趋势，分别下降了 9.14%、18.39%、23.49%；此外，与 FEW 相比，HEW、XEW、HXEW，β-转角相对含量分别降低了 4.80%、18.87%、16.54%；HEW、XEW 和 HXEW 中无规则卷曲相对含量与FEW相比分别提高了 5.23%、17.90% 和 33.24%。这表明蛋白质的稳定有序构象被破坏，分子结构变得柔韧松散。高压均质可以破坏蛋白质的有序结构，在机械剪切力的作用下具有随机爆裂、解聚或解离的作用，从而减小粒径，同时高压均质打开蛋白质分子使其疏水基团暴露并相互作用从而增加其表面疏水性。

β-折叠相对含量降低表明分子内部的疏水性位点暴露。加入低聚木糖后，β-折叠含量降低，主要是由于低聚木糖使蛋白质结构展开。蛋白与糖结合，可干扰 β-折叠结构的正常形成，随后诱导蛋白的二级结构无序。另一方面，蛋白质展开完全伸展也导致无规卷曲增加，与 FEW 相比，HXEW 的 α-螺旋结构和无规则卷曲结构在总比例中得到提高，β-折叠结构的减少。因此，高压均质协同低聚木糖处理使蛋白质分子结构发生去折叠，表面疏水性提高，进而影响蛋清蛋白质的乳化能力和起泡能力。

图 8 不同处理对蛋清蛋白质二级结构的影响

Fig.8 Effect of different treatments on the secondary structure of egg white liquid protein

2.8 高压均质协同低聚木糖处理对蛋清蛋白质荧光光谱的影响

在 280 nm 和 295 nm 的激光照射下，蛋清蛋白中含有的苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸等芳环氨基酸会发生荧光现象，即内源性荧光。从图 9 可以看出，经低聚木糖和高压均质处理后，其荧光光谱峰位置均在 340 nm 左右，而荧光强度发生改变。一般情况下，蛋清中蛋白质的延伸或芳香性氨基酸的转移都是

由其发光强度变化来决定的。单一进行高压均质和低聚木糖处理均可以使蛋清蛋白荧光强度增加，其中 HXEW 的荧光强度最大，表明通过复合处理有更多的 Trp/Tyr 残基及疏水官能团被暴露，溶液中呈现出较大的非极性。这与表面疏水性的研究结果一致。高压均质和低聚木糖复合处理破坏了蛋白质-蛋白质相互作用并拉伸了蛋白质分子的三级结构，破坏了蛋白质聚集体，进一步提高蛋白质的溶解度。图中的蓝移现象并不显著，因此可以推测高压均质协同低聚木糖处理仅是蛋清蛋白质支链发生反应，对空间结构影响不显著。通过超声处理水稻、燕麦、玉米和大豆蛋白时，也观察到了类似的观察结果。

图 9 不同处理对蛋清荧光强度的影响

Fig.9 Effect of different treatments on fluorescence intensity

of egg white liquid

注：（a）为原图；（b）为放大图。

2.9 高压均质协同低聚木糖处理对蛋清泡沫微观结构的影响

将蛋清均质 1 min 后微观与宏观图像记录在图 10 中。对于所有样品，FEW 泡沫松散，气泡尺寸大，泡沫体积大小不等，且分布不均；HEW 泡沫孔隙减小，并且出现大面积空隙，说明适当的高压作用能够提高蛋清起泡能力，使蛋清蛋白质分子分散程度增加，疏水基团暴露；XEW 泡沫绵密程度明显增加，说明低聚木糖有助于泡沫稳定性的改善，增加蛋清粘度，蛋清黏度越大，蛋清蛋白质分子间结构越稳定。这与表观粘度结果相符。HXEW 泡沫分布具有较高的密度和较好的均匀性，泡沫稳定性提高，表明产生了较小的蛋白质聚集体，表明高压均质协同低聚木糖处理能提高蛋清起泡性能，与起泡性结果一致。表面疏水性的增加对提高泡沫稳定性有一定作用。然而，高压均质结合低聚木糖对蛋清发泡性能增强的分子机制需要进一步研究。

图 10 不同处理蛋清微观和宏观图像

Fig.10 Micro and macro images of egg white liquid under different treatments

注：A 和 a 为 FEW；B 和 b 为 HEW；C 和 c 为 XEW；D 和 d为 HXEW。

2.10 高压均质协同低聚木糖处理对蛋清扫描电镜结构的影响

通过扫描电子显微镜观察不同处理蛋清蛋白微观结构的差异。如图 11 所示，FEW 颗粒较大，部分颗粒彼此粘连，凝结在一起，总体呈不规则且不均匀分布。HEW 颗粒减小，且分布更加松散，说明高压均质处理使蛋清颗粒的微观结构变得更细、紧密，改变颗粒聚集状态；XEW 颗粒略有减小，表明低聚木糖与蛋清蛋白发生了反应，促进了分子之间的作用，缩小了蛋白质之间的间隙，使蛋清颗粒结构更加稳定。HXEW 尺寸减小，分布更加均匀，形成均匀细小颗粒，蛋清蛋白质分子由结构紧密变为展开状态并暴露，扫描电镜图像表明复合处理对蛋清结构的影响程度要大于单一处理，使蛋清更加分散、均匀。

图 11 不同处理蛋清扫描电子显微镜图像

Fig.11 Scanning electron microscope images of egg white liquid under different treatments

注：A 为 FEW；B 为 HEW；C 为 XEW；D 为 HXEW。

2.11 不同处理对冰淇淋浆液表观粘度的影响

如图 12 所示，所有浆液黏度均随剪切速率的增大而逐渐降低，表明冰淇淋浆液是一个非牛顿型流体，具有剪切变薄的行为（即假塑性）。与 IFEW（FEW Ice cream）相比，IGFEW（FEW Guar gum Icecream）、 IHXEW（ HXEW Ice cream）和 IGHXEW（HXEW Guar gum Ice cream）的表观粘度均有提高。IGFEW 粘度低于 IGHXEW，IFEW 粘度低于IHXEW，这是因为多糖与蛋白质混合物中稳定的脂肪滴主要被蛋白质包围，蛋白质由于其水结合特性而能够形成更稳定的凝胶基质。HXEW 比 FEW 乳化性好，使冰淇淋浆料中的脂肪、蛋白质和水溶性组分等结合的更加紧密，从而导致冰淇淋浆料的粘度增大。HXEW 的粒径小于 FEW，研究表明冰淇淋浆液粘度随着粒径的增加而降低，其原因在于较小的颗粒往往更坚硬。此外，冰淇淋中的蛋白质通常吸附在脂肪和空气界面处以保证稳定性。IGHXEW 粘度高于 IHXEW，表明瓜尔豆胶增强了蛋白质的结构，使蛋白分子和多糖分子之间的相互作用增强，提高了浆料复合体系的水化作用，具有增稠作用。

图 12 不同处理对冰淇淋表观粘度的影响

Fig.12 Effect of various processing methods on the apparent viscosity of ice cream

2.12 不同处理对冰淇淋浆料 Zeta 电位和粒径的影响

通过测定冰淇淋浆液体系的粒径和 Zeta 电位，可以预测冰淇淋浆液的稳定性。如图 13A 所示可以观察到，与 IFEW 相比， IGFEW、IHXEW 和IGHXEW 样品的 Zeta 电位值绝对值明显提高。这很可能是由于瓜尔豆胶和 HXEW 的添加引入新电荷，使蛋白质内部的静电斥力增大，原有的蛋白质聚集结构被打破，增加了带电粒子的电位。粒径是在食品加工中应用模拟类似脂肪的光滑口感的重要特性，蛋白质颗粒的润滑能力可归因于其小粒径。PDI越小，说明冰淇淋浆料颗粒物质分布越均匀。如图 13B所示，IFEW 平均粒径为 1701.03 nm，PDI 为0.339。IGFEW、IHXEW 和 IGHXEW 平均粒径分别为 1938.33、1280.6 和 917.83 nm，其中 IGFEW 的平均粒径最大，IGHXEW 的平均粒径最小。说明单一添加瓜尔豆胶时，冰淇淋浆液颗粒形成较大的蛋白质聚集体，粒径增大。而 HXEW 具有比 FEW 更高的表面疏水性，油-水界面处吸附的蛋白质膜的机械性能和蛋白质分子之间的空间排斥力阻止了脂肪球在水相中聚结，因此粒径更小。

图 13 不同处理对冰淇淋 Zeta 电位和平均粒径的影响

Fig.13 Effects on Zeta potential and average particle size in ice cream solution by various methods

2.13 不同处理蛋清液对冰淇淋膨胀率和融化率的影响

融化率和膨胀率是影响冰淇淋品质的重要属性。低融化率和高膨胀率是被期望的。由图 14可知，与 IFEW 相比，IHXEW 制作冰淇淋具有更为良好的膨胀性和融化性，冰淇淋的膨胀率从 23.17%增大到 26.30%，而融化率降低了 36.49%，其原因在于 HXEW 具有良好的乳化性能和起泡性能。好的乳化性和起泡性可以增强蛋白质维持水油界面的能力。

IGHXEW 比 IGFEW 的膨胀率提高了 36.70%、融化率降低了 14.29%，瓜尔豆胶分子能够将冰激凌内的水分固定在一起，阻碍了水分的扩散，更由于其具有尺寸适中、聚合数目大的脂肪聚集体，故体现更低的融化率，从而提高了冰激凌的融化性。而膨胀性的提高进一步说明了 HXEW 具备良好起泡性和泡沫稳定性。由于高压均质协同低聚木糖蛋清液具有良好的乳化性，冰淇淋中的奶油脂肪颗粒可以更好地吸附在气泡上，而高起泡性在搅打过程中产生均匀绵密，大小适中的气泡。由图 15 可看出，复合改性蛋清液制作的低脂冰淇淋有较好膨胀率和更低的融化率的作用机理，体系更加稳定。

图 14 不同处理对冰淇淋融化率和膨胀率的影响

Fig.14 Effect of different treatments on melting rate and expansion rate of ice cream

结论

在这项研究中，发现了一种改善蛋清功能性质的新方法。制备 HXEW 的最佳条件为高压均质40 Mpa+循环 3 次协同低聚木糖 2.5%（w/v）处理，在该条件下，促使蛋白质二级结构由 β-折叠和 β-转角变为 α-螺旋和无规则卷曲，蛋白质的分布变得更为无序，对改善蛋清乳化和起泡性能具有重要意义。蛋白质氨基酸残基外露，溶解度提高，其三级结构也从致密态向拉伸态转化。蛋清冻干颗粒大小均匀，蛋白质之间间隙缩小，HXEW 泡沫具有较高的密度和更好的均匀性。对理化性质的测量表明，HXEW 的平均粒径约为 194.6 nm，与 FEW 相比显著降低。高压均质协同低聚木糖处理提高了蛋清的粘度，降低了蛋清蛋白质聚集体的粒径，增加 Zeta 电位，促进了分散均匀的 HXEW 的形成。通过高压均质协同低聚木糖处理获得 HXEW 可以有效地改善冰淇淋的物理性能，显示出作为高乳化性和起泡性原料的良好应用潜力，其制作的冰淇淋浆料表观粘度增大，平均粒径减小，具有良好膨胀率和融化性，在未来可将其应用于冰淇淋专用蛋清体系中。但需要进一步研究确定HXEW 的用量，以及可能同时使用瓜尔豆胶以外的其他稳定剂，以获得更好的感官效果。

引用本文：尉龄之，刘垚彤，迟玉杰，等. 高压均质协同低聚木糖对蛋清功能特性的改善及其在冰淇淋中的应用[J]. 食品工业科技，2025，46（16）：105−115. doi: 10.13386/j.issn1002-0306.2024090193.

Citation: WEI Lingzhi, LIU Yaotong, CHI Yujie, et al. Improvement of Functional Properties of Egg White by High-pressure Homogenisation with Xylo-Oligosaccharide and Its Application in Ice Creams[J]. Science and Technology of Food Industry, 2025, 46(16): 105−115. (in Chinese with English abstract). doi: 10.13386/j.issn1002-0306.2024090193.

基金项目：黑龙江省重点研发计划项目“专用型液蛋制品加工关键技术研发及产业化”（GA21B008）；“十四五”国家重点研发课题“专用型液蛋基料差异化加工与品质提升关键技术及装备创制”（2022YFD2101005）。

通信作者简介

迟玉杰，东北农业大学食品学院教授，博导。亚洲蛋品协会常务副理事长，国家市场监督管理总局保健食品审评专家，全国畜牧业标准化技术委员会专家委员等。获首届“中国蛋品加工业十大杰出人物”、黑龙江省“龙江科技英才”称号、杰出青年基金获得者、头雁计划骨干成员。曾为国家蛋鸡产业技术体系岗位科学家，大豆生物学教育部重点实验室大豆加工首席专家及国家（农业部）蛋品加工分中心主任。主持国家和省部级科研项目47项，获省部级及以上科技奖励13项，发表论文400余篇，其中SCI论文70余篇，出版专著和教材34部，授权国家发明专利32件，转让专利技术7项、技术合作12项。主要从事鸡蛋深加工技术、健康食品和保健食品开发等方面的研究及产业化开发。尤其以鸡蛋为主要原料，开发出鸡蛋溶菌酶、系列蛋清低聚肽、蛋黄油、蛋黄卵磷脂、及系列谷物发酵饮料等保健食品，开发了短肽全营养蛋白粉、蛋清源肠内营养粉、全营养蛋白粉（孕妇型）、复合全营养蛋白粉（老年型）等特医型蛋白质粉技术，在高凝胶性、高分散性、高乳化性等专用型蛋粉、蛋液、系列休闲蛋制品等技术上开展了开创性研发工作，已在国内多家食品企业应用，企业经济效益55亿元以上。

迟媛，东北农业大学工程学院教授，博导。中国畜产品加工学会理事、亚洲蛋品协会理事。主要从事蛋品智能加工装备方面研究。近年来，主持“十四五”国家重点专项子课题（任务）、国家自然科学基金、黑龙江省自然科学基金等科研项目6项；发表学术论文30余篇，其中，SCI、EI收录20余篇；授权发明专利20余项；出版学术专著1部；主编、副主编机械工业出版社、中国林业出版社规划教材2部；获得黑龙江省科技进步和技术发明二等奖2项。

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