一种鸡蛋保鲜乳清蛋白自组装纤维涂膜剂及其使用方法

摘要

本发明提供了一种鸡蛋保鲜乳清蛋白自组装纤维涂膜剂及其使用方法，用去离子水配制质量浓度为2～4%的乳清蛋白溶液；用3mol/L的盐酸调节溶液的pH值为1.5～2.5，在9000r/min、4℃条件下离心15～20min，上清液用孔径0.45μm的混合纤维膜抽滤；滤液加入密闭的圆底烧瓶中，75～85℃、转速300r/min条件下水浴振荡加热7～9h，得到纤维状蛋白，冷冻干燥或喷淋干燥，得到纤维状蛋白粉。本发明以乳清蛋白为原料，经过处理形成具有一定长度的纤维状蛋白粉剂。用该粉剂配制成2～4%的溶液对鸡蛋进行涂膜，风干后形成的保护膜能有效堵塞气孔、封闭细微裂纹，对鸡蛋进行保鲜，延长保质期3～4倍。

说明书

技术领域

本发明涉及一种鸡蛋保鲜乳清蛋白自组装纤维涂膜剂及其使用方法，属于鸡蛋保 鲜膜剂及使用方法技术领域。

背景技术

鸡蛋是我国主要的禽蛋产品，富含蛋白质、脂肪、各种维生素、微量元素、核黄 素、DHA和卵磷脂等人体所需的营养物质，一直以来被世界各国认为是天然营养品。 鸡蛋主要由外蛋壳膜、具有气孔的蛋壳、蛋壳内膜、蛋清和蛋黄构成。外蛋壳膜是鸡蛋 保护的第一层屏障，是胶质性蛋白质粘液，能阻止细菌和霉菌等微生物侵入，但鲜蛋在 产出后一个星期左右，该膜会自行脱落。一旦外蛋壳膜脱落或消失后，外界的空气、细 菌和霉菌等微生物便通过蛋壳上的气孔侵入蛋内，加快蛋壳内膜氧化、水分蒸发、蛋白 水样化和蛋黄变质，最终导致鸡蛋失重，商品价值和食用价值下降。

在温度2～5℃的情况下，鸡蛋的保质期是40天，而冬季室内常温下为15天，夏季室 内常温下为10天，鸡蛋超过保质期其新鲜程度和营养成分都会受到一定的影响。如果存 放时间过久，鸡蛋会因细菌侵入而发生变质，出现粘壳、散黄等现象。

《包装工程》杂质2012年9月刊发表了《浓缩乳清蛋白涂膜鸡蛋保鲜的研究》，公 开了利用浓缩乳清蛋白(WPC)涂膜进行鸡蛋保鲜。其中的内容有：称取11g的浓缩乳清 蛋白粉末于烧杯中，加入100mL水，玻璃棒搅拌15min，使其充分溶解，用1mol/L的 NaOH调pH值至8，在80℃下的磁力搅拌器中搅拌20min，冷却至室温后加入4％甘油， 加入0.1％（质量分数）的无水Na₂SO₃，加入0.1％（质量分数）的TG酶，45℃下在磁力 搅拌器中搅拌15min，转入抽滤瓶中，抽真空脱气（-0.95MPa，30min）备用。

鸡蛋在膜液中浸泡15s，沥干5s，然后再在55℃的鼓风干燥箱中干燥20min。贮藏期 为30d，贮藏在28℃、湿度为60％～80％的恒温恒湿箱内。每隔一段时间对鸡蛋的失重 率、蛋黄指数、哈夫单位、pH值、TVB-N值、蛋内容物菌落总数进行测定。

结果表明，浓缩乳清蛋白涂膜鸡蛋的失重率、蛋黄指数、哈夫单位、pH值等均好 于对照组，尤其是添加1mg/mLε-聚赖氨酸与1mg/mL乳酸链球菌素(nisin)的复配抑菌剂 的WPC涂膜液，表现出的保鲜效果更加明显，可以延长鸡蛋保质期1倍以上。

上述方法其不足之处在于，使用时，鸡蛋涂膜液需要经过复杂的制备过程，需要加 入多种辅助剂、添加剂（如甘油、无水Na₂SO₃、TG酶、ε-聚赖氨酸、乳酸链球菌素 等），并要求有抽滤设备，实际使用时会造成很大的麻烦，而且保鲜效果只是延长了鸡 蛋保质期1倍。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术存在的问题，即不足之处在于，使用时，鸡 蛋涂膜液需要经过复杂的制备过程，需要加入多种辅助剂、添加剂（如甘油、无水 Na₂SO₃、TG酶、ε-聚赖氨酸、乳酸链球菌素等），并要求有抽滤设备，实际使用时会 造成很大的麻烦，而且保鲜效果只是延长了鸡蛋保质期1倍。进而提供一种鸡蛋保鲜乳 清蛋白自组装纤维涂膜剂。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种鸡蛋保鲜乳清蛋白自组装纤维涂膜剂，步骤如下：

一、配制乳清蛋白溶液，用去离子水配制质量浓度为2～4%的乳清蛋白溶液；

二、调节溶液的pH值，用3mol/L的盐酸调节溶液的pH值为1.5～2.5，室温下磁力搅 拌25～40min，使蛋白质充分溶解，在9000r/min，4℃条件下离心15～20min，上清液用孔 径0.45μm的混合纤维膜真空抽滤，除去未溶解的蛋白质；

三、制备纤维状蛋白溶液，将上述浓度的蛋白质溶液加入到密闭的圆底烧瓶中，在 75～85℃，转速300r/min条件下水浴振荡加热，样品加热7～9小时后，取出立即冰浴冷 却，置于4℃冰箱中冷藏备用；

四、制备鸡蛋保鲜涂膜剂，将上述条件下反应得到的纤维状蛋白溶液冷冻干燥或者 喷淋干燥，得到纤维状乳清分离蛋白的固体，即为鸡蛋保鲜膜剂成品。

所述步骤一中，用去离子水配制质量浓度为3%的乳清蛋白溶液。

所述步骤二中，调节溶液的pH值为2.0。

所述步骤二中，室温下磁力搅拌30min。

所述步骤二中，在9000r/min，4℃条件下离心15min，。

所述步骤三中，在80℃，转速300r/min条件下水浴振荡加热。

所述步骤三中，样品加热8小时后，取出立即冰浴冷却。

一种鸡蛋保鲜乳清蛋白自组装纤维涂膜剂的使用方法，先将鸡蛋用清水清洗，晾 干，再用75%（体积分数）的医用酒精擦拭消毒。将鸡蛋在用涂膜剂配制质量浓度为 2～4%的溶液中浸润捞出，风干即可。

所述涂膜剂配制质量浓度为3%的溶液。

本发明以乳清蛋白为原料，经过一系列处理形成具有一定长度的纤维状蛋白。用该 纤维状蛋白配制一定浓度的溶液对鸡蛋进行涂膜，能有效堵塞气孔、封闭细微裂纹，操 作方法简便、成本低，在室温下能对鸡蛋进行保鲜，延长了鸡蛋保质期3～4倍。本发明 中开发的涂膜剂不含化学合成物质，制备方法简便、无毒、无害、绿色环保，符合有机 产品、绿色食品的要求，使用本发明鸡蛋保鲜乳清蛋白自组装纤维涂膜剂贮藏鸡蛋是一 种“绿色”的保鲜贮藏方法。相对目前应用的涂膜保鲜剂多是人工合成的化学保鲜剂， 不仅效果不佳，且极易引起毒性残留，危害人体健康，本发明的高效、天然、无毒的自 组装纤维状乳清蛋白保鲜膜剂适合我国蛋业生产现状，应用推广前景十分广阔。

附图说明

图1是浓度为0.3%（a）、0.5%（b）和3%（c）的乳清蛋白溶液在pH2，353K下热 处理24h后的透射电子显微镜图；

图2是平均粒径随反应时间的关系曲线图；

图3是乳清分离蛋白在pH2.0，80℃下分别热处理（a）2h，（b）6h，（c）10h， （d）24h得到的透射电镜图；

图4是SEM下涂膜蛋壳表面结构图；图（a）为CK、（b）为CK₁、（c）为配方1、 （d）为配方2、（e）为配方3、（f）为配方4；

图5是38℃贮藏期间鸡蛋失重率的变化曲线图；

图6是38℃贮藏期间鸡蛋气室高度的变化曲线图；

图7是38℃贮藏期间蛋黄指数的变化曲线图；

图8是38℃贮存期间鸡蛋哈夫单位的变化曲线图；

图9是38℃贮存期间蛋清pH值的变化曲线图。

具体实施方式

下面将对本发明做进一步的详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行 实施，给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述实施例。

本实施例所涉及的一种鸡蛋保鲜乳清蛋白自组装纤维涂膜剂，步骤如下：

1、配制乳清蛋白溶液。用去离子水配制质量浓度为3%的乳清蛋白溶液；

溶液的浓度，对蛋白在酸性条件下热诱导的自组装有较大的影响，浓度过小，不利 于纤维状结构的形成，浓度过大，溶乳清蛋白液粘度增大，也不利于自组装的进行。我 们经过对0.3%、0.5%和3%的乳清蛋白溶液在353K下加热24h后的透射电子显微镜图， 如图1所示。由图1（a）中可以看出，蛋白浓度为0.3%时，乳清蛋白聚集程度较小，浓 度过小时乳清蛋白的水解占优势相互结合到一起的自组装进行的程度受到限制；图b和c 中均发生纤维状聚集，且蛋白浓度越大，形成的线性纤维聚集程度也越大。由此确定在 配制涂膜液时的最佳浓度为3%。

2、调节溶液的pH值。用3mol/L的盐酸调节溶液的pH值为2.0，室温下磁力搅拌 30min，使蛋白质充分溶解，在9000r/min，4℃条件下离心15min，上清液用孔径0.45μm 的混合纤维膜真空抽滤，除去未溶解的蛋白质；

酸性条件下乳清蛋白会发生一定程度的水解，溶液的pH对水解的程度有很大的影 响，pH太低水解过于剧烈，不能得到最适合聚集的乳清蛋白多肽分子，pH处于乳清分 离蛋白等电点4.5左右，会导致乳清蛋白聚集析出，合理控制pH才能得到纤维状聚集的 乳清分离蛋白组装物。未溶解的蛋白颗粒一般较大，不能水解，也不参与聚集，为了更 好的研究乳清蛋白的自组装，我们将其分离除去。

3、制备纤维状蛋白溶液。将上述浓度的蛋白质溶液加入到密闭的圆底烧瓶中，在 80℃，转速300r/min条件下水浴振荡加热，样品加热8h后，取出立即冰浴冷却，置于 4℃冰箱中冷藏备用；

酸性条件下，乳清分离蛋白会发生水解，在一定温度下，水解得到的乳清蛋白多肽 会发生自组装得到纤维状聚集体。水解程度、温度和聚集时间都是非常重要的影响因 素。

我们用动态光散射法监测了涂膜液中离子水合半径随时间的变化情况。如图2所 示，分子粒径是均匀增大的，随着时间的进行，蛋白随着水解而发生了自组装，组装程 度随时间均匀进行，加热时间越长，聚集的粒径就越大。

不同的反应时间得到聚集体的形态是略有差异的，我们对不同反应时间下得到的聚 集体进行了透射电镜扫描，如图3所示。图3显示了在不同加热时间（2h，6h，10h， 24h）处理下，乳清蛋白淀粉样纤维聚集的微观形貌图。从图中可以看出，随着反应时 间的延长，乳清蛋白纤维状聚集程度增强。图a中时间较短，纤维的自组装不明显，随 着时间的进行，图b中可以看到少量组装好的纤维，图c中纤维状聚集已经很明显，在加 热24h后（d图）细长的纤维相互缠绕形成团簇状。

4、制备鸡蛋保鲜涂膜剂。将上述条件下反应得到的纤维状蛋白溶液冷冻干燥或者 喷淋干燥，得到纤维状乳清分离蛋白的固体，即为鸡蛋保鲜膜剂成品。

鸡蛋保鲜乳清蛋白自组装纤维涂膜剂保鲜效果的分析

1、我们对不同条件得到的涂膜剂进行了分析，确定了涂膜剂的最佳制备条件。

以不做任何处理的设为空白对照组，记为CK组，涂3%乳清蛋白记为CK₁。根据乳 清蛋白酸水解时间不同分成：第1组涂3%酸水解4h的乳清蛋白液；第2组涂3%酸水解6h 的乳清蛋白液；第3组涂3%酸水解8h乳清蛋白液；第4组涂3%酸水解10h的乳清蛋白 液。我们对涂膜后的鸡蛋壳进行了电镜扫描如图4所示。

通过扫描电镜的观察，可以发现蛋壳上密布龟裂纹，这些龟裂纹中的小气孔道是鸡 蛋胚胎进行呼吸作用以及水分蒸发散失的通道，也是微生物侵入的孔道，因此，龟裂纹 的存在是鸡蛋在贮存过程中品质降低和腐败的重要因素。图中未涂膜的空白组蛋壳表面 粗糙，龟裂纹呈致密分布，且表面的气孔裸露在外面，与外界直接接触；涂3%乳清蛋 白的试验对照组与未涂膜的空白对照组相比，龟裂纹的密度和大小均减少一些；由图中 不同涂膜配方的蛋壳表面结构图，得出：配方3（8h）涂膜组的蛋壳表面光滑且无明显 的裂缝；配方4（10h）蛋壳表面相对光滑，裂缝也不明显，但有少许气孔裸露外面；配 方2和配方1蛋壳表面比较粗糙且有一些明显的裂缝，涂膜的效果由好到坏依次是配方3 （8h）>配方4（10h）>配方2（6h）>配方1（4h）。因此，可以推断粘度适中的乳清蛋 白自组装纤维能够封锁蛋壳上的细微裂缝，在保证鸡蛋自身的代谢活动的同时，还能阻 止外界微生物的侵入，从而达到贮存保鲜的目的。

2、我们研究了涂膜鸡蛋在存放过程中的各项指标：

本试验采用加速培养试验，消毒后的鸡蛋置于38℃，相对湿度60～70%条件下贮 藏。根据鸡蛋涂膜剂不同将实验分为6组，其中不做任何处理的设为空白对照组，记为 CK组，涂3%的乳清蛋白记为CK₁。根据乳清蛋白酸水解组装时间不同分成：第1组涂 3%的酸水解组装4h的乳清蛋白液（配方1）；第2组涂3%的酸水解组装6h的乳清蛋白液 （配方2）；第3组涂3%的酸水解组装8h乳清蛋白液（配方3）；第4组涂3%的酸水解组 装10h的乳清蛋白液（配方4）。每组随机选取10个鸡蛋进行涂膜处理，重复3次，将试 验组的鸡蛋分别浸入相应的保鲜液中3min，空干，置于蛋架上，然后放入38℃恒温干 燥箱中，贮藏期为15d，每隔3d对鸡蛋失重率、气室高度、蛋黄指数、蛋清哈夫单位、 蛋清pH值进行测定。

2.1 鸡蛋失重率

鸡蛋经不同的涂膜剂处理后，在38℃贮藏过程中，蛋内的水蒸气、CO₂等会通过气 孔不断逸出，造成蛋质量减轻。蛋贮存的时间越长，失重率就越大；鸡蛋经涂膜处理 后，透水性降低，相同条件下的失重率就越小。鸡蛋贮存期间减少的质量除以蛋的原始 质量即为蛋的失重率。

从图5可以看出，随着贮藏时间的延长，空白对照组CK和涂膜处理组鸡蛋的失重率 均逐渐上升，尤以CK和CK₁失重率上升最快，各涂膜处理组对鸡蛋失重率的上升均起 到一定的抑制作用。在贮存15d时，空白对照组CK的失重率达到9.73%，处理组中最好 的为配方3（8h）失重率为5.1%，其余处理组涂膜效果优劣依次为配方3>配方4>配方2> 配方1。涂膜组优于对照组的原因是蛋经涂膜处理形成了一层致密的保护膜，阻塞了蛋 壳表面的气孔，鸡蛋的呼吸作用降低，水分散失也减少，配方4较配方3效果较差的原因 可能是乳清蛋白经热处理8h（配方3）的溶液粘度过大，电镜下观察发现膜易开裂，不 能起到良好的阻气作用，粘度过小（配方1），形成的膜不容易形成气孔，长期阻碍鸡 蛋的呼吸作用。所以，粘度适宜的配方3涂膜效果最好。

2.2气室高度

由图6可知，随着贮存时间的延长，鸡蛋气室高度越来越大，贮存15d时，空白对照 组CK的气室高度达到9.55mm，CK₁为8.72mm，处理组配方1（2h）为7.33mm效果较 差，效果最好的是配方3（8h）5.5mm，与鸡蛋的失重率结果一致，这是因为蛋内水分 蒸发散失导致蛋失重，水分蒸发散失使蛋内容物体积减小。因此水分蒸发散失越大，蛋 的失重率越大，气室高度也越大。

2.3蛋黄指数

蛋黄的高度除以蛋黄的直径即为蛋黄指数，表示蛋黄体积增大的程度，能反映蛋黄 的弹性大小和蛋的新鲜程度。鲜蛋在贮存过程中，由于蛋白质分解，蛋白中稀蛋白逐渐 增加，蛋黄中的水分也增加，蛋黄体积相应的增大，高度减小，使得蛋黄指数逐渐降 低。随着蛋黄指数的降低，蛋的新鲜程度也降低。新鲜鸡蛋的蛋黄指数为0.45左右，合 格蛋的蛋黄指数在0.30以上，当蛋黄指数小于0.25时为陈旧蛋，此时的鸡蛋黄失去弹 性，膜容易破裂，打开后几乎成散黄蛋。

图7为38℃下蛋黄指数的变化，由图可知，随着贮存时间的延长，各试验组蛋黄指 数均下降，其中空白对照组（CK）下降最明显，其次为CK₁，涂膜组蛋黄指数显著高 于空白对照组和CK₁。在38℃下贮藏3d，空白对照组CK、CK₁、配方1和配方2的蛋黄指 数降至0.3以下。按照下降趋势估计2d左右蛋黄指数降为0.3，配方3和配方4在第9d时才 达到这个数值，且配方3在贮存9d时蛋黄指数为0.31，稍高于合格蛋的临界值0.30，合格 蛋的寿命比空白组延长了4倍多，贮存12d后，除配方3外，其余各组蛋黄指数均小于 0.25。这是因为涂膜处理阻塞了蛋壳表面的气孔，蛋白膜阻气性较好，CO₂逐渐积累， 抑制了酶的活性，减弱了生命过程的进行，延长了鸡蛋的保鲜期。

2.4涂膜对鸡蛋哈夫单位的影响

鲜鸡蛋中蛋白由外向内分为4层：依次为外层稀薄蛋白、中层浓厚蛋白、内层稀薄 蛋白和系带膜状层。哈夫单位是测定中层浓厚蛋白高度，通过公式计算，确定鸡蛋的新 鲜程度的一个指标。根据加拿大农业试验站的试验研究，贮藏期内鲜蛋哈夫单位的变化 和贮藏时间有直接的关系。一般的评价标准是哈夫单位高于72为AA级，71-55为A级， 54-31为B级，小于30为C级。哈夫单位的降低，表明鸡蛋的新鲜程度也随之降低。通过 对38℃下各处理组鸡蛋的哈夫单位随贮存时间的变化，讨论鸡蛋涂膜处理新鲜度的影 响。

从图8中可以看出，随着贮存时间的延长，各处理组和对照组鸡蛋的哈夫单位均下 降。涂膜组的哈夫单位均优于其他各试验组，且贮存前期哈夫单位降低较快，但降至一 定程度后速度变慢。原因是鲜蛋在贮存保藏过程中，蛋清中的水分转移到蛋黄，使得浓 厚蛋白的高度下降，由于浓厚蛋白变稀导致蛋白层的组成比例发生变化，以至于浓厚蛋 白逐渐减少，稀薄蛋白逐渐增加。鸡蛋在贮存3d后，除空白对照组CK外，其余各涂膜 组鸡蛋的哈夫单位均高于72，为AA级；CK组为69.73，属于A级；贮存15d后，CK组为 51.9，属于B级；CK₁介于A、B级之间；其余各涂膜组为A级；且配方3的蛋贮存15d的 哈夫单位与CK组贮存3d的哈夫单位数值相当，可见，配方3的涂膜液，在哈夫单位测定 指标方面显示出了更强的保鲜优势。

2.5涂膜对鸡蛋蛋清pH值的影响

新鲜鸡蛋蛋清的pH值在7.8-8.2之间，随着蛋内CO₂气体不断挥发，pH值可上升至 9.0-9.5。蛋清pH值的变化与其中含有的CO₂量密切相关，CO₂在蛋白内以CO₃^-和HCO₃^-的形式存在，随着贮存时间的延长，溶解在蛋内的CO₂通过气孔向外逸出，导致CO₃^-和 HCO₃^-浓度降低，使蛋清pH值升高很快；贮存过程中，由于受到酶和细菌的作用，蛋白 质分解为胨和膘等物质，外界的大气压与鸡蛋气室内的分压达到平衡后，气室内CO₂就 停止向外逸出，酸性增加，pH值降低，胺类物质的含量随着蛋白质继续分解变质而逐 渐增加，导致pH值增加。试验测定了38℃下贮存15d过程中各组鸡蛋蛋清的pH值的变 化，结果如图9。

随着贮存时间的延长，CK、CK₁、配方1和配方2鸡蛋蛋清pH值都有一个先上升后 下降再上升的过程，但上升的幅度不同，如图9所示。从图中可以看出，贮存开始几 天，CK、CK₁、配方1和配方2蛋清的pH值变化迅速，第3d时除配方3、配方4外，其余 各试验组的蛋清pH值均达到9.00或以上。贮存后期，CK组的pH值处于较高水平，涂膜 组上升速度变慢，15d时CK、CK₁、配方1（4h）、配方2（6h）、配方3（8h）及配方4 （10h）的蛋清pH值分别为为9.62、9.54、9.45、9.39、9.02和9.22。所以配方3（8h）涂 膜液抑制鸡蛋蛋白pH值升高的效果最好。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本发明整 体构思下的不同实现方式，而且本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域 的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明 的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。