固定化胰蛋白酶调控水解提升巴氏杀菌与冻融蛋清起泡特性的机制研究

针对巴氏杀菌(PEW)和冻融处理(FT-5)导致蛋清蛋白聚集、起泡能力(FC)显著下降的问题，研究人员通过胰蛋白酶/木瓜蛋白酶水解解聚蛋白，并创新性采用D1/E1树脂固定化酶技术实现可控水解。发现D1-胰蛋白酶离子结合法使FC提升至447%，而E1-共价结合法展现优异稳定性。该研究为食品工业中酶法改善蛋清功能特性提供了新策略。

　　

蛋清作为天然发泡剂广泛应用于烘焙食品，但其功能特性易受加工条件影响。欧盟"带壳蛋禁令"实施后，液态蛋制品需求激增，然而巴氏杀菌和冷冻储存导致的蛋白聚集使起泡能力(FC)骤降——研究发现巴氏杀菌使FC降至265%，五次冻融循环(FT-5)更使FC暴跌至95%。这种劣变源于热损伤和冰晶破坏引发的蛋白结构改变：负电荷暴露减少、二硫键增加、表面疏水性降低，最终削弱了蛋白在水-气界面的吸附能力。传统酶解法虽能改善性能，但存在过度水解风险，且高温环境可能引发蛋清凝胶化。

山东某研究团队在《Food Chemistry》发表的研究中，创新性地采用树脂固定化酶技术解决这一难题。研究首先系统分析了不同预处理（过滤、巴氏杀菌、冻融）对蛋清蛋白结构和界面特性的影响，随后筛选出胰蛋白酶60分钟水解可获得最佳FC(403%)。进而选用三种树脂载体（阴离子吸附树脂D1、非极性苯乙烯树脂D2、环氧树脂E1）构建固定化酶体系，通过酶动力学和吸附动力学分析发现：D1-胰蛋白酶通过离子交换结合，展现122.6 mg/g载量、3455 U/g酶活和447% FC；而E1-胰蛋白酶因共价结合方式表现出更优的稳定性和重复使用性。

关键技术包括：1) 蛋清预处理（巴氏杀菌/多周期冻融）模拟工业条件；2) 游离酶（胰蛋白酶/木瓜蛋白酶）水解优化；3) 树脂载体固定化酶制备与表征；4) 界面流变学与蛋白结构分析。

【Effects of different pretreatments】部分揭示：未经处理的蛋清FC达438%，冻融五次后β-折叠含量增加11.7%，表面疏水性指数下降38.2%，直接导致界面吸附能力劣变。【Controlled hydrolysis】章节显示：固定化酶体系能精准终止水解反应，D1载体在pH 7.0、40℃条件下水解30分钟即可使PEW的FC恢复至处理前水平。【Immobilization mechanisms】分析指出：E1树脂的环氧基团与酶分子氨基共价结合，使酶活保留率达82.3%（10次循环后），显著优于物理吸附的D2体系（仅剩34.5%）。

结论表明，该研究首次将固定化酶技术应用于蛋清蛋白改性，通过调控载体-酶相互作用模式（离子交换/共价结合），实现了水解过程的可控性与产物功能性的平衡。特别是D1-胰蛋白酶体系在提升起泡性能方面的卓越表现，以及E1体系的稳定优势，为食品工业提供了两种差异化解决方案。这项技术不仅适用于液态蛋制品加工，其"温和处理-精准控制"的核心思想还可拓展至其他热敏感蛋白的功能改良，具有重要的产业化应用价值。研究由Lixian Ding等学者完成，获山东省科技型中小企业创新能力提升工程等项目资助。