1、 Univ.Chem.2023,38(4),143150 143 收稿：2022-10-04；录用：2022-11-29；网络发表：2022-12-30*通讯作者，Email: 化学实验 doi:10.3866/PKU.DXHX202210001 参膏入水松花绿皮蛋的奥秘参膏入水松花绿皮蛋的奥秘 彭梓欣，钟瑞芹，王政杰，江洪*华中农业大学理学院化学系，武汉 430070 摘要：摘要：皮蛋，又称松花蛋，是我国一道家喻户晓的美食，历经数百年发展，工艺不断改进，现已成为我国蛋品行业的重要品种。皮蛋腌制从鲜鸭蛋出发，经历化清、凝固、转色、成熟四个阶段。本文以化学人的视角，阐明皮蛋形成原理，利用鸭蛋清和
2、氢氧化钠、鸭蛋清与单宁酸以及L-精氨酸与D-葡萄糖反应，结合可视化和仪器检测手段展示皮蛋形成过程中的化清、凝固、转色等关键过程中的化学原理，利用镁试剂颜色变化验证了松花中含有氢氧化镁，同时设计了趣味性互动方案，通过常用厨房用品，读者可自己动手探究这些变化，旨在激发读者探索化学的兴趣，增加对中华民族传统美食的热爱。关键词：关键词：皮蛋；化清；凝固；美拉德反应；镁试剂 中图分类号：中图分类号：G64；O6 Ginseng Paste in Water with Pine Flower Green:The Mystery of Preserved Eggs Zixin Peng,Ruiqin Zho
3、ng,Zhengjie Wang,Hong Jiang*Department of Chemistry,School of Science,Huazhong Agricultural University,Wuhan 430070,China.Abstract:The preserved egg,a well-known food in China,has become a key part of Chinas egg industry after hundreds of years of development and improvement.After pickling,fresh duc
4、k eggs are subjected to thinning,solidification,color transformation,and maturation during preservation.The chemical principles of the four stages of preserved egg formation were illustrated by the following tests:duck egg white with sodium hydroxide,duck egg white with tannic acid,and L-arginine wi
5、th glucose to simulate chemical changes by combining visualization and instrumental detection.The color change of magneson was used to verify that the pine flower contained magnesium hydroxide.Additionally,an interesting interactive program was designed to stimulate readers to explore chemistry and
6、enhance their love of traditional Chinese cuisine.Key Words:Preserved eggs;Thinning;Solidification;Maillard reaction;Magneson 皮蛋是我国一道独有的传统美食，因其蛋清表面常分布有松花状白色结晶，又名松花蛋。皮蛋由纯碱、生石灰、食盐、红茶末、氧化铅等配制的碱性料泥腌制而成。其蛋清呈墨绿色凝胶状、半透明、有弹性；蛋黄呈红褐色、茶色、暗绿等多色彩。皮蛋具有特殊的辛辣味和咸香味，具有清凉解毒、助酒开胃的功效。皮蛋腌制过程不仅不会破坏蛋中原有的营养物质，反而有利于蛋白质分子降解为易
7、吸收的小分子肽，而且料泥中的矿物质可向蛋清、蛋黄渗透，因此，相较于原料蛋，皮蛋的营养价值更高。144大 学 化 学Vol.38通常认为，皮蛋的形成经历了化清、凝固、转色、成熟四个阶段1。鲜蛋入缸后，随碱液不断渗入，蛋白质发生变性，高级结构被破坏，释放出结合水，浓稠蛋白变为稀状水溶液，此即化清。随着变性加剧，蛋白质的三级和二级结构被破坏，亲水基团不断暴露，在大量自由水存在下，通过氢键重新交联为凝胶态，此即凝固。若碱液渗入过多，肽链会部分降解，凝胶会再次化清，成为“烂头”蛋，称为“碱伤”。在碱性条件下，当皮蛋内还原糖与蛋白质的氨基缓慢发生美拉德褐变反应时，蛋清逐渐呈现墨绿色，同时蛋内金属离子与富硫
8、氨基酸不断络合，蛋黄逐渐呈现红褐色，此即转色。通过上述一系列复杂的化学反应过程，鲜蛋最终形成皮蛋。本文以化学人的视角，设计了一系列实验，展示皮蛋形成过程中的化清、凝固、美拉德反应着色等过程，探究其化学原理，同时探索了皮蛋松花的主要成分，并提出了改善皮蛋碱伤的方法。本文一方面表明食品与化学学科学科交叉性强，体现了化学知识在食品加工过程中的重要性，另一方面本文也为化学及食品等各专业学生的创新设计性实验提供借鉴，中小学生也可以通过利用厨房用品动手参与部分实验，通过身边的科学案例激发他们对化学的学习兴趣。1 实验部分实验部分 1.1 实验原理实验原理 皮蛋的形成本质上就是碱诱导蛋清蛋白质的凝胶化2，即
9、化清-凝固过程。在化清阶段，随着碱液不断渗入，高级结构开始变得松散，蛋白质分子内部结构开始暴露，原本被束缚的水释放出来，浓稠蛋白变为稀状液，此之谓化清。随着碱液进一步渗入，-螺旋、-折叠变得伸展，大量的亲水基团暴露出来，多肽链的吸水性大大增强，蛋白质重新形成凝胶结构，此之谓凝固。在此复杂过程中，最直观的就是蛋清黏度的变化，监测反应过程中蛋清黏度的变化，可验证皮蛋形成过程中经历了化清与凝固过程。美拉德反应又称非酶褐变，蛋白中氨基酸暴露后与蛋清中的羰基化合物(还原糖类)反应，经过复杂的历程最终生成棕色甚至是黑色的大分子物质。具体反应分三个阶段：首先氨基酸与还原糖缩合，继而形成Amadori重排产物
10、(图1)，最后Amadori重排产物发生Strecker降解(图2)。控制碱液的浓度是皮蛋生产的关键。过低的浓度难以诱导化清与凝固的发生。过高的碱液浓度会使已经凝胶化的蛋白再次化清，蛋白质不能有效凝固，产生碱伤。传统皮蛋生产中通过添加PbO，使之发生一系列复杂的化学反应，生成PbS封堵蛋壳上的气孔，可避免碱液的过多渗入，避免碱伤。但Pb是重金属元素，严重危害身体健康，故需要发展无铅皮蛋生产工艺，如热处理工艺3,4、Zn-Fe盐复配工艺等5。热处理是利用了蛋白质热变性，对碱伤清化的蛋白进行加热，使之重新凝固。该法可有效避免重金属离子的添加，但需要严格控制温度与处理时间，对工艺要求较高，且热凝固的
11、蛋 图图1 Amadori重排机理重排机理 No.4 doi:10.3866/PKU.DXHX202210001 145白不再具有很好的透明凝胶外观，口感亦下降。Zn-Fe盐复配是通过形成ZnS、FeS等封堵蛋孔，类似PbS的封堵气孔原理。但FeS、ZnS封堵作用弱于PbS。有没有工艺简单且无需添加金属离子的皮蛋制作工艺呢？我们注意到，在居家皮蛋制作工艺中，红茶末是腌料中常见的组分。一般认为，红茶中的色素物质会渗入到皮蛋中，改善着色。事实上，红茶中含有单宁6，可促进蛋白凝聚。因此，我们认为添加适量单宁酸有利于改善碱伤，避免使用重金属离子。松花的形成是皮蛋加工过程中的有趣现象，研究表明镁离子浓度
12、与松花的形成有正相关性7。松花主要成分可能是Mg(OH)2水合晶体，Mg2+主要来源于蛋壳和蛋膜，在浸泡的过程中，Mg2+部分溶解并生Mg(OH)2，附着在蛋清表层。镁试剂I可与Mg(OH)2形成亮蓝色络合物，可用于检测Mg(OH)2。1.2 试剂与材料试剂与材料氢氧化钠，L-精氨酸，葡萄糖，无水乙醇，单宁酸，镁试剂I均为国药分析纯，鸭蛋和味精为市售。1.3 仪器和设备仪器和设备圆底烧瓶，玻璃棒，磁子，磁力搅拌器，AL204电子天平，恒温ZNCL-B磁力搅拌器，DV2T旋转式粘度计。1.4 实验步骤实验步骤 1.4.1 蛋清的化清与凝固蛋清的化清与凝固 1.4.1.1 肉眼观察蛋清的化清肉眼观
13、察蛋清的化清 取2支试管编号为1，2。分别加入27 mL鸭蛋清。1号试管滴加9滴pH=9.7的氢氧化钠，为实验组；2号试管为空白对照组，只加等量的去离子水。静置5 min后将两支试管倾斜45，观察蛋清流动情况。再向1号试管中继续补加16滴pH=9.7的氢氧化钠溶液，静置5 min后将两支试管倾斜45，观察比较两支试管中蛋清流动性情况。1.4.1.2 蛋液化清蛋液化清-凝固阶段的粘度变化凝固阶段的粘度变化 1)粘度计及参数设定：采用DV2T旋转式粘度计，选择ULA(0)型号转子。温度为25 C，转速25 rmin1，扭矩控制在10%90%，测试时间60 s。2)取27 mL鸭蛋清，滴加6滴去离子
14、水，连续测定三次该蛋清粘度，取平均值。此平均值即为对照组的粘度。3)向27 mL蛋清中加入6滴NaOH(pH=9.7)溶液，轻微震荡，使蛋液与NaOH充分反应，静置10 min，连续测定三次粘度，取平均值。继续补加3滴NaOH(pH=9.7)溶液，静置10 min，然后连续 图图2 Strecker降解机理降解机理 CH2CHCOHHNROHCOHNHR降解CHCCHHCNH2OHOH+H2OCHCCH2HCOOCHCCHCHOOH2OH2OHOCH2OHC(CHOH)n-2O还原酮H3COOH3COCH3OH3COH2COOH胺胺HMF胺胺OHCHCHCOHHNROHHCOHOHCH2CCO
15、HHNROHHCOHCH2CCOOHHCOHCH3CCOOHCOHCH3CCOHOCOH146大 学 化 学Vol.38测定三次粘度，取平均值。然后继续滴加7滴NaOH(pH=9.7)溶液，静置10 min，然后连续测定三次粘度，取平均值。1.4.2 美拉德反应美拉德反应 1.4.2.1 D-葡萄糖与葡萄糖与L-精氨酸的美拉德反应精氨酸的美拉德反应 分别称取约0.41 g D-葡萄糖(2.3 mmol)、0.40 g L-精氨酸(2.3 mmol)及30 mL去离子水于100 mL圆底烧瓶中，烧瓶置水浴电磁搅拌装置中回流加热，观察烧瓶中溶液颜色的变化。1.4.2.2 比较不同条件下的美拉德反应
16、颜色变化比较不同条件下的美拉德反应颜色变化 取三支试管编号为A、B、C。A试管加入L-精氨酸(1 mmol)、D-葡萄糖(1 mmol)和6 mL去离子水，摇匀溶解，放入恒温磁力搅拌器中于100 C加热反应，并分别在反应0、10、30、60、90 min时拍照记录颜色变化。B试管所加试剂同A，反应室温下进行，每隔5天拍照记录颜色变化。C试管加20 mL鸭蛋清和12滴NaOH(pH=12.0)溶液，室温下反应，在第5天和第10天时拍照观察颜色变化。1.4.2.3 居家美拉德反应居家美拉德反应 取3小勺食用味精和5小勺葡萄糖于瓷茶杯中，加入约20 mL水使之溶解，然后在家用微波炉中微波加热3 min，观察加热后的颜色变化。1.4.3 碱伤改善探究碱伤改善探究 向已通过加碱凝聚的蛋清中继续逐滴滴加NaOH溶液，观察蛋清再次化清，然后滴加10滴(0.02 molL1)单宁酸溶液，静置1 h，倾斜试管，观察试管中蛋清流动凝固情况。1.4.4 松花主要成分检测松花主要成分检测 用针头小心挑出皮蛋蛋白外层松花，加入少量去离子水溶解。取1 mg镁试剂I，溶解于10 mL无水乙醇中，制备得镁试剂I的乙醇
