利用LUMiSizer®評(píng)估羧甲基魔芋葡甘露聚糖對(duì)豌豆蛋白水分散液的穩(wěn)定性影響

近年來，消費(fèi)者對(duì)中性與酸性植物蛋白飲料的需求不斷增加。豌豆蛋白作為一種植物來源的天然可持續(xù)性蛋白質(zhì)，是代替動(dòng)物蛋白用于食品配方的可靠原料之一。然而，豌豆蛋白因表面疏水性強(qiáng)且電荷量低，導(dǎo)致其在水中的溶解度低、物理穩(wěn)定性差。尤其在酸性條件下，當(dāng)體系pH值接近蛋白質(zhì)等電點(diǎn)時(shí)，豌豆蛋白易發(fā)生聚集，使體系穩(wěn)定性進(jìn)一步大幅降低，因此豌豆蛋白在酸性蛋白飲料中的應(yīng)用受到很大限制。

天然生物大分子多糖與蛋白質(zhì)相互作用，可以阻止或減緩蛋白質(zhì)的聚集和沉降，提高蛋白分散液的物理穩(wěn)定性。多糖對(duì)蛋白分散液體系的穩(wěn)定主要有2 種作用機(jī)制：一是在酸性條件下，聚陰離子多糖，如果膠、羧甲基纖維素（carboxymethyl cellulose，CMC）或大豆可溶性多糖，可與帶正電荷的蛋白顆粒形成靜電復(fù)合物，通過靜電排斥和空間位阻保持蛋白質(zhì)分散液的穩(wěn)定性。這些多糖與酪蛋白膠束發(fā)生靜電吸附，在蛋白膠束表面形成了刷狀或環(huán)狀吸附結(jié)構(gòu)，從而阻止了蛋白膠束的酸誘導(dǎo)聚集使體系穩(wěn)定。二是，添加的多糖在體系中形成高分子物理纏結(jié)網(wǎng)絡(luò)，增加了連續(xù)相的黏度，從而阻礙和遲滯了蛋白顆粒的聚集和沉降。

近期對(duì)魔芋葡甘露聚糖（konjac glucomannan，KGM）、 CMC 和玉米纖維膠以及羧甲基改性的玉米纖維膠（carboxymethylated corn fiber gum，CMCFG）提高豌豆蛋白分散液（pea protein dispersion，PPD）穩(wěn)定性的能力進(jìn)行比較研究發(fā)現(xiàn)，KGM的添加可通過增黏作用實(shí)現(xiàn)PPD在中性和酸性（pH 3.5）條件下的物理穩(wěn)定，羧甲基化的CMC和CMCFG則通過與豌豆蛋白的靜電吸附促成了體系的穩(wěn)定。

1 材料和方法

KGM 湖北一致魔芋生物科技股份有限公司；NUTRALYS® S85F豌豆分離蛋白（純度85%）

法國(guó)羅蓋特公司；鹽酸和檸檬酸等化學(xué)試劑均為國(guó)產(chǎn)分析純；超純水為實(shí)驗(yàn)室自制；CMKGM為基于已知方法，制備7 種不同分子質(zhì)量和不同取代度的樣品。

2 儀器與設(shè)備

ME204/02電子天平 梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；MZ3004磁力攪拌器 上海志威電器有限公司；Milli-Q Plus超純水系統(tǒng)美國(guó)Millipore公司；HAAKE MARSIII旋轉(zhuǎn)流變儀 美國(guó)Thermo Fisher公司；高壓均質(zhì)機(jī) 美國(guó)NanoDeBEE公司；LUMiSizer穩(wěn)定性分析儀 德國(guó)LUM GmbH公司；Zetasizer Nano-ZS90粒徑分析儀 英國(guó)馬爾文儀器公司。

3 方法

PPD的制備

稱取一定量的豌豆分離蛋白分散于超純水中，在室溫下攪拌1 h，并用高壓均質(zhì)機(jī)在50 MPa下循環(huán)均質(zhì)7 次，獲得質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的PPD。將CMKGM樣品溶于超純水中，配制不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的多糖溶液，然后將1% PPD與多糖溶液以1∶1的質(zhì)量比混合后攪拌1 h，采用500 g/kg的檸檬酸調(diào)節(jié)pH值至3.5，繼續(xù)攪拌1 h，獲得多糖穩(wěn)定的蛋白分散液。

不穩(wěn)定指數(shù)測(cè)試

采用穩(wěn)定性分析儀對(duì)新鮮制備的PPD-多糖復(fù)合物（中性和p H 3.5）進(jìn)行穩(wěn)定性測(cè)試。測(cè)試條件：轉(zhuǎn)速3 000 r/min，光源865 n m，測(cè)試時(shí)長(zhǎng)1.0 h，溫度25 ℃。

4 結(jié)果與討論

質(zhì)量分?jǐn)?shù)一定條件下不同CMKGM對(duì)PPD體系的穩(wěn)定效果比較。

A.空白；B. KGM；C. CMKGM-1；D. CMKGM-2；E. CMKGM-3；F. CMKGM-4；G. CMKGM-5；H. CMKGM-6；I. CMKGM-7；下標(biāo)1. pH 7.0；下標(biāo)2. pH 3.5。

圖 1 中性和pH 3.5條件下質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的KGM和CMKGM的 1% PPD的透過率變化

如圖1所示，在透射曲線上，紅線表示樣品初始狀態(tài)的透過率，綠線代表測(cè)試進(jìn)行過程中樣品的透過率。在離心過程中，密度大的分散相逐漸遷移到樣品管底部，從而使上清液部分的透過率增加。通過透射曲線的變化可以反映出分散液的穩(wěn)定性。一般而言，在離心過程中，透過率變化越大，樣品越不穩(wěn)定?；谕干淝€還能獲得樣品的不穩(wěn)定指數(shù)，可定量表征不同樣品穩(wěn)定性的大?。▓D2）。不穩(wěn)定指數(shù)的數(shù)值介于0～1之間，其中0表示體系非常穩(wěn)定，而1代表體系非常不穩(wěn)定。在穩(wěn)定性評(píng)估中，以不穩(wěn)定指數(shù)達(dá)到0.2或以下為穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)。

由圖1、2可知，在不添加穩(wěn)定劑的情況下，PPD在中性和pH 3.5下均不穩(wěn)定，且酸性條件下的不穩(wěn)定程度遠(yuǎn)大于中性條件。這是由于豌豆蛋白在水中的溶解度低，在離心過程中容易發(fā)生聚集，特別是當(dāng)pH值降低，接近豌豆蛋白等電點(diǎn)（～pH 4.5）時(shí)，蛋白顆粒之間的靜電斥力減弱，更加劇了蛋白膠束的聚集和沉降。多糖的添加在很大程度上改善了體系的穩(wěn)定性。僅質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的中性KGM，PPD在中性和酸性條件下都能表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性。由于不產(chǎn)生有效吸附，這主要是由于KGM的增黏作用。在中性條件下，當(dāng)添加1%的具有不同取代度和不同分子質(zhì)量的CMKGM樣品時(shí)，僅有CMKGM-1能夠有效穩(wěn)定PPD，其他樣品（CMKGM-2～CMKGM-7）均不能起到穩(wěn)定作用。由于在中性條件下，豌豆蛋白顆粒和多糖分子均帶負(fù)電荷，多糖的穩(wěn)定作用主要來源于其增黏作用，然而對(duì)于CMKGM-2～CMKGM-7樣品，由于分子質(zhì)量逐漸降低，在相同質(zhì)量分?jǐn)?shù)下（1%）不能起到有效的增黏作用，故不能穩(wěn)定PPD。在pH 3.5條件下，CMKGM-1、CMKGM-2和CMKGM-3均能在一定程度上保持PPD的穩(wěn)定，這是因?yàn)樵谒嵝詶l件下豌豆蛋白帶正電，帶負(fù)電的CMKGM能夠與豌豆蛋白發(fā)生靜電吸附使PPD-多糖復(fù)合物帶負(fù)電，從而通過靜電排斥作用和空間位阻作用阻礙蛋白顆粒的聚集。再加上未吸附多余多糖分子的增黏作用，兩者共同維持了PPD體系的穩(wěn)定。然而，盡管CMKGM-4～CMKGM-7這4 個(gè)樣品的羧甲基的取代度增加有利于發(fā)揮其在酸性條件下穩(wěn)定PPD體系中的靜電排斥作用，但是由于分子質(zhì)量過低導(dǎo)致增黏作用大幅減弱，使這些樣品在質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的條件下不能穩(wěn)定酸性PPD體系。