改性豌豆分離蛋白對充氣冷凍攪打乳液的影響

蔣將★，金斐，王智

江南大學食品學院，江蘇無錫 214122

近年來，豌豆蛋白因其突出的功能性質受到人們越來越多的研究和關注。豌豆中蛋白的含量約為18%~30%，其加工產品包括豌豆濃縮蛋白（PPC）和豌豆分離蛋白（PPI，蛋白含量一般在85%左右）。相比于大豆蛋白，豌豆蛋白富含營養，便于消化吸收并富含賴氨酸、谷氨酸、精氨酸等物質。豌豆蛋白的生物價（BV）為48%~64%，功效比（PER）為 0.6~1.2。酸堿處理是一種簡便溫和的蛋白質化學改性方法。在溫和的酸堿條件下，帶電的氨基酸會與水分子發生離子-偶極的相互作用，從而提高了PPI 在水中的溶液度，同時帶同種電荷的分子之間又會發生相互排斥，致使亞基發生解離，結構得以展開。極端的pH 處理條件下，豌豆蛋白質的結構會部分展開，球蛋白的的二級和三級結構發生改變，二硫鍵斷裂，使得內部的疏水基團暴露在外，更易與水、脂肪、蛋白和金屬離子作用，從而使得其起泡性、乳化性和凝膠性得到極大的改善。

充氣型乳液是一種由油、蛋白、糖和乳化劑制成的水包油型乳狀液，典型的充氣型乳液在經歷過攪打之后，其中充滿了空氣，將近一半的體積皆是空氣，氣泡大小分布在20~25 μm之間，細小且密集的氣泡為乳液提供了松軟細膩的質地，當冰晶的尺寸小于45 μm 時可提供平滑的口感。

本研究以以PPI 和堿性偏移處理豌豆分離蛋白（BPPI）作為牛奶蛋白替代品，研究豌豆蛋白與牛奶蛋白在界面、乳化和起泡特性上的差異，并將三種蛋白（4%）作為實驗原料制備冷凍攪打型O/W 乳液，研究豌豆蛋白對乳液穩定性及攪打性的影響。

1 材料與方法

1.1 PPI 的提取

將豌豆粉碎，粉碎后的豌豆粉用正己烷一乙醇(體積比10:1)脫脂。然后采用堿溶酸沉法制取豌豆蛋白備用。

1.2 PPI 的pH12 改性處理

蛋白溶液用2 mol/L NaOH 溶液滴定蛋白質溶液到pH12，處理1 h，之后在再將pH 調回中性處理1 h，得到改性后的偏pH12 的PPI，即BPPI。

1.3 攪打前O/W 乳液制備

為了制備基于冰淇淋配方的O/W 乳液，將15%（w/w）蔗糖，0.2%（w/w）瓜爾膠，0.5%（w/w）S370 乳化劑和10%（w/w）脫脂奶粉溶解在去離子水中，并在50℃連續攪拌下與完全熔化的FHPKO（10%，w/w）混合40 min。使用高壓均質機進行二級均質3 次獲得細乳液。出口的終乳液（約65℃）立即置于4℃下冷卻并在該溫度下老化6 h。

1.4 攪打冷凍乳液的制備及膨脹率測定

老化6 h 后，將200 g 乳液在刮面式冰淇淋機（ICM-150，香港德國寶公司）中連續攪打15 min 制備冷凍乳液，出口溫度為-5 至-6℃。使用重量變化測定膨脹率（%）。采用同一個鋁盒先后對同體積的冷凍前的乳液和新制備的冷凍后的充氣乳液進行稱重。

1.5 攪打后冷凍乳液的融化特性分析

采用Bolliger 等人描述的方法測定冷凍乳液融化速率。

1.6 數據分析

實驗重復2~3 次，所有測試至少3 個平行，結果取平均值。采用originPro 9.0 分析數據，制作圖表。使用Microsoft Excel 2010 的單因素方差分析方法評估樣品之間的差異（p ＜ 0.05）。

2 結果與討論

2.1 攪打后冷凍乳液的充氣性

各組乳液在4℃下老化6h 后，其膨脹率結果如圖1 所示。當加入豌豆蛋白后，由于乳液整體的黏度大大增加，較高的黏度會阻礙空氣的進入，從而使得含有豌豆蛋白的樣品膨脹率均小于對照組樣品。未處理的豌豆蛋白由于其本身功能性質不佳，難以吸附到氣泡表面。偏移處理過后的豌豆蛋白由于相對于未處理的豌豆蛋白起泡性較好，可以有效的包裹住氣泡，在乳液制備過程中就可以觀察到在機械震蕩作用下液體表面會有大量細密的小氣泡產生。但又由于偏移過后的乳液的黏度過大，加上乳液本身中就已有許多小氣泡的存在，致使偏移過后的乳液的膨脹率反而縮小。

2.2 攪打后冷凍乳液的融化特性

充氣冷凍乳液的融化特性可以反映其內部脂肪三維網絡結構的狀態，以融化的開始時間、融化速率和形態保留程度進行分析比較，結果如表1 所示。總體上，添加了0-50%豌豆蛋白后，冷凍乳液比對照組的融化速率要快，但是其初始滴落所需的時間相對較長。而75%和100%的融化率則相對較低，這可以從穩定性上得到解釋。將樣品從冷凍條件下取出時，可明顯觀察到冷凍后的乳液表面覆蓋著大量的冰晶，開始融化時需要先將表面的冰全部溶解之后才能夠繼續溶解乳液剩余的部分，這也表明高替代度的樣品穩定性不佳。

表1 充氣冷凍乳液解凍過程中開始滴落的時間(ts)以及90 min 時的融化率(%)

BPPI 替代的冷凍乳液樣品中，其底部有較多的氣泡聚集，當融化過程中出現小氣泡聚集并覆蓋在乳液表面時，一定程度上會阻礙融化過程中的傳熱速率[8]，導致乳液失穩速率有所降低。同時，BPPI 可以更好地分散在水相中，提升了乳液的抗融性[9]，使得融化速率降低。隨著BPPI 替代梯度的上升，融化過程中冷凍乳狀液保持其形態良好的能力也越加完好，表明一定程度上隨著界面蛋白含量的提升，水相中蛋白含量減少，更多的蛋白吸附到氣泡表面，并且隨著黏度的增加，乳液中分散著更多更穩定的小氣泡，這也使得冷凍乳液在融化過程中可以更好的保持自身表面的完好性，以帶來更好的感官體驗。

3 結語

本文圍繞偏移處理后豌豆分離蛋白在冷凍乳狀液中的替代展開研究，通過對不同梯度PPI 或BPPI 替代乳蛋白制備乳液，研究其對充氣冷凍乳液的影響。研究發現直接利用PPI 進行替代時，由于其本身功能性質不平衡，會導致冷凍充氣乳液的穩定性下降，最終產品冰沙感較強，難以應用。而相比于PPI，BPPI 的乳化特性顯著改善，在充氣冷凍乳液體系中，提升體系的粘彈性，并對氣泡的穩定性和脂肪結晶的穩定性有較好的提升，考慮到其在膨脹率上的不利影響，選擇25%-50%的替代梯度是可行的。