利用LUMiSizer®评估羧甲基魔芋葡甘露聚糖对豌豆蛋白水分散液的稳定性影响

利用LUMiSizer®评估羧甲基魔芋葡甘露聚糖对豌豆蛋白水分散液的稳定性影响

近年来，消费者对中性与酸性植物蛋白饮料的需求不断增加。豌豆蛋白作为一种植物来源的天然可持续性蛋白质，是代替动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强且电荷量低，导致其在水中的溶解度低、物理稳定性差。尤其在酸性条件下，当体系pH值接近蛋白质等电点时，豌豆蛋白易发生聚集，使体系稳定性进一步大幅降低，因此豌豆蛋白在酸性蛋白饮料中的应用受到很大限制。

天然生物大分子多糖与蛋白质相互作用，可以阻止或减缓蛋白质的聚集和沉降，提高蛋白分散液的物理稳定性。多糖对蛋白分散液体系的稳定主要有2 种作用机制：一是在酸性条件下，聚阴离子多糖，如果胶、羧甲基纤维素（carboxymethyl cellulose，CMC）或大豆可溶性多糖，可与带正电荷的蛋白颗粒形成静电复合物，通过静电排斥和空间位阻保持蛋白质分散液的稳定性。这些多糖与酪蛋白胶束发生静电吸附，在蛋白胶束表面形成了刷状或环状吸附结构，从而阻止了蛋白胶束的酸诱导聚集使体系稳定。二是，添加的多糖在体系中形成高分子物理缠结网络，增加了连续相的黏度，从而阻碍和迟滞了蛋白颗粒的聚集和沉降。

近期对魔芋葡甘露聚糖（konjac glucomannan，KGM）、 CMC 和玉米纤维胶以及羧甲基改性的玉米纤维胶（carboxymethylated corn fiber gum，CMCFG）提高豌豆蛋白分散液（pea protein dispersion，PPD）稳定性的能力进行比较研究发现，KGM的添加可通过增黏作用实现PPD在中性和酸性（pH 3.5）条件下的物理稳定，羧甲基化的CMC和CMCFG则通过与豌豆蛋白的静电吸附促成了体系的稳定。

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豌豆分离蛋白（纯度85%）

法国罗盖特公司；盐酸和柠檬酸等化学试剂均为国产分析纯；超纯水为实验室自制；CMKGM为基于已知方法，制备7 种不同分子质量和不同取代度的样品。

2 仪器与设备

ME204/02电子天平 梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；MZ3004磁力搅拌器 上海志威电器有限公司；Milli-Q Plus超纯水系统美国Millipore公司； HAAKE MARSIII旋转流变仪 美国Thermo Fisher公司； 高压均质机 美国NanoDeBEE公司；LUMiSizer稳定性分析仪 德国LUM GmbH公司；Zetasizer Nano-ZS90粒径分析仪 英国马尔文仪器公司。

3 方法

PPD的制备

称取一定量的豌豆分离蛋白分散于超纯水中，在室温下搅拌1 h，并用高压均质机在50 MPa下循环均质7 次，获得质量分数1%的PPD。将CMKGM样品溶于超纯水中，配制不同质量分数的多糖溶液，然后将1% PPD与多糖溶液以1∶1的质量比混合后搅拌1 h，采用500 g/kg的柠檬酸调节pH值至3.5，继续搅拌1 h，获得多糖稳定的蛋白分散液。

不稳定指数测试

采用稳定性分析仪对新鲜制备的PPD-多糖复合物（中性和p H 3.5）进行稳定性测试。测试条件：转速3 000 r/min，光源865 n m，测试时长1.0 h，温度25 ℃。

4 结果与讨论

质量分数一定条件下不同CMKGM对PPD体系的稳定效果比较。

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；下标1. pH 7.0；下标2. pH 3.5。

图 1 中性和pH 3.5条件下质量分数1%的KGM和CMKGM的 1% PPD的透过率变化

如图1所示，在透射曲线上，红线表示样品初始状态的透过率，绿线代表测试进行过程中样品的透过率。在离心过程中，密度大的分散相逐渐迁移到样品管底部，从而使上清液部分的透过率增加。通过透射曲线的变化可以反映出分散液的稳定性。一般而言，在离心过程中，透过率变化越大，样品越不稳定。基于透射曲线还能获得样品的不稳定指数，可定量表征不同样品稳定性的大小（图2）。不稳定指数的数值介于0～1之间，其中0表示体系非常稳定，而1代表体系非常不稳定。在稳定性评估中，以不稳定指数达到0.2或以下为稳定标准。

由图1、2可知，在不添加稳定剂的情况下，PPD在中性和pH 3.5下均不稳定，且酸性条件下的不稳定程度远大于中性条件。这是由于豌豆蛋白在水中的溶解度低，在离心过程中容易发生聚集，特别是当pH值降低，接近豌豆蛋白等电点（～pH 4.5）时，蛋白颗粒之间的静电斥力减弱，更加剧了蛋白胶束的聚集和沉降。多糖的添加在很大程度上改善了体系的稳定性。仅质量分数1%的中性KGM，PPD在中性和酸性条件下都能表现出良好的稳定性。由于不产生有效吸附，这主要是由于KGM的增黏作用。在中性条件下，当添加1%的具有不同取代度和不同分子质量的CMKGM样品时，仅有CMKGM-1能够有效稳定PPD，其他样品（CMKGM-2～CMKGM-7）均不能起到稳定作用。由于在中性条件下，豌豆蛋白颗粒和多糖分子均带负电荷，多糖的稳定作用主要来源于其增黏作用，然而对于CMKGM-2～CMKGM-7样品，由于分子质量逐渐降低，在相同质量分数下（1%）不能起到有效的增黏作用，故不能稳定PPD。在pH 3.5条件下，CMKGM-1、CMKGM-2和CMKGM-3均能在一定程度上保持PPD的稳定，这是因为在酸性条件下豌豆蛋白带正电，带负电的CMKGM能够与豌豆蛋白发生静电吸附使PPD-多糖复合物带负电，从而通过静电排斥作用和空间位阻作用阻碍蛋白颗粒的聚集。再加上未吸附多余多糖分子的增黏作用，两者共同维持了PPD体系的稳定。然而，尽管CMKGM-4～CMKGM-7这4 个样品的羧甲基的取代度增加有利于发挥其在酸性条件下稳定PPD体系中的静电排斥作用，但是由于分子质量过低导致增黏作用大幅减弱，使这些样品在质量分数1%的条件下不能稳定酸性PPD体系。