植物蛋白飲料穩定性影響因素和分析方法的研究

周超進，何錦風，蒲 彪

（1.四川農業大學食品學院，四川雅安625014；2.總后勤部軍需裝備研究所軍用漢麻材料研究中心，北京100082）

植物蛋白飲料穩定性影響因素和分析方法的研究

周超進1，何錦風2，蒲 彪1

（1.四川農業大學食品學院，四川雅安625014；2.總后勤部軍需裝備研究所軍用漢麻材料研究中心，北京100082）

植物蛋白飲料中蛋白沉淀、脂肪上浮問題，嚴重影響了產品質量。本文綜合敘述了環境壓力和飲料自身各因素對植物蛋白飲料穩定性的影響，并介紹了一些常用快速的穩定性分析方法。

植物蛋白飲料，影響因素，穩定性，分析方法

植物蛋白飲料（plant protein beverage）是指用有一定蛋白含量的植物果實、種子或果仁等為原料，經加工制得（可經乳酸菌發酵）的漿液中加入水，或加入其他食品配料制成的飲料。如豆奶（乳）、豆漿、豆奶（乳）飲料、椰子汁（乳）、杏仁露（乳）、核桃露（乳）、花生露（乳）［1］。植物蛋白飲料是一種富含脂肪的蛋白質膠體，是一個復雜的熱力學不穩定體系，體系中既有蛋白質形成的膠體溶液，又有乳化脂肪形成的乳濁液，還有糖等形成的真溶液。植物蛋白飲料主要由三相組成：脂肪或蛋白相、界面相和水相。蛋白和脂肪是構成植物蛋白飲料的最主要成分；界面相由蛋白和小分子乳化劑（脂肪酸、表面活性劑等）組成；水相中包含離子、生物大分子。影響植物蛋白飲料穩定的因素很多，總的來說有外界環境壓力和飲料自身因素。

1 影響植物蛋白飲料穩定性的因素

1.1 環境壓力

1.1.1 熱處理 在實際應用中，熱處理對于蛋白飲料的膠體穩定是重要的。在蛋白飲料生產中的熱處理主要是殺菌。植物蛋白飲料若殺菌不徹底，在適宜的溫度條件下，微生物就會生長繁殖，導致植物蛋白飲料的腐敗變質；若殺菌溫度過高，因為蛋白飲料對熱很敏感，當溫度超過臨界值時蛋白將會展開，蛋白內部的部分將會暴露。這些基團增大了蛋白間的引力影響，因此影響了膠體中液滴絮凝和結合作用的發生，使蛋白變性，并且高溫會促進脂肪氧化。蛋白變性和脂肪氧化會引起植物蛋白飲料粘度下降、色澤變暗，直接影響飲料風味和穩定性，因此在蛋白飲料生產中選擇合適的熱處理方式是很有必要的。

岳春［2］研究了4種殺菌條件對玉米飲料穩定性的影響，在確保商業無菌和飲料體系穩定的前提下，確定了90℃殺菌30min的玉米飲料最佳殺菌方式。Rustom I.Y.S.［3］等對比了兩種不同UHT殺菌方式對花生飲料的營養、感官和物理化學性質的影響，結果顯示長時間的殺菌處理將會使色澤變暗，粘度下降，從而影響飲料的穩定性。

1.1.2 機械應力 植物蛋白飲料生產一般先用膠體磨進行膠磨，然后多級高壓均質，可以使飲料顆粒充分微?；?。此外膠體磨和高壓均質機也可用于混合和乳化過程，可以使植物蛋白飲料充分混合、乳狀液充分乳化。

根據Stocks公式，沉降速度與粒子直徑、粒子密度、介質粘度、介質密度有關，粒子自然沉降或上浮的速度與粒子半徑的平方和兩相間的比重差成正比，與液體粘度成反比。膠磨和均質可有效地降低植物蛋白飲料的粒度，使顆粒充分微?；?，從而提高飲料穩定性［4］。

乳化過程可以使乳化劑與飲料顆粒充分乳化，形成界面膜，防止飲料中各組分的絮凝。如均質可以促進乳化劑的充分乳化，乳化劑可以很快地吸收新形成的液滴表面，減少促進液滴表面破裂的表面張力，并且提供保護層防止相鄰的液滴聚集［5］。

1.2 水相組分的影響

1.2.1 pH和離子強度 植物蛋白飲料中顆粒表面的界面膜通常比較薄并且帶電，所以蛋白飲料對pH和離子強度特別敏感。當pH達到蛋白的等電點或者離子強度達到一定水平時，液滴間的靜電斥力不足以克服各種相互引力則會造成絮凝。pH還能影響蛋白質的水化作用，當pH接近蛋白質的等電點時，蛋白質分子呈電中性狀態，溶解性最小，不能吸引水分子，水化層遭到破壞，蛋白質分子容易相互聚成大團塊下沉或上浮。此外多價離子在促進體系不穩定方面有特別的能力，它們可以有效地屏蔽電位作用，并且可以結合到顆粒表面降低表面電位［6］。

通過各種方式改進和減少pH與離子強度對顆粒絮凝作用的影響，以提高植物蛋白飲料的穩定性：螯合劑（如EDTA、檸檬酸鹽、磷酸鹽）可以與多價離子如Ca2+、Fe2+、Fe3+結合，也可以和生物大分子結合［7］，降低離子強度對植物蛋白飲料穩定性的影響；離子型表面活性劑可吸附到液滴表面，改變液滴表面電位，可以改善由pH引起的絮凝作用；帶電荷的生物大分子與液滴表面的相反電荷相吸附，可以改變液滴表面電位，可以改善由 pH引起的絮凝作用［8］。

1.2.2 糖和多元醇 在植物蛋白飲料中顆粒周圍的水相中通常含有各種不同的極性小分子，如糖和多元醇［9］。這些相對小的分子通過各種不同的途徑影響植物蛋白飲料的穩定性。

目前有很多機制說明蔗糖對乳化穩定體系中液滴絮凝的作用［5］：蔗糖增大了連續相的粘度，降低了體系中液滴和液滴碰撞的幾率［10］；蔗糖改變了液滴周圍水溶液的物理化學性質（密度、介電常數、折射率、滲透壓），改變了排斥能量壁壘的高度，改變了導致絮凝的部分碰撞的發生；液滴在蔗糖的滲透壓作用下，改變植物蛋白飲料的動力學特性。

1.2.3 表面活性劑 植物蛋白飲料中通常包含很多非離子或離子表面活性劑，如乳化劑（卵磷脂，蔗糖酯和單甘酯）。這些表面活性劑可以直接或者間接地影響植物蛋白飲料的穩定性。表面活性劑分子內具有親水基和親脂基團，在水和油的界面形成吸附層，防止分散液滴的絮凝。此外表面活性劑還可以與飲料中的蛋白相結合，改變其結構和功能［11］。離子型表面活性劑通過靜電和疏水性相互作用結合到蛋白分子上，而非離子型表面活性劑通過疏水性相互作用結合到蛋白上。一旦表面活性劑結合到蛋白、脂肪或其他組分上，表面活性劑的修飾作用將會改變蛋白、脂肪或其他組分的表面吸附能力。因此會改變飲料的物理化學特性和穩定性。

1.2.4 生物大分子 植物蛋白飲料中通常包含一種或多種類型的生物大分子，這些生物大分子可以部分作為乳化劑，因為它們不會吸附到液滴表面；或者它們有其他的功能特性，如增稠劑或膠凝劑。這些生物大分子與吸附的物質相互作用，通過各種機制直接或者間接影響植物蛋白飲料的穩定性［12］。

非吸附型生物大分子通過與周圍分子的引力作用，引起液滴的排斥絮凝。Koksoy A等［13］測定了不同濃度果膠、瓜爾膠對飲料穩定性的影響，最開始隨著果膠（非吸附生物大分子）濃度的增大，絮凝作用增大，因為增大了液滴間的相互引力（高的碰撞率）；然而，一旦生物大分子的濃度超出了一定濃度，絮凝率會降低，因為連續相的粘度增大使液滴的活動速度降低，降低了液滴的碰撞率。

帶電的生物大分子能通過靜電相互作用吸附到帶反向電荷的液滴表面。在一定的生物大分子和液滴濃度條件下，因為生物大分子電荷的中和作用和架橋作用促進液滴絮凝。如果在連續相中生物大分子濃度較高，有充足的生物大分子去完全覆蓋所有液滴表面，降低架橋絮凝現象的發生。然而，如果空閑的生物大分子的濃度足夠高，則排斥絮凝將會發生［5］，因此合適的生物大分子濃度對植物蛋白飲料的穩定性是重要的。

1.2.5 微生物因素 植物蛋白飲料含有蛋白、脂肪和糖類等，本身就是優良的微生物培養基。細菌、酵母、霉菌都可以借助飲料的營養成分生長繁殖，破壞其良好的穩定性，這是植物蛋白飲料腐敗變質的主要原因。

引起植物蛋白飲料腐敗的主要細菌有梭狀芽孢桿菌屬、變形桿菌屬、芽孢菌屬、假單胞菌屬等。這些細菌即使無糖類碳源存在，也能在以蛋白質為主體的食品上良好生長。菌體細胞自溶后，分泌出胞外蛋白酶，繼續對蛋白質進行分解作用。

多數酵母菌對蛋白質的分解能力極微弱，大多數酵母有利用有機酸的能力。若植物蛋白飲料中有多糖或有機酸較多時，在殺菌不充分或封閉不嚴的情況下，則可能引起酵母菌的繁殖發酵。

許多霉菌具有分解蛋白質、脂肪和碳水化合物的能力。霉菌比細菌更能利用天然蛋白質，其中主要有毛霉菌、青霉菌、曲霉屬、根霉屬的許多菌類。當飲料中有大量糖分時，更能促進蛋白酶和脂肪酶的生長，加速飲料的腐敗變質［4］。

1.3 非水相組分的影響

植物蛋白飲料是一種富含脂肪的蛋白質膠體，蛋白脂肪等的濃度也會影響到植物蛋白飲料的穩定性。

膠體穩定性的基本理論認為，膠體懸浮體系的穩定性主要與膠體顆粒間兩個獨立的相互作用的相對距離有關。該相對距離的大小，是由分散體系中分散相的多少，即膠體的濃度決定的。在植物蛋白飲料中，單位體積里的蛋白質粒子越多，濃度越大，蛋白質粒子間的相對距離越??；反之，蛋白質粒子間的相對距離就越大。膠體粒子間的相互作用力主要是范德華引力和相同符號的雙電層之間的靜電斥力。而在植物蛋白飲料中，溶液的濃度是決定范德華引力和雙電層斥力的關鍵因素。不同原料制成的植物蛋白飲料，有其不同的最佳穩定濃度值［4］。

2 穩定性分析方法

蛋白沉淀、脂肪上浮的出現會直接影響產品的質量，使產品口感和外觀變差，導致產品保質期縮短，在激烈的市場競爭下，人們迫切需要借助一種準確、快速、直觀、可靠的分析方法確認產品的穩定性。目前穩定性的分析方法很多，主要有以下幾種：

2.1 靜置觀察法

靜置觀察法是指將觀察的體系置于一定環境溫度下，一定時間段內分別觀察其出現沉淀或油析所需的時間。靜置觀察法是最準確、直觀和可靠的，但是周期長、速度慢，達不到快速的目的。高溫靜置觀察法是對靜置觀察法的改進。我們知道，當溫度升高時，飲料體系中粒子的熱運動加劇，粒子之間碰撞的機率增大，粒子聚結的可能性就隨之增大，沉淀或油析的周期比實際常溫下放置短得多。同時，由于溫度的升高，飲料體系的粘度相應降低，對于粒子的抗聚集及抗沉降能力顯著減少，體系的穩定性相對于常溫下降低幅度較大。通過這種方法可以縮短飲料穩定性實驗的觀察周期。

殷露琴［14］對比用4℃、常溫和40℃三個溫度對可可飲料進行存放，觀察期沉淀或油析現象，判斷其穩定性。

2.2 離心觀察法

對飲料體系進行離心時，體系中的粒子主要受到離心力的作用，其性質與重力相同，所以離心時，體系中的粒子運動仍遵守Stokes理論。對于同一體系，在相同的溫度下，其粒子介質之間的密度差、粒子半徑、體系粘度均為相同值，則可利用離心力/重力條件下的沉降速率比值來判定飲料體系的穩定性。離心觀察法判斷速度很快，并且應用廣泛，但是由于人為因素和判斷標準的不同，會導致判斷的準確性、可靠性差。

分光光度計檢測一般和離心觀察法結合使用，主要用飲料稀釋液離心后吸光度與離心前吸光度的比值作為穩定系數，判斷飲料穩定性。朱小喬等［15］用離心后和離心前豆奶飲料的穩定系數作為穩定性指標判斷豆奶的穩定性。

2.3 粘度、密度檢測

由Stocks定律可知：粒子自然沉降或上浮的速度與粒子半徑的平方和兩相間的比重差成正比，與液體粘度成反比。因此在粒子半徑和兩相比重相對不變的情況下，粘度影響飲料穩定性。粘度的增大，降低了體系中液滴和液滴碰撞的幾率，增大了飲料的穩定性。

劉楠［16］以粘度為穩定性指標測定了酶解條件對穩定的影響。李小華等［17］研究了榛子蛋白飲料的流變學性質，并分別研究了溫度和濃度對主劑粘度的影響。

2.4 顯微鏡、粒子分布、形狀檢測

體系的穩定性與粒子半徑的平方成正比，粒子越大，則越易沉降分離。通過觀察粒子的大小及聚結情況，可以大致判斷飲料的穩定性。膠體結構的檢測方法有多種，主要有反向光散射，共聚焦激光掃描顯微鏡、波形擴散光譜、超聲光譜、分光光度法、映像分析、核磁共振譜［18］。

程靜等［19］用顯微鏡對比了有無穩定劑、有無均質的顆粒分布情況。殷露琴［14］采用HYDRO 2000MU激光粒度分布測定儀測定可可飲料粒度；Hayati I.N.等［20］利用激光衍射法用Mastersizer 2000對粒度分布進行測量，以粒度分布作為穩定性指標判斷飲料穩定性。

2.5 電泳或Zeta電位檢測

Zeta電位是一個表征分散體系穩定性的重要指標。通過Zeta電位的檢測，可以有效地判斷粒子的帶電性，粒子電位的升高有利于體系的穩定。

殷露琴［14］采用DPM-1-Zeta電位測定儀對樣品中懸浮顆粒的Zeta電位進行測定，以Zeta為穩定性指標，判斷加入不同其他帶電物質對飲料穩定的影響。Acedo-Carrillo J.I.［21］等采用Zeta-Meter測定了不同pH和鹽濃度下的Zeta電位，以此作為判斷體系穩定性的指標。

2.6 實時動態光譜分析法

實時動態光譜分析技術主要通過離心加速溶液中的粒子沉降或者上浮，并且測定其沉淀或者上浮的速度，同時通過透射光掃描表征產品，直接客觀地反映產品狀態的變化［22］。實時動態光譜分析法是結合多種因素的新技術，可有效地達到準確、快速、直觀、可靠的要求。

3 小結

影響植物蛋白飲料穩定性因素很多，如熱處理、機械力的外部因素影響和pH、離子強度等飲料體系內部影響。準確、快速、直觀、可靠的穩定性分析方法，將大大縮短植物蛋白飲料的生產和研發周期。我們需要合理控制和利用這些影響因素，制定適宜的生產工藝，采取合理的生產工藝方案，提高植物蛋白飲料的穩定性。

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Study on the affected factors and analysis method of stability of plant protein beverage

ZHOU Chao-jin1，HE Jin-feng2，PU Biao1
（1.Food Science Department，Sichuan Agriculture University，Ya’an 625014，China；2.The Research Center of China-hemp Material，The Quartermaster Research Institute of the General Logistics Department of the PLA，Beijing 100082，China）

The effect of sediment protein and fat separation on the quality of plant protein beverage was significant. The factors including environmental stresses and inside factors affecting the stability of plant protein beverage were comprehensively described，the regular and fast technologies of determining stability were introduced.

plant protein beverage；affected factors；stability；analysis method

TS275.4

A

1002-0306（2011）01-0377-04

2009-11-20

周超進（1986-），男，在讀碩士研究生，研究方向：軍用食品。