利用LUMiSizer®評估羧甲基魔芋葡甘露聚糖對豌豆蛋白水分散液的穩定性影響

近年來，消費者對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性蛋白質，是代替動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且電荷量低，導致其在水中的溶解度低、物理穩定性差。尤其在酸性條件下，當體系pH值接近蛋白質等電點時，豌豆蛋白易發生聚集，使體系穩定性進一步大幅降低，因此豌豆蛋白在酸性蛋白飲料中的應用受到很大限制。

天然生物大分子多糖與蛋白質相互作用，可以阻止或減緩蛋白質的聚集和沉降，提高蛋白分散液的物理穩定性。多糖對蛋白分散液體系的穩定主要有2 種作用機制：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合物，通過靜電排斥和空間位阻保持蛋白質分散液的穩定性。這些多糖與酪蛋白膠束發生靜電吸附，在蛋白膠束表面形成了刷狀或環狀吸附結構，從而阻止了蛋白膠束的酸誘導聚集使體系穩定。二是，添加的多糖在體系中形成高分子物理纏結網絡，增加了連續相的黏度，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）穩定性的能力進行比較研究發現，KGM的添加可通過增黏作用實現PPD在中性和酸性（pH 3.5）條件下的物理穩定，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%）

法國羅蓋特公司；鹽酸和檸檬酸等化學試劑均為國產分析純；超純水為實驗室自制；CMKGM為基于已知方法，制備7 種不同分子質量和不同取代度的樣品。

2 儀器與設備

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超純水系統美國Millipore公司；HAAKE MARSIII旋轉流變儀 美國Thermo Fisher公司；高壓均質機 美國NanoDeBEE公司；LUMiSizer穩定性分析儀 德國LUM GmbH公司；Zetasizer Nano-ZS90粒徑分析儀 英國馬爾文儀器公司。

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，并用高壓均質機在50 MPa下循環均質7 次，獲得質量分數1%的PPD。將CMKGM樣品溶于超純水中，配制不同質量分數的多糖溶液，然后將1% PPD與多糖溶液以1∶1的質量比混合后攪拌1 h，采用500 g/kg的檸檬酸調節pH值至3.5，繼續攪拌1 h，獲得多糖穩定的蛋白分散液。

不穩定指數測試

采用穩定性分析儀對新鮮制備的PPD-多糖復合物（中性和p H 3.5）進行穩定性測試。測試條件：轉速3 000 r/min，光源865 n m，測試時長1.0 h，溫度25 ℃。

4 結果與討論

質量分數一定條件下不同CMKGM對PPD體系的穩定效果比較。

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1. pH 7.0；下標2. pH 3.5。

圖 1 中性和pH 3.5條件下質量分數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的透過率，綠線代表測試進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定性。一般而言，在離心過程中，透過率變化越大，樣品越不穩定。基于透射曲線還能獲得樣品的不穩定指數，可定量表征不同樣品穩定性的大小（圖2）。不穩定指數的數值介于0～1之間，其中0表示體系非常穩定，而1代表體系非常不穩定。在穩定性評估中，以不穩定指數達到0.2或以下為穩定標準。

由圖1、2可知，在不添加穩定劑的情況下，PPD在中性和pH 3.5下均不穩定，且酸性條件下的不穩定程度遠大于中性條件。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生聚集，特別是當pH值降低，接近豌豆蛋白等電點（～pH 4.5）時，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定性。僅質量分數1%的中性KGM，PPD在中性和酸性條件下都能表現出良好的穩定性。由于不產生有效吸附，這主要是由于KGM的增黏作用。在中性條件下，當添加1%的具有不同取代度和不同分子質量的CMKGM樣品時，僅有CMKGM-1能夠有效穩定PPD，其他樣品（CMKGM-2～CMKGM-7）均不能起到穩定作用。由于在中性條件下，豌豆蛋白顆粒和多糖分子均帶負電荷，多糖的穩定作用主要來源于其增黏作用，然而對于CMKGM-2～CMKGM-7樣品，由于分子質量逐漸降低，在相同質量分數下（1%）不能起到有效的增黏作用，故不能穩定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的穩定，這是因為在酸性條件下豌豆蛋白帶正電，帶負電的CMKGM能夠與豌豆蛋白發生靜電吸附使PPD-多糖復合物帶負電，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體系的穩定。然而，盡管CMKGM-4～CMKGM-7這4 個樣品的羧甲基的取代度增加有利于發揮其在酸性條件下穩定PPD體系中的靜電排斥作用，但是由于分子質量過低導致增黏作用大幅減弱，使這些樣品在質量分數1%的條件下不能穩定酸性PPD體系。