高蛋白營養棒儲藏期硬化機理及抗硬化措施的研究進展

王明禮,趙 旭,姜 瑞,宋超男,李奕莛,陳 君,姜瞻梅,侯俊財

(東北農業大學,乳品科學教育部重點實驗室,黑龍江哈爾濱 150030)

高蛋白營養棒是一類經過原料混合、冷法擠壓和切塊包裝等步驟制作的營養均衡的方便食品,外形類似于牛軋糖,還伴隨有一些巧克力涂層等。營養棒可以在短時間內有效的補充機體所需要的能量,因此被廣泛的應用于運動食品和軍事食品中[1]。目前,高蛋白營養棒的產業發展已逐具規模,并且可以根據消費者的飲食愛好定制性添加一些輔料,市場逐漸擴大,有取代傳統零食的趨勢[2-3]。高蛋白營養棒的水分活度一般在0.5～0.6之間,常溫儲藏至少有6～12個月的貨架期[4]。食品的質地會影響消費者的感官體驗而對消費者的接受程度產生重大的影響[5]。在儲藏期間,營養棒的風味、質地、顏色等都會發生變化,其中以硬度變化尤為突出,極大地限制了其貨架期[6-8]。

營養棒的硬化機理非常復雜,組分的不同以及外部因素等對其硬化都會產生影響。近年來,為了抑制儲藏期內營養棒的硬化,國內外學者對營養棒的硬化機理進行了大量的研究,也提出了一些有效的延緩硬化方法。目前對于營養棒的研究大部分聚焦在通過控制體系組分內反應和采用不同原料等方面抑制硬度的變化。

因此,本文重點從高蛋白營養棒硬化機理、抑制硬化方法等方面進行綜述,并提出今后研究方向,為生產中的實際應用提供有效的參考。

1 高蛋白營養棒

營養棒的組分通常包括蛋白質、脂類、碳水化合物以及一些保濕劑等。其中,高蛋白營養棒的蛋白質含量通常在15%～50%之間,商業用的營養棒包含動物以及植物來源的多種蛋白質,主要有乳清蛋白、酪蛋白和大豆蛋白等,它們通常采取分離蛋白(蛋白質含量高于90%)或濃縮蛋白(蛋白質含量低于90%)的形式添加到產品中,保持蛋白質在營養需求與成本之間有良好的平衡[9]。高蛋白營養棒中還含有約10%～50%的碳水化合物,主要以葡萄糖漿、果葡糖漿和麥芽糖糖漿等形式存在,這些糖漿可以提供面團形成時所需的水并且起到粘結的作用,還有一些碳水化合物以蔗糖、葡萄糖等結晶糖的形式添加[10-11]。甘油等小分子多羥基化合物(polyhydroxy compounds,PHCs)常作為保濕劑和增塑劑添加到營養棒體系中[12-14],山梨糖醇和麥芽糖醇等也作為甜味劑以及保濕劑。另外,一些花生油、大豆油或可可脂經常添加到配方中補充脂肪的含量,還可以根據消費者的口味選擇性的添加堅果、維生素和膳食纖維等以提高營養價值和新穎的口感。高蛋白營養棒中僅添加少量的水分,因為大部分未經熱處理的食品需要較低的水分活度抑制微生物的生長,這些水可以在體系中充當增塑劑保持系統的穩定性[15]。

市場上銷售的營養棒大多采用擠壓法加工生產,原料及輔料混合在一起形成面團,混合容器需要有夾層控制溫度使面團保持柔軟便于擠壓,面團經過擠壓機被擠壓形成長條狀,最后切割成型,有些營養棒在包裝前還要進行干燥和涂層工序使其貨架期可長達1年之久[11]。由于各組分混合在一起時會形成一個未達到動態平衡的體系,在生產完成和食用之間通常存在相當長的時間間隔,在此期間,多個化學、物理反應會依次或同時發生,組分之間的相互作用都有可能對體系的品質產生影響。

2 高蛋白營養棒硬化機理

大量的試驗研究發現,導致高蛋白營養棒硬化的機制主要是糖結晶[16]、相分離[17]、水分遷移[9,17]、蛋白自聚集[17-18]、美拉德反應[17,19]等。營養棒的硬化過程一般分為前期和中后期兩個階段[20],前期階段通常是營養棒制作完成后的幾周或一個月內,不同組分之間的物理變化對硬度的增加起主要作用[21]。中后期階段主要是儲藏幾個月之后,由于儲藏條件的影響和美拉德反應引起的蛋白質聚集導致硬度的大幅度增加[22]。

2.1 糖結晶

高蛋白營養棒生產中常用的糖類主要有葡萄糖、蔗糖、葡萄糖漿、果葡糖漿和麥芽糖糖漿等,由于不同糖成分在水溶液中的溶解度不同,例如蔗糖與葡萄糖在水中的溶解度較低,因此如果在加工過程添加的蔗糖或葡萄糖過多就可能儲藏過程中析出結晶。結晶體會在水分和PHCs體系之間占據一定的體積,結晶現象導致充當體系增塑劑的糖類的比例下降,結晶體在隨后的儲藏期中體積逐漸變大,使營養棒硬度增加[21]。

Loveday等[19]通過核磁共振發現水分、脂質和PHCs之間存在很強的相互作用,并指出在貯藏50 d內其分子遷移率不斷變化,水分和PHC的遷移率大大降低,證實了葡萄糖的結晶是營養棒的硬化的一個原因。共焦顯微圖像也證明了糖結晶現象(圖1)。現階段高蛋白營養棒的生產工藝中可以使用溶解性能較好的糖漿來代替蔗糖和葡萄糖,例如果葡糖漿、麥芽糖漿等,從而有效避免糖結晶導致的營養棒儲藏期硬度增加。

圖1 乳清分離蛋白營養棒共焦顯微照片[17]Fig.1 Whey protein isolate nutrition bar confocal micrograph[17]注:A為WPI營養棒制作后1 h;B為儲藏1 d; C為儲藏4 d;D為儲藏18 d;d為葡萄糖晶體。

2.2 相分離

相分離通常是決定食品質地、機械穩定性以及外觀形象的主要因素[23]。溶液中存在多種組分,由于性質的不同會分離成不同的相,降低了系統的自由能,導致系統的熵增加[24]。

在貯藏過程中,食品中水分與低分子量PHCs的羥基締合會產生較高的滲透壓,從而形成強大的驅動力,很可能導致水分從蛋白顆粒表面遷移,進而導致顆粒之間進一步締合,最終形成兩相或者三相基質[19]。最近研究中發現,在簡單的糖蛋白系統中,相分離通常與糖的結晶或玻璃化轉變有關[25-26]。但是在高蛋白營養棒中發現溶解的蛋白質與糖漿形成的連續相與蛋白質顆粒和脂肪球等小分子等極性物質形成的分散相之間的組分重排是相分離的主要原因。首先,由于蛋白質和碳水化合物均不溶于脂質,因此,在貯藏過程中,它們不會從脂肪球中排除,只有一些蛋白質分子可以分布在脂質和糖漿界面上。其次,隨著蛋白質的逐漸水合,越來越多的水與蛋白質結合,連續相中的水被拉入分散相中[26]。若糖和蛋白質保留在單一相中,營養棒不會發生硬化。相分離現象會使得蛋白質在有效體積空間內發生濃縮效應,引發蛋白質自聚集,導致營養棒的硬度增加[21]。根據微觀圖像顯示,相分離在營養棒制成的第一天內就開始發生[19],并且在相分離階段中,部分水合的蛋白質顆粒對營養棒的硬化起關鍵作用。因此,食品儲藏時間、蛋白質以及糖的種類都對營養棒硬度變化有影響[24]。

2.3 水分遷移

水分含量和水分活度都對食品的品質以及儲藏穩定性有很大的影響[27]。在任何情況下,產品中“濕”和“干”這兩種組分的水合作用都趨于平衡,不是在水分含量上而是在水分活度(AW)上達到平衡。例如葡萄干和奶油面團這兩種成分在相同水分含量下界面處并不平衡,但在界面兩側水分活度相同時達到穩定的平衡狀態,這充分證實水分的遷移不是濃度或體積的差異引起,而是水的化學勢的差異造成的[28],這種解釋在高蛋白營養棒體系中同樣也適用。

高蛋白營養棒系統在初期階段未達到動態平衡,各成分根據溶解以及水合的不同狀況形成了不均勻的分散體,組分之間存在水分活度梯度。由于勢能差的驅動,水分及其他小分子化合物會從高水分活度區遷移至低水分活度區(水分從蛋白質向糖類和甘油的遷移),使得蛋白質分子的水合作用改變,并引發一些不良反應,蛋白質顆粒在分子層面或者宏觀層面上的后續變化都會導致營養棒整體的質地變化[19]。同時糖漿由于水分的轉移導致產品的增塑能力降低,導致貯藏初期產品硬化[29]。普遍認為,營養棒中存在結合水和游離水兩種狀態的水,游離水是指與蛋白質表面的相互作用較弱,并且是緊鄰蛋白質分子的溶液區域中的一部分[30],結合水指與蛋白質和糖分子之間具有很強的水離子相互作用,并且可能具有氫離子和水偶極相互作用的水分子,不同的水分狀態之間的交換在蛋白質顆粒表面周圍的水合層發生[31]。當AW值介于0.3～0.7之間時,蛋白質可以吸收多層水和一些毛細管水[32],Zhou等[18]觀察到,蛋白質緩沖溶液(含水量40%)在34 ℃儲存過程中變硬,產品中結合水含量由64%增加到68%,而游離水則由36%降低至30%。

大豆蛋白、乳清蛋白、乳清分離蛋白或酪蛋白酸鈉制成的模型蛋白棒在儲藏前期硬度增加被認為是由水與小分子(如甘油和山梨糖醇)遷移導致的[17,33]。含酪蛋白酸鈉的高蛋白營養棒的硬化通常在制備后立即發生,而乳清蛋白體系最為穩定[34],這主要是由于乳清蛋白分子的親水性最強,使體系中蛋白質顆粒大部分被水合,所以產品在貯藏前期能夠保持較軟的硬度。已經證明,水分遷移引起的乳清蛋白聚集形成的聚集體分為兩類:可溶性聚集體和不溶性聚集體,并且在35 ℃條件下儲藏下,不溶性聚集體在前3 d形成速度較快,隨后變得增加緩慢[18,31]。大豆蛋白具有較強的疏水性,大部分蛋白質分子被水合,并且小分子的遷移率仍較高,顆粒之間以非共價相互作用松散的堆積在一起,導致系統的溶解度大大降低,硬化程度要高于乳清蛋白。對于酪蛋白酸鈉體系,酪蛋白顆粒在部分水合時會溶脹,并且這些蛋白質顆粒通過非共價相互作用進一步融合并形成網狀結構,因此會呈現出最高的硬度[35]。

2.4 二硫鍵引起的蛋白自聚集

水分等小分子遷移后發生的固態或半固態蛋白質的自聚集主要是通過形成分子間二硫鍵或者是分子間非共價作用導致的(圖2)。分子間二硫鍵引發的蛋白聚集主要有兩種作用機制:一種是通過分子間硫醇-二硫鍵的交換,另一種是賴氨酸與天冬酰胺或谷氨酰胺的羰基反應或與消除二硫鍵后形成的脫氫丙氨酸衍生物反應而實現的[36-38]。Zhou等[18]通過乳清分離蛋白和磷酸鹽緩沖液配制的乳清蛋白/緩沖液模型系統也證實了這一點,通過對比分別加入十二烷基硫酸鈉、鹽酸胍、尿素后蛋白質聚集體的溶解度證實分子間氫鍵以及疏水相互作用等與蛋白質聚集沒有很大關系;通過對比加入二硫蘇糖醇(DL-Dithiothreitol,DTT)前后聚集體的溶解度證實分子間二硫鍵的形成與蛋白質的聚集現象有很大關聯度。非共價相互作用可能首先形成非共價連接的聚集體,進一步引發了可溶性聚集體內部和之間的二硫鍵的形成,從而形成了較大的不溶性聚集體[39]。

不同蛋白質之間由于水分遷移導致的蛋白聚集的機制有所不同,如牛血清蛋白和乳球蛋白等蛋白質主要通過分子間硫醇二硫鍵的作用,非共價作用較弱[17-18],而在卵清蛋白、葡萄糖氧化酶等其他蛋白中可能主要以非共價作用形成蛋白聚集體[36]。

圖2 模型系統中二硫鍵引起的蛋白質聚集[31]Fig.2 Protein aggregation caused by disulfide bonds in model systems[31]注:A:新編制的模型系統;B:形成單獨的蛋白質聚集體; C:形成聚集體網絡。圖中的黑色球代表沒有聚集的 蛋白質分子或顆粒,灰色球代表聚集的 蛋白質分子或顆粒(主要是分子間二硫鍵)。

2.5 美拉德反應引起蛋白聚集

美拉德反應是指氨基化合物和羰基化合物之間的一類化學反應[40]。高蛋白營養棒富含蛋白質,并且添加了糖類作為增塑劑,因此,產品在長期貯藏過程中,蛋白質與還原糖之間可能發生美拉德反應,使得蛋白質分子糖基化,產生不溶性聚集體,導致營養棒硬化[41]。由于高蛋白營養棒水分活度處在0.5～0.6之間,美拉德反應在水分活度為0.6～0.8區間內會快速進行[42],因此,營養棒在儲藏期間容易發生美拉德反應。

美拉德反應會對營養棒的質地、外觀、營養價值以及風味等都產生一定的影響,甚至會產生對人體有害的羧甲基賴氨酸[20]。美拉德反應引起的蛋白聚集在儲藏前期影響不大,可能是由于參與反應的一些賴氨酸殘基位于蛋白質的內部或者位于無法結合的位點上,因此,不能與葡萄糖或乳糖分子結合發生反應[19]。而隨著儲藏期的延長,水分在整個體系中的遷移與蛋白質水合,增加了蛋白質的柔韌性以及小分子還原糖遷移到蛋白質空間內部與氨基結合的可能性,因此,有研究認為儲藏后期蛋白質分子共價交聯產生的蛋白聚集體是使得營養棒硬度大幅增加的主要原因[43-44]。

3 抑制高蛋白營養棒儲藏期內硬化的方法

3.1 添加蛋白質水解物

高蛋白營養棒在所有的營養棒中蛋白質含量是最高的,雖然能夠補充更高的能量,但事實上蛋白質的濃度與體系的硬度有密切的關系。蛋白質顆粒具有不同的臨界體積分數(φ),當體系添加的蛋白質高于該臨界值,營養棒體系會保持顆粒狀或粉末狀;當低于該臨界值體系具有太高的流動性,所以添加量應保證體系能有足夠保持應力而不發生形變[9]。研究證實水解蛋白在不同的pH和溫度下都具有更高的溶解度,多蛋白混合使用比單一蛋白體系能更好的控制硬度的變化[45],可能是由于水解乳清蛋白會產生氨基酸和多肽段[24]。當完整蛋白與部分水解的乳清分離蛋白配合使用時,水解蛋白由于具有較高的吸濕性以及較低的玻璃態轉變溫度,能夠在液相中吸收更多的水分,保持蛋白質-水-PHCs系統的穩定,減緩了不同相之間的分離,保持了柔軟的質地,延長了產品的貨架期[26,46]。

Mcmahon等[24]分別使用不同水解程度的乳清蛋白分離物與乳清分離蛋白制成營養棒并進行儲藏加速試驗,研究發現當蛋白質水解物添加到配方中時,營養棒容易成型且變得更有柔韌性。在儲藏期間,蛋白質水解物的添加量極顯著影響營養棒的硬度(P<0.001)。Rao等[47]探究了牛酪蛋白及其水解物對營養棒儲藏期硬度的影響,發現乳清分離蛋白營養棒儲藏28 d硬度超過12 N(超過12 N時消費者難以接受),而含有牛酪蛋白或酪蛋白水解物的營養棒儲藏35 d后未達到12 N。當用酪蛋白代替10%(w/w)的乳清分離蛋白儲藏35 d 后營養棒的硬度比乳清分離蛋白模型的硬度降低了約54%,產生的原因可能是水解物可抑制二硫鍵誘導的蛋白質聚集,從而對存儲過程中營養棒的硬度產生影響。同時有研究發現由更多親水性蛋白質制成的營養棒硬度適中,在存儲過程中更穩定[26]。因此,在營養棒制備過程中使用水解蛋白部分替代完整的蛋白質能有效的降低儲藏期硬度的增大,但有一些水解產物由于自身的苦味會導致營養棒的口感下降,同樣影響高蛋白營養棒的口感。

3.2 改變蛋白質的性質

使用含量為80% 的濃縮乳蛋白(milk protein concentrate powder with 80% protein,MPC80)配制成的高蛋白營養棒在儲藏過程中會快速的變硬[48-49]。濃縮乳蛋白(milk protein concentrate,MPC)中酪蛋白含量在80%以上,且酪蛋白大多以酪蛋白膠束的形式存在,在儲藏過程中相鄰的酪蛋白膠束之間交聯,提高了粉末表面的疏水性,表面疏水性的增加和酪蛋白膠束相互作用導致粉末的表面形成了一層由熔融酪蛋白膠束的薄層組成的皮層,水分較難滲透,使得酪蛋白復水性能較差,影響體系中的水分子等小分子遷移,導致制作形成的營養棒硬度較大,口感粗糙[45,50]。

蛋白質的粒徑會影響顆粒比表面積,酪蛋白膠束中的一些慢溶解成分限制了復水性的速率,提高顆粒的親水性會提升MPC的復水性[50-51]。在余韻[50]的實驗中,通過噴霧干燥時霧化小液滴獲得小的MPC顆粒粒徑,結果發現,小粒徑蛋白粉末的溶解度高于大粒徑的溶解度,并且陳化后的小粒徑蛋白粉末的溶解度下降值明顯小于大粒徑的溶解度下降值,在后期的儲藏期間內粒徑越小的體系形成均一穩定相的速率要快于大粒徑的樣品,陳化后也是如此;通過離子交換脫鈣處理調控酪蛋白膠束的狀態,發現脫鈣率與膠束解離程度呈現正相關趨勢,在脫鈣率達到28.3%時,體系穩定且硬度適中;通過添加磷脂囊泡調節蛋白顆粒的親水性,發現添加的磷脂量越多,體系中水分子等小分子的遷移速率越快,當添加量為10%時,營養棒體系的硬度得到極大改善。Banach等[51]將含量為85%蛋白質(milk protein concentrate powder with 85% protein,MPC85)的濃縮乳蛋白進行氣流粉碎和冷凍干燥,通過研磨可以暴露出蛋白顆粒掩蓋的疏水性殘基而增加MPC85的表面疏水性,除去內部堵塞的空氣,使營養棒體系中有更多的顆粒堆積,提升顆粒的再水化能力而改善了體系成分之間的內聚力。實驗結果證實細磨的MPC85比未處理的MPC85配制的營養棒更有內聚力不易斷裂,且儲藏期間也不易發生質地硬度的變化。Banach等[52]通過擠壓和烘烤對MPC80進行了改性,通過擠壓和烘烤改變了MPC80中游離巰基含量,減少了內部聚集并降低了儲存期間的蛋白質的溶解度,實驗結果發現在42 d的存儲期內,使用改性的MPC80配制的營養棒只觀察到有限的微觀結構變化,溶解度降低同時組分之間的相變輕微,因此可能是通過減緩組分之間的相分離減緩了營養棒的硬化。與未經處理的MPC80相比,在75或110 ℃烘烤4 h的MPC80產生的營養棒分別具有最小的紋理變化和增加的斷裂力[7,53],經擠壓得到的MPC80與噴霧干燥的MPC80相比,MPC80粉末具有較寬的粒徑分布,質地更柔軟,儲藏期較穩定且粘結性能好[48]。通過擠壓作用,MPC80中相鄰蛋白質之間的二硫鍵以及蛋白質糖基化作用增強,顯著降低了蛋白質的游離巰基(P<0.05)和游離胺(P<0.05)的濃度,使得反應性能降低,同時通過提升蛋白濕潤性,擠壓得到的MPC80更容易發生水合,但是在儲藏期間由美拉德反應形成的聚集體更加普遍[54]。

轉谷氨酰胺酶(Transglutaminase,TGase)通過將谷氨酰胺殘基與蛋白內或蛋白間的賴氨酸殘基交聯來進行蛋白修飾,使其具有更高的持水能力。交聯的蛋白質成分具有較少的胺基團可用于參與美拉德反應,很有可能限制儲藏階段硬度的增加[55]。Banach等[56]通過轉谷氨酰胺酶制備出低交聯和高交聯的MPC營養棒,在儲藏階段發現Tgase交聯蛋白降低了營養棒的硬度,并降低了易碎性,但隨著時間的延長硬度的增加與未修飾的相比差距不大,長期儲存中沒有優勢。

3.3 半胱氨酸抑制二硫鍵生成

Zhou等[18]通過加入DTT證實了二硫鍵與硬度變化的關系,如果可以防止蛋白質粉末中巰基-二硫鍵交換反應,則可以抑制營養棒的硬化,從而延長保質期,但是目前通過抑制或破壞二硫鍵來抑制儲藏期營養棒硬化的研究并不多。

DTT是一種帶有毒性的二硫鍵分離劑,不允許加入到食品中。一些游離的巰基封閉劑,如N-乙基馬來酰亞胺(N-Ethylmaleimide,NEM)、2-碘乙酰胺或碘乙酸也同樣因為毒性而不能作為添加劑發揮有效的抑制作用[26]。可以通過降低pH到6以下降低乳清分離蛋白溶液中的硫醇-二硫鍵交換反應,但是,由于營養棒體系的水分活度不高,若將pH降低至6以下時,可能導致pH接近乳清蛋白的等電點,使蛋白更容易析出產生聚集,因此這個方法也不一定有效。半胱氨酸(Cysteine,Cys)作為一種食品添加劑可以抑制美拉德反應,能夠增加食品的亮度,還可以通過硫醇-二硫鍵交換反應裂解二硫鍵并增加蛋白質凝膠強度[57]。Wang等[58]發現半胱氨酸能夠封閉二硫鍵,導致球形蛋白解折疊,從而降低了凝膠硬度。Zhu等[10]對半胱氨酸進行了試驗,發現在儲藏初期添加Cys和NEM后營養棒的硬度明顯的降低,在35 d的儲藏期后,添加Cys的營養棒硬度值變化比未添加Cys的變化幅度小,而添加過量的Cys卻加速了營養棒硬度的增加,這說明適量添加Cys對硬度的變化有控制作用。因此,在高蛋白營養棒的配制時,可以適量添加半胱氨酸延長貨架期。

3.4 抑制美拉德反應

研究證實晚期糖基化終末產物(advanced glycation end products,AGEs)的形成與營養棒儲藏過程中褐變與硬化之間有直接的關系[19]。多酚類物質能夠與蛋白質通過特異性相互作用發生可逆性與不可逆性的結合,進而改變蛋白質分子的表面性質和影響蛋白分子的抗氧化性與糖基化程度[59-60]。一些多酚類物質例如白藜蘆醇,表兒茶素,迷迭香酸和槲皮素等被認為在面包與餅干等食品中模型中作為AGEs抑制劑[61-62]。Khalifa等[63]探究了微囊化的桑果多酚(microencapsulated mulberry polyphenol,MMP)對乳清蛋白營養棒體系儲藏期硬度的變化,發現不同比例的MMP在儲藏期抑制了蛋白模型中熒光AGEs的生成,儲藏45 d后20%添加量的MMP降低了66.79%的AGEs形成,并有效減緩了營養棒硬度的增加。這是由于MMP能夠通過氫鍵和π-π相互作用與乳清蛋白亞基片段發生作用阻止了乳清蛋白的糖基化反應,減緩了高蛋白營養棒儲藏期的硬度變化。但谷滿屯[64]探究發現,白藜蘆醇在營養棒體系儲藏后期對美拉德反應的抑制效果開始顯現,但是對硬度變化的影響較小。

3.5 降低分子遷移

分子遷移在高蛋白模型中前期硬化的一個主要原因,因此,最小化分子遷移是控制高蛋白營養棒硬化的一個方法,但是對這方面進行的相關研究也較少。為了避免食品中因水分遷移而造成的物理反應和化學變化,解決方案之一在于限制成分之間存在的水分活度梯度,通常使用能夠與水發生相互作從而降低最高相對濕度相的水分活度的溶質來實現,如糖、鹽或多元醇等。濕潤劑的使用通常受到溶解度,反應性,對質地和味道等影響的限制[28,65]。

水膠體是食品工業中廣泛使用的水溶性多糖,可以改善食品的微觀結構和物理特性[66]。Li等[35]探究不同水膠體對營養棒體系的硬度影響,發現黃原膠(xanthan gum,XG)能夠有效降低由酪蛋白酸鈉配制的營養棒的硬度變化,且效果與XG的濃度呈現正相關趨勢。這可能是由于XG等水膠體的存在會與酪蛋白酸鈉顆粒競爭水,并保留在蛋白質顆粒的間隙中,而較少的水會遷移到蛋白顆粒中,降低了酪蛋白顆粒的水合作用,進而保持硬度的穩定。Meng等[67]發現使用二氧化硅(SiO2)和磷酸鈣(Ca3(PO4)2)等抗結塊劑能夠降低濃縮乳蛋白制備的營養棒的硬度,可能是因為抗結塊劑會通過空間位阻在吸濕性顆粒表面形成了水分屏障或在蛋白顆粒之間形成了物理屏障[68],同時抗結塊劑會與蛋白顆粒競爭水,減少了蛋白顆粒的水合作用,抑制了水分等小分子在組分之間的轉移,控制了硬度的增加。

除此以外,現階段還有一些新型的保存中間水分食品的方法,例如創新的滲透脫水技術,電滲透脫水,高壓處理和氣調包裝等[69],但是高蛋白營養棒體系與常規的中間水分食品還是有一定的區別,這些儲藏措施是否會對營養棒的硬度有所影響仍需進一步的試驗探究。

4 展望

綜上所述,高蛋白營養棒在儲藏期硬度的變化是一個復雜的變化過程,涉及到前期的物理變化以及中后期的化學反應,通過抑制分子遷移、控制二硫鍵生成、改變蛋白質的性質以及抑制美拉德反應等措施控制儲藏期硬化已初見成效,那么如何在保持營養棒的口感、營養和質地的前提下,開發新型、能量高、抗硬化的高蛋白營養棒可能是未來研究的方向。