天然皂皮皂苷與大豆分離蛋白協(xié)同構建高蛋白減脂植物基蛋黃醬及其特性

尹文俊，朱蒙蒙，陳小威,2,*，孫尚德，王永輝

（1.河南工業(yè)大學糧油食品學院，河南 鄭州 450001；2.河南工業(yè)大學 國家工程實驗室/省重點實驗室，河南 鄭州 450001；3.許昌學院食品與藥學院，河南 許昌 461000）

近年來，利用植物蛋白替代動物蛋白開發(fā)植物基食品被認為是未來食品科技發(fā)展的重要方向之一[1-2]。隨著飲食模式改變、營養(yǎng)健康等觀念深入人心，消費者更傾向于選食“輕脂”“高蛋白”的植物基食品。蛋黃醬是水包油（O/W）型高內(nèi)相乳液凝膠體系，是最廣泛食用的調(diào)味品醬料之一[3-4]。目前，大部分研究致力于通過各類蛋白質(zhì)和蛋白改性等方式對蛋黃進行全替代或部分替代，從而研制植物基蛋黃醬（plant-based mayonnaise，PM），然而由于這種體系的不穩(wěn)定性而導致蛋黃醬特有的涂抹性和乳脂感喪失[5-7]。此外，對于蛋黃醬而言，冷藏和熱加工常導致體系的失穩(wěn)崩塌，發(fā)生漏油不穩(wěn)定現(xiàn)象[8-9]。這一現(xiàn)象可通過添加凝膠劑或抗冷凍劑進行改善[10-11]。然而，這并不符合現(xiàn)代消費者對天然、健康、清潔標簽植物基食品的追求。此外，大部分消費者更追求高蛋白營養(yǎng)、低脂輕食的植物蛋白基蛋黃醬制品。

團隊研究證實天然皂皮皂苷（Quillajasaponin，QS）不僅在油-水界面具有纖維化自組裝強化乳液穩(wěn)定性，還具有降低大豆分離蛋白（soybean protein isolate，SPI）乳液凝膠黏稠度的特性[12]。此外，QS穩(wěn)定的納米乳液具有良好的酸耐受性、鹽離子穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性[13-14]，同時還可通過與蛋白質(zhì)分子間的強相互作用改變蛋白質(zhì)在酸性、高溫以及高鹽等極端環(huán)境中的穩(wěn)定性和乳化性能[15-16]。基于此，本研究在少量QS和大豆分離蛋白凝膠顆粒（soy protein isolate gel particles，SGPs）的輔助作用下，制備天然SPI配料以全替代蛋黃開發(fā)高蛋白減脂PM。對比兩種市售蛋黃醬，考察外觀、微觀結構、質(zhì)構和流變特性，并進一步對比PM和市售蛋黃醬的熱穩(wěn)定性和凍融穩(wěn)定性，旨在為新型高蛋白低脂植物基產(chǎn)品的開發(fā)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

SPI 海南鴻科生物科技有限公司；QS（Q-Naturale 200TM）美國宜瑞安食品配料公司；一級大豆油購于當?shù)爻校粯缝鸱奖阊b蛋黃醬 安得利御海（上海）食品有限公司；味好美蛋黃醬 味可美（廣州）食品有限公司；食醋購于當?shù)爻小?/p>

1.2 儀器與設備

Ultra-TurraxT 10 高速分散機 德國IKA公司；TA.XT plus質(zhì)構儀 英國Stable Micro Systems公司；HAAKE MARS 60流變儀 美國Thermo Fisher Scientific公司；TCS SP5激光掃描共聚焦顯微鏡（confocal laser scanning microscopy，CLSM）德國Leica公司；Mastersizer 3000微米粒度儀 英國Malvern公司。

1.3 方法

1.3.1 PM的研制

PM制備所需成分如表1所示。首先，將SPI或SGPs和QS溶于一定量去離子水中，室溫攪拌4 h，保鮮膜密封后置于4 ℃冰箱中12 h過夜，以確保蛋白充分水化。隨后加入食醋和大豆油，采用Ultra-Turrax T10高速剪切機以24 000 r/min剪切3 min制成PM[12]。SGPs的制備：10% SPI溶液95 ℃加熱30 min后快速冷卻，4 ℃放置14 h以上，再經(jīng)24 000 r/min剪切3 min制得[17]。

表1 PM的主要成分Table 1 Major ingredients of plant-based mayonnaise%

1.3.2 質(zhì)構分析

將所制備的蛋黃醬樣品裝入模具中，4 ℃靜置24 h后采用TA.XT plus質(zhì)構儀進行全質(zhì)構分析（texture profile analysis，TPA），測試硬度、稠度、黏結性和黏性指數(shù)[18]。其測定參數(shù)為探頭型號P0.5，測定前探頭速率1.0 mm/s，測定中探頭速率1.0 mm/s，測定后探頭速率10.0 mm/s，探入深度10 mm，觸發(fā)力5 g。涂抹性分析時將蛋黃醬樣品裝入錐形模具中，4 ℃放置24 h后進行測定[19]。其測定參數(shù)為測中探頭速率1.0 mm/s，測定后探頭速率10.0 mm/s，下壓深度為13 mm。

1.3.3 流變學分析

通過HAAKE MARS 60流變儀測定蛋黃醬的流變學特性。使用直徑為35 mm的椎板，間隙為0.05 mm，樣品在測試前平衡120 s。蛋黃醬樣品的流動特性是在50～100 s-1剪切速率范圍內(nèi)測定黏度（η）的變化。同時，在線性黏彈范圍內(nèi)（1 Pa）測定頻率從0.1 Hz增加到100 Hz過程中彈性模量（G’）和黏性模量（G”）的變化。流變學分析在25 ℃進行。

1.3.4 粒徑表征

利用Mastersizer 3000激光粒度儀測定新鮮蛋黃醬中油滴的粒徑分布和平均粒徑，大豆油和水的折射率分別設定為1.440和1.330。檢測前將蛋黃醬用去離子水稀釋，再加入到裝有500 mL去離子水的燒杯中，攪拌稀釋直到遮光度達到4%～6%。液滴尺寸由表面積平均直徑表示，其中ni是直徑為di的油滴數(shù)。

1.3.5 微觀結構表征

采用CLSM技術觀察樣品的微觀結構。蛋黃醬中的蛋白和油脂分別用1 mg/mL尼羅紅和l mg/mL尼羅藍（均用無水乙醇溶解）進行特異性標記。0.5 mL樣品中加入50 μL混合染料（尼羅紅和尼羅藍等比例混合），振蕩混合均勻。隨后，取約40 μL染色樣品置于載玻片，蓋上蓋玻片；隨后在488 nm波長處的Ar離子和633 nm波長處的He/Ne離子激光下激發(fā)，采集熒光圖像。

1.3.6 穩(wěn)定性表征

熱穩(wěn)定性：10 g蛋黃醬樣品置于密閉小瓶中，分別在90 ℃和120 ℃油浴中加熱15 min，隨后將樣品迅速冰浴冷卻。

凍融穩(wěn)定性：10 g蛋黃醬樣品置于密閉小瓶中，-20 ℃冷凍24 h，隨后室溫解凍3 h，反復循環(huán)3 次。

1.4 數(shù)據(jù)處理

2 結果與分析

2.1 PM的理化性質(zhì)

對于傳統(tǒng)純植物蛋白的液態(tài)或半固態(tài)食品，當處于高蛋白質(zhì)（＞6%，以質(zhì)量分數(shù)計，后同）時常伴隨著硬度大、黏度高、口感堅硬粗糙等問題，這主要歸因于蛋白的聚集，尤其是在酸性環(huán)境下。SPI和QS協(xié)同構建PM的外觀、蛋白和油脂成分以及涂抹狀態(tài)，如圖1所示，在酸性條件下添加QS可成功制備形態(tài)類似的SPI素蛋黃醬（PM1～PM5）。其中，PM2配方中蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)可達10%，遠高于常見市售蛋黃醬中最高蛋白質(zhì)量分數(shù)（約為2.7%），且表現(xiàn)出與商品化蛋黃醬相媲美的可塑性、細膩光滑質(zhì)地以及涂抹狀態(tài)。SPI熱誘導凝膠化后獲得的SGPs可用于替代部分大豆油制備得到更高蛋白質(zhì)含量（11%）的素蛋黃醬（PM3）。盡管PM3的可塑性不如市售蛋黃醬，但其具有良好的涂抹狀態(tài)。QS的加入可修飾SPI結構且顯著降低SPI基乳液凝膠的可塑性和黏度，通過增加QS的用量（從0.18%增加至1%）可獲得低稠度的植物基制品（PM5），這是QS阻礙油滴間橋聯(lián)絮凝的結果[20]。

圖1 PM與市售蛋黃醬的外觀、油脂與蛋白成分以及涂抹狀態(tài)Fig.1 Appearance,oil and protein compositions and spreadability of plant-based mayonnaise and commercial mayonnaise

傳統(tǒng)蛋黃醬中脂肪質(zhì)量分數(shù)一般在70%～80%，這不僅賦予蛋黃醬良好的乳脂感，還提供了一定的涂抹性和可塑性[21]。隨著人們“輕食”和“減脂”飲食觀念的加強，常通過添加麥芽糊精、微晶纖維素等填充劑滿足低脂肪含量制品的可塑性和涂抹性，如WHM市售蛋黃醬[22]。在滿足蛋黃醬特性的前提下，為減少食品添加劑的使用，可通過提高蛋白含量以增強包裹油滴的網(wǎng)絡結構和填充作用（對比PM1和PM2），或使用凝膠化蛋白顆粒替代脂肪（對比PM1和PM3），同樣能降低蛋黃醬中的脂肪含量[23]。在PM1的基礎上，通過SGPs替代35%大豆油也可獲得與PM3相同質(zhì)量分數(shù)脂肪的減脂型PM4（40%）。

2.2 PM的乳滴粒徑與分布

蛋黃醬的乳滴粒徑和粒徑分布直接影響其表觀性狀和穩(wěn)定性[24]。通過靜態(tài)光散射技術考察了PM與市售蛋黃醬的油滴平均粒徑和粒度分布，結果如圖2所示。

圖2 PM與市售蛋黃醬的油滴平均粒徑（a）和粒徑分布（b）Fig.2 Average size (a) and size distribution (b) of oil droplets in plantbased mayonnaise and commercial mayonnaise

從圖2可知，兩種市售蛋黃醬的油滴平均粒徑分別為11.2 μm和9.18 μm，且二者的粒徑分布均勻性差，存在大油滴（如100～1 000 μm）。除PM1外，其他PM中的油滴平均粒徑均顯著小于市售蛋黃醬（P＜0.05），這意味著它們可能具有更好的穩(wěn)定性。在PM中，高蛋白PM2和PM3的d3,2分別為3.29 μm和3.68 μm，且粒徑分布均相對集中，這歸因于高界面活性QS的貢獻以及低油含量[25-26]。因此，通過增加QS濃度，植物蛋黃醬PM5中油滴粒徑進一步降低（d3,2為2.28 μm）。利用凝膠化蛋白顆粒替代10%大豆油得到的減脂PM——PM3中油滴粒徑略微增大（d3,2為3.68 μm），這可能是因為低油含量條件下蛋白分子在油-水界面大量吸附，使得油滴表面形成厚界面層和乳滴靜電聚集而增大了油滴粒徑[27]。這一現(xiàn)象也在PM4被證實，即凝膠化蛋白顆粒替代35%大豆油后，形成的減脂PM中油滴粒徑增加至5.04 μm。然而，酸性環(huán)境下，SPI對高油含量PM1中油滴包裹不完全也會導致油滴聚集、粒徑增大（d3,2為12.5 μm）。綜上可知，PM2、PM3、PM4和PM5均具有比市售蛋黃醬更為細小、均勻的油滴，具有更出色的物理穩(wěn)定性潛質(zhì)。

2.3 PM的質(zhì)構特性

食品的質(zhì)構常用來量化表征感官，由于質(zhì)構儀具有重現(xiàn)性強、準確、方便等特點而被廣泛用于代替人的食品感官評價[28]。利用質(zhì)構儀進行TPA，得到硬度、稠度、黏結性、黏性指數(shù)和涂抹性，結果如圖3和表2所示。

圖3 PM與市售蛋黃醬的質(zhì)構曲線Fig.3 Texture curves of plant-based mayonnaise and commercial mayonnaise

表2 PM和市售蛋黃醬的質(zhì)構特性Table 2 Texture properties of plant-based mayonnaise and commercial mayonnaise

從圖3可知，不同蛋黃醬的質(zhì)構特征存在顯著差異。WHM的硬度、稠度、黏結性和涂抹性均顯著大于LXR，其中稠度值最為明顯，這是因為前者添加有增稠的麥芽糊精。在構建PM中，PM2和PM3具有與這兩種市售蛋黃醬相媲美的質(zhì)構特性。如表2所示，高蛋白減脂的PM2在硬度（424 g）、稠度（3 569.17 g·s）、黏結性（-666.64 g）和涂抹性（204.66 g·s）上雖與WHM（528 g、4 052.69 g·s、-691.88 g和241.99 g·s）均存在差異，但相對接近，這從二者的可塑性和涂抹狀態(tài)方面也可證明（圖1）。這說明PM2具有與市售蛋黃醬相似的質(zhì)構特性，擁有人們可接受的感官品質(zhì)和良好的涂抹性。同樣地，在PM2基礎上進行減脂后構建的PM3表現(xiàn)出與LXR相媲美的質(zhì)構特性。

2.4 PM的流變特性

蛋黃醬的流變學特性直接關系產(chǎn)品的品質(zhì)和口感，在蛋黃醬的制備、食用、加工等過程具有重要意義[29]。本實驗首先對比了PM和市售蛋黃醬的黏度，結果如圖4所示。

圖4 PM與市售蛋黃醬的黏度Fig.4 Apparent viscosity versus shear rate of plant-based mayonnaise and commercial mayonnaise

隨著剪切速率的增加，所有蛋黃醬的黏度降低，呈剪切稀化現(xiàn)象，這是蛋黃醬制品的天然特性[30]。這歸因于剪切作用下影響油滴間的弱作用力，破壞了體系中原有的網(wǎng)絡結構，減少流動阻力而使黏度降低[31]。從圖4可知，蛋黃醬的黏度大小順序為WHM＞PM2＞PM1＞LXR＞PM3＞PM5＞PM4。麥芽糊精等填充劑賦予了WHM相對較高的黏度，而在PM中高SPI濃度PM2具有最高的黏度，這是因為小油滴間的強相互作用促進油滴橋連而表現(xiàn)出高黏度[32]。這種現(xiàn)象在小麥蛋白基蛋黃醬制備中也被證實[33]。相應地，高油含量PM1的高黏度則是大粒徑油滴緊密堆積的結果。而高油含量LXR的黏度較低，這與體系中添加了多糖等能提供強靜電斥力的物質(zhì)有關，這種現(xiàn)象在蛋白和多糖共同穩(wěn)定乳液的研究中可觀察到[34]。此外，降低油脂含量和增加QS含量也會賦予蛋黃醬較低的黏度（PM4和PM5），這可能影響蛋黃醬的貯存穩(wěn)定性。研究表明，在蛋黃醬的體系中，黏度與穩(wěn)定性具有一定的關系，黏度增加可以阻礙油滴間的相互作用以及重力作用下的油滴下沉，進而提高體系的穩(wěn)定性[35]。

蛋黃醬的黏彈性是由于吸附在相鄰油滴周圍的蛋白之間形成網(wǎng)絡結構，圖5顯示了蛋黃醬的黏彈性與剪切頻率間的關系。可以看出，蛋黃醬的G’均遠大于G”，表現(xiàn)出典型的類彈性凝膠網(wǎng)絡特征。值得注意的是，PM1和PM2的G’值較大（遠大于103Pa），說明二者具有高強度的凝膠網(wǎng)絡結構，優(yōu)于熱致SPI和小麥蛋白穩(wěn)定的蛋黃醬[7,36]。這是因為在高蛋白含量條件下蛋白間相互作用的增強促進了油滴間絮凝或高油含量條件下油滴堆積效應，而引起高強度凝膠網(wǎng)絡結構的形成[37]。PM3和PM5與WHM具有相似的結構強度，而PM4的G’值與LXR的相近，說明這些PM具有與市售蛋黃醬接近的凝膠特性。

圖5 PM與市售蛋黃醬在不同剪切應力條件下的G’和G”Fig.5 G’ and G” of plant-based and commercial mayonnaises as a function of shear stress

2.5 PM的熱穩(wěn)定性

一般地，熱處理后蛋白發(fā)生聚集和交聯(lián)會導致固體樣凝膠的形成，影響蛋黃醬的潤滑性和口感。從圖6可知，常溫條件下的市售蛋黃醬和PM1中乳滴大小不均，而其他PM小且相對均勻，這與粒徑分布結果一致（圖2）。當90 ℃熱處理15 min后，市售蛋黃醬出現(xiàn)了輕微的漏油現(xiàn)象且體系中油滴發(fā)生了明顯的聚結。雖然PM未出現(xiàn)油脂析出現(xiàn)象，但由于體系中SPI變性導致蛋黃醬凝固且油滴增大。這種熱失穩(wěn)可以通過添加QS改善，如PM2和PM3經(jīng)熱處理后體系中仍保存大部分小油滴，且高QS濃度的PM5油滴無明顯變化，這歸因于QS的高耐熱性以及QS和SPI共同穩(wěn)定油滴的結果[38]。當經(jīng)過更高溫度（120 ℃）處理后，市售蛋黃醬中漏油現(xiàn)象加重，油滴發(fā)生嚴重聚結，其中LXR失穩(wěn)更嚴重。內(nèi)部凝膠結構被嚴重破壞的PM1和具有低抗外力能力的PM4均發(fā)生漏油，但其他PM僅發(fā)生油滴聚結，說明PM2、PM3和PM5具有比市售蛋黃醬更出色的熱穩(wěn)定性，這有利于PM的加工和貯藏。

圖6 PM與市售蛋黃醬經(jīng)熱處理后的外觀和微觀結構Fig.6 Appearance and microstructure of plant-based and commercial mayonnaises after thermal treatment

2.6 PM的凍融穩(wěn)定性

冷凍貯藏是保持食品微生物和化學穩(wěn)定性、延長食品保質(zhì)期最重要的保鮮方法之一。由圖7可知，一次凍融后LXR因嚴重破乳而大量析出油脂，表現(xiàn)出極差的凍融穩(wěn)定性，而WHM經(jīng)凍融后無明顯變化，這可能是由于大量鹽和糖作為冷凍保護劑[39]。高QS濃度的PM5具有良好的凍融穩(wěn)定性，而其他PM僅出現(xiàn)了不同大小孔隙的晶痕。二次凍融后，所有樣品的不穩(wěn)定現(xiàn)象加重，其中PM4出現(xiàn)了分層現(xiàn)象。3 次凍融后，在其他蛋黃醬不穩(wěn)定現(xiàn)象持續(xù)加重的情況下，WHM和PM5仍具有良好的凍融穩(wěn)定性，其中PM5具有更小的油滴粒徑，說明QS的存在可顯著提高SPI-PM的凍融穩(wěn)定性[14]。從CLSM中可看出，LXR的不穩(wěn)定主要由于油滴聚結、乳化劑聚集和界面脫落，而PM1、PM2和PM3中大量蛋白聚集后體系仍相對穩(wěn)定。綜上，PM5的抗凍融能力最強，而PM2和PM3具有無需添加或無需大量添加其他冷凍保護劑和食品添加劑便可實現(xiàn)高凍融穩(wěn)定性和延長貨架期的潛在優(yōu)勢。

圖7 PM與市售蛋黃醬凍融后的外觀（A）和第3次凍融后的微觀結構（B）Fig.7 Appearance of vegetarian and commercial mayonnaises subjected to one,two and three freeze-thaw cycles (A) and microstructure of those subjected to three freeze-thaw cycles (B)

3 結論

本研究利用SPI協(xié)同QS開發(fā)出乳化型SPI基功能配料，成功構建了高蛋白減脂的PM。對比分析了PM和市售蛋黃醬在外觀、乳滴大小、質(zhì)構和流變特性方面的變化，以及熱處理和凍融后的穩(wěn)定性。研究發(fā)現(xiàn)，在SPI和QS協(xié)同下可構建出與商品蛋黃醬在外觀、涂抹狀態(tài)、質(zhì)構以及流變特性上相媲美的高蛋白減脂PM。其中，以10% SPI和0.18% QS或10% SPI、0.18% QS和1% SGPs制備的PM在乳滴粒徑（PM2：3.29 μm，PM3：3.68 μm）和質(zhì)構特性上表現(xiàn)出更好的優(yōu)勢；更高劑量QS添加條件下（PM5，1% QS）呈現(xiàn)出更好的熱穩(wěn)定性和凍融穩(wěn)定性。在該體系中，高蛋白賦予的強凝膠網(wǎng)絡和極端環(huán)境下QS的界面穩(wěn)定使PM2和PM3具有優(yōu)越的熱穩(wěn)定性和凍融穩(wěn)定性，本研究可為清潔標簽的高蛋白低脂植物基產(chǎn)品的開發(fā)提供新思路。