植物蛋白飲料穩(wěn)定性影響因素和分析方法的研究

周超進(jìn)，何錦風(fēng)，蒲 彪

（1.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)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(wěn)定性影響因素和分析方法的研究

周超進(jìn)1，何錦風(fēng)2，蒲 彪1

（1.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)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(wèn)題，嚴(yán)重影響了產(chǎn)品質(zhì)量。本文綜合敘述了環(huán)境壓力和飲料自身各因素對(duì)植物蛋白飲料穩(wěn)定性的影響，并介紹了一些常用快速的穩(wěn)定性分析方法。

植物蛋白飲料，影響因素，穩(wěn)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(shí)、種子或果仁等為原料，經(jīng)加工制得（可經(jīng)乳酸菌發(fā)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?jié){、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(zhì)膠體，是一個(gè)復(fù)雜的熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，體系中既有蛋白質(zhì)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(gòu)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(wěn)定的因素很多，總的來(lái)說(shuō)有外界環(huán)境壓力和飲料自身因素。

1 影響植物蛋白飲料穩(wěn)定性的因素

1.1 環(huán)境壓力

1.1.1 熱處理 在實(shí)際應(yīng)用中，熱處理對(duì)于蛋白飲料的膠體穩(wěn)定是重要的。在蛋白飲料生產(chǎn)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(huì)生長(zhǎng)繁殖，導(dǎo)致植物蛋白飲料的腐敗變質(zhì)；若殺菌溫度過(guò)高，因?yàn)榈鞍罪嬃蠈?duì)熱很敏感，當(dāng)溫度超過(guò)臨界值時(shí)蛋白將會(huì)展開，蛋白內(nèi)部的部分將會(huì)暴露。這些基團(tuán)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(jié)合作用的發(fā)生，使蛋白變性，并且高溫會(huì)促進(jìn)脂肪氧化。蛋白變性和脂肪氧化會(huì)引起植物蛋白飲料粘度下降、色澤變暗，直接影響飲料風(fēng)味和穩(wěn)定性，因此在蛋白飲料生產(chǎn)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(duì)玉米飲料穩(wěn)定性的影響，在確保商業(yè)無(wú)菌和飲料體系穩(wěn)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(duì)比了兩種不同UHT殺菌方式對(duì)花生飲料的營(yíng)養(yǎng)、感官和物理化學(xué)性質(zhì)的影響，結(jié)果顯示長(zhǎng)時(shí)間的殺菌處理將會(huì)使色澤變暗，粘度下降，從而影響飲料的穩(wěn)定性。

1.1.2 機(jī)械應(yīng)力 植物蛋白飲料生產(chǎn)一般先用膠體磨進(jìn)行膠磨，然后多級(jí)高壓均質(zhì)，可以使飲料顆粒充分微?；?。此外膠體磨和高壓均質(zhì)機(jī)也可用于混合和乳化過(guò)程，可以使植物蛋白飲料充分混合、乳狀液充分乳化。

根據(jù)Stocks公式，沉降速度與粒子直徑、粒子密度、介質(zhì)粘度、介質(zhì)密度有關(guān)，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(zhì)可有效地降低植物蛋白飲料的粒度，使顆粒充分微?；瑥亩岣唢嬃戏€(wěn)定性［4］。

乳化過(guò)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(zhì)可以促進(jìn)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(jìn)液滴表面破裂的表面張力，并且提供保護(hù)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(qiáng)度 植物蛋白飲料中顆粒表面的界面膜通常比較薄并且?guī)щ?，所以蛋白飲料?duì)pH和離子強(qiáng)度特別敏感。當(dāng)pH達(dá)到蛋白的等電點(diǎn)或者離子強(qiáng)度達(dá)到一定水平時(shí)，液滴間的靜電斥力不足以克服各種相互引力則會(huì)造成絮凝。pH還能影響蛋白質(zhì)的水化作用，當(dāng)pH接近蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)時(shí)，蛋白質(zhì)分子呈電中性狀態(tài)，溶解性最小，不能吸引水分子，水化層遭到破壞，蛋白質(zhì)分子容易相互聚成大團(tuán)塊下沉或上浮。此外多價(jià)離子在促進(jìn)體系不穩(wěn)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(jié)合到顆粒表面降低表面電位［6］。

通過(guò)各種方式改進(jìn)和減少pH與離子強(qiáng)度對(duì)顆粒絮凝作用的影響，以提高植物蛋白飲料的穩(wěn)定性：螯合劑（如EDTA、檸檬酸鹽、磷酸鹽）可以與多價(jià)離子如Ca2+、Fe2+、Fe3+結(jié)合，也可以和生物大分子結(jié)合［7］，降低離子強(qiáng)度對(duì)植物蛋白飲料穩(wěn)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(duì)小的分子通過(guò)各種不同的途徑影響植物蛋白飲料的穩(wěn)定性。

目前有很多機(jī)制說(shuō)明蔗糖對(duì)乳化穩(wěn)定體系中液滴絮凝的作用［5］：蔗糖增大了連續(xù)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(xué)性質(zhì)（密度、介電常數(shù)、折射率、滲透壓），改變了排斥能量壁壘的高度，改變了導(dǎo)致絮凝的部分碰撞的發(fā)生；液滴在蔗糖的滲透壓作用下，改變植物蛋白飲料的動(dòng)力學(xué)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(wěn)定性。表面活性劑分子內(nèi)具有親水基和親脂基團(tuán)，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(jié)合，改變其結(jié)構(gòu)和功能［11］。離子型表面活性劑通過(guò)靜電和疏水性相互作用結(jié)合到蛋白分子上，而非離子型表面活性劑通過(guò)疏水性相互作用結(jié)合到蛋白上。一旦表面活性劑結(jié)合到蛋白、脂肪或其他組分上，表面活性劑的修飾作用將會(huì)改變蛋白、脂肪或其他組分的表面吸附能力。因此會(huì)改變飲料的物理化學(xué)特性和穩(wěn)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?yàn)樗鼈儾粫?huì)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(zhì)相互作用，通過(guò)各種機(jī)制直接或者間接影響植物蛋白飲料的穩(wěn)定性［12］。

非吸附型生物大分子通過(guò)與周圍分子的引力作用，引起液滴的排斥絮凝。Koksoy A等［13］測(cè)定了不同濃度果膠、瓜爾膠對(duì)飲料穩(wěn)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?yàn)樵龃罅艘旱伍g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(huì)降低，因?yàn)檫B續(xù)相的粘度增大使液滴的活動(dòng)速度降低，降低了液滴的碰撞率。

帶電的生物大分子能通過(guò)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?yàn)樯锎蠓肿与姾傻闹泻妥饔煤图軜蜃饔么龠M(jìn)液滴絮凝。如果在連續(xù)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(xiàn)象的發(fā)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(huì)發(fā)生［5］，因此合適的生物大分子濃度對(duì)植物蛋白飲料的穩(wěn)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(yōu)良的微生物培養(yǎng)基。細(xì)菌、酵母、霉菌都可以借助飲料的營(yíng)養(yǎng)成分生長(zhǎng)繁殖，破壞其良好的穩(wěn)定性，這是植物蛋白飲料腐敗變質(zhì)的主要原因。

引起植物蛋白飲料腐敗的主要細(xì)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(xì)菌即使無(wú)糖類碳源存在，也能在以蛋白質(zhì)為主體的食品上良好生長(zhǎng)。菌體細(xì)胞自溶后，分泌出胞外蛋白酶，繼續(xù)對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行分解作用。

多數(shù)酵母菌對(duì)蛋白質(zhì)的分解能力極微弱，大多數(shù)酵母有利用有機(jī)酸的能力。若植物蛋白飲料中有多糖或有機(jī)酸較多時(shí)，在殺菌不充分或封閉不嚴(yán)的情況下，則可能引起酵母菌的繁殖發(fā)酵。

許多霉菌具有分解蛋白質(zhì)、脂肪和碳水化合物的能力。霉菌比細(xì)菌更能利用天然蛋白質(zhì)，其中主要有毛霉菌、青霉菌、曲霉屬、根霉屬的許多菌類。當(dāng)飲料中有大量糖分時(shí)，更能促進(jìn)蛋白酶和脂肪酶的生長(zhǎng)，加速飲料的腐敗變質(zhì)［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(zhì)膠體，蛋白脂肪等的濃度也會(huì)影響到植物蛋白飲料的穩(wěn)定性。

膠體穩(wěn)定性的基本理論認(rèn)為，膠體懸浮體系的穩(wěn)定性主要與膠體顆粒間兩個(gè)獨(dú)立的相互作用的相對(duì)距離有關(guān)。該相對(duì)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(zhì)粒子越多，濃度越大，蛋白質(zhì)粒子間的相對(duì)距離越??；反之，蛋白質(zhì)粒子間的相對(duì)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(hào)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(guān)鍵因素。不同原料制成的植物蛋白飲料，有其不同的最佳穩(wěn)定濃度值［4］。

2 穩(wěn)定性分析方法

蛋白沉淀、脂肪上浮的出現(xiàn)會(huì)直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量，使產(chǎn)品口感和外觀變差，導(dǎo)致產(chǎn)品保質(zhì)期縮短，在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)下，人們迫切需要借助一種準(zhǔn)確、快速、直觀、可靠的分析方法確認(rèn)產(chǎn)品的穩(wěn)定性。目前穩(wěn)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(huán)境溫度下，一定時(shí)間段內(nèi)分別觀察其出現(xiàn)沉淀或油析所需的時(shí)間。靜置觀察法是最準(zhǔn)確、直觀和可靠的，但是周期長(zhǎng)、速度慢，達(dá)不到快速的目的。高溫靜置觀察法是對(duì)靜置觀察法的改進(jìn)。我們知道，當(dāng)溫度升高時(shí)，飲料體系中粒子的熱運(yùn)動(dòng)加劇，粒子之間碰撞的機(jī)率增大，粒子聚結(jié)的可能性就隨之增大，沉淀或油析的周期比實(shí)際常溫下放置短得多。同時(shí)，由于溫度的升高，飲料體系的粘度相應(yīng)降低，對(duì)于粒子的抗聚集及抗沉降能力顯著減少，體系的穩(wěn)定性相對(duì)于常溫下降低幅度較大。通過(guò)這種方法可以縮短飲料穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)的觀察周期。

殷露琴［14］對(duì)比用4℃、常溫和40℃三個(gè)溫度對(duì)可可飲料進(jìn)行存放，觀察期沉淀或油析現(xiàn)象，判斷其穩(wěn)定性。

2.2 離心觀察法

對(duì)飲料體系進(jìn)行離心時(shí)，體系中的粒子主要受到離心力的作用，其性質(zhì)與重力相同，所以離心時(shí)，體系中的粒子運(yùn)動(dòng)仍遵守Stokes理論。對(duì)于同一體系，在相同的溫度下，其粒子介質(zhì)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(lái)判定飲料體系的穩(wěn)定性。離心觀察法判斷速度很快，并且應(yīng)用廣泛，但是由于人為因素和判斷標(biāo)準(zhǔn)的不同，會(huì)導(dǎo)致判斷的準(zhǔn)確性、可靠性差。

分光光度計(jì)檢測(cè)一般和離心觀察法結(jié)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(wěn)定系數(shù)，判斷飲料穩(wěn)定性。朱小喬等［15］用離心后和離心前豆奶飲料的穩(wěn)定系數(shù)作為穩(wěn)定性指標(biāo)判斷豆奶的穩(wěn)定性。

2.3 粘度、密度檢測(cè)

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(duì)不變的情況下，粘度影響飲料穩(wěn)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(wěn)定性。

劉楠［16］以粘度為穩(wěn)定性指標(biāo)測(cè)定了酶解條件對(duì)穩(wěn)定的影響。李小華等［17］研究了榛子蛋白飲料的流變學(xué)性質(zhì)，并分別研究了溫度和濃度對(duì)主劑粘度的影響。

2.4 顯微鏡、粒子分布、形狀檢測(cè)

體系的穩(wěn)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(guò)觀察粒子的大小及聚結(jié)情況，可以大致判斷飲料的穩(wěn)定性。膠體結(jié)構(gòu)的檢測(cè)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(kuò)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(duì)比了有無(wú)穩(wěn)定劑、有無(wú)均質(zhì)的顆粒分布情況。殷露琴［14］采用HYDRO 2000MU激光粒度分布測(cè)定儀測(cè)定可可飲料粒度；Hayati I.N.等［20］利用激光衍射法用Mastersizer 2000對(duì)粒度分布進(jìn)行測(cè)量，以粒度分布作為穩(wěn)定性指標(biāo)判斷飲料穩(wěn)定性。

2.5 電泳或Zeta電位檢測(cè)

Zeta電位是一個(gè)表征分散體系穩(wěn)定性的重要指標(biāo)。通過(guò)Zeta電位的檢測(cè)，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(wěn)定。

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

2.6 實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)光譜分析法

實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)光譜分析技術(shù)主要通過(guò)離心加速溶液中的粒子沉降或者上浮，并且測(cè)定其沉淀或者上浮的速度，同時(shí)通過(guò)透射光掃描表征產(chǎn)品，直接客觀地反映產(chǎn)品狀態(tài)的變化［22］。實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)光譜分析法是結(jié)合多種因素的新技術(shù)，可有效地達(dá)到準(zhǔn)確、快速、直觀、可靠的要求。

3 小結(jié)

影響植物蛋白飲料穩(wěn)定性因素很多，如熱處理、機(jī)械力的外部因素影響和pH、離子強(qiáng)度等飲料體系內(nèi)部影響。準(zhǔn)確、快速、直觀、可靠的穩(wěn)定性分析方法，將大大縮短植物蛋白飲料的生產(chǎn)和研發(fā)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(chǎn)工藝，采取合理的生產(chǎn)工藝方案，提高植物蛋白飲料的穩(wěn)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(jìn)（1986-），男，在讀碩士研究生，研究方向：軍用食品。