天然皂皮皂苷與大豆分離蛋白協(xié)同構(gòu)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(xué)糧油食品學(xué)院，河南 鄭州 450001；2.河南工業(yè)大學(xué) 國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室/省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 鄭州 450001；3.許昌學(xué)院食品與藥學(xué)院，河南 許昌 461000）

近年來(lái)，利用植物蛋白替代動(dòng)物蛋白開發(fā)植物基食品被認(rèn)為是未來(lái)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(yíng)養(yǎng)健康等觀念深入人心，消費(fèi)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(guò)各類蛋白質(zhì)和蛋白改性等方式對(duì)蛋黃進(jìn)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(dǎo)致蛋黃醬特有的涂抹性和乳脂感喪失[5-7]。此外，對(duì)于蛋黃醬而言，冷藏和熱加工常導(dǎo)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(guò)添加凝膠劑或抗冷凍劑進(jìn)行改善[10-11]。然而，這并不符合現(xiàn)代消費(fèi)者對(duì)天然、健康、清潔標(biāo)簽植物基食品的追求。此外，大部分消費(fèi)者更追求高蛋白營(yíng)養(yǎng)、低脂輕食的植物蛋白基蛋黃醬制品。

團(tuán)隊(duì)研究證實(shí)天然皂皮皂苷（Quillajasaponin，QS）不僅在油-水界面具有纖維化自組裝強(qiáng)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(shí)還可通過(guò)與蛋白質(zhì)分子間的強(qiáng)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]?；诖耍狙芯吭谏倭縌S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(duì)比兩種市售蛋黃醬，考察外觀、微觀結(jié)構(gòu)、質(zhì)構(gòu)和流變特性，并進(jìn)一步對(duì)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(guó)宜瑞安食品配料公司；一級(jí)大豆油購(gòu)于當(dāng)?shù)爻?；樂禧瑞方便裝蛋黃醬 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(gòu)于當(dāng)?shù)爻小?/p>

1.2 儀器與設(shè)備

Ultra-TurraxT 10 高速分散機(jī) 德國(guó)IKA公司；TA.XT plus質(zhì)構(gòu)儀 英國(guó)Stable Micro Systems公司；HAAKE MARS 60流變儀 美國(guó)Thermo Fisher Scientific公司；TCS SP5激光掃描共聚焦顯微鏡（confocal laser scanning microscopy，CLSM）德國(guó)Leica公司；Mastersizer 3000微米粒度儀 英國(guó)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?cái)嚢? h，保鮮膜密封后置于4 ℃冰箱中12 h過(guò)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(jī)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(gòu)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(gòu)儀進(jìn)行全質(zhì)構(gòu)分析（texture profile analysis，TPA），測(cè)試硬度、稠度、黏結(jié)性和黏性指數(shù)[18]。其測(cè)定參數(shù)為探頭型號(hào)P0.5，測(cè)定前探頭速率1.0 mm/s，測(cè)定中探頭速率1.0 mm/s，測(cè)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(shí)將蛋黃醬樣品裝入錐形模具中，4 ℃放置24 h后進(jìn)行測(cè)定[19]。其測(cè)定參數(shù)為測(cè)中探頭速率1.0 mm/s，測(cè)定后探頭速率10.0 mm/s，下壓深度為13 mm。

1.3.3 流變學(xué)分析

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

1.3.4 粒徑表征

利用Mastersizer 3000激光粒度儀測(cè)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(shè)定為1.440和1.330。檢測(cè)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(dá)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(jié)構(gòu)表征

采用CLSM技術(shù)觀察樣品的微觀結(jié)構(gòu)。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(lán)（均用無(wú)水乙醇溶解）進(jìn)行特異性標(biāo)記。0.5 mL樣品中加入50 μL混合染料（尼羅紅和尼羅藍(lán)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(zhǎng)處的Ar離子和633 nm波長(zhǎng)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(fù)循環(huán)3 次。

1.4 數(shù)據(jù)處理

2 結(jié)果與分析

2.1 PM的理化性質(zhì)

對(duì)于傳統(tǒng)純植物蛋白的液態(tài)或半固態(tài)食品，當(dāng)處于高蛋白質(zhì)（＞6%，以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)，后同）時(shí)常伴隨著硬度大、黏度高、口感堅(jiān)硬粗糙等問(wèn)題，這主要?dú)w因于蛋白的聚集，尤其是在酸性環(huán)境下。SPI和QS協(xié)同構(gòu)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?jǐn)?shù)可達(dá)10%，遠(yuǎn)高于常見市售蛋黃醬中最高蛋白質(zhì)量分?jǐn)?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(xì)膩光滑質(zhì)地以及涂抹狀態(tài)。SPI熱誘導(dǎo)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(jié)構(gòu)且顯著降低SPI基乳液凝膠的可塑性和黏度，通過(guò)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(jié)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?jǐn)?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(qiáng)，常通過(guò)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(guò)提高蛋白含量以增強(qiáng)包裹油滴的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和填充作用（對(duì)比PM1和PM2），或使用凝膠化蛋白顆粒替代脂肪（對(duì)比PM1和PM3），同樣能降低蛋黃醬中的脂肪含量[23]。在PM1的基礎(chǔ)上，通過(guò)SGPs替代35%大豆油也可獲得與PM3相同質(zhì)量分?jǐn)?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(guò)靜態(tài)光散射技術(shù)考察了PM與市售蛋黃醬的油滴平均粒徑和粒度分布，結(jié)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(duì)集中，這歸因于高界面活性QS的貢獻(xiàn)以及低油含量[25-26]。因此，通過(guò)增加QS濃度，植物蛋黃醬PM5中油滴粒徑進(jìn)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?yàn)榈陀秃織l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(shí)，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(duì)高油含量PM1中油滴包裹不完全也會(huì)導(dǎo)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(xì)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(gòu)特性

食品的質(zhì)構(gòu)常用來(lái)量化表征感官，由于質(zhì)構(gòu)儀具有重現(xiàn)性強(qiáng)、準(zhǔn)確、方便等特點(diǎn)而被廣泛用于代替人的食品感官評(píng)價(jià)[28]。利用質(zhì)構(gòu)儀進(jìn)行TPA，得到硬度、稠度、黏結(jié)性、黏性指數(shù)和涂抹性，結(jié)果如圖3和表2所示。

圖3 PM與市售蛋黃醬的質(zhì)構(gòu)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(gòu)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(gòu)特征存在顯著差異。WHM的硬度、稠度、黏結(jié)性和涂抹性均顯著大于LXR，其中稠度值最為明顯，這是因?yàn)榍罢咛砑佑性龀淼柠溠亢?。在?gòu)建PM中，PM2和PM3具有與這兩種市售蛋黃醬相媲美的質(zhì)構(gòu)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(jié)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(duì)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(shuō)明PM2具有與市售蛋黃醬相似的質(zhì)構(gòu)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(chǔ)上進(jìn)行減脂后構(gòu)建的PM3表現(xiàn)出與LXR相媲美的質(zhì)構(gòu)特性。

2.4 PM的流變特性

蛋黃醬的流變學(xué)特性直接關(guān)系產(chǎn)品的品質(zhì)和口感，在蛋黃醬的制備、食用、加工等過(guò)程具有重要意義[29]。本實(shí)驗(yàn)首先對(duì)比了PM和市售蛋黃醬的黏度，結(jié)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(luò)結(jié)構(gòu)，減少流動(dòng)阻力而使黏度降低[31]。從圖4可知，蛋黃醬的黏度大小順序?yàn)閃HM＞PM2＞PM1＞LXR＞PM3＞PM5＞PM4。麥芽糊精等填充劑賦予了WHM相對(duì)較高的黏度，而在PM中高SPI濃度PM2具有最高的黏度，這是因?yàn)樾∮偷伍g的強(qiáng)相互作用促進(jìn)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(shí)[33]。相應(yīng)地，高油含量PM1的高黏度則是大粒徑油滴緊密堆積的結(jié)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(qiáng)靜電斥力的物質(zhì)有關(guān)，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(huì)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(guān)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(jìn)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(luò)結(jié)構(gòu)，圖5顯示了蛋黃醬的黏彈性與剪切頻率間的關(guān)系?？梢钥闯觯包S醬的G’均遠(yuǎn)大于G”，表現(xiàn)出典型的類彈性凝膠網(wǎng)絡(luò)特征。值得注意的是，PM1和PM2的G’值較大（遠(yuǎn)大于103Pa），說(shuō)明二者具有高強(qiáng)度的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，優(yōu)于熱致SPI和小麥蛋白穩(wěn)定的蛋黃醬[7,36]。這是因?yàn)樵诟叩鞍缀織l件下蛋白間相互作用的增強(qiáng)促進(jìn)了油滴間絮凝或高油含量條件下油滴堆積效應(yīng)，而引起高強(qiáng)度凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成[37]。PM3和PM5與WHM具有相似的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，而PM4的G’值與LXR的相近，說(shuō)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(yīng)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(huì)導(dǎo)致固體樣凝膠的形成，影響蛋黃醬的潤(rùn)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(duì)均勻，這與粒徑分布結(jié)果一致（圖2）。當(dāng)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(jié)。雖然PM未出現(xiàn)油脂析出現(xiàn)象，但由于體系中SPI變性導(dǎo)致蛋黃醬凝固且油滴增大。這種熱失穩(wěn)可以通過(guò)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(wú)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(jié)果[38]。當(dāng)經(jīng)過(guò)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(yán)重聚結(jié)，其中LXR失穩(wěn)更嚴(yán)重。內(nèi)部凝膠結(jié)構(gòu)被嚴(yán)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(jié)，說(shuō)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(jié)構(gòu)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(xué)穩(wěn)定性、延長(zhǎng)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(yán)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(wú)明顯變化，這可能是由于大量鹽和糖作為冷凍保護(hù)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(shuō)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(jié)、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(duì)穩(wěn)定。綜上，PM5的抗凍融能力最強(qiáng)，而PM2和PM3具有無(wú)需添加或無(wú)需大量添加其他冷凍保護(hù)劑和食品添加劑便可實(shí)現(xiàn)高凍融穩(wěn)定性和延長(zhǎng)貨架期的潛在優(yōu)勢(shì)。

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(jié)構(gòu)（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(jié)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(gòu)建了高蛋白減脂的PM。對(duì)比分析了PM和市售蛋黃醬在外觀、乳滴大小、質(zhì)構(gòu)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(gòu)建出與商品蛋黃醬在外觀、涂抹狀態(tài)、質(zhì)構(gòu)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(gòu)特性上表現(xiàn)出更好的優(yōu)勢(shì)；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(qiáng)凝膠網(wǎng)絡(luò)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(biāo)簽的高蛋白低脂植物基產(chǎn)品的開發(fā)提供新思路。