植物蛋白饮料稳定性影响因素和分析方法的研究

周超进，何锦风，蒲 彪

（1.四川农业大学食品学院，四川雅安625014；2.总后勤部军需装备研究所军用汉麻材料研究中心，北京100082）

植物蛋白饮料稳定性影响因素和分析方法的研究

周超进1，何锦风2，蒲 彪1

（1.四川农业大学食品学院，四川雅安625014；2.总后勤部军需装备研究所军用汉麻材料研究中心，北京100082）

植物蛋白饮料中蛋白沉淀、脂肪上浮问题，严重影响了产品质量。本文综合叙述了环境压力和饮料自身各因素对植物蛋白饮料稳定性的影响，并介绍了一些常用快速的稳定性分析方法。

植物蛋白饮料，影响因素，稳定性，分析方法

植物蛋白饮料（plant protein beverage）是指用有一定蛋白含量的植物果实、种子或果仁等为原料，经加工制得（可经乳酸菌发酵）的浆液中加入水，或加入其他食品配料制成的饮料。如豆奶（乳）、豆浆、豆奶（乳）饮料、椰子汁（乳）、杏仁露（乳）、核桃露（乳）、花生露（乳）［1］。植物蛋白饮料是一种富含脂肪的蛋白质胶体，是一个复杂的热力学不稳定体系，体系中既有蛋白质形成的胶体溶液，又有乳化脂肪形成的乳浊液，还有糖等形成的真溶液。植物蛋白饮料主要由三相组成：脂肪或蛋白相、界面相和水相。蛋白和脂肪是构成植物蛋白饮料的最主要成分；界面相由蛋白和小分子乳化剂（脂肪酸、表面活性剂等）组成；水相中包含离子、生物大分子。影响植物蛋白饮料稳定的因素很多，总的来说有外界环境压力和饮料自身因素。

1 影响植物蛋白饮料稳定性的因素

1.1 环境压力

1.1.1 热处理 在实际应用中，热处理对于蛋白饮料的胶体稳定是重要的。在蛋白饮料生产中的热处理主要是杀菌。植物蛋白饮料若杀菌不彻底，在适宜的温度条件下，微生物就会生长繁殖，导致植物蛋白饮料的腐败变质；若杀菌温度过高，因为蛋白饮料对热很敏感，当温度超过临界值时蛋白将会展开，蛋白内部的部分将会暴露。这些基团增大了蛋白间的引力影响，因此影响了胶体中液滴絮凝和结合作用的发生，使蛋白变性，并且高温会促进脂肪氧化。蛋白变性和脂肪氧化会引起植物蛋白饮料粘度下降、色泽变暗，直接影响饮料风味和稳定性，因此在蛋白饮料生产中选择合适的热处理方式是很有必要的。

岳春［2］研究了4种杀菌条件对玉米饮料稳定性的影响，在确保商业无菌和饮料体系稳定的前提下，确定了90℃杀菌30min的玉米饮料最佳杀菌方式。Rustom I.Y.S.［3］等对比了两种不同UHT杀菌方式对花生饮料的营养、感官和物理化学性质的影响，结果显示长时间的杀菌处理将会使色泽变暗，粘度下降，从而影响饮料的稳定性。

1.1.2 机械应力 植物蛋白饮料生产一般先用胶体磨进行胶磨，然后多级高压均质，可以使饮料颗粒充分微粒化。此外胶体磨和高压均质机也可用于混合和乳化过程，可以使植物蛋白饮料充分混合、乳状液充分乳化。

根据Stocks公式，沉降速度与粒子直径、粒子密度、介质粘度、介质密度有关，粒子自然沉降或上浮的速度与粒子半径的平方和两相间的比重差成正比，与液体粘度成反比。胶磨和均质可有效地降低植物蛋白饮料的粒度，使颗粒充分微粒化，从而提高饮料稳定性［4］。

乳化过程可以使乳化剂与饮料颗粒充分乳化，形成界面膜，防止饮料中各组分的絮凝。如均质可以促进乳化剂的充分乳化，乳化剂可以很快地吸收新形成的液滴表面，减少促进液滴表面破裂的表面张力，并且提供保护层防止相邻的液滴聚集［5］。

1.2 水相组分的影响

1.2.1 pH和离子强度 植物蛋白饮料中颗粒表面的界面膜通常比较薄并且带电，所以蛋白饮料对pH和离子强度特别敏感。当pH达到蛋白的等电点或者离子强度达到一定水平时，液滴间的静电斥力不足以克服各种相互引力则会造成絮凝。pH还能影响蛋白质的水化作用，当pH接近蛋白质的等电点时，蛋白质分子呈电中性状态，溶解性最小，不能吸引水分子，水化层遭到破坏，蛋白质分子容易相互聚成大团块下沉或上浮。此外多价离子在促进体系不稳定方面有特别的能力，它们可以有效地屏蔽电位作用，并且可以结合到颗粒表面降低表面电位［6］。

通过各种方式改进和减少pH与离子强度对颗粒絮凝作用的影响，以提高植物蛋白饮料的稳定性：螯合剂（如EDTA、柠檬酸盐、磷酸盐）可以与多价离子如Ca2+、Fe2+、Fe3+结合，也可以和生物大分子结合［7］，降低离子强度对植物蛋白饮料稳定性的影响；离子型表面活性剂可吸附到液滴表面，改变液滴表面电位，可以改善由pH引起的絮凝作用；带电荷的生物大分子与液滴表面的相反电荷相吸附，可以改变液滴表面电位，可以改善由 pH引起的絮凝作用［8］。

1.2.2 糖和多元醇 在植物蛋白饮料中颗粒周围的水相中通常含有各种不同的极性小分子，如糖和多元醇［9］。这些相对小的分子通过各种不同的途径影响植物蛋白饮料的稳定性。

目前有很多机制说明蔗糖对乳化稳定体系中液滴絮凝的作用［5］：蔗糖增大了连续相的粘度，降低了体系中液滴和液滴碰撞的几率［10］；蔗糖改变了液滴周围水溶液的物理化学性质（密度、介电常数、折射率、渗透压），改变了排斥能量壁垒的高度，改变了导致絮凝的部分碰撞的发生；液滴在蔗糖的渗透压作用下，改变植物蛋白饮料的动力学特性。

1.2.3 表面活性剂 植物蛋白饮料中通常包含很多非离子或离子表面活性剂，如乳化剂（卵磷脂，蔗糖酯和单甘酯）。这些表面活性剂可以直接或者间接地影响植物蛋白饮料的稳定性。表面活性剂分子内具有亲水基和亲脂基团，在水和油的界面形成吸附层，防止分散液滴的絮凝。此外表面活性剂还可以与饮料中的蛋白相结合，改变其结构和功能［11］。离子型表面活性剂通过静电和疏水性相互作用结合到蛋白分子上，而非离子型表面活性剂通过疏水性相互作用结合到蛋白上。一旦表面活性剂结合到蛋白、脂肪或其他组分上，表面活性剂的修饰作用将会改变蛋白、脂肪或其他组分的表面吸附能力。因此会改变饮料的物理化学特性和稳定性。

1.2.4 生物大分子 植物蛋白饮料中通常包含一种或多种类型的生物大分子，这些生物大分子可以部分作为乳化剂，因为它们不会吸附到液滴表面；或者它们有其他的功能特性，如增稠剂或胶凝剂。这些生物大分子与吸附的物质相互作用，通过各种机制直接或者间接影响植物蛋白饮料的稳定性［12］。

非吸附型生物大分子通过与周围分子的引力作用，引起液滴的排斥絮凝。Koksoy A等［13］测定了不同浓度果胶、瓜尔胶对饮料稳定性的影响，最开始随着果胶（非吸附生物大分子）浓度的增大，絮凝作用增大，因为增大了液滴间的相互引力（高的碰撞率）；然而，一旦生物大分子的浓度超出了一定浓度，絮凝率会降低，因为连续相的粘度增大使液滴的活动速度降低，降低了液滴的碰撞率。

带电的生物大分子能通过静电相互作用吸附到带反向电荷的液滴表面。在一定的生物大分子和液滴浓度条件下，因为生物大分子电荷的中和作用和架桥作用促进液滴絮凝。如果在连续相中生物大分子浓度较高，有充足的生物大分子去完全覆盖所有液滴表面，降低架桥絮凝现象的发生。然而，如果空闲的生物大分子的浓度足够高，则排斥絮凝将会发生［5］，因此合适的生物大分子浓度对植物蛋白饮料的稳定性是重要的。

1.2.5 微生物因素 植物蛋白饮料含有蛋白、脂肪和糖类等，本身就是优良的微生物培养基。细菌、酵母、霉菌都可以借助饮料的营养成分生长繁殖，破坏其良好的稳定性，这是植物蛋白饮料腐败变质的主要原因。

引起植物蛋白饮料腐败的主要细菌有梭状芽孢杆菌属、变形杆菌属、芽孢菌属、假单胞菌属等。这些细菌即使无糖类碳源存在，也能在以蛋白质为主体的食品上良好生长。菌体细胞自溶后，分泌出胞外蛋白酶，继续对蛋白质进行分解作用。

多数酵母菌对蛋白质的分解能力极微弱，大多数酵母有利用有机酸的能力。若植物蛋白饮料中有多糖或有机酸较多时，在杀菌不充分或封闭不严的情况下，则可能引起酵母菌的繁殖发酵。

许多霉菌具有分解蛋白质、脂肪和碳水化合物的能力。霉菌比细菌更能利用天然蛋白质，其中主要有毛霉菌、青霉菌、曲霉属、根霉属的许多菌类。当饮料中有大量糖分时，更能促进蛋白酶和脂肪酶的生长，加速饮料的腐败变质［4］。

1.3 非水相组分的影响

植物蛋白饮料是一种富含脂肪的蛋白质胶体，蛋白脂肪等的浓度也会影响到植物蛋白饮料的稳定性。

胶体稳定性的基本理论认为，胶体悬浮体系的稳定性主要与胶体颗粒间两个独立的相互作用的相对距离有关。该相对距离的大小，是由分散体系中分散相的多少，即胶体的浓度决定的。在植物蛋白饮料中，单位体积里的蛋白质粒子越多，浓度越大，蛋白质粒子间的相对距离越小；反之，蛋白质粒子间的相对距离就越大。胶体粒子间的相互作用力主要是范德华引力和相同符号的双电层之间的静电斥力。而在植物蛋白饮料中，溶液的浓度是决定范德华引力和双电层斥力的关键因素。不同原料制成的植物蛋白饮料，有其不同的最佳稳定浓度值［4］。

2 稳定性分析方法

蛋白沉淀、脂肪上浮的出现会直接影响产品的质量，使产品口感和外观变差，导致产品保质期缩短，在激烈的市场竞争下，人们迫切需要借助一种准确、快速、直观、可靠的分析方法确认产品的稳定性。目前稳定性的分析方法很多，主要有以下几种：

2.1 静置观察法

静置观察法是指将观察的体系置于一定环境温度下，一定时间段内分别观察其出现沉淀或油析所需的时间。静置观察法是最准确、直观和可靠的，但是周期长、速度慢，达不到快速的目的。高温静置观察法是对静置观察法的改进。我们知道，当温度升高时，饮料体系中粒子的热运动加剧，粒子之间碰撞的机率增大，粒子聚结的可能性就随之增大，沉淀或油析的周期比实际常温下放置短得多。同时，由于温度的升高，饮料体系的粘度相应降低，对于粒子的抗聚集及抗沉降能力显著减少，体系的稳定性相对于常温下降低幅度较大。通过这种方法可以缩短饮料稳定性实验的观察周期。

殷露琴［14］对比用4℃、常温和40℃三个温度对可可饮料进行存放，观察期沉淀或油析现象，判断其稳定性。

2.2 离心观察法

对饮料体系进行离心时，体系中的粒子主要受到离心力的作用，其性质与重力相同，所以离心时，体系中的粒子运动仍遵守Stokes理论。对于同一体系，在相同的温度下，其粒子介质之间的密度差、粒子半径、体系粘度均为相同值，则可利用离心力/重力条件下的沉降速率比值来判定饮料体系的稳定性。离心观察法判断速度很快，并且应用广泛，但是由于人为因素和判断标准的不同，会导致判断的准确性、可靠性差。

分光光度计检测一般和离心观察法结合使用，主要用饮料稀释液离心后吸光度与离心前吸光度的比值作为稳定系数，判断饮料稳定性。朱小乔等［15］用离心后和离心前豆奶饮料的稳定系数作为稳定性指标判断豆奶的稳定性。

2.3 粘度、密度检测

由Stocks定律可知：粒子自然沉降或上浮的速度与粒子半径的平方和两相间的比重差成正比，与液体粘度成反比。因此在粒子半径和两相比重相对不变的情况下，粘度影响饮料稳定性。粘度的增大，降低了体系中液滴和液滴碰撞的几率，增大了饮料的稳定性。

刘楠［16］以粘度为稳定性指标测定了酶解条件对稳定的影响。李小华等［17］研究了榛子蛋白饮料的流变学性质，并分别研究了温度和浓度对主剂粘度的影响。

2.4 显微镜、粒子分布、形状检测

体系的稳定性与粒子半径的平方成正比，粒子越大，则越易沉降分离。通过观察粒子的大小及聚结情况，可以大致判断饮料的稳定性。胶体结构的检测方法有多种，主要有反向光散射，共聚焦激光扫描显微镜、波形扩散光谱、超声光谱、分光光度法、映像分析、核磁共振谱［18］。

程静等［19］用显微镜对比了有无稳定剂、有无均质的颗粒分布情况。殷露琴［14］采用HYDRO 2000MU激光粒度分布测定仪测定可可饮料粒度；Hayati I.N.等［20］利用激光衍射法用Mastersizer 2000对粒度分布进行测量，以粒度分布作为稳定性指标判断饮料稳定性。

2.5 电泳或Zeta电位检测

Zeta电位是一个表征分散体系稳定性的重要指标。通过Zeta电位的检测，可以有效地判断粒子的带电性，粒子电位的升高有利于体系的稳定。

殷露琴［14］采用DPM-1-Zeta电位测定仪对样品中悬浮颗粒的Zeta电位进行测定，以Zeta为稳定性指标，判断加入不同其他带电物质对饮料稳定的影响。Acedo-Carrillo J.I.［21］等采用Zeta-Meter测定了不同pH和盐浓度下的Zeta电位，以此作为判断体系稳定性的指标。

2.6 实时动态光谱分析法

实时动态光谱分析技术主要通过离心加速溶液中的粒子沉降或者上浮，并且测定其沉淀或者上浮的速度，同时通过透射光扫描表征产品，直接客观地反映产品状态的变化［22］。实时动态光谱分析法是结合多种因素的新技术，可有效地达到准确、快速、直观、可靠的要求。

3 小结

影响植物蛋白饮料稳定性因素很多，如热处理、机械力的外部因素影响和pH、离子强度等饮料体系内部影响。准确、快速、直观、可靠的稳定性分析方法，将大大缩短植物蛋白饮料的生产和研发周期。我们需要合理控制和利用这些影响因素，制定适宜的生产工艺，采取合理的生产工艺方案，提高植物蛋白饮料的稳定性。

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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

周超进（1986-），男，在读硕士研究生，研究方向：军用食品。