天然皂皮皂苷与大豆分离蛋白协同构建高蛋白减脂植物基蛋黄酱及其特性

尹文俊，朱蒙蒙，陈小威,2,*，孙尚德，王永辉

（1.河南工业大学粮油食品学院，河南 郑州 450001；2.河南工业大学 国家工程实验室/省重点实验室，河南 郑州 450001；3.许昌学院食品与药学院，河南 许昌 461000）

近年来，利用植物蛋白替代动物蛋白开发植物基食品被认为是未来食品科技发展的重要方向之一[1-2]。随着饮食模式改变、营养健康等观念深入人心，消费者更倾向于选食“轻脂”“高蛋白”的植物基食品。蛋黄酱是水包油（O/W）型高内相乳液凝胶体系，是最广泛食用的调味品酱料之一[3-4]。目前，大部分研究致力于通过各类蛋白质和蛋白改性等方式对蛋黄进行全替代或部分替代，从而研制植物基蛋黄酱（plant-based mayonnaise，PM），然而由于这种体系的不稳定性而导致蛋黄酱特有的涂抹性和乳脂感丧失[5-7]。此外，对于蛋黄酱而言，冷藏和热加工常导致体系的失稳崩塌，发生漏油不稳定现象[8-9]。这一现象可通过添加凝胶剂或抗冷冻剂进行改善[10-11]。然而，这并不符合现代消费者对天然、健康、清洁标签植物基食品的追求。此外，大部分消费者更追求高蛋白营养、低脂轻食的植物蛋白基蛋黄酱制品。

团队研究证实天然皂皮皂苷（Quillajasaponin，QS）不仅在油-水界面具有纤维化自组装强化乳液稳定性，还具有降低大豆分离蛋白（soybean protein isolate，SPI）乳液凝胶黏稠度的特性[12]。此外，QS稳定的纳米乳液具有良好的酸耐受性、盐离子稳定性和热稳定性[13-14]，同时还可通过与蛋白质分子间的强相互作用改变蛋白质在酸性、高温以及高盐等极端环境中的稳定性和乳化性能[15-16]。基于此，本研究在少量QS和大豆分离蛋白凝胶颗粒（soy protein isolate gel particles，SGPs）的辅助作用下，制备天然SPI配料以全替代蛋黄开发高蛋白减脂PM。对比两种市售蛋黄酱，考察外观、微观结构、质构和流变特性，并进一步对比PM和市售蛋黄酱的热稳定性和冻融稳定性，旨在为新型高蛋白低脂植物基产品的开发提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

SPI 海南鸿科生物科技有限公司；QS（Q-Naturale 200TM）美国宜瑞安食品配料公司；一级大豆油购于当地超市；乐禧瑞方便装蛋黄酱 安得利御海（上海）食品有限公司；味好美蛋黄酱 味可美（广州）食品有限公司；食醋购于当地超市。

1.2 仪器与设备

Ultra-TurraxT 10 高速分散机 德国IKA公司；TA.XT plus质构仪 英国Stable Micro Systems公司；HAAKE MARS 60流变仪 美国Thermo Fisher Scientific公司；TCS SP5激光扫描共聚焦显微镜（confocal laser scanning microscopy，CLSM）德国Leica公司；Mastersizer 3000微米粒度仪 英国Malvern公司。

1.3 方法

1.3.1 PM的研制

PM制备所需成分如表1所示。首先，将SPI或SGPs和QS溶于一定量去离子水中，室温搅拌4 h，保鲜膜密封后置于4 ℃冰箱中12 h过夜，以确保蛋白充分水化。随后加入食醋和大豆油，采用Ultra-Turrax T10高速剪切机以24 000 r/min剪切3 min制成PM[12]。SGPs的制备：10% SPI溶液95 ℃加热30 min后快速冷却，4 ℃放置14 h以上，再经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 质构分析

将所制备的蛋黄酱样品装入模具中，4 ℃静置24 h后采用TA.XT plus质构仪进行全质构分析（texture profile analysis，TPA），测试硬度、稠度、黏结性和黏性指数[18]。其测定参数为探头型号P0.5，测定前探头速率1.0 mm/s，测定中探头速率1.0 mm/s，测定后探头速率10.0 mm/s，探入深度10 mm，触发力5 g。涂抹性分析时将蛋黄酱样品装入锥形模具中，4 ℃放置24 h后进行测定[19]。其测定参数为测中探头速率1.0 mm/s，测定后探头速率10.0 mm/s，下压深度为13 mm。

1.3.3 流变学分析

通过HAAKE MARS 60流变仪测定蛋黄酱的流变学特性。使用直径为35 mm的椎板，间隙为0.05 mm，样品在测试前平衡120 s。蛋黄酱样品的流动特性是在50～100 s-1剪切速率范围内测定黏度（η）的变化。同时，在线性黏弹范围内（1 Pa）测定频率从0.1 Hz增加到100 Hz过程中弹性模量（G’）和黏性模量（G”）的变化。流变学分析在25 ℃进行。

1.3.4 粒径表征

利用Mastersizer 3000激光粒度仪测定新鲜蛋黄酱中油滴的粒径分布和平均粒径，大豆油和水的折射率分别设定为1.440和1.330。检测前将蛋黄酱用去离子水稀释，再加入到装有500 mL去离子水的烧杯中，搅拌稀释直到遮光度达到4%～6%。液滴尺寸由表面积平均直径表示，其中ni是直径为di的油滴数。

1.3.5 微观结构表征

采用CLSM技术观察样品的微观结构。蛋黄酱中的蛋白和油脂分别用1 mg/mL尼罗红和l mg/mL尼罗蓝（均用无水乙醇溶解）进行特异性标记。0.5 mL样品中加入50 μL混合染料（尼罗红和尼罗蓝等比例混合），振荡混合均匀。随后，取约40 μL染色样品置于载玻片，盖上盖玻片；随后在488 nm波长处的Ar离子和633 nm波长处的He/Ne离子激光下激发，采集荧光图像。

1.3.6 稳定性表征

热稳定性：10 g蛋黄酱样品置于密闭小瓶中，分别在90 ℃和120 ℃油浴中加热15 min，随后将样品迅速冰浴冷却。

冻融稳定性：10 g蛋黄酱样品置于密闭小瓶中，-20 ℃冷冻24 h，随后室温解冻3 h，反复循环3 次。

1.4 数据处理

2 结果与分析

2.1 PM的理化性质

对于传统纯植物蛋白的液态或半固态食品，当处于高蛋白质（＞6%，以质量分数计，后同）时常伴随着硬度大、黏度高、口感坚硬粗糙等问题，这主要归因于蛋白的聚集，尤其是在酸性环境下。SPI和QS协同构建PM的外观、蛋白和油脂成分以及涂抹状态，如图1所示，在酸性条件下添加QS可成功制备形态类似的SPI素蛋黄酱（PM1～PM5）。其中，PM2配方中蛋白质质量分数可达10%，远高于常见市售蛋黄酱中最高蛋白质量分数（约为2.7%），且表现出与商品化蛋黄酱相媲美的可塑性、细腻光滑质地以及涂抹状态。SPI热诱导凝胶化后获得的SGPs可用于替代部分大豆油制备得到更高蛋白质含量（11%）的素蛋黄酱（PM3）。尽管PM3的可塑性不如市售蛋黄酱，但其具有良好的涂抹状态。QS的加入可修饰SPI结构且显著降低SPI基乳液凝胶的可塑性和黏度，通过增加QS的用量（从0.18%增加至1%）可获得低稠度的植物基制品（PM5），这是QS阻碍油滴间桥联絮凝的结果[20]。

图1 PM与市售蛋黄酱的外观、油脂与蛋白成分以及涂抹状态Fig.1 Appearance,oil and protein compositions and spreadability of plant-based mayonnaise and commercial mayonnaise

传统蛋黄酱中脂肪质量分数一般在70%～80%，这不仅赋予蛋黄酱良好的乳脂感，还提供了一定的涂抹性和可塑性[21]。随着人们“轻食”和“减脂”饮食观念的加强，常通过添加麦芽糊精、微晶纤维素等填充剂满足低脂肪含量制品的可塑性和涂抹性，如WHM市售蛋黄酱[22]。在满足蛋黄酱特性的前提下，为减少食品添加剂的使用，可通过提高蛋白含量以增强包裹油滴的网络结构和填充作用（对比PM1和PM2），或使用凝胶化蛋白颗粒替代脂肪（对比PM1和PM3），同样能降低蛋黄酱中的脂肪含量[23]。在PM1的基础上，通过SGPs替代35%大豆油也可获得与PM3相同质量分数脂肪的减脂型PM4（40%）。

2.2 PM的乳滴粒径与分布

蛋黄酱的乳滴粒径和粒径分布直接影响其表观性状和稳定性[24]。通过静态光散射技术考察了PM与市售蛋黄酱的油滴平均粒径和粒度分布，结果如图2所示。

图2 PM与市售蛋黄酱的油滴平均粒径（a）和粒径分布（b）Fig.2 Average size (a) and size distribution (b) of oil droplets in plantbased mayonnaise and commercial mayonnaise

从图2可知，两种市售蛋黄酱的油滴平均粒径分别为11.2 μm和9.18 μm，且二者的粒径分布均匀性差，存在大油滴（如100～1 000 μm）。除PM1外，其他PM中的油滴平均粒径均显著小于市售蛋黄酱（P＜0.05），这意味着它们可能具有更好的稳定性。在PM中，高蛋白PM2和PM3的d3,2分别为3.29 μm和3.68 μm，且粒径分布均相对集中，这归因于高界面活性QS的贡献以及低油含量[25-26]。因此，通过增加QS浓度，植物蛋黄酱PM5中油滴粒径进一步降低（d3,2为2.28 μm）。利用凝胶化蛋白颗粒替代10%大豆油得到的减脂PM——PM3中油滴粒径略微增大（d3,2为3.68 μm），这可能是因为低油含量条件下蛋白分子在油-水界面大量吸附，使得油滴表面形成厚界面层和乳滴静电聚集而增大了油滴粒径[27]。这一现象也在PM4被证实，即凝胶化蛋白颗粒替代35%大豆油后，形成的减脂PM中油滴粒径增加至5.04 μm。然而，酸性环境下，SPI对高油含量PM1中油滴包裹不完全也会导致油滴聚集、粒径增大（d3,2为12.5 μm）。综上可知，PM2、PM3、PM4和PM5均具有比市售蛋黄酱更为细小、均匀的油滴，具有更出色的物理稳定性潜质。

2.3 PM的质构特性

食品的质构常用来量化表征感官，由于质构仪具有重现性强、准确、方便等特点而被广泛用于代替人的食品感官评价[28]。利用质构仪进行TPA，得到硬度、稠度、黏结性、黏性指数和涂抹性，结果如图3和表2所示。

图3 PM与市售蛋黄酱的质构曲线Fig.3 Texture curves of plant-based mayonnaise and commercial mayonnaise

表2 PM和市售蛋黄酱的质构特性Table 2 Texture properties of plant-based mayonnaise and commercial mayonnaise

从图3可知，不同蛋黄酱的质构特征存在显著差异。WHM的硬度、稠度、黏结性和涂抹性均显著大于LXR，其中稠度值最为明显，这是因为前者添加有增稠的麦芽糊精。在构建PM中，PM2和PM3具有与这两种市售蛋黄酱相媲美的质构特性。如表2所示，高蛋白减脂的PM2在硬度（424 g）、稠度（3 569.17 g·s）、黏结性（-666.64 g）和涂抹性（204.66 g·s）上虽与WHM（528 g、4 052.69 g·s、-691.88 g和241.99 g·s）均存在差异，但相对接近，这从二者的可塑性和涂抹状态方面也可证明（图1）。这说明PM2具有与市售蛋黄酱相似的质构特性，拥有人们可接受的感官品质和良好的涂抹性。同样地，在PM2基础上进行减脂后构建的PM3表现出与LXR相媲美的质构特性。

2.4 PM的流变特性

蛋黄酱的流变学特性直接关系产品的品质和口感，在蛋黄酱的制备、食用、加工等过程具有重要意义[29]。本实验首先对比了PM和市售蛋黄酱的黏度，结果如图4所示。

图4 PM与市售蛋黄酱的黏度Fig.4 Apparent viscosity versus shear rate of plant-based mayonnaise and commercial mayonnaise

随着剪切速率的增加，所有蛋黄酱的黏度降低，呈剪切稀化现象，这是蛋黄酱制品的天然特性[30]。这归因于剪切作用下影响油滴间的弱作用力，破坏了体系中原有的网络结构，减少流动阻力而使黏度降低[31]。从图4可知，蛋黄酱的黏度大小顺序为WHM＞PM2＞PM1＞LXR＞PM3＞PM5＞PM4。麦芽糊精等填充剂赋予了WHM相对较高的黏度，而在PM中高SPI浓度PM2具有最高的黏度，这是因为小油滴间的强相互作用促进油滴桥连而表现出高黏度[32]。这种现象在小麦蛋白基蛋黄酱制备中也被证实[33]。相应地，高油含量PM1的高黏度则是大粒径油滴紧密堆积的结果。而高油含量LXR的黏度较低，这与体系中添加了多糖等能提供强静电斥力的物质有关，这种现象在蛋白和多糖共同稳定乳液的研究中可观察到[34]。此外，降低油脂含量和增加QS含量也会赋予蛋黄酱较低的黏度（PM4和PM5），这可能影响蛋黄酱的贮存稳定性。研究表明，在蛋黄酱的体系中，黏度与稳定性具有一定的关系，黏度增加可以阻碍油滴间的相互作用以及重力作用下的油滴下沉，进而提高体系的稳定性[35]。

蛋黄酱的黏弹性是由于吸附在相邻油滴周围的蛋白之间形成网络结构，图5显示了蛋黄酱的黏弹性与剪切频率间的关系。可以看出，蛋黄酱的G’均远大于G”，表现出典型的类弹性凝胶网络特征。值得注意的是，PM1和PM2的G’值较大（远大于103Pa），说明二者具有高强度的凝胶网络结构，优于热致SPI和小麦蛋白稳定的蛋黄酱[7,36]。这是因为在高蛋白含量条件下蛋白间相互作用的增强促进了油滴间絮凝或高油含量条件下油滴堆积效应，而引起高强度凝胶网络结构的形成[37]。PM3和PM5与WHM具有相似的结构强度，而PM4的G’值与LXR的相近，说明这些PM具有与市售蛋黄酱接近的凝胶特性。

图5 PM与市售蛋黄酱在不同剪切应力条件下的G’和G”Fig.5 G’ and G” of plant-based and commercial mayonnaises as a function of shear stress

2.5 PM的热稳定性

一般地，热处理后蛋白发生聚集和交联会导致固体样凝胶的形成，影响蛋黄酱的润滑性和口感。从图6可知，常温条件下的市售蛋黄酱和PM1中乳滴大小不均，而其他PM小且相对均匀，这与粒径分布结果一致（图2）。当90 ℃热处理15 min后，市售蛋黄酱出现了轻微的漏油现象且体系中油滴发生了明显的聚结。虽然PM未出现油脂析出现象，但由于体系中SPI变性导致蛋黄酱凝固且油滴增大。这种热失稳可以通过添加QS改善，如PM2和PM3经热处理后体系中仍保存大部分小油滴，且高QS浓度的PM5油滴无明显变化，这归因于QS的高耐热性以及QS和SPI共同稳定油滴的结果[38]。当经过更高温度（120 ℃）处理后，市售蛋黄酱中漏油现象加重，油滴发生严重聚结，其中LXR失稳更严重。内部凝胶结构被严重破坏的PM1和具有低抗外力能力的PM4均发生漏油，但其他PM仅发生油滴聚结，说明PM2、PM3和PM5具有比市售蛋黄酱更出色的热稳定性，这有利于PM的加工和贮藏。

图6 PM与市售蛋黄酱经热处理后的外观和微观结构Fig.6 Appearance and microstructure of plant-based and commercial mayonnaises after thermal treatment

2.6 PM的冻融稳定性

冷冻贮藏是保持食品微生物和化学稳定性、延长食品保质期最重要的保鲜方法之一。由图7可知，一次冻融后LXR因严重破乳而大量析出油脂，表现出极差的冻融稳定性，而WHM经冻融后无明显变化，这可能是由于大量盐和糖作为冷冻保护剂[39]。高QS浓度的PM5具有良好的冻融稳定性，而其他PM仅出现了不同大小孔隙的晶痕。二次冻融后，所有样品的不稳定现象加重，其中PM4出现了分层现象。3 次冻融后，在其他蛋黄酱不稳定现象持续加重的情况下，WHM和PM5仍具有良好的冻融稳定性，其中PM5具有更小的油滴粒径，说明QS的存在可显著提高SPI-PM的冻融稳定性[14]。从CLSM中可看出，LXR的不稳定主要由于油滴聚结、乳化剂聚集和界面脱落，而PM1、PM2和PM3中大量蛋白聚集后体系仍相对稳定。综上，PM5的抗冻融能力最强，而PM2和PM3具有无需添加或无需大量添加其他冷冻保护剂和食品添加剂便可实现高冻融稳定性和延长货架期的潜在优势。

图7 PM与市售蛋黄酱冻融后的外观（A）和第3次冻融后的微观结构（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 结论

本研究利用SPI协同QS开发出乳化型SPI基功能配料，成功构建了高蛋白减脂的PM。对比分析了PM和市售蛋黄酱在外观、乳滴大小、质构和流变特性方面的变化，以及热处理和冻融后的稳定性。研究发现，在SPI和QS协同下可构建出与商品蛋黄酱在外观、涂抹状态、质构以及流变特性上相媲美的高蛋白减脂PM。其中，以10% SPI和0.18% QS或10% SPI、0.18% QS和1% SGPs制备的PM在乳滴粒径（PM2：3.29 μm，PM3：3.68 μm）和质构特性上表现出更好的优势；更高剂量QS添加条件下（PM5，1% QS）呈现出更好的热稳定性和冻融稳定性。在该体系中，高蛋白赋予的强凝胶网络和极端环境下QS的界面稳定使PM2和PM3具有优越的热稳定性和冻融稳定性，本研究可为清洁标签的高蛋白低脂植物基产品的开发提供新思路。