食品乳化剂-植物蛋白质的乳化和稳定性

背景：

在过去几年中，植物蛋白的使用逐渐扩大，并提供了许多优势：可持续的来源、素食替代品、具有成本效益和健康益处。与传统乳化剂相比，从可持续来源获取的蛋白质性能不同，并且随着供应量的增加，在新产品开发中选择合适的蛋白质可能成为瓶颈。本文展示了TURBISCAN DNS技术在单个实验中研究植物蛋白乳化和稳定性能的能力。

使用植物蛋白质进行配方制备，将传统乳化剂部分或完全替换为植物蛋白质可能非常复杂：需要考虑蛋白质的选择（包括其来源）、可能的功能化以及最佳浓度...必须考虑三个参数：蛋白质溶解性、蛋白质乳化性和稳定性。

有几种方法可以表征蛋白质的功能特性，但通常需要多台仪器、多个繁琐的实验和样品制备。TURBISCAN技术提供了一种完整的解决方案，只需一个设备就能研究所有这些特性，并做出快速决策。

在本文中，将使用TURBISCAN DNS功能在线测试两种植物蛋白的溶解性。乳化和稳定性特性将在另一个应用中进行介绍。

TURBISCAN：工作原理

TURBISCAN技术基于静态多重光散射(SMLS)，沿高度向样品发送光脉冲(880纳米)。读取头沿分析单元垂直移动扫描样品，每隔20 μ m采集数据。随着时间的推移进行测量，并记录由于样品不稳定性引起的背向散射和透射水平的变化。根据Mie理论，该信号与颗粒浓度(φ)和尺寸(d)的演变直接相关。颗粒浓度为10-4 ~ 95% (v/v)，粒径为10nm ~ 1mm的样品均可按原样测量。

图1. 所示 TURBISCAN检测器

该仪器能够监测物理稳定性的变化 (聚结，分层，沉淀，相分离等) 没有任何稀释或任何外力，遵循ISO TR13097准则。

TURBISCAN DNS是由分散性和稳定性2个模块组成: T-mix用于自动快速配方筛选和颗粒分散性研究，搅拌棒直接适配在测量单元内。

使用集成蠕动泵进行在线测量和放大/过程优化的回路。将制剂从反应器泵入和泵出测量单元，产生循环回路。

图2. TURBISCAN DNS，重点是T-LOOP模块

使用TURBISCAN测试植物蛋白效率吗?

研究了两种植物性蛋白 (豌豆和大豆蛋白) 的乳化和稳定特性。首先，在pH = 7、25 °C下在30分钟内将30g/L蛋白质溶解于500毫升水中。加入葵花籽油 (20%/v)，并通过匀浆机在13500rpm下进行乳化3分钟。在乳化过程期间，以高频率 (每0.1秒) 记录乳液背向散射光强值以用于准确的乳化研究。

由TLOOP测量时，无需任何稀释或取样，用于在线研究液滴大小。

图3. 说明SMLS技术与T-LOOP模块

背向散射光强值与粒径直接相关，其随时间的变化直接关系到蛋白质的乳化效率。匀浆作用3分钟后，停止样品循环，使用扫描模式监测稳定性5小时。稳定性在乳化后直接测量，仍然没有任何稀释或样品制备。

结果

乳化性质-在线乳液液滴尺寸

下图显示了平均液滴尺寸 (dSMLS) 的演变，由背向散射曲线确定，作为乳化时间的函数。

图4. 乳化过程中3 min内乳液粒径的变化

如预期的那样，液滴尺寸随时间而减小。高频测量突出了乳液处理的第一分钟的重要性。最终的液滴大小相似，豌豆蛋白显示出更快的减少，因此具有更有效的乳化特性。

乳液稳定性-不稳定因素的识别

一旦乳化完成，将TURBISCAN设置在扫描模式以监测乳液稳定性 (下图)。从该扫描并且在第一分钟，检测到两种乳液的液滴迀移 (乳化)。在乳状液迁移的顶部，在瓶底检测到未溶解的豌豆蛋白的沉淀。

图5. 大豆蛋白乳液不稳定图谱

图6. 豌豆蛋白乳液不稳定图谱

稳定性能-快速稳定性测量

为了评估乳剂的整体稳定性，随时间绘制TURBISCAN稳定性指数(TSI)。TSI总结了整个样本整体高度下的所有变化。TSI越高，稳定性越差。

图7. 整体乳剂不稳定动力学曲线

起初，大豆乳剂的稳定性比豌豆乳剂发展得更快。然而，在1小时后，由于沉淀，豌豆乳液的总体不稳定性增加。

蛋白质乳化效率

下表总结了两种蛋白质稳定性的不同参数。

表1. 基于不同参数的乳剂比较

在此工艺和配方中，豌豆蛋白比大豆蛋白具有更好的乳化性能。实际上，最终的颗粒尺寸更小(23.5µm)，达到最终液滴大小比大豆蛋白快得多(约1min)。

然而，豌豆蛋白的溶解性较差，导致沉淀，对最终的稳定性结果有很大影响。因此，大豆蛋白具有更好的稳定性(较低的TSI)。

结论

TURBISCAN DNS能够在单个仪器中跟踪单个实验中的多个参数。DNS配方平台提供了一种快速、省时的表征方法来选择最合适的乳化剂替代品。

大昌华嘉科学仪器部

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