使用豌豆蛋白-海藻酸盐结合物和卵磷脂制备的模型橙油乳液饮料的物理和感官特性

《LWT》：Physical and sensory properties of model orange oil emulsion beverages prepared using pea protein-alginate conjugates and lecithin

　　本研究开发基于豌豆蛋白-果胶共轭体和卵磷脂的橙油乳液模型植物基饮料，对比聚丙烯酸果胶和阿拉伯胶的稳定性。结果表明，共轭体 Beverage在4℃储存30天保持pH稳定（3.05-3.11），粘度波动小（5.54-5.76 mPa·s），浊度变化小于±3 NTU，乳滴粒径分布系数（Span）仅下降0.41，优于PGA和GA组。感官评价显示三者无显著差异（P>0.05），但共轭体组合的JAR评分更优。结论证明该共轭体可稳定酸性风味油乳液，为植物基饮料提供新型乳化解决方案。

　　### 植物基饮料中橙油乳化稳定性研究

随着植物基饮料需求的不断上升，研究人员正在探索使用新型乳化剂以提高这类饮料的物理稳定性和感官特性。本研究聚焦于一种基于豌豆蛋白-海藻酸盐共轭物的橙油乳化体系，评估其在酸性条件下的稳定性以及与传统乳化剂（如丙二醇海藻酸盐和阿拉伯胶）的对比情况。研究结果表明，这些共轭物能够在低浓度下形成稳定的乳化体系，同时保持与现有乳化剂相似的感官特性。

#### 引言

植物基饮料近年来因其环保性和健康属性而受到广泛欢迎。这些饮料通常具有较低的pH值，比如在水果汁、调味饮料和运动饮料中，pH值往往低于4.6。为了防止微生物污染，这些饮料通常会经过热处理。然而，这种处理方式可能影响风味油的稳定性，因此需要合适的乳化剂来维持其物理和化学稳定性。

传统乳化剂如丙二醇海藻酸盐（PGA）和阿拉伯胶（GA）在乳化过程中可能无法有效防止风味油的氧化。近年来，蛋白-多糖共轭物因其能减少界面氧化并形成黏弹性界面膜，从而增强乳化体系的稳定性而受到关注。此外，植物蛋白基饮料因其可持续性而受到消费者的青睐，但植物蛋白作为乳化剂存在一些挑战，如结构刚性以及功能特性不如乳制品蛋白。由于植物蛋白在pH接近其等电点（pI，约为pH 5）时容易发生聚集，因此在酸性条件下容易出现乳滴聚结和分层现象。因此，研究蛋白质-多糖共轭物对于改善植物蛋白乳化体系的稳定性具有重要意义。

本研究旨在探讨使用豌豆蛋白-海藻酸盐共轭物和卵磷脂乳化橙油是否能够开发出具有稳定性和良好感官特性的植物基饮料。橙油因其广泛用于风味调配，且含有具有健康益处的植物化学物质（如抗炎和抗癌活性）而成为理想的选择。研究的第一个目标是利用未经纯化的共轭物和卵磷脂来制备模型橙味饮料，并评估其在不同存储条件下的物理特性，包括pH值、黏度、颜色、浊度、乳滴直径和ζ电位。这些特性将与使用PGA和GA制备的饮料进行比较。第二个目标是评估三种乳化剂制备的饮料的感官属性，包括外观、风味、甜度、酸度和整体接受度。

#### 材料与方法

##### 化学试剂

本研究中使用的材料包括豌豆蛋白（PPI）粉末，由Terrasoul Superfoods提供；丙二醇海藻酸盐（PGA）由Kimica Corp.提供，酯化度为87.9%；食品级橙精油由Viva Doria提供，纯度为100%；食品级阿拉伯胶（GA）和黄原胶由XPRS Nutra和Hznxolrc提供；食品级蔗糖由MP Biomedicals提供。所有其他食品级化学品均由Spectrum Chemicals提供。

##### 豌豆蛋白-海藻酸盐共轭物的制备

豌豆蛋白-海藻酸盐共轭物的制备方法参考了我们先前的研究（Jain & Zhong, 2024）。简要步骤如下：将20.0 g/L的PPI分散液在50 mmol/L磷酸钠缓冲液中制备，pH值调整至11.0，使用2.0 mol/L NaOH在室温下搅拌2小时。PGA则在去离子水中过夜水合。随后，将30.0 mL的PPI分散液与30.0 mL的PGA溶液混合，并调整至100 mL的总体积，保持pH为11.0。混合物在超声水浴中反应45分钟，反应温度为40 °C。反应过程中使用冰水维持水浴温度，同时使用2.0 mol/L NaOH维持样品pH值。反应完成后，将样品pH值调整至7.0，并在离心机中离心10分钟。离心后的上清液经冻干处理后得到共轭物粉末，其糖化程度为35.96%。

##### 模型饮料的制备

冻干后的共轭物粉末用于制备模型饮料。作为对照，使用PGA和GA作为乳化剂。一种简化的模型橙味饮料制备流程如补充图S1所示。水相由含有10.0 g/L乳化剂（共轭物、PGA或GA）、5.0 g/L黄原胶和1.0 g/L苯甲酸钠的混合物在8.0 mL去离子水中制备，存放在20 mL玻璃瓶中。混合物在室温下搅拌6小时后，在4 °C下过夜水合。对于共轭物处理组，水合后加入8.0 g/L卵磷脂，并搅拌30分钟。然后，将8.0 mL水相与2.0 mL橙油混合，并使用Cyclone I.Q.均质机在15,000 rpm下均质2分钟。粗乳化物在冰水浴中进一步均质，使用探针式超声仪进行1分钟的均质处理，振幅为60%。均质后的乳化物最终稀释至1.0 mL/L的橙油浓度，并加入100.0 g/L蔗糖、1.0 g/L苯甲酸钠和0.50 g/L柠檬酸。

##### 物理性质评估

饮料样品在4 °C和室温（RT）下储存30天，并在第10天、第20天和第30天进行物理性质的评估。具体包括pH值和黏度的测量，使用pH计和振动黏度计。颜色和浊度通过HunterLab MiniScan XE Plus色度计和2020wi便携式浊度计进行测量。乳滴尺寸分布使用激光衍射粒度分析仪测量，计算体积加权平均直径（D?,?）和乳滴尺寸分布系数（Span）。ζ电位则通过Zetasizer Nano-ZS90仪器测定。

##### 感官评估

根据已批准的伦理审查委员会（IRB）编号IRB-24-08280-XM，对制备好的模型饮料进行感官评估。从University of Tennessee Center for Sensory Science数据库中选取100名志愿者（32名男性，68名女性，年龄在21至70岁之间）。参与者被随机分配到不同的饮料样品，并在4 °C下接受20 mL的饮料。饮料样品装在透明塑料杯中，并用随机生成的三位数代码进行标记。参与者在9分喜好量表上对样品的外观、橙味、整体风味、香气、质地和整体接受度进行评分，其中1代表极度不喜欢，9代表极度喜欢。此外，还询问了参与者对甜味、酸味和质地的“刚好合适”（JAR）问题，并使用5分量表进行评分。JAR评分范围为1和2表示不够强，3表示刚好合适，4和5表示太强。参与者对每个样品进行独立评价后，按个人偏好进行排序。所有感官评估均遵循伦理准则，确保参与者的自愿性和保密性。

##### 统计分析

物理性质的统计分析基于三个独立的饮料样本，每个样本测量一次，使用单因素方差分析（ANOVA）和Tukey测试进行分析，采用SPSS 29.0软件。对于感官评估，每种模型饮料由100名评估者进行一次评价，使用RedJade软件进行数据收集和处理。P值小于0.05表示具有显著差异。

#### 结果与讨论

##### pH值和黏度的变化

模型饮料的pH值在3.10至3.20之间，且在4 °C储存期间保持稳定（P > 0.05）。然而，在室温储存时，使用PGA和GA的饮料pH值显著下降（P < 0.05），而使用共轭物的饮料pH值变化不显著（P > 0.05）。pH值的变化可能与不同的生化反应有关，尤其是在较高温度下，氧化反应速度加快。这些反应可能导致柑橘风味成分（如D-柠檬烯，占本研究中使用的橙油约95.13%）的降解，形成酸性副产物，如香叶酸和3,7-二甲基-7-羟基-2-辛烯酸，从而降低饮料的pH值。此外，温度升高会降低饮料的黏度，这一现象可以用Arrhenius方程等模型进行描述。在室温储存期间，所有饮料的黏度均显著降低（P < 0.05），这与pH值的变化趋势一致。

##### 外观和浊度稳定性

如图1A所示，所有三种模型饮料在制备当天均呈现浑浊状态。在4 °C储存30天后（图1B），浑浊度略有下降，尤其是使用GA的饮料。而在室温储存30天后（图1C），所有饮料的浑浊度均显著降低，但共轭物处理组的浑浊度下降程度较轻。没有观察到任何明显的乳滴聚结或沉淀现象。这一现象与定量浊度数据（表2）一致。乳滴尺寸的变化与浑浊度的降低有关，可能由大颗粒的沉淀或乳滴聚结引起。根据Stoke’s定律，黏度较低时乳滴的沉降速度更快，因此黏度的降低支持了浑浊度的下降。然而，这些变化不足以引起宏观的分层现象。未来的研究可以探索其他可溶性或不可溶性的膳食纤维，以维持饮料的外观、黏度和浊度。

##### 乳滴直径和ζ电位的变化

在制备当天，所有饮料的乳滴直径（D?,?）和乳滴尺寸分布系数（Span）相似（P > 0.05）。在4 °C储存30天后，使用PGA和共轭物的饮料乳滴直径保持稳定（P > 0.05），而使用GA的饮料在第30天时乳滴直径显著增加（P < 0.05）。在室温储存30天后，所有饮料的乳滴直径均显著增加（P < 0.05），但共轭物处理组的乳滴直径增加幅度较小。乳滴直径的增加伴随着Span值的减少，这表明乳滴尺寸分布逐渐变窄。这一现象可归因于Ostwald熟化，即小乳滴逐渐溶解，大乳滴逐渐生长。此外，共轭物处理组的ζ电位在整个储存期间均保持稳定（P > 0.05），而其他两种乳化剂的ζ电位略有变化。所有饮料的ζ电位均低于30 mV，表明静电排斥力不足以维持乳滴的稳定性，因此可能需要通过空间位阻效应来增强稳定性。未来的研究需要进一步验证这一假设。

##### 颜色变化

表5列出了饮料在不同储存温度下的L*、a*和b*值。在4 °C储存期间，使用PGA和共轭物的饮料L*值保持稳定（P > 0.05），但在室温储存时显著下降（P < 0.05）。相比之下，使用GA的饮料在两种储存条件下均表现出显著的L*值下降。L*值的降低可能与柑橘风味成分的分解和氧化有关，形成不期望的氧化产物，使饮料颜色变深或变暗。此外，a*值在所有三种饮料中均呈下降趋势，这与L*值的变化趋势相似。这一现象在草莓汁中也有所观察，高储存温度会加速a*值的下降，主要归因于类胡萝卜素色素的降解。对于橙油，类胡萝卜素存在于橙皮的外层，并在商业提取过程中溶解于精油中。这些类胡萝卜素的稳定性受到储存条件的影响，尤其是在高温下更易降解。相反，b*值在所有饮料中均呈上升趋势，可能由于柑橘风味成分的氧化，使颜色向更黄的方向转变。

##### 感官特性

所有三种饮料在关键感官属性上获得了相似的评分，包括外观、香气、橙味、甜度、酸度和整体接受度（表6）。评分范围在4.56至6.47之间，表明所有饮料均具有较高的接受度。然而，各饮料的JAR评分百分比存在差异（表7）。使用共轭物的饮料在大多数属性上获得了较高的JAR评分，而使用GA的饮料在所有属性上JAR评分最低。GA饮料中甜度、酸度和橙味评分较低，可能与其对芳香化合物的包裹能力有关，导致这些化合物在唾液中释放减少，从而被感官系统感知的程度降低。此外，GA与橙油风味成分之间的相互作用可能影响其释放和感知。由于GA的表面活性较低，需要较高浓度（≥120 g/L）才能稳定200 mL/L的橙油乳化体系。使用较低浓度（如10 g/L）的GA可能产生不均匀、黏度较低且稳定性较差的乳化体系，从而影响饮料的整体质地。通过JAR驱动的分析（表8），发现消费者对饮料的甜度、橙味和酸度有负面评价，这提示未来可以优化橙油、甜味剂和酸的配比，以提升感官品质。此外，橙油在室温储存30天后可能降解30 g/100 g，因此在这些饮料的货架寿命期间，需持续评估其感官特性。

#### 结论

本研究结果表明，使用豌豆蛋白-海藻酸盐共轭物和卵磷脂制备的橙油乳化体系在冷藏储存期间表现出良好的物理稳定性，保持乳滴尺寸、黏度和浊度的稳定性，与使用PGA和GA的饮料相当或更优。然而，在室温储存期间，所有三种饮料均表现出乳滴尺寸增加和黏度、浊度下降的趋势。使用共轭物的饮料在感官特性上与PGA和GA的饮料相似，显示出良好的接受度。这些发现表明，豌豆蛋白-海藻酸盐共轭物在酸性植物基饮料中具有应用潜力。未来研究可进一步优化配方，以提高感官特性，并探索长期储存过程中pH值、风味、香气、流变性和浊度的变化机制，从而推动共轭物作为风味油乳化剂的广泛应用。