《食品工业科技》Science and Technology of Food Industry1998. No. 2蛋 白 饮 料 稳 定 性 初 探张淑茹(济南大学食品系,济南250001)程闰达(山东烟台开发区康达食品技术咨询中心,烟台264006)摘 要 初步研究了浓度、 粒子大小、pH值、 电解质和微生物对植物蛋白饮料稳定性影响的机理,从而进一步阐明了提高植物蛋白饮料稳定性的理论依据和采取的对策关键词 植物蛋白饮料 稳定性1 前言植物蛋白饮料是以植物的种子如大豆、 花生、杏仁等为主要原料制成的液体饮料 蛋白饮料因其不含胆固醇,含丰富的蛋白质、 必需氨基酸、 维生素和不饱和脂肪酸,更易人体吸收,具有保健功能等特点而倍受人们青睐 但是在植物蛋白饮料生产和贮藏过程中分离沉淀,酸败变质的质量问题时有发生,提高植物蛋白饮料的稳定性是保证植物蛋白饮料质量的一个主要问题影响植物蛋白饮料稳定性的主要因素是浓度、粒子大小、pH值、 电解质、 微生物、 工艺条件、 环境温度2 浓度对稳定性的影响浓度对植物蛋白饮料的稳定性有影响 植物蛋白饮料是以水为分散介质,以植物蛋白为主要分散相的复杂的分散体系,呈乳状液态,属胶体物系研究范围。
胶体稳定性的基本理论认为,其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 当胶体的浓度较大,分散相粒子间的距离很近时,其范德华引力为:5A= -Π2n2Βa 12H(1)式中: n——每立方厘米的分子数;Β——引力常数;a——粒子的球半径;H——粒子球面间的距离由式(1)可以看出,在特定的植物蛋白饮料里,引力常数 Β和粒子的球半径a为常量,每立方厘米的蛋白质粒子数越多,则粒子间的距离越小,范德华引力也就越大蛋白质分子具有两性电解质性质 在一定的蛋白质胶体溶液中,蛋白质分子发生解离,变成带一定电荷的粒子带电粒子表面附近有许多离子,其中与蛋白质粒子表面电荷相反的离子较多,与表面电荷相同的离子较少 这些离子以双电层的形态达到某种平衡 两个相同电荷的带电粒子之间的双电层斥力为:5R=64noBT K2Πare- KH(2)式中: no——离子浓度;B——鲍特兹曼(Boltzmann)常数;T——绝对温度;K——双电层的厚度;a——质点半径;r——表面张力,其单位以mΣ?m2表示;e——质点数;H——粒子球面间的距离。
当两个胶体粒子互相接近时,若距离H小于粒子半径a,双电层开始重叠,呈现出较大的斥力,有助于保持蛋白质胶体溶液的稳定范德华引力与双电层斥力之和,便是决定蛋白质胶体溶液稳定性的总位能即:5T=5A+5R(3)在某一液体浓度下,当分散介质粒子的斥力位能 5R大于引力位能 5A的绝对值时,胶体溶液是稳定的当 5R小于 5A的绝对值时,胶体溶液不稳定,蛋白质粒子彼此接近,发生凝集,出现絮状物或沉淀植物蛋白饮料的浓度,是决定范德华引力和·91·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该值可根据上式(1)和式(2)计算得出,并经过实际测定与实验进行验证和调整3 粒子大小对稳定性的影响植物种子里的蛋白质主要成分是清蛋白(白蛋白)、 球蛋白、 谷蛋白和醇溶蛋白,除清蛋白外后三种单纯蛋白质均不溶于水 植物蛋白饮料不是真溶液,属于胶体物系中的一种胶体物系的运动性质是:胶体粒子的运动是以分子运动论为基础的由于其粒子较大,在地心引力的作用下,容易沉降根据斯托克斯法则,每一粒子所受向下重力应等于沉降介质的浮力与摩擦阻力之和,即:4 3Πr3Θ1g=4 3Πr3Θ2g+ 6ΠrΓu(4)式中: r——粒子半径;Γ——介质粘度;Θ1——粒子密度;Θ2——介质密度;g——重力加速度;u——沉降速度。
该公式适合粒子直径大于012Λm的情况粒子直径小于012Λm时,便在溶液中产生布朗运动,具备了稳定溶液的性质由(4)式可知,对于特定的植物蛋白饮料,粒子密度为常量;介质粘度和介质密度一般变化不大,可以近似地视为常量这样,粒子半径便是决定沉降速度的唯一变量 也就是说,某种植物蛋白饮料,在其一定的粘度和密度下,粒子直径越大,沉降速度也就越大 一般我们见到的植物蛋白饮料发生的非酸败沉淀分层现象,大多数是由于植物蛋白的粒子直径较大,导致了沉降速度较大,破坏了乳状液的平衡而造成的4 pH值对稳定性的影响溶液的pH值对蛋白质的水化作用有显著的影响在等电点pH值时,整个蛋白质分子呈电中性,水化作用最弱,蛋白质的溶解度最小 当溶液的pH值偏离蛋白质等电点pH值越远,蛋白质分子的水化作用越强,则溶液越稳定蛋白质分子具有两性电解质性质,分子表面有许多解离基如氨基、 羟基、 胍基、 咪唑基和硫氨基等,蛋白质在酸性溶液中(pH值低于等电点pH值时),离解为复杂的正离子;在碱性溶液中(pH值高于等电点pH值时),离解成复杂的负离子;在等电点pH值时蛋白质以两性离子存在溶液pH值的改变,导致蛋白质多肽链中某些基团的解离程度发生变化,溶液pH值较蛋白质等电点pH值相差较大,蛋白质分子中某些基团的离子化程度越高,蛋白质分子表面带有的电荷就越高。
蛋白质分子的带电,增加了水化层的厚度带电越高,水化作用越强,溶液就更稳定不同的植物蛋白质,其等电点各不相同就是同种植物蛋白质,也会因结构与环境的不同,其等电点也有差异植物蛋白质的等电点多数是在pH值4～6之间,如大豆蛋白质的等电点在pH415左右,有的甚至接近pH7为了提高植物蛋白质分子的水化能力,必须促进蛋白质的解离,才能保证植物蛋白饮料的稳定 因此植物蛋白饮料在不影响口感和风味的前提下,应使其pH值远离该植物蛋白的等电点5 电解质对稳定性的影响乳状液中的电解质影响植物蛋白饮料的稳定性 植物蛋白质主要成份有球蛋白、 谷蛋白、 醇溶蛋白和白蛋白,前三种蛋白不溶于水,但都能溶于稀碱或稀酸,属于盐溶性蛋白质植物蛋白质在氯化钠、 氯化钾等一价盐溶液中的溶解度大,而在氯化钙、 硫酸镁等二价金属盐溶液中的溶解度则较小这是因为钙、 镁离子使离子态的蛋白质粒子之间通过桥联作用而形成较大的胶团,从而增加了沉淀的趋势,降低了植物蛋白质的溶解度当溶液中同时存在钠、 钾等一价离子和钙、 镁等二价离子时,虽然钠、 钾等一价离子能够减弱二价离子对植物蛋白质的凝聚沉淀作用,但钠、 钾等一价离子与蛋白质负极性基的结合很不稳定,逐渐地植物蛋白质粒子与钙、 镁等二价离子生成的沉淀越来越多,最终使植物蛋白饮料的稳定性被破坏。
在实际生产过程中,要特别注意钙、 镁等二价金属离子和其它多价电解质对植物蛋白饮料稳定性的影响,防止因电解质引起的蛋白质凝聚沉淀现象 从稳定性来分析,在植物蛋白饮料中强化钙、 锌等盐类是不科学的,对产品质量是不利的6 微生物对稳定性的影响植物蛋白饮料被微生物分解而沉淀破坏,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微生物有细菌、 酵母、 霉菌对蛋白质分解特别强的细菌有芽孢菌属、 假单孢菌属、 变形杆菌属、 梭状芽孢杆菌属等 这些细菌在菌体细胞自溶后,能分泌胞外蛋白酶,继续分解·02·蛋白质蛋白质分解菌在无糖类碳源存在的情况下,照样能在以蛋白质为主体的食品上良好生长大多数酵母对蛋白质分解能力极为微弱,它们有利用有机酸的能力 若植物蛋白饮料中有多糖存在或有机酸较多时,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都有分解蛋白质,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,其中主要有青霉属、 曲霉属、 毛霉属等当有大量糖类时,更能促进蛋白酶和脂肪酶的生长,加速饮料的变质微生物的生存繁殖是需要条件的 首先是基质的条件 植物蛋白饮料本身就是优良的微生物培养基。
植物蛋白饮料的水分含量一般在90%以上,其中绝大部分是游离水,非常适合微生物的生长代谢活动另外,大部分植物蛋白饮料的pH值在7左右,适合绝大多数细菌的生长植物蛋白饮料的腐败现象,经常见到的是一些腐败菌在生长初期,由于糖类被分解而不断产酸,引起pH值下降;接着蛋白质被细菌分解,又出现pH值的上升饮料中影响渗透压的物质,主要是食盐和食糖一般植物蛋白饮料含盐量和含糖量不很高,因此渗透压较低,适合大多数微生物的生长繁殖其次,在适宜的植物蛋白饮料基质条件下,微生物能否生长繁殖,还取决于容器和外界的环境条件,如温度、 湿度以及有无氧气存在等 各类微生物生长的最适温度,在25℃ ～30℃之间在此温度范围,各种微生物都有可能引起植物蛋白饮料腐败变质尤其是饮料中的耐热细菌,如嗜热脂肪芽孢杆菌、 嗜热解糖梭状芽孢杆菌、 致黑梭状芽孢杆菌等如果杀菌不充分,有上述细菌残留,在适当的温度下,极可能生长繁殖,引起饮料变质 若容器封闭不严,即使充分杀菌,也会有微生物侵入,在适当的温度下大量繁殖,使饮料变质植物蛋白饮料的包装方式,分常压和真空两种形式 随着容器内气体的多少,氧气含量的高低,都可能有与之相适应的微生物生长繁殖。
植物蛋白饮料处于有氧的环境中,霉菌、 酵母菌和细菌都有可能引起腐败变质;在缺氧的环境中,引起变质的有厌氧性的梭状芽孢菌属和拟杆菌属的细菌,酵母类有假丝酵母属和啤酒酵母等要杜绝由微生物引起的植物蛋白饮料的沉淀变质现象,就必须在原料的运输、 贮藏、 以及生产加工的各个环节都要加强卫生管理;尽可能实现生产的连续化、 密闭化和自动化,使植物蛋白饮料达到其质量卫生标准的要求,以保障消费者的健康参考文献1 天津轻工业学院,无锡轻工业学院 1 食品生物化学 1 轻工业出版社2 天津轻工业学院,无锡轻工业学院 1 食品微生物学 1 轻工业出版社3 天津大学物理化学教研室 1 物理化学 1 高等教育出版社4 (瑞典)费尔伯格编,王果庭等译 1 食品乳状液.轻工业出版社5 (日本)渡边笃,周奇文等译 1 新蛋白食品知识.中国食品出版社·12·。