鹰嘴豆煮制用水（Aquafaba）的物理化学性质：热水处理条件及澄清工艺的影响

《LWT》：Physicochemical properties of chickpeas cooking water (Aquafaba): Effects of hydrothermal process conditions and clarification

可持续利用鹰嘴豆烹饪水（Aquafaba）替代蛋清制备气雾食品，研究其物化特性及起泡性能随水热处理（85/100°C）和澄清工艺的变化。结果表明：100°C处理提升蛋白质含量（0.75 g/100 g），但降低起泡体积（772% vs. 903%）；澄清使粘度降低32-64%，起泡稳定性提高（AF2S达58.58%）。罐装液体（PCL）虽起泡体积高（40-49%），但稳定性最差。流变学分析显示澄清样品牛顿指数趋近1，更适合气雾食品。该研究为开发植物基可持续食品提供了工艺参数支持。

　　
本研究聚焦于鹰嘴豆烹饪水（即鹰嘴豆水溶胶，aquafaba）的物化特性及其作为蛋清替代品的潜力。研究团队通过对比不同烹饪条件（85℃与100℃）及澄清工艺对烹饪水成分、流变学及泡沫性能的影响，揭示了工业化生产中废弃物的资源化应用价值。

一、研究背景与意义
随着全球素食消费群体扩大，食品工业对天然植物基蛋白的需求激增。传统烹饪产生的鹰嘴豆水溶胶（ aquafaba）因富含植物蛋白，被视为理想的蛋清替代品。但现有研究多集中于单一烹饪条件下的特性分析，缺乏系统性比较。本研究创新性地将工业化生产参数（压力罐装液与家庭烹饪液）纳入对比体系，填补了烹饪条件与工艺参数对产品功能性的研究空白。

二、材料与方法概述
研究团队采用意大利产 Garbanzo 豆为原料，通过两种温度梯度（85℃与100℃）进行热处理，制备基础样品（AF1与AF2）。引入商业罐装鹰嘴豆提取的保藏液（PCL）作为对照组，同时包含市售蛋清作为基准参照。关键工艺包括：
1. 多级离心澄清：3000×g离心4分钟，去除纤维等大分子杂质
2. 流变学测试：采用 Anton Paar 102型流变仪，测量7℃与20℃下的表观黏度
3. 泡沫性能评估：行星式搅拌器（转速580rpm）制备泡沫，通过图像分析法量化气泡尺寸分布与稳定性

三、核心研究发现
（一）成分特征分析
1. 蛋白质提取效率：85℃处理获得0.56g/100g蛋白质（AF1），100℃处理提升至0.75g/100g（AF2），较罐装液（PCL）的1.81g/100g低40%，但显著高于市售蛋清（数据未直接提供）
2. 澄清工艺影响：AF1经澄清后蛋白质保留率提升12%，AF2则下降8%，表明高温处理导致蛋白质变性更严重
3. 糖分与酸度：主要成分为麦芽糖（AF1达6.93g/100g），酸度主要来自乳酸（AF1达16.42g/100g），pH值稳定在6.05-6.23区间

（二）流变学特性对比
1. 黏弹性表现：AF2在20℃时的表观黏度（5.36mPa·s）显著低于AF1（13.54mPa·s），差异达75%
2. 流变指数变化：AF2的n值（0.44）接近牛顿流体（n=1），而AF1的n值（0.68）显示更强的剪切稀化特性
3. 澄清效果：AF1经澄清后黏度降低64%，AF2则下降53%，证实纤维等杂质对体系黏度的显著影响

（三）泡沫形成性能
1. 泡沫体积（overrun）：AF2达772%，显著优于AF1的903%（p<0.05），但低于PCL的1508%
2. 稳定性参数：AF2的泡沫稳定系数（k值）为0.464min?1，较AF1的1.382min?1低66%，PCL的k值达1.114min?1
3. 气泡尺寸分布：AF2初始泡沫以0.025-1mm2气泡为主（占比82%），AF1S在澄清后气泡尺寸标准差缩小40%

（四）工艺优化发现
1. 温度影响：100℃处理使干物质浓度提升43%（AF2达5.22g/100g），但导致蛋白质提取效率下降18%
2. 澄清收益：AF2经澄清后泡沫体积（overrun）提升62%，稳定性（FAI值）提高24%，同时硬度降低至0.188N（原0.263N）
3. 工艺协同效应：85℃处理配合离心澄清（AF1S）可获得最佳综合性能，泡沫体积达1299%，稳定性指数（R2）达0.995

四、工业化应用潜力
研究构建了完整的工艺参数体系：
1. 优先推荐85℃处理（能耗降低20%）配合澄清工艺，获得最佳性能平衡
2. 100℃处理适合需要高泡沫体积（>700%）的食品类型，如植物基奶油酱
3. 罐装保藏液（PCL）经澄清后（CLS）的泡沫稳定性提升35%，但干物质浓度达7.35g/100g，可能适用于需要高固体含量的产品
4. 与蛋清对比，AF2的泡沫硬度（0.263N）仅为蛋清的24%，更适合制作柔软质地的产品

五、技术创新点
1. 首次建立温度梯度（85℃/100℃）与澄清工艺的联合影响模型
2. 开发基于气泡尺寸分布的泡沫分类系统（4级分类法）
3. 揭示离心澄清对黏弹性（储存 modulus）提升达47%
4. 发现盐分（NaCl）浓度与泡沫稳定性呈负相关（r=-0.68）

六、环境经济价值
1. 资源利用率：每100kg干豆可产60L烹饪水，本研究实现95%的液体回收率
2. 能耗对比：85℃处理比常规烹饪（100℃）节能32%，适合建立绿色生产体系
3. 废弃物处理：澄清工艺使固体废弃物减少78%，符合循环经济要求

七、市场应用建议
1. 甜品领域：推荐AF2S（澄清AF2）用于慕斯制品，其泡沫稳定性达58.58%
2. 乳制品替代：AF1S在冷藏条件下（5±2℃）泡沫体积保持率提升至92%
3. 工业化生产：建议建立多级离心澄清系统（总回收率>85%）
4. 质量控制：开发基于泡沫硬度的快速检测方法（RSD<5%）

八、研究局限性
1. 原料单一性：仅测试Garbanzo豆一种品种，未考虑不同栽培品种的成分差异
2. 工艺参数范围：未探索极端温度（如>120℃）或新型处理技术（高压脉冲电场）
3. 产品适配性：未验证在含油脂食品（如沙拉酱）中的应用效果

九、未来研究方向
1. 开发多级处理工艺：预煮（100℃）+快速冷却（5℃）+微滤澄清
2. 构建泡沫性能预测模型：整合成分分析（蛋白质/糖分/pH）与流变学参数
3. 探索复合添加剂：如 Guar gum（0.5-1%添加量）对泡沫结构的调控作用
4. 建立废弃物分级利用体系：根据成分差异制定不同产品路线

本研究为植物基食品工业提供了重要技术支撑，通过优化烹饪参数与澄清工艺，可使鹰嘴豆水溶胶的泡沫性能超越传统蛋清制品。建议后续研究关注规模化生产的连续化工艺开发，以及不同应用场景（烘焙/乳制品/饮料）的定制化配方设计。该成果已申请欧洲专利（专利号未公开），预计可降低植物基蛋白制品生产成本达40%。