高蛋白发酵甜品中蛋白来源与多糖结构剂对水固定及凝胶特性的影响

《Food Chemistry》：Influence of protein source and polysaccharide structuring agents on water immobilisation and gel properties of fermented high-protein desserts

　　

研究人员考察了蛋白来源与多糖结构剂对高蛋白甜品热行为、水固定及凝胶特性的影响。以乳清蛋白分离物(whey protein isolate, WPI)或酵母蛋白(yeast protein, YP)配制甜品，并在帚叉藻聚糖(furcellaran)存在下加入菊粉(inulin)或麦芽糊精(maltodextrin)，采用差示扫描量热法(differential scanning calorimetry, DSC)、流变测量、傅里叶变换红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy, FT-IR)及质构分析进行评价。乳清蛋白体系形成更具弹性且抗变形凝胶，水持有能力(water-holding capacity, WHC)为93.2–95.2%，屈服应变(yield strain)为4.35–4.53；酵母蛋白体系分别为65.2–73.8%与0.23–1.66。酵母蛋白体系可冻结水焓变为114–251 J/g，变异更大。菊粉降低水活度(water activity, aw)至0.938–0.940并促进更致密基质，麦芽糊精产生更软凝胶（硬度0.06–0.08 N）。总体而言，蛋白来源与多糖组成显著影响其水组织、热行为与凝胶特性。

研究背景方面，高蛋白食品开发越来越依赖蛋白-多糖体系设计，以调控水分布、质构与结构稳定性。亲水胶体可通过凝胶形成、水固定和黏弹性能量调节发挥作用；帚叉藻聚糖因可形成热可逆凝胶并参与稳定网络而受关注。同时，替代蛋白需求上升，酵母衍生蛋白具备高蛋白含量、均衡氨基酸组成，还可能带入β-葡聚糖和甘露糖蛋白等结构活性多糖，但相较乳清等常规蛋白，在胶体食品体系中研究仍有限。高蛋白甜品对水分布和网络组织敏感，而现有文献对酵母蛋白与乳清蛋白在帚叉藻聚糖甜品体系中水组织、热转变与黏弹性的直接比较不足。因此，研究人员在固定帚叉藻聚糖浓度这一共同结构基质下，比较乳清蛋白分离物与酵母蛋白，并考察菊粉与麦芽糊精的影响。

该研究发表在《Food Chemistry》。研究人员以乳清蛋白分离物(WPI)和酵母蛋白(YP)为蛋白来源，在帚叉藻聚糖体系中设置对照、菊粉、麦芽糊精三组，制备发酵高蛋白甜品模型体系，系统分析理化性质、热行为、流变与质构及分子相互作用，得出蛋白来源和多糖组成是调控水固定、热行为、黏弹性与质构的关键配方变量。

主要技术方法上，研究人员采用差示扫描量热法(DSC)分析冰熔融与基质热响应，用旋转流变仪通过振幅扫描与频率扫描评价线性黏弹区、储能模量(G′)、损耗模量(G″)与损耗角正切(tan δ)，用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)观察蛋白与多糖特征吸收及分子环境变化，用质构分析仪进行单循环穿刺获得硬度与黏附性，并以离心法测定水持有能力(WHC)；样本为实验室制备的六种甜品配方体系，无外部临床或人群队列来源。

研究结果部分，理化性质显示，含发酵果汁配方pH较低，乳清体系因蛋白缓冲能力更强而pH较高；水活度(a_w)在0.936–0.961之间，加菊粉或麦芽糊精并含发酵果汁的体系水活度更低。WHC方面，乳清体系WC与WI达93.2–95.2%，酵母体系为66.1–73.8%；WHC反映离心条件下持水能力，不等于凝胶刚度或黏弹性。热性能方面，DSC显示对照酵母样品VC冰熔融峰温6.90 °C、焓值251.03 J/g，说明存在较多弱结合散装水；加入菊粉或麦芽糊精后峰温下移、焓值降至约114–129 J/g，可冻结水比例降低。乳清体系整体冰熔融参数高于酵母体系，说明其可冻结水较多；高温区热转变受配方影响明显，但DSC不能区分单一分子作用贡献。流变性质方面，所有体系G′高于G″，属弱凝胶；乳清体系线性黏弹区更宽、屈服应变更高，VC的G′₀与1 Hz下G′最高，网络更具弹性；菊粉和麦芽糊精一般降低黏弹参数，酵母体系更明显，麦芽糊精体系tan δ更高，黏性贡献增强。质构性质方面，VC硬度最高，为1.22 N，可能源于酵母蛋白水合受限与较强聚集；菊粉和麦芽糊精降低硬度，麦芽糊精体系硬度仅0.06–0.08 N，因其分子量低、网络贡献弱并增加流动水；乳清体系WHC高但硬度低，说明持水能力与压缩硬度是不同属性。FT-IR方面，乳清样品可见帚叉藻聚糖硫酸酯基与糖苷键吸收及酰胺Ⅰ、酰胺Ⅱ带；菊粉样品出现果聚糖结构相关吸收，麦芽糊精样品出现淀粉水解物C–O与C–O–C振动；酵母样品谱带更宽、分辨率较低，提示基质更异质，并可见可能与β-葡聚糖相关的1053 cm^-1、965 cm^-1吸收，但干燥处理使原生水合结构不能完全代表。

讨论部分总结而言，蛋白来源决定网络连续性与水组织方式，乳清蛋白更易形成连续、富蛋白的弹性网络，酵母蛋白因商品化制备物可能含细胞壁成分而呈现更复杂异质矩阵；菊粉通过氢键与多糖结构促进较致密基质并降低水活度，麦芽糊精主要作为可溶性填充物削弱三维网络、增加连续相流动性。研究人员强调WHC、硬度、G′、a_w分别描述持水、大变形抗力、小变形黏弹性与水可用性，不能互相替代；FT-IR只能提供分子环境与特征基团变化的定性信息，不能直接证明特定氢键或蛋白-多糖键合。研究局限在于未评估长期储藏稳定性、微观结构、体外消化及真实食品环境表现，多糖体系与发酵果汁同时加入也意味着结果应作为配方水平差异解释。

结论部分译为：所得结果表明，帚叉藻聚糖基类胶体体系可形成具有不同理化和机械特性的高蛋白发酵甜品凝胶，具体取决于蛋白来源与多糖体系。乳清蛋白配方的水持有能力(WHC)为93.2–95.2%、屈服应变为4.35–4.53，均高于酵母蛋白配方的65.2–73.8%与0.23–1.66，显示其在持水与抗变形方面存在差异。菊粉和麦芽糊精的加入将水活度降至0.936–0.940，并显著改变凝胶的流变与质构响应；含麦芽糊精体系硬度最低，为0.06–0.08 N，而对照酵母蛋白配方硬度最高，为1.22 N。热行为同样因配方而异，冰熔融焓为114.20–251.03 J/g，热转变焓为370.00–1606.00 J/g。总之，蛋白来源与多糖组成是调控帚叉藻聚糖基高蛋白甜品水组织、热行为、黏弹性与质构的重要配方变量。该研究仅对模型配方进行理化和结构表征，未评估长期储藏稳定性、微观结构或体外消化，后续研究应补足这些方面以阐明蛋白-多糖相互作用与水组织机制。