乳清蛋白磷脂浓缩物即溶饮料体系的功能性、流变学与感官特性研究

《JOURNAL OF FOOD SCIENCE》：Functional, Rheological, and Sensory Properties of a Whey Protein Phospholipid Concentrate-Based Ready-to-Mix Beverage System

　　

乳清蛋白磷脂浓缩物（WPPC）是在乳清蛋白分离物（WPI）生产过程中获得的一种未被充分利用的乳制品副产物，含有乳清蛋白和源自乳脂肪球膜（MFGM）的磷脂，包括与磷脂结合的胆碱。这些成分赋予其功能益处；然而，关于它们在即溶（RTM）体系中理化性质和感官表现的数据仍然有限。研究人员利用一种含70.3%蛋白质、17.6%脂肪和3.22 mg胆碱/g的WPPC粉末，配制了一种基于WPPC的RTM饮料。所开发的RTM粉末在用2%牛奶复溶后，每100 g制备好的饮料可提供10 g蛋白质。研究人员评估了复溶粉末的功能性、理化性质、流变学和感官特性，并与一种复溶的商业化WPI基RTM粉末进行了比较。在pH 4.5、7.0和天然（未缓冲）（6.35至6.51）条件下，测定了持水力、热稳定性、表观乳化行为、表观分散性、沉降性、粒径和zeta电位。在pH 7.0条件下评估了流变学特性。采用9点享乐标度（n = 100）评估了消费者喜好度。WPPC RTM表现出pH依赖性的功能性，与pH 4.5相比，在天然（未缓冲）和中性pH条件下具有更高的热稳定性、表观分散性和更低的沉降性（p < 0.05）。尽管WPPC RTM的持水力和粘度低于商业化WPI RTM，但观察到稳定的流动行为。商业化WPI饮料在总体喜好度、香气、风味、余味和颜色方面获得了更高的喜好度评分，并具有更高的购买意愿（P < 0.05），而外观和质地无显著差异。总体而言，研究结果证明了将WPPC纳入RTM蛋白饮料配方的可行性。

论文解读：乳清蛋白磷脂浓缩物即溶饮料体系的功能性、流变学与感官特性

一、研究背景与目的

随着消费者对高蛋白和功能性饮品需求的持续增长，乳清蛋白因其高营养价值和优良的功能特性而被广泛应用于即溶（RTM）蛋白粉产品中。乳清蛋白磷脂浓缩物（WPPC）是在生产乳清蛋白分离物（WPI）过程中产生的一种副产物，富含乳清蛋白和源自乳脂肪球膜（MFGM）的磷脂（如磷脂酰胆碱），是一种兼具功能性与营养潜力的独特乳品原料。然而，WPPC目前仍主要用于动物饲料，其在完整饮料配方中的性能尚未得到全面表征。现有研究表明，WPPC的溶解度、热稳定性和乳化行为呈现pH依赖性，但与商业化WPI饮料进行直接对比的物理化学测量和感官评价研究仍然有限。因此，本研究旨在开发一种基于WPPC的RTM饮料粉末，系统评估其在不同pH条件下的功能性、理化性质、流变学特性和感官属性，并与商业化的WPI基RTM饮料进行比较，为WPPC在蛋白饮料中的应用提供配方相关的见解，并促进这一未被充分利用的乳制品副产物的增值利用。

二、研究方法概述

研究人员使用由Hilmar Ingredients提供的WPPC粉末，在美国威斯康星大学麦迪逊分校乳品研究中心（CDR）配制了WPPC基RTM饮料配方。功能性测试（持水力、热稳定性、乳化活性指数/乳化稳定性指数、表观溶解度和沉降性）、粒径和zeta电位分析均在三种pH条件（4.5、7.0和天然未缓冲pH 6.35-6.51）下进行，样品为RTM粉末的水分散液。流变学评估在pH 7.0条件下进行。微观结构通过光学显微镜观察。消费者感官评价招募了100名未经培训的消费者，采用9点享乐标度评估外观、质地、风味、余味、颜色、香气和总体喜好度，并使用5点量表评估购买意愿。

三、研究结果

1. 持水力（WHC）： 对于WPPC和WPI两种RTM粉末，pH均显著影响WHC。在pH 4.5时观察到最低的WHC值，而在pH 7.0和天然pH下WHC较高。WPI RTM粉末的WHC高于WPPC RTM粉末，这可能归因于WPI更高的蛋白纯度和更低的脂质含量，有利于形成更连续的蛋白质网络来截留水分。而WPPC中存在的磷脂和残余脂肪可能部分破坏了蛋白质间的相互作用，导致凝胶结构较不紧密，保水性降低。

2. 热稳定性（HSI）： WPPC RTM的热稳定性受pH显著影响。在pH 4.5时热稳定性最低，随着pH升高至天然和pH 7.0，热稳定性逐渐增强。在中性和天然pH下，WPPC RTM表现出较高的热稳定性，表明体系在这些条件下基本能够抵抗热诱导沉淀。相比之下，WPI RTM在pH 7.0和天然pH下也表现出高稳定性，仅在pH 4.5时显著降低。

3. 乳化活性指数（EAI）与乳化稳定性指数（ESI）： WPPC RTM的EAI在三个pH条件下无显著差异，而WPI RTM在pH 4.5时的EAI显著低于其他两个pH条件。对于ESI，WPPC RTM在pH 7.0时显著高于pH 4.5和天然pH，表明在中性条件下乳化稳定性更好。WPI RTM在天然pH和pH 7.0下的ESI高于酸性条件。总体上，WPI系统的ESI数值高于WPPC系统。

4. 表观溶解度： WPPC RTM的表观溶解度受pH显著影响，在pH 4.5时最低，在pH 7.0和天然pH下显著增高。WPI RTM也表现出类似的pH依赖性趋势，但在每个pH条件下，WPI的溶解度均高于WPPC，这可能是由于WPPC中含有残余脂肪和MFGM片段，影响了蛋白质-水相互作用。

5. 沉降性： 对于两种体系，pH均强烈影响沉降行为。最高的沉降发生在pH 4.5，而pH 7.0和天然pH下的沉降显著较低。在pH 4.5时，WPPC RTM的沉降率略高于WPI RTM。但在中性和天然pH下，两种体系的沉降均大幅减少，表明WPPC饮料在近中性pH条件下可以有效控制沉降。

6. 粒径与Zeta电位： 粒径分析显示，两种体系在pH 4.5时颗粒尺寸最大，表明发生聚集；在天然和pH 7.0条件下，平均粒径较小，分散稳定性改善。Zeta电位测量表明，在pH 4.5时两种体系电位较低，静电排斥减弱，促进了聚集；而在天然和pH 7.0条件下，Zeta电位更负，增强了静电稳定性，限制了颗粒聚集。

7. 微观结构： 显微镜观察发现，两种体系在pH 4.5时均呈现出更多异质性的微观结构，含有更大、更不规则的聚集体。在pH 7.0时，样品显示出更均匀的小颗粒分布。WPPC分散体中含有许多较大的球形颗粒，可能对应蛋白包裹的脂质区域，而WPI分散体则更为均匀。

8. 流变学特性： 两种体系均表现出剪切稀化行为（流动行为指数n < 1），符合幂律模型。WPI系统具有更高的稠度系数（K = 89.04 Pa·sⁿ），表明流动阻力更大；而WPPC系统的K值较低（26.45 Pa·sⁿ），但表现出更强的剪切稀化响应（n = 0.23），这可能有助于饮料在饮用时获得理想的顺滑口感。

9. 感官评价： 消费者感官测试结果显示，商业化WPI饮料在总体喜好度、香气、风味、余味和颜色方面获得了显著更高的评分，并且具有更高的购买意愿（P < 0.05）。然而，两种饮料在外观和质地方面无显著差异。虽然WPI饮料在多个感官属性上得分更高，但差异幅度（约0.4至1.0分）属于中等水平。值得注意的是，两种饮料的配方组成不同（如脂肪、糖和盐含量），因此感官差异不能单独归因于蛋白来源。

四、讨论与结论

本研究证实了将WPPC纳入RTM饮料配方的可行性。WPPC表现出与乳清衍生原料一致的pH依赖性功能行为，在中性和天然未缓冲条件下功能性更优。尽管WPPC RTM粉末的持水力和溶解度低于商业化WPI RTM粉末，但其保持了足够的热稳定性、乳化功能和适用于饮料应用的剪切稀化流动行为。感官评价表明，商业化WPI饮料在多项喜好度指标上获得更高分数，而外观和质地无显著差异。本研究存在一些局限性，包括功能性测量在水分散液而非最终奶基饮料中进行，以及两种饮料配方在成分上不完全匹配。总体而言，研究结果支持WPPC作为一种增值乳制品副产物在RTM饮料系统中的潜在应用价值。未来需要进行配方成分匹配的研究和多批次生产验证，以进一步明确WPPC对饮料功能和消费者接受度的具体贡献。