鹰嘴豆水（Aquafaba）替代蛋清对煎饼面糊和蛋白霜泡沫流变学及产品品质的影响：基于大振幅振荡剪切（LAOS）与Lissajous曲线的研究

《Food Science & Nutrition》：Investigation of the Effects of Aquafaba Used Egg Replacers on Pancake Batter and Meringue Foam Rheology and Products Properties

　　

本研究考察了添加鹰嘴豆水（aquafaba）作为蛋清替代物对煎饼（pancake）和蛋白霜（meringue）样品的流变学特性及某些品质特性（质构、颜色、扫描电子显微镜（SEM））的影响。研究人员将鹰嘴豆水按不同比例（50%、100%）替代蛋清加入煎饼和蛋白霜配方。煎饼和蛋白霜面糊样品的流变学特性采用大振幅振荡剪切（LAOS）分析参数（η′_L、η′_M、G′_L、G′_M、e₃、e₁、v₃、v₁）测定。Lissajous曲线显示，以鹰嘴豆水替代蛋清会降低应力值。样品结构受鹰嘴豆水影响；因此，耗散能量和储存能量降低。根据LAOS参数，煎饼和蛋白霜样品的非线性行为为应变硬化。从黏性角度看，煎饼和蛋白霜样品分别表现为剪切变稀和剪切增稠。研究发现，使用鹰嘴豆水使煎饼和蛋白霜样品的硬度值降低（p < 0.05）。根据SEM，随着替代比例增加，煎饼样品的孔隙率下降，蛋白霜样品呈现更明显的层状和易碎结构。

论文解读：

研究背景与目的：鸡蛋因起泡、凝胶、增稠、乳化和着色等功能特性广泛用于食品。但与鸡蛋消费相关的心血管疾病和鸡蛋过敏等健康风险，以及消费者对纯素和素食饮食偏好的增加，推动寻找鸡蛋替代来源。替代物需保持鸡蛋的感官和功能特性。已有植物蛋白、动物蛋白、小麦淀粉、水胶体、乳化剂、果蔬、油籽等被尝试。鹰嘴豆是重要植物蛋白源。Aquafaba（鹰嘴豆水）源自拉丁语“水”（aqua）和“豆”（faba），指豆类煮水或罐装豆液体。搅打后成白色泡沫，可作为新鲜液体或冻干粉。其含碳水化合物（主要是淀粉）、蛋白质、皂苷、纤维素、果胶、不溶性纤维和高溶解性纤维，具有起泡、乳化和增稠功能，已用于纯素蛋黄酱、曲奇、蛋白霜、海绵蛋糕、蛋糕、慕斯和燕麦基纯素酸奶等。蛋白霜组成简单，是研究蛋替代泡沫行为的理想模型；煎饼代表含淀粉颗粒、蛋白质和脂质的连续水相的复杂乳液/悬浮体系。现有流变表征多集中于线性黏弹区（LVR）的小应变振幅振荡剪切（SAOS），限制了初始应力响应评价。LAOS可更深入表征非线性区。据研究人员所知，尚无研究考察配方中使用aquafaba时煎饼和蛋白霜样品的非线性流变特性。Aquafaba是复杂混合物，蛋白质和皂苷形成界面膜，可溶性碳水化合物和多糖影响连续相，导致异质且应变依赖性结构，不能仅用线性参数表征。因此，研究人员用aquafaba替代蛋清制备蛋白霜和煎饼，考察其对泡沫/面糊流变和产品品质的影响，并为不消费鸡蛋者提供产品。

研究人员开展的研究、结论与意义：研究人员以不同比例（50%、100%）用aquafaba替代蛋清制备煎饼和蛋白霜，并分析aquafaba和蛋清的蛋白、总固形物、pH、起泡能力（FC）和泡沫稳定性（FS），面糊密度，非线性流变学，质构、颜色和扫描电子显微镜（SEM）。结论：aquafaba显著影响煎饼面糊和蛋白霜体系的非线性流变行为；随替代增加，储存和耗散能量降低，硬度降低，产品更软；含aquafaba样品初始充气更多、密度更低，但抗大变形和烘焙中保持空气能力低于蛋清。意义：aquafaba作为蛋清替代物具有与鸡蛋相似的功能特性，是合适且廉价的替代品，可用于蛋白霜和煎饼；并推动含aquafaba面糊和泡沫非线性流变表征研究。

关键技术方法（≤250字）：鹰嘴豆（Cicer arietinum L.，Ko?ba??型）购自当地市场（Arbel Legumes and Grains, Mersin, Turkey）。研究人员按Lafarga等的方法制备aquafaba，煎饼按Shih等修改方法，蛋白霜按Gisslen修改方法，均以50%、100%aquafaba替代蛋清。测定蛋白、总固形物、pH、FC和FS、面糊密度；用TA DHR-3流变仪、40 mm平行板、2 mm间隙，在25°C、0.01%–200%应变、1 Hz下进行LAOS，获得弹性模量、黏性模量、Chebyshev系数、动态黏度和Lissajous曲线；用TA-XT2i测质构，CM-400d测色，Apreo S扫描电子显微镜（SEM）观察微观结构；采用单因素方差分析（ANOVA）和Tukey检验，SPSS 20分析，独立生产批次n=3，每批技术重复3次。

研究结果：
3.1 aquafaba和蛋清结果
3.1.1 蛋白质含量、总固形物含量、pH：aquafaba蛋白17.42%干基和1.12%湿基，处于文献0.7–1.5 g/100 g范围；蛋清蛋白73.002%干基和9.24%湿基。aquafaba总固形物6.42%，蛋清12.69%。aquafaba pH 6.15±0.01，与文献相近；因接近等电点pH 4.6可提高FS，研究人员将pH调至约5后使用。结论：aquafaba组成受提取条件、鹰嘴豆品种和制备条件影响。
3.1.2 FC和FS：蛋清FC（781.66%）高于aquafaba（326.66%）；蛋清FS（97.22%）高于aquafaba（84.03%）。蛋白含量与FC关系强，aquafaba低蛋白可解释低FC。起泡能力受表面活性、表面张力、成膜性和气-液界面快速吸附影响。蛋清高白蛋白提供稳定泡沫；豆类白蛋白、皂苷与蛋白形成高分子复合物，可能增强起泡和乳化。文献aquafaba FC和FS差异与品种、组成和制备有关。

3.2 蛋白霜和煎饼面糊结果
3.2.1 密度：煎饼面糊密度1.049–1.123 g/mL，蛋白霜0.123–0.156 g/mL。最高密度为PC和MC。随aquafaba替代增加，密度下降，说明掺入空气更多、更轻。与文献一致。
3.2.2 流变学：
3.2.2.1 应变扫描确定非线性黏弹区：所有样品G′>G″，LVR内更偏弹性固体样。对照G′和G″最高。煎饼面糊呈典型Type I应变变稀行为；G′和G″约0–200和0–100 Pa。添加aquafaba使蛋白霜G′显著降低；G′约0–1600 Pa，G″约0–400 Pa；非线性约从0.5%–1%应变开始；aquafaba使G′–G″交叉点移向更低应变。蛋白霜G′远大于G″，为弱物理凝胶；随应变增加，G′下降、G″先升后降，为弱应变过冲Type III。aquafaba因水结合蛋白、水溶性碳水化合物和不溶性纤维（纤维素、果胶）及其相互作用形成弱水凝胶。
3.2.2.2 一般Lissajous曲线：Lissajous闭合环显示应力随应变增大。低应变线性区为小椭圆；高应变非线性区环旋转和形状改变，蛋白霜更明显。弹性投影（应力-应变）面积评估储存能量，黏性投影（应力-剪切速率）面积分析耗散能量。aquafaba替代降低煎饼和蛋白霜的耗散和储存能量，蛋白霜尤其M100明显。蛋白霜黏性投影随应变增加顺时针旋转，表示循环内剪切变稀，M100在更小应变发生。最低应力值出现在煎饼50%和蛋白霜100%替代。
3.2.2.3 从弹性和黏性角度评价Lissajous–Bowditch曲线：归一化曲线更易区分非线性。LVR由内/外环描述，非线性与LVR相反。纯椭圆和圆形表示LVR。P50和P100实验噪声导致波形结构。添加aquafaba和增大应变使应力环变宽，显示结构变化；宽环表示流动中能量消耗高、更黏性和不可逆结构破坏，蛋白霜M100在低应变更明显。偏离椭圆表示非线性。煎饼网络在振荡流中一方向拉伸再反向拉伸，产生应变硬化。黏性应力环随应变和aquafaba增加变窄，M100呈更窄椭圆和流体样行为。非线性从弹性角度更明显，弹性和黏性Lissajous互补。
3.2.2.4 弹性和黏性LAOS参数：G′₁和G″₁为第一谐波参数，描述LVR黏弹响应。G′_M为最小应变模量，G′_L为大应变模量；LVR中G′₁、G′_M、G′_L相等。η′_L和η′_M分别为最大和最小剪切速率动态黏度。G′_L/G′_M<1为应变软化，>1为应变硬化；η′_L/η′_M同理分别为剪切增稠和剪切变稀。煎饼在2%–10%应变为应变软化，随后至200%为应变硬化；G′_L/G′_M随应变增加而降低，200%时转为应变软化。η′_L/η′_M在线性区为1，2%后显示剪切变稀。蛋白霜非线性区显示应变硬化和剪切增稠，200%高应变时转为剪切变稀。Chebyshev分析中，e₃/e₁<0为应变软化，>0为应变硬化；v₃/v₁同理分别为剪切变稀和剪切增稠。煎饼e₃/e₁>0为应变硬化，v₃/v₁<0为剪切变稀，200%时弹性上应变软化；蛋白霜e₃/e₁和v₃/v₁分别显示应变硬化和剪切增稠，200%时转为剪切变稀。aquafaba蛋白含量和分子量低于蛋清，网络形成能力可能更低；皂苷降低表面张力但机械相互作用较弱，因此含aquafaba样品机械阻力较低。

3.3 蛋白霜和煎饼样品结果
3.3.1 质构：aquafaba替代及比例显著影响煎饼硬度（p<0.05）。无aquafaba煎饼最硬，100%aquafaba最软；弹簧性、内聚性、胶黏性、咀嚼性和弹性有相似趋势。密度降低使气泡增多、产品更软。植物基蛋替代物网络形成能力有限，削弱结构，降低弹簧性和咀嚼性。蛋白霜硬度和firmness随aquafaba增加而下降，与文献一致。蛋清蛋白对维持面糊结构关键，蛋清蛋白与植物蛋白可能界面竞争或结构不相容，比例影响协同或竞争。含aquafaba系统G′较低、储存和耗散能量降低，说明整体应力响应和抗大变形低。虽然所有煎饼呈应变硬化和剪切变稀、所有蛋白霜呈应变硬化和剪切增稠，但aquafaba降低响应幅度而不改变非线性类型。总体aquafaba促进更轻结构，但机械阻力低于蛋清。
3.3.2 颜色：煎饼L*亮度在瓤中随aquafaba增加而升高，在壳中降低；a*红度在50%aquafaba瓤和壳最高（p<0.05）。壳色差异可能源于Maillard反应和焦糖化，与aquafaba单糖和多糖有关。蛋白霜瓤和壳无差异，故粉碎均质后测色；L*、a*和b*随aquafaba替代增加显著降低（p<0.05）。
3.3.3 SEM：SEM显示煎饼孔隙率随aquafaba比例增加而下降；蛋白霜随aquafaba增加呈更层状和易碎结构，M100最易碎。低密度与更轻样品一致，但储存/耗散能量降低和质构参数下降说明抗机械变形低。SEM和截面照片显示，虽然初始充气良好，含aquafaba样品在烘焙中保持结构能力低于蛋清，抗压缩和断裂较弱；煎饼孔数减少，蛋白霜可见孔数下降。

讨论总结：讨论将密度降低与初始空气掺入增加、质构变软和流变响应降低相联系。aquafaba含可溶性蛋白、表面活性皂苷和多糖，显著影响非线性流变。Lissajous曲线表明弹性和黏性部分高度应变依赖。替代增加使储存和耗散能量降低。非线性区煎饼和蛋白霜应变硬化（e₃/e₁>0），煎饼剪切变稀（v₃/v₁<0），蛋白霜剪切增稠（v₃/v₁>0）。硬度降低使产品更软。密度下降提示初始充气多，但能量和G′降低表明抗大变形差；SEM和截面图像显示烘焙中保持空气较差。研究显示aquafaba作为蛋清替代物具有与鸡蛋相似功能特性，是合适且廉价替代品，可用于蛋白霜和煎饼；并贡献于含aquafaba面糊和泡沫非线性流变表征。未来研究应考察鹰嘴豆品种和基因型间蛋白、皂苷、淀粉和可溶性碳水含量变化是否影响aquafaba的LAOS行为和结构性能；LAOS还可用于纯素蛋黄酱和充气奶油等高剪切植物基食品，帮助开发更稳定无蛋配方；需进行感官评价、消费者接受度和货架期研究验证有前景配方。

研究结论翻译：本研究旨在将aquafaba作为食品配料使用而非作为废弃物处置，并评价aquafaba作为蛋清替代物对煎饼和蛋白霜样品的影响。研究人员制备了含纯植物性蛋替代物（aquafaba）的煎饼和蛋白霜样品，适合因鸡蛋过敏和纯素饮食偏好而不消费鸡蛋的人群。aquafaba的添加显著影响煎饼面糊和蛋白霜体系的非线性流变行为，这是由于其含有可溶性蛋白、表面活性皂苷和多糖。Lissajous曲线揭示，蛋白霜和煎饼面糊样品的弹性和黏性部分高度依赖应变。随着aquafaba替代增加，煎饼和蛋白霜样品的耗散能量和储存能量均降低。在非线性区，煎饼和蛋白霜样品根据弹性性质表现为应变硬化行为（e₃/e₁ > 0）。此外，在非线性区，煎饼和蛋白霜样品分别表现为剪切变稀行为（v₃/v₁ < 0）和剪切增稠行为（v₃/v₁ > 0）。随着aquafaba替代比例增加，硬度值降低，使煎饼和蛋白霜更软。总体而言，随aquafaba替代增加密度下降，表明煎饼面糊和蛋白霜泡沫初始掺入空气更多。然而，储存和耗散能量降低以及G′值较低表明，含aquafaba样品抗大变形能力较差。SEM和截面图像表明烘焙过程中掺入空气的保持效果较差。研究表明，使用aquafaba作为蛋清替代物可具有与鸡蛋相似的功能特性，是用于蛋白霜和煎饼样品的合适且廉价替代品。此外，该研究为含aquafaba制备的面糊和泡沫的非线性流变特性表征研究作出了新贡献。未来研究应考察鹰嘴豆品种和基因型之间蛋白、皂苷、淀粉和可溶性碳水化合物含量的变化，以及这是否影响aquafaba的LAOS行为和结构性能。此类研究可能提供与改善空气掺入、抗变形和加工中结构保持相关的组成特征信息。LAOS分析也可用于其他高剪切植物基食品，如纯素蛋黄酱和充气奶油，以帮助开发更稳定的无蛋配方。最后，需要进行感官评价、消费者接受度和货架期研究，以验证最有前景的煎饼和蛋白霜配方的实际应用。