背景

植物蛋白因其來源可持續(xù)、純素飲食、高性價比和有益健康的優(yōu)勢，近幾年被越來越廣泛的使用。從可持續(xù)獲得的蛋白質(zhì)，性能與傳統(tǒng)乳化劑相比存在差異，隨著供應(yīng)量的增加，如何選擇正確的蛋白質(zhì)可能會成為研發(fā)新產(chǎn)品的瓶頸。

本文展示了TURBISCAN DNS在單次實驗中研究植物蛋白乳化和穩(wěn)定性的能力。

植物蛋白制劑

用植物蛋白部分代替或完全代替?zhèn)鹘y(tǒng)乳化劑非常復雜：蛋白質(zhì)的選擇（包括其來源）、可能含有的功能性、濃度等……其中必須考慮的三個參數(shù)：蛋白質(zhì)的溶解度、蛋白質(zhì)的乳化性和產(chǎn)品穩(wěn)定性。

目前有幾種方法可以表征蛋白的功能特性，但通常需要多種設(shè)備，多次繁瑣的實驗和樣品制備。TURBISCAN技術(shù)提供了一種完整的解決方案，只需一個設(shè)備就可以研究所有特性并快速做出決策。

本文中，將使用TURBISCAN DNS的功能，在線檢測兩種植物蛋白的溶解情況，乳化性和穩(wěn)定性將在單獨的應(yīng)用說明中介紹。

TURBISCAN：工作原理

TURBISCAN（穩(wěn)定性分析儀）技術(shù)，基于靜態(tài)多重光散射（SMLS）原理，向樣品發(fā)射880nm的光脈沖，檢測器沿樣品瓶垂直掃描，每20μm采集一次數(shù)據(jù)。系統(tǒng)持續(xù)記錄，因樣品的穩(wěn)定性變化而引起的，隨時間變化的背散射光和透射光強度變化。根據(jù)光散射理論，信號與粒子濃度 (φ) 和粒徑(d)變化直接相關(guān)。該技術(shù)可以在無損的前提下，直接測量顆粒濃度在10-4到95%（v/v）和粒徑在10nm到1000um間的樣品。

圖1. TURBISCAN檢測器（具有同步背散射光和透光雙檢測器）

TURBISCAN可以檢測物理穩(wěn)定性（團聚、乳化、沉淀、分層等）的變化，無需任何稀釋或外力，且遵循ISO TR13097，GB/T38431等相關(guān)標準。

TURBISCAN DNS有兩種模塊，可用于測量分散性和穩(wěn)定性：

T-MIX用于自動快速篩選配方和顆粒分散性研究，顆?？梢栽跇悠菲績?nèi)直接使用適配的攪拌棒分散，并自動化控制，且實現(xiàn)連續(xù)在線監(jiān)測。

T-LOOP是一款在線測量和放大/過程優(yōu)化的設(shè)備，內(nèi)置蠕動泵。產(chǎn)品從反應(yīng)器中泵入/流出樣品瓶，形成循環(huán)回路。

圖2. TURBICSCAN DNS T-LOOP模塊的特寫

如何使用TURBISCAN鑒別蛋白質(zhì)乳化性能

本文研究了兩種植物蛋白（豌豆和大豆）的乳化性和穩(wěn)定性。首先將30g/L的蛋白溶解到500ml的水中，pH=7，25℃，保持30min。加入20%（v/v）的葵花籽油，并通過Ultraturrax以13500rpm進行乳化3分鐘。為進行準確的乳化性能研究，通過TURBISCAN對乳化過程連續(xù)在線監(jiān)測。

通過TLOOP模塊，無需任何稀釋或取樣即可進行測量，從而在線研究液滴尺寸及其變化。

圖3. smls技術(shù)與t-loop模塊結(jié)合的說明

背散射光強值與粒徑大小直接相關(guān)，因此其隨時間的變化與蛋白質(zhì)乳化效率直接相關(guān)。在Ultraturrax乳化3分鐘后，停止樣品循環(huán)，并使用掃描模式檢測穩(wěn)定性5小時。在乳化后直接進行穩(wěn)定性測量，依然無需任何稀釋或樣品制備。

研究結(jié)果

乳化性-在線乳液液滴大小

下圖展示了根據(jù)背散射光確認的液滴尺寸（dSMLS）隨乳化時間的變化。和預期一致，液滴大小隨時間變小。高頻測量結(jié)果突出了乳化處理分鐘的重要性。最終的液滴大小接近，豌豆蛋白展示出了更快的尺寸縮減速度，因此其乳化性能更優(yōu)異。

圖4. 乳化3分鐘內(nèi)乳液粒徑的演變

乳化穩(wěn)定性-不穩(wěn)定性的鑒別

當乳化完成，將TURBISCAN設(shè)置為掃描模式，檢測乳液穩(wěn)定性。通過該掃描，在分鐘，兩種乳液就發(fā)生了液滴遷移（上浮）的現(xiàn)象。頂部有乳滴遷移，瓶底有未溶解的豌豆蛋白。

圖6. 豌豆蛋白失穩(wěn)曲線

穩(wěn)定性-快速穩(wěn)定性檢測

通過評估整體穩(wěn)定性，繪制隨時間變化的TURBISCAN動力學不穩(wěn)定指數(shù)（TSI）。TSI綜合反映了整個采樣高度范圍內(nèi)的所有變化（團聚，分層等），因此TSI越大，穩(wěn)定性越差。

圖7. 乳液整體動力不穩(wěn)定指數(shù)

大豆蛋白乳液比豌豆蛋白乳液更穩(wěn)定。經(jīng)過1小時后，受蛋白沉淀影響，豌豆蛋白乳液的不穩(wěn)定指數(shù)會增高。

蛋白質(zhì)乳化效果

下表總結(jié)了兩種蛋白質(zhì)的不同參數(shù)。

表1. 基于不同參數(shù)的乳液比較

在該配方和工藝中，相比于大豆蛋白，豌豆蛋白有更好的乳化性。最終的粒徑尺寸更小（23.5μm），達到最終液滴大小的時間（約1min）也遠快于大豆蛋白乳液。

然而，豌豆蛋白的溶解性較差會有沉淀產(chǎn)生，并對最終的穩(wěn)定性有較大的影響。因此，大豆蛋白的穩(wěn)定性更好（TSI更低）。

結(jié)論

TURBISCAN DNS技術(shù)可以在單個儀器中，跟蹤實驗的多個參數(shù)。DNS平臺提供了一種快速、省時的表征方法，用于選擇最合適的乳化劑替代品。

穩(wěn)定性分析儀（多重光散射儀）

Turbiscan 系列

TURBISCAN使用靜態(tài)多重光散射(SMLS)技術(shù)提供快速、客觀和可定量的穩(wěn)定性分析方法，在無損的前提下，快速分析樣品的穩(wěn)定性及其變化過程（分散/團聚/分層等變化）。