《Food Chemistry: X》：Commercial pea protein ingredients: a multiscale investigation of high-pressure homogenized emulsification and relation with physicochemical and interfacial properties
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本研究的背景是商业豌豆蛋白(PP)在食品乳剂中的应用多基于经验，缺乏足够的科学认识。为解决这一问题，研究人员对七种商用PP原料进行了高压均质(HPH)乳化研究，并揭示了乳液特性与均质后PP的物化及界面性质之间的关系。结果表明，HPH产生了尺寸和组成各异的PP上清液，进而导致了乳液中油滴界面吸附的差异。大部分乳液形成了非常小的油滴(1.1–2.7 μm)，但也有乳液形成了中等尺寸(5.8 μm)或大的油滴(>10 μm)。油滴尺寸与可溶相中的蛋白含量和尺寸高度相关，表明乳化主要由均质后可溶性蛋白质驱动。此外，小油滴尺寸并非抗絮凝和抗聚结稳定性的先决条件。这些结果为准确评估商用PP作为乳化剂提供了依据，有助于开发预测模型。
随着食品工业越来越多地寻求消费者友好且可持续的植物蛋白原料，豌豆(Pisum sativum L.)因其丰富的蛋白质含量、均衡的氨基酸组成、低致敏性和潜在的经济效益而备受关注。豌豆蛋白(Pea Protein, PP)具有多种重要的技术功能，尤其是在乳化方面，广泛应用于饮料、香肠、调味酱和汤类等食品中。尽管实验室纯化的蛋白质其乳化特性已被发现与溶解度和界面性质相关，但大规模工业生产得到的商业化PP原料（包括浓缩物和分离物）由于在严苛的提取、沉淀和喷雾干燥过程中会发生蛋白质变性、聚集和自组装，其结构和功能特性可能与实验室制备的粉末存在显著差异。以往的研究发现，对于商业PP原料，其乳化性能与其理化性质（如表面电荷、溶解度）及界面性质之间并不存在明确的相关性。这意味着基于实验室制备分离物建立的乳化稳定机理无法简单推广到商业蛋白原料。目前，关于商业PP原料作为乳化剂的应用知识仍然有限，这限制了其在食品工业中的高效、理性化应用。为了填补这一知识空白，Yuqi Zhang, ?smund Rinnan, Jacob J.K. Kirkensgaard, Milena Corredig, Vibeke Orlien 等研究人员在《Food Chemistry: X》上发表了一项系统研究。
研究人员采用的关键技术方法包括：1）材料成分分析（杜马斯燃烧法测蛋白含量，索氏提取法测脂质等）；2）样品与乳液制备（高压均质技术）；3）均质后PP悬浮液的性质表征（离心后上清液的蛋白浓度与粒径分析，动态界面张力及界面扩张流变学测定）；4）PP稳定乳液的多维度表征（共聚焦激光扫描显微镜成像、油滴粒径与稳定性指数测定、加速稳定性分析、流变学测定、Zeta电位测量、前表面荧光光谱和小角X射线散射分析）；5）以及统计分析（单因素方差分析和皮尔逊相关性分析等）。
结果部分：
1. 商用PP原料的组成
研究分析了七种商用PP原料（一种浓缩物PPC和六种分离物PPI）的基本组成、pH和天然悬浮液粒径。成分差异显著，例如PPC的蛋白含量较低(52.1%)而碳水化合物含量较高(31.3%)，而六种PPI的蛋白含量在76.9%至83.6%之间。原料的初始粒径(d4,3)差异巨大，从21.4 μm (PPC) 到高达114.6 μm (PPI4)。这表明不同供应商的原料经历了不同的加工历史，导致了不同大小和结构的蛋白质聚集体。
2. 不含油的PP悬浮液性质
研究评估了高压均质对蛋白质聚集体尺寸的影响。均质后，所有原料的悬浮液粒径显著减小。离心后得到的上清液粒径小于1 μm，但不同样品的蛋白溶解度差异明显，其中PPI1增加最多。界面张力动力学测量显示，PPI1和PPI2具有最快的初始吸附速率，而最终平衡界面张力则与可溶性蛋白质浓度呈强负相关。界面扩张流变学结果表明，所有PP上清液形成的界面膜均呈弹性主导的固体状特征，但弹性模量存在差异，PPC、PPI2、PPI3和PPI4具有较高的弹性模量。
3. 乳液性质
研究发现，不同PP原料制备的乳液油滴尺寸差异巨大。PPI1、PPI2和PPI5制备的乳液形成了最小的油滴(d4,3约1.1-1.3 μm)，而PPI6的乳液则因高度絮凝而形成了极大的油滴(>40 μm)。新鲜的油滴粒径与均质后上清液中的蛋白浓度和粒径呈现高度负相关和正相关，表明乳液的初始乳化能力主要由均质后产生的可溶性蛋白质部分驱动。
然而，油滴尺寸小并不等同于存储稳定性好。通过测定絮凝指数(FI)和聚结指数(CI)，研究人员揭示了不同的乳液失稳机制。PPI2和PPI5的乳液虽然初始油滴小，但在14天储存期间主要表现出絮凝增加；而PPI3的乳液则主要发生聚结。共聚焦显微镜图像直观地显示了这些差异。加速稳定性测试结果也证实了不同乳液的稳定性差异。
粘度测量显示，大部分乳液粘度较低，但含有大量絮凝大颗粒的PPI6乳液表现出明显的剪切稀变行为。Zeta电位测量表明，除了PPI6外，其他乳液的表面电荷在-42到-45 mV之间，具有较好的静电稳定性。
前表面荧光光谱结合平行因子分析用于探测蛋白质在油水界面的微环境。研究发现，尽管蛋白质吸附在疏水性界面，但大多数样品中色氨酸(Trp)残基所处的环境偏向亲水，这可能是由于加工导致蛋白质聚集，使得富含Trp的伴球蛋白延伸区暴露于水相所致。不同样品在乳脂相和血清相中亲/疏水Trp的得分比例差异，反映了其界面蛋白构象和相互作用的不同。
小角X射线散射分析了乳液在纳米尺度的结构变化。根据初始散射曲线及随储存时间的变化，乳液可分为三类：以PPI1、2、4、5为代表的“稳定组”，其散射曲线在14天内基本不变；PPI3和PPI6的乳液则表现出显著的结构演变，表明其界面膜不稳定，与高CI值相符；PPC乳液则显示出独特的初始纳米结构特征，并在储存期间消失，暗示了界面组成的变化。
结论与讨论
本研究通过多尺度分析，阐明了商用豌豆蛋白原料在高压均质乳化过程中的行为与机理。研究最重要的发现是，商用PP原料的乳化特性（初始油滴尺寸）主要由均质后产生的可溶性蛋白质组分的浓度和尺寸决定。然而，乳液的长期稳定性（抗絮凝和抗聚结）则是一个更为复杂的现象，它不仅取决于界面膜的力学性质（如弹性），还受到多种因素影响，包括界面上蛋白质的构象、聚集状态、相互作用（如疏水作用），以及原料中其他组分（如磷脂、碳水化合物）的潜在干扰。
研究根据新鲜乳液油滴尺寸和界面膜弹性，将七种原料的乳化行为分成了四组，并提出了相应的界面组成与稳定机制示意图。例如，PPI1和PPI5能形成小油滴，但界面膜横向相互作用较弱；PPI2和PPI4能形成强弹性的界面膜；PPC的界面膜由天然蛋白形成，具有高弹性；而PPI6则因大的刚性聚集体形成了较弱的界面。
这项工作为食品工业界选择和使用商用PP原料作为乳化剂提供了宝贵的科学依据。它表明，简单地测量原料的整体溶解度或粒径不足以预测其乳化性能，而评估均质后上清液（可溶部分）的界面性质和组成更为关键。该研究构建的框架和分析方法有助于开发预测模型，指导针对特定食品应用（如饮料、酱料）优化PP原料的加工工艺，最终推动可持续植物蛋白在食品体系中的高效应用。
