在過去幾年中，植物蛋白的使用逐漸擴大，并提供了許多優勢：可持續的來源、素食替代品、具有成本效益和健康益處。與傳統乳化劑相比，從可持續來源獲取的蛋白質性能不同，并且隨著供應量的增加，在新產品開發中選擇合適的蛋白質可能成為瓶頸。本文展示了TURBISCAN DNS技術在單個實驗中研究植物蛋白乳化和穩定性能的能力。

使用植物蛋白質進行配方制備，將傳統乳化劑部分或完全替換為植物蛋白質可能非常復雜：需要考慮蛋白質的選擇（包括其來源）、可能的功能化以及濃度...必須考慮三個參數：蛋白質溶解性、蛋白質乳化性和穩定性。

有幾種方法可以表征蛋白質的功能特性，但通常需要多臺儀器、多個繁瑣的實驗和樣品制備。TURBISCAN技術提供了一種完整的解決方案，只需一個設備就能研究所有這些特性，并做出快速決策。

在本文中，將使用TURBISCAN DNS功能在線測試兩種植物蛋白的溶解性。乳化和穩定性特性將在另一個應用中進行介紹。

TURBISCAN：工作原理

TURBISCAN技術基于靜態多重光散射(SMLS)，沿高度向樣品發送光脈沖(880納米)。讀取頭沿分析單元垂直移動掃描樣品，每隔20 μ m采集數據。隨著時間的推移進行測量，并記錄由于樣品不穩定性引起的背向散射和透射水平的變化。根據Mie理論，該信號與顆粒濃度(φ)和尺寸(d)的演變直接相關。顆粒濃度為10^-4 ~ 95% (v/v)，粒徑為10nm ~ 1mm的樣品均可按原樣測量。

圖1. 所示 TURBISCAN檢測器

該儀器能夠監測物理穩定性的變化 (聚結，分層，沉淀，相分離等) 沒有任何稀釋或任何外力，遵循ISO TR13097準則。

TURBISCAN DNS是由分散性和穩定性2個模塊組成: T-mix用于自動快速配方篩選和顆粒分散性研究，攪拌棒直接適配在測量單元內。

使用集成蠕動泵進行在線測量和放大/過程優化的回路。將制劑從反應器泵入和泵出測量單元，產生循環回路。

圖2. TURBISCAN DNS，重點是T-LOOP模塊

使用TURBISCAN測試植物蛋白效率嗎?

研究了兩種植物性蛋白 (豌豆和大豆蛋白) 的乳化和穩定特性。首先，在pH = 7、25 °C下在30分鐘內將30g/L蛋白質溶解于500毫升水中。加入葵花籽油 (20%/v)，并通過勻漿機在13500rpm下進行乳化3分鐘。在乳化過程期間，以高頻率 (每0.1秒) 記錄乳液背向散射光強值以用于準確的乳化研究。

由TLOOP測量時，無需任何稀釋或取樣，用于在線研究液滴大小。

圖3. 說明SMLS技術與T-LOOP模塊

背向散射光強值與粒徑直接相關，其隨時間的變化直接關系到蛋白質的乳化效率。勻漿作用3分鐘后，停止樣品循環，使用掃描模式監測穩定性5小時。穩定性在乳化后直接測量，仍然沒有任何稀釋或樣品制備。

結果

乳化性質-在線乳液液滴尺寸

下圖顯示了平均液滴尺寸 (dSMLS) 的演變，由背向散射曲線確定，作為乳化時間的函數。

圖4. 乳化過程中3 min內乳液粒徑的變化

如預期的那樣，液滴尺寸隨時間而減小。高頻測量突出了乳液處理的分鐘的重要性。最終的液滴大小相似，豌豆蛋白顯示出更快的減少，因此具有更有效的乳化特性。

乳液穩定性-不穩定因素的識別

一旦乳化完成，將TURBISCAN設置在掃描模式以監測乳液穩定性 (下圖)。從該掃描并且在分鐘，檢測到兩種乳液的液滴迀移 (乳化)。在乳狀液遷移的頂部，在瓶底檢測到未溶解的豌豆蛋白的沉淀。

圖5. 大豆蛋白乳液不穩定圖譜

圖6. 豌豆蛋白乳液不穩定圖譜

穩定性能-快速穩定性測量

為了評估乳劑的整體穩定性，隨時間繪制TURBISCAN穩定性指數(TSI)。TSI總結了整個樣本整體高度下的所有變化。TSI越高，穩定性越差。

圖7. 整體乳劑不穩定動力學曲線

起初，大豆乳劑的穩定性比豌豆乳劑發展得更快。然而，在1小時后，由于沉淀，豌豆乳液的總體不穩定性增加。

蛋白質乳化效率

下表總結了兩種蛋白質穩定性的不同參數。

表1. 基于不同參數的乳劑比較

在此工藝和配方中，豌豆蛋白比大豆蛋白具有更好的乳化性能。實際上，最終的顆粒尺寸更小(23.5μm)，達到最終液滴大小比大豆蛋白快得多(約1min)。

然而，豌豆蛋白的溶解性較差，導致沉淀，對最終的穩定性結果有很大影響。因此，大豆蛋白具有更好的穩定性(較低的TSI)。

結論

TURBISCAN DNS能夠在單個儀器中跟蹤單個實驗中的多個參數。DNS配方平臺提供了一種快速、省時的表征方法來選擇最合適的乳化劑替代品。