鹰嘴豆罐头废水中提取物——水相物（Aquafaba）的组成与特性

摘要

水性豆汁（aquafaba）是罐装鹰嘴豆中的一种黏性液体，经剧烈搅拌后可产生相对稳定的白色泡沫。本研究的主要目标是利用核磁共振（NMR）、超滤、电泳和肽质量指纹图谱技术，鉴定水性豆汁中具有增稠/黏性作用的成分。

摘要

鹰嘴豆及其他豆类通常以罐头形式出售，包装在浓稠的溶液或盐水中。最近研究表明，这种溶液可形成稳定的泡沫和乳液，并具有增稠作用。随着互联网上的推广，人们提出该溶液（现被越来越多的群体称为“鹰嘴豆水”（aquafaba））可作为蛋类和乳蛋白的替代品，从而进一步提升了对该产品的关注。由于aquafaba是一个新兴产品，且主要由网络社群推动发展，目前对其成分和性质了解甚少。本研究从10种市售罐装鹰嘴豆产品中回收aquafaba，并分析了其成分、密度、黏度与起泡性之间的相关性。采用质子核磁共振（NMR）技术对aquafaba的组成进行表征，样品经不同分子量截留值（MWCO分别为3、10或50 kDa）的超滤膜过滤前后均进行了检测。同时提供了电泳及肽质量指纹图谱分析的实验方案。这些方法为揭示aquafaba功能特性相关的关键组分提供了重要信息。该研究结果将有助于建立标准化商业aquafaba产品的生产方法，并帮助消费者选择性能更优或品质稳定的产品。

引言

越来越多的植物基产品被开发出来，以模拟肉类、乳制品和鸡蛋的特性。豆类的功能特性在其当前的食品应用中至关重要，同时这些特性也在动物蛋白替代品的研发中得到广泛探索。例如，2015年乳制品替代品的销售额达到88亿美元，且该市场正在迅速增长，预计到2024年将增长至350.6亿美元。此外，植物基牛奶替代品需求的上升趋势，部分源于消费者对乳品生产中常见的胆固醇、抗生素和生长激素等健康问题的关注¹。同样，植物蛋白和胶体类蛋品替代物市场也在快速扩张，预计未来8年这些材料的复合年增长率将达到5.8%，到2026年销售额预计达15亿美元²。越来越多的消费者倾向于选择纯素蛋白来源、低致敏原饮食以及碳足迹更低的食品。由于豆类富含蛋白质、膳食纤维且饱和脂肪含量低，以扁豆、鹰嘴豆和蚕豆为基础的产品需求持续增长³。此外，豆类还含有具有潜在有益生物活性的植物化学物质⁴。

商业实体、科学家以及个人在传达鹰嘴豆基蛋类和乳制品替代品的质量特性方面采取了不同的方法。Gugger 等.⁵ 利用高淀粉谷物（包括小豆和鹰嘴豆）制备出一种类似牛奶的产品。在其所述方法中，研究者试图证明其产品与"aquafaba"⁶

方案

从鹰嘴豆中分离水性豆液

1. 从当地杂货店购买鹰嘴豆罐头，并使用手动开罐器打开。
2. 将罐头从 A 到 J 进行标记。
3. 使用不锈钢网筛将鹰嘴豆与豆汁（aquafaba）分离，并分别称量分离后的鹰嘴豆和豆汁。

获取鹰嘴豆和豆液的代表性样品用于化学分析。

4. 沥干水后，随机选取十颗鹰嘴豆以测定其水分含量。
5. 将选好的鹰嘴豆放入干燥罐中，在干燥烘箱中于100 ± 2 °C下加热16–18小时。
6. 干燥后，将鹰嘴豆研磨成粉末以供进一步使用（例如 蛋白质和碳含量分析）。
7. 将各来源的鹰嘴豆液和鹰嘴豆泡沫在-20 °C下冷冻，然后在冷冻干燥机中干燥。干燥后的鹰嘴豆液将用于氮和碳含量的测定。

蛋清水解物的功能特性

8. 使用2号贝壳杯在25 °C下测定蛋清水的黏度。
   1. 将贝壳杯浸入蛋清水中。
   2. 记录杯子排空所需的时间¹¹。当杯子从蛋清水中提起时启动计时器，当从杯子流出的液流中断时停止计时。
   3. 通过随杯附带的黏度-排空时间关系图表确定蛋清水的黏度。
9. 起泡....

结果

每罐鹰嘴豆均贴有标签，标明罐装过程中添加的成分。成分包括水、鹰嘴豆、盐和乙二胺四乙酸二钠（EDTA）。此外，有两罐标注“可能含有氯化钙”。观察到三种不同的内衬颜色：白色、透明黄色和金属色（表1）。

.......

品牌编号	盐	乙二胺四乙酸二钠	氯化钙	罐内涂层
A	+	–	–	白色
B	+	–	–	白色

讨论

本研究发现，来自不同商业来源的鹰嘴豆水（aquafaba）所产生的泡沫在性质（泡沫体积和稳定性）和化学组成上均存在差异。鹰嘴豆水的黏度与其水分含量之间存在正相关关系。然而，泡沫体积的增加（V_f100）与这些参数无关。盐和乙二胺四乙酸二钠等添加剂可能会抑制黏度和泡沫稳定性，因为含这些添加剂的罐装鹰嘴豆所得鹰嘴豆水黏度较低，且产生的泡沫稳定性较差。该结果与 Behera et al.（2014）²² 的报道不同，后者指出盐的存在会减少胶束泡沫体积，但能减缓泡沫破裂速率。与罐装过程中添加盐的鹰嘴豆所得鹰嘴豆水相比，烹饪时额外加盐的样品所获得的鹰嘴豆水具有更高的水分含量和更低的碳含量。在烹饪鹰嘴豆前添加盐可能限制了淀粉和蛋白质的溶胀²³。

通过膜过滤分离蛋白质，随后进行SDS-PAGE及肽质量指纹图谱分析表明，洋豆汁中的蛋白质主要为已知的耐热可溶性亲水蛋白。令人意外的是，还检测到胰蛋白酶消化片段，提示该材料可能受到壳球孢菌枯病（ascochyta blig.......

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
冷冻干燥机
压塞托盘干燥器	Labconco Inc.	7948040
混合器
不锈钢手动搅拌器	Loblaws	PC2200MR
黏度测定
2号壳杯	Norcross Corp.
颜色测定
Colorflex HunterLab 分光光度计	Hunter Associates Laboratory Inc.
蛋白质和碳含量测定
元素分析仪	LECO Corp.	CN628
NMR 波谱法
Spectrafuge 24D	Labnet International Inc.
注射器滤器	VWR International	CA28145-497	25 mm，带 0.45 µm PTFE 膜
重水	Cambridge Isotope Laboratories Inc.	7789-20-0
3-(三甲基硅基)丙酸-2,2,3,3-d4 钠盐	Sigma-Aldrich	169913-1G
Bruker Avance 500 MHz NMR 波谱仪	Bruker BioSpin
TopSpin 3.2 软件	Bruker BioSpin GmbH
电泳
再生纤维素膜	Millipore Corp.		3、10、50 kDa（MWCO）
离心过滤装置	Millipore Corp.
台式离心机	Allegra X-22R, Beckman Coulter Canada Inc.
Mixer Mill MM 300 珠磨机	F. Kurt Retsch GmbH & Co. KG
Eppendorf 离心机 5417C	Eppendorf
磷酸盐缓冲液，pH 7.4	Sigma-Aldrich	P3813-10PAK
Tris-HCl 缓冲液，pH 7.4	Sigma-Aldrich	T6789-10PAK
PageRuler 预染蛋白质分子量标准	Fisher Scientific
Mini-Protein Tetra Cell 系统	BioRad
肽质量指纹图谱
Thermo-Savant SpeedVac	BioSurplus		离心真空浓缩仪
胰蛋白酶缓冲液			20 µL 胰蛋白酶溶于 1 mM 盐酸和 200 mM NH4HCO3
碘乙酰胺	Sigma-Aldrich	I1149-5 g
三氟乙酸	Fluka	BB360P050
乙腈	Fisher Scientific	L14734
甲酸	Sigma-Aldrich	33015-500mL
质谱小瓶	Agilent Technologies Canada Ltd.
Agilent 6550 iFunnel 四极杆飞行时间质谱仪	Agilent Technologies Canada Ltd.		Agilent 1260 系列液相色谱仪和 Agilent Chip Cube LC-MS 接口
HPLC-Chip II：G4240-62030 Polaris-HR-Chip_3C18			360 nL 富集柱和 75 µm × 150 mm 分析柱，均填充 Polaris C18-A，180Å，3 µm 固定相。
Agilent MassHunter 定性分析软件	Agilent Technologies Canada Ltd.
SpectrumMill 数据提取器	Agilent Technologies Canada Ltd.