蛋白粉品质

近日，保健食品蛋白粉首张备案凭证、蛋白粉复配产品首张备案凭证相继发放。这是自2023年6月市场监管总局发布保健食品原料目录以来，以大豆分离蛋白、乳清蛋白为原料的产品获得的首批国产保健食品备案凭证。此次将植物蛋白和动物蛋白同时纳入保健食品原料目录，主要面向蛋白质缺乏免疫力低下人群，提升了保健食品人群使用的针对性，有效限制产品夸大宣传。此外，针对这两种蛋白类原料设定的技术要求，在严格遵守食品安全底线的同时，提高了其中的蛋白质含量指标，均达到了优质蛋白原料标准，确保为蛋白质缺乏的人群提供优质蛋白产品。2023年，市场监管总局密集出台多项保健食品相关新法规新政策，激发了产业创新发展活力。据了解，为推动保健食品原料目录制定工作，市场监管总局会同国家卫生健康委、国家中医药局发布的《保健食品原料目录 大豆分离蛋白》《保健食品原料目录 乳清蛋白》自2023年10月1日起施行。于是，也就出现了当前的以大豆分离蛋白、乳清蛋白为原料的产品获得首批国产保健食品备案凭证这一现象。若是具体到成分，乳清蛋白是从牛奶中分离出的氨基酸中浓缩而成的，氨基酸含量和比例高，备受运动营养界推崇，它也成了市场上抗阻训练补充剂的明星产品。这也使得“蛋白粉”至今都被默认为是乳清蛋白。和乳清蛋白是相比，大豆蛋白是植物蛋白和全草本提取物。两个原料目录的发布是市场监管总局对保健食品行业规范化的引领和支持，既为企业提供了更多的备案选择，也为行业创新发展注入了新的动力，突破了以往单一原料备案的模式，允许蛋白质与营养物质复配备案，为企业提供更广泛的研发空间，推动市场上的蛋白粉类保健食品品种变得更加丰富，消费者的选择也更为多元。市场监管总局表示，截至2023年11月底，我国具有国家标准的补充营养素类产品已基本纳入备案管理，有1500余家企业获得保健食品备案登录账号，备案企业已覆盖了国内31个省、自治区、直辖市和新疆生产建设兵团。获得了保健食品备案凭证的产品已达到17000余个，其中功能类产品3300余个，满足了消费者对维生素C、辅酶Q10类产品的需求，为消费者带来了更多质高价优的保健食品。

干乳粉的复水性是指干粉在加水后恢复成乳液的能力。‌复水性是衡量干制品品质的重要指标之一，特别是在衡量奶粉等干制品的质量时。复水性的好坏直接关系到奶粉在加水后能否恢复到接近原始牛奶的状态。奶粉的复水性对于保证其营养价值和口感至关重要，因为它直接影响到奶粉的实用性和消费者的接受度。‌ 蛋白质含量高且以酪蛋白为主的乳制品粉末例如浓缩乳蛋白（MPC）很难完全复水，即使经过长时间的复水。MPC包含广泛的产品类别，涵盖低、中、高蛋白粉末的复水特性尚未得到广泛研究。本研究采用综合实验方法，包括测量粒度分布随时间的变化，以及使用分析离心法测量沉降行为，以表征MPC粉末在一系列蛋白质浓度下（从成分接近脱脂奶粉的 MPC35到实际上为牛奶蛋白分离物的MPC90）的复水特性。 1. 材料和方法 1.1浓缩乳蛋白粉 1.2分散性：粒度分布 用粒度仪测量MPC悬浮液在复水化90分钟和24小时后的PSD。对于每个MPC样品，观察到一个小于1 um的峰，该峰被认为代表酪蛋白胶束，而第二个大于10 um的峰被认为代表初级粉末颗粒（喷雾干燥过程中由雾化液滴形成的非团聚颗粒）。 1.3 分散：沉降和沉降压缩 分析离心机（LUMiSizer ，L.U.M. GmbH）测量透射近红外光的强度，该强度是水平放置在光路上的细胞长度上时间和位置的函数，用于测量再水化90分钟和24小时的 MPC 悬浮液中的沉降行为。将悬浮液装入PA管（2 mm）。使用两个离心步骤进行测量，36g离心10分钟，然后168g离心10分钟。离心过程中温度保持在25℃。图中显示了离心10秒、5、10、15和20分钟后的谱线。首先绘制相边界（沉积物水相）随时间的运动，然后从池底位置（129 毫米，根据去离子水的沉降曲线确定）中减去稳态值，从而计算出沉降高度。 2. 结果与讨论——分散特性 在经过合理的复水时间后，高蛋白MPC中存在较大的不易分散的颗粒。复水90分钟后，MPC70、MPC80、MPC85 或 MPC90 中最多只有2%的颗粒由酪蛋白胶束组成（图1）。复水24小时后，酪蛋白胶束的比例增加，可能是因为它们从分散性较差的初级颗粒表面表层释放出来，而初级颗粒的比例同时下降（图1）。 图1. 在25℃的去离子水中复水90分钟（灰色条）或复水24小时（白色条）后，初级颗粒（上）和酪蛋白胶束（下）的体积（占总粒子总数的百分比）。 分析离心法用于获取有关MPC悬浮液的光学特性、初级粒子的沉降行为以及所得沉积物的可压缩性的信息。图2显示了低蛋白（MPC35）、中蛋白（MPC70）和高蛋白（MPC90） 粉末在复水90分钟后的三种代表性沉降曲线；这些蛋白质类别中的其他粉末表现出与所选 MPC 粉末非常相似的行为。根据粉末的不同，随着离心的进行，可以在样品池中识别出不同的区域：稳定分散体，即胶体悬浮液中的酪蛋白胶束；初级粒子，即最初向样品池底部集中的初级粉末颗粒，但随着时间的推移会沉淀；初始沉积物，即在低速离心过程中由初级粉末颗粒形成的沉积物；压缩沉积物，即由于离心速度增加而压缩而高度降低的沉积层。 图 2. 浓缩乳蛋白 MPC35（顶部）、MPC70（中间）和 MPC90（底部）在 25℃的去离子水中复水 90 分钟后的代表性沉降曲线，显示NIR光通过样品池的透射率随时间（1 = 10秒、2 = 5分钟、3 = 10分钟、4 = 20分钟）和样品池中的位置而变化。在样品以36g离心10分钟，然后以168g离心10分钟时捕获曲线。插图显示了一个示意图，解释了离心过程中样品池内形成的不同区域。虚线表示样品池底部的位置，从中可以计算出沉淀物的高度（如果存在）。 在MPC35中，样品以酪蛋白胶束为主，酪蛋白胶束在悬浮液中稳定且不会沉淀，因此透射率不会随时间发生变化。相反，MPC90，最初整个样品池中都存在初级粒子，这会导致10秒后透射率非常低；在离心过程中，这些粒子会形成沉淀物，导致样品池底部透射率低，而其他地方透射率高；然后，随着离心速度的提高，该沉淀物被压缩（产生更高的光密度和降低的沉淀物高度）。 复水90分钟后，MPC35没有发生任何沉淀，尽管其颗粒群中有45%以上由初级颗粒组成（图1）。相反，MPC70和MPC90中的初级颗粒在离心过程中形成了明显的沉淀层，其特征是在样品池底部形成一个光学致密区域（图2）。对于MPC70，在形成沉淀层之前，这种物质集中在靠近样品池底部的地方，而对于MPC90，它分散在样品池内的更大区域，导致透射读数远低于胶体稳定性区域。复水90分钟后，沉淀物高度随着蛋白质含量从MPC70到MPC90而增加（图3）。当施加更高的离心力时，这些样品形成的沉淀层会受到压缩，这种影响对于高蛋白粉末比的MPC70更明显（图3）。随着蛋白质含量的增加，观察到沉淀区域上方的透射值更低。 图 3. 浓缩乳蛋白（MPC）粉末经过90分钟的复水后在25 ℃下以36g离心10分钟（灰色条），然后再以168g离心10分钟（白色条）形成的沉淀物的高度。 值得注意的是所有样品在复水24小时后的沉降曲线均表明完全的悬浮稳定性，跟图2中的MPC35谱图类似，尽管悬浮液中仍残留有初级颗粒大小的物质。高蛋白 MPC 粉末的沉降行为强烈依赖于复水时间，初级颗粒在复水90分钟后沉降，但在复水24小时后不会沉降。 3. 结论 a、粉末的初始复水特性和悬浮稳定性随着蛋白含量的增加而降低。 b、经过长时间的复水后，所有的粉末都能完全悬浮。 c、LUMiSizer能区分不同粉末的复水特性和悬浮稳定性，也能做粒径检测。

“你们猜猜这是什么？”采访中，中国科学院成都生物研究所研究员李东从盒子里取出了一小袋咖啡色的粉末。 打开袋子，凑近，在袋口上方轻扇，一阵油枯香气扑鼻而来。“见过沼液没？一种有机废弃物经沼气发酵后的含氮废水，这个东西就是沼液‘变’的蛋白粉。”李东介绍，目前已经对其进行了灭菌处理和重金属检测评估，“如果要当蛋白粉吃，是没有问题的。” 这包蛋白粉正是李东关于沼液生产单细胞蛋白饲料研究项目的最新成果。近期，相关研究成果相继发表在了Appl Biochem Biotechnol、Poultry Science、Electronic Journal of Biotechnology期刊上，同时获得了中国发明专利授权。 与植物源蛋白相比，该技术生产出的蛋白饲料合成速率较快，无需日照和大量土地，成本低。更重要的是，生产过程中能有效利用废弃碳源从而减少碳排，在“双碳”背境下的今天，意义凸显。 变“废”为“宝”，有机废弃物资源化利用一直是李东的老本行。如今他致力于在碳“废”中做文章，积极开展多种碳中和技术的研发和推广。变“废”为“肥” 碳中和，即所排放的二氧化碳和吸收利用的二氧化碳达到平衡。为实现国家碳中和目标，不仅要有碳减排技术和碳零排技术，还需要有碳负排技术。“因为不能完全杜绝煤、石油等化石能源的使用，需要对其释放出的二氧化碳在量上进行一个‘抵消’。” 李东解释。 其中，生物能源属于碳零排范畴，指从生物质中得到的能源，只要有太阳，生物能源就会取之不尽。其通过绿色植物的光合作用将二氧化碳和水合成生物质，生物能在使用后又生成二氧化碳和水，形成一个物质的循环过程，所以从理论上看二氧化碳的净排放其实为零，生物能源也被视为可再生的清洁能源。 要实现负排放，那就要阻断循环。“简单来说，在这个循环过程中，如果我们不让这些生物质，例如农林废弃物、牲畜粪便等进行燃烧使用，那就不会再生成二氧化碳并排放到大气中去。”李东找到了另一种变“废”为宝的方法：有机废弃物腐殖化利用。 “做成含腐植酸有机肥，可以理解为一种作为肥料的‘煤’，因为它就封存于地下，很难再被分解。”李东介绍，还有一种是将有机废弃物经过热解炭化或者水热炭化，做成生物炭。“同样是封存在地下，是一种缓释肥。相较于普通肥料，它不会轻易受到降雨影响导致淋溶，从而造成资源的损失和面源的污染。” 他表示，这类腐植酸或生物炭基肥料可用于农业种植生产、土壤改良、生态复绿。“比如在一些荒坡或者废弃矿山，因为土壤没有有机质没法长东西，我们就可以把腐殖酸肥放进去，让荒地变沃土。”一举多得的碳负排技术 李东认为，有机废弃物腐殖化利用技术和生物炭肥的制备都是从面源上，将大气中的二氧化碳进行“固定”利用，达到负排放的目的。而针对大沼气工程、发电厂、燃煤电厂以及炼钢厂等点源碳排问题的解决，他提出了一种新的负排放技术——“POWER TO X”。 “ ‘POWER’ 指的是电，而‘X’可以指天然气（GAS）一类的碳基能源、化学品、材料、饲料甚至食品等。”李东举例，POWER TO GAS（可再生电转生物天然气）这项技术，指的就是先捕获工厂和沼气池产生的二氧化碳，利用可再生电水解制氢，再将氢气用于还原沼气中的二氧化碳，使二氧化碳变为甲烷，替代天然气使用。 在整个环节中，氢气承担了重要的角色。“我们要把二氧化碳生成我们需要的天然气、化学品等，是需要耗能的，而氢就是一种能量。”李东解释。 目前，电解水制氢技术已经相对成熟，只是还未形成安全的氢气输配管网和终端利用设施。“但我们的天然气管网相当完善，所以可以通过‘POWER TO GAS’技术，利用好氢气，生成天然气，这样使用和储存都更方便。” 李东表示，过程中电解水制氢技术的应用，也能解决“电”的储存问题。“电能储存能力有限，但发电又是恒定的，在用电低峰时就会造成资源的浪费。” 李东描绘了一个未来的应用场景：用电低峰时，某水电厂的电就被输送到大型生物天然气工程，经过电解水制氢，将要排放的二氧化碳还原为能够储存的天然气。用电高峰时，又能利用储罐里的天然气进行发电。 “整个过程，类似于水利工程中的蓄洪调峰。”李东提到，中共四川省委十一届十次全会明确了四川要做优做强清洁能源产业，推进水风光多能互补一体化发展，规模化开发利用天然气，有序开发多类型清洁能源，加快提升稳定保供、协同互补和自我调节的能力。“ ‘POWER TO GAS’这项技术的应用在能源的‘稳定保供、协调互补和自我调节’这方面将会尤为突出，还能解决目前氢气和电力运输或储存的问题，可谓是一举多得。”为空间站变“废”为食提供思路 针对“POWER TO GAS”技术的研究已经持续了五年，最新的系列成果于2021年1月，以研究生朱献濮为第一作者，李东为通讯作者发表在了学术期刊上。目前因为受限于电解水制氢的成本问题，李东及其团队做完“POWER TO GAS”技术经济性分析后，才会考虑进一步的商业化。 而“GAS”（天然气）只是“POWER TO X”中“X”的可能性之一，李东对这项技术的拓展和开发不止于此。“我们的社会是一个碳基社会，人们的吃、穿、住、用、行，乃至人类生命体均离不开碳。所以围绕这项技术理念和路线，我们还能转化出化学品、材料、饲料和食品等。” 李东展示出的特殊“蛋白粉”，正是该技术的又一体现。他解释，在这个沼液氨氮生产单细胞蛋白饲料研究项目中，摒弃了传统的硝化-反硝化的处理沼液的方式，将废弃的含有高浓度氨氮的沼液进行饲料化利用，构建“氨氮-蛋白氮”短流程氮循环。利用微生物把沼液氨氮和养分合成蛋白质，变成蛋白粉。 在“蛋白粉”生成过程中，同样可以利用沼气中的二氧化碳作为碳源，电解水制氢的氢作为能源。“POWER TO X”中的“X”，变成了“PROTEIN”（蛋白）。 李东介绍，这项技术在农业领域具有广阔的应用前景，因为生成的蛋白粉可用作饲料使用。“如果未来能够全面推广，不仅解决了沼气生物天然气产业瓶颈，在沼液资源化利用方面实现突破，对我国粮食安全也有重要的战略意义。” 此外，他还设想了一个应用场景：中国空间站。“在空间站内，太阳帆板一展开就有电，航天员们又呼出了二氧化碳，如果再有氢，尿液提供氮源，我们是否就能应用这项技术来实现航天员每天摄入的食物，也就是营养物的循环‘使用’？” 其实这一循环利用的理念已经在空间站实现，李东提到，空间站内航天员喝的水，有一部分就是经过尿和水循坏系统处理而来的。“因为物质是守恒的，我们要的就是提供物质不停的循环变化所需的能量。”