一种可取代某些食物中乳制品和鸡蛋的植物性富含蛋白质乳化剂

诸平

Fig. 1 A side-by-side comparison of store brand mayonnaise (left) with the plant-based and nutrient-rich mayonnaise produced by NTU Singapore (right). Credit: Nanyang Technological University

Fig. 2 The NTU-invented plant-based emulsifier (pictured here) is rich in protein and antioxidants, and has the necessary properties to replace eggs or dairy in food staples such as mayonnaise, salad dressings, and whipped cream. Credit: Nanyang Technological University

Fig. 3 A cross-section view of brewers’ spent grain, a by-product of the beer-making industry, being broken down by a fungus, Rhizopus oligosporus, to unlock its rich protein potential. Credit: Nanyang Technological University

Fig. 4 (L-R) NTU PhD student Ms Chin Yi Ling from the Food Science and Technology (FST) programme, FST programme director Professor William Chen, and Research Fellow Dr Josh Chai, also from FST. 

据新加坡南洋理工大学（Nanyang Technological University, Singapore简称NTU Singapore）2021年12月22日报道，新加坡南洋理工大学(NTU Singapore)的一组科学家开发了一种植物性乳化剂，这种乳化剂不仅富含蛋白质和抗氧化剂，而且具有在蛋黄酱、沙拉酱和生奶油等主食中取代鸡蛋或奶制品的必要特性（A protein-rich, plant-based emulsifier that could replace dairy and eggs in certain foods）。相关研究结果于2021年12月22日已经在《食品化学：X》（Food Chemistry: X）杂志网站发表——Yi Ling Chin, Kong Fei Chai, Wei Ning Chen. Upcycling of brewers' spent grains via solid-state fermentation for the production of protein hydrolysates with antioxidant and techno-functional properties, Food Chemistry: X, Volume 13, 30 March 2022, 100184. DOI: 10.1016/j.fochx.2021.100184. https://doi.org/10.1016/j.fochx.2021.100184

乳化剂对食品生产（food production）至关重要，因为它们有助于稳定两种不容易混合的液体的组合，如油和水。例如，蛋黄常被用作蛋黄酱中的乳化剂，以确保它所含的油和水不会分离。

NTU制造的乳化剂也有助于减少食物浪费（food waste），因为它是通过发酵啤酒酿造者的废谷物制成的，废谷物是啤酒酿造工业的副产品(可以见相关视频)。据估计，全球每年大约有3900万吨这样的废弃谷物被扔进垃圾填埋场，在那里它们会分解并增加温室气体的排放。这项研究提出了一项有助于减少浪费的创新，反映了南洋理工大学减轻我们对环境影响的承诺，这是南洋理工大学通过其2025战略计划（NTU 2025 strategic plan）寻求解决的四个人类重大挑战之一。

为了生产乳化剂，酿酒师将用过的谷物进行发酵，然后再进行进一步的加工来提取蛋白质，这些蛋白质一旦干燥，就可以立即用于生产蛋黄酱等食品。与商店品牌的蛋黄酱相比，用NTU植物乳化剂生产的蛋黄酱含有更多的蛋白质和更多的必需氨基酸。脂肪和卡路里含量与典型的商店品牌的蛋黄酱相似，但NTU制作的蛋黄酱含有更多的营养和抗氧化剂。

用NTU植物乳化剂配制的蛋黄酱味道也和商店里买的蛋黄酱一样。一项由研究人员进行的实验室测试也表明，与现成的同类产品相比，NTU制作的蛋黄酱（mayonnaise）也表现出更好的质地和涂抹性。

南洋理工大学食品科学与技术(NTU's Food Science and Technology 简称NTU's FST)项目主任威廉·陈（William Chen）教授领导了这个项目，他说:“我们的植物性乳化剂是南洋理工大学的又一次胜利，因为我们正在寻找成功的方法，为那些否则就会被浪费的产品找到新的用途。每年，全球酿酒业产生大约3900万吨啤酒酿造者的废弃谷物，并将其送到垃圾填埋场。新成果将其作为一种潜在的人类食物来源进行升级利用，可以提高食品供应链中的加工效率，并有可能促进一种更健康的植物性蛋白质替代品来丰富饮食。” 

利用自然作为解决方案（Using nature as a solution）

南洋理工大学的研究人员说，目前，酿酒商的废弃谷物还没有广泛用于食品加工，这主要是因为从其中提取蛋白质很困难。由于这些蛋白质被“困”在其复杂的结构（complex structure）中，目前的商业过程，如使用化学物质或高温释放它们，成本高昂且复杂。

尽管啤酒厂用过的谷物还有其他用途，比如牛饲料和固体燃料，但NTU制造的乳化剂专注于人类营养方面，以及利用自然解决方案来增加其价值。南洋理工大学的研究小组发现，利用一种名为少孢根霉(Rhizopus oligosporus)的真菌，可以更便宜、更简单地挖掘啤酒酿造者用过的谷物的蛋白质潜力。这种真菌很容易获得，并用于豆豉(tempeh)的生产。豆豉是东南亚常见的一种黄豆发酵食品。

当混合物发酵时，少孢根霉真菌会分泌酶，分解废弃谷物的复杂分子结构，使其成为提取蛋白质和抗氧化剂的简单而经济的方法。

陈教授补充说:“我们的乳化剂不仅是一种有效的解决方案，不仅可以减少浪费，还可以通过引入广泛获取的植物性蛋白质来改善人类饮食。此外，我们的乳化剂可以让我们对潜在的废料进行升级利用。升级改造的环境效益是巨大的,除了减少废弃材料的体积和每年被送往垃圾填埋场的废物,它也减少了需要使用新的或原材料生产，这意味着减少空气污染、水污染、温室气体排放和全球资源的保护。”

南洋理工大学的团队将致力于优化他们的蛋白质提取方法，以提高其产量和质量。研究人员补充说，他们将在不同的食品产品中测试此乳化剂，如冰淇淋和豆浆，然后通过与食品和饮料合作伙伴的合作，探索扩大他们的乳化剂应用范围。由于此乳化剂的可扩散特性，研究小组还希望探索它在药物和化妆品方面的应用，如外用面霜、唇膏等产品。

上述介绍，仅供参考。欲了解更多信息，敬请注意浏览原文或者相关报道。

Grains: An overlooked source of sustainable protein for health

Highlights

• Brewers’ spent grains (BSG) were fermented by a food-grade fungi.

• Proteins and its hydrolysates were extracted using an ethanolic-alkali mixture.

• Fermented BSG protein hydrolysates showed better functional properties.

• The protein hydrolysates showed antioxidative and non-cytotoxic effects.

• Application of the protein hydrolysates as a plant-based emulsifier was promising.

Abstract

Brewers’ spent grains (BSG) were fermented with Rhizopus oligosporus and up to 15% of original protein was hydrolysed. Fermented BSG was then subjected to an ethanolic-alkali extraction and isolated fractions contained 61–66% protein. An evaluation of functional properties suggested that fermented extracts presented superior emulsifying abilities (15–34 m2/g of activity and 16–42 min of stability), foaming properties (16–30% capacity and 7–14% stability), and water/oil binding capacities (0.41 g/g and 0.24 g/g, respectively). They also showed significantly higher ABTS inhibition and stronger reducing power than unfermented ones, indicating that fermented BSG protein extract had greater antioxidant activities. No cytotoxic effect was detected in the range of 2–10 mg/mL. When applied in a mayonnaise formulation, fermented hydrolysates demonstrated better emulsion stability in terms of creaming, microstructure and viscosity. Thus, fermented BSG protein is a potential plant-based emulsifier for food, pharmaceutical and cosmetic applications.