提高牛乳热稳定性的研究进展

2020-01-17徐广新杨仁琴印伯星

中国乳业 2020年6期

文/徐广新胡潇杨仁琴周炜刘阳陈佳印伯星

（1 江苏省乳业生物工程技术研究中心；2 扬州市扬大康源乳业有限公司；3 扬州大学实验农牧场）

牛乳因含有丰富的活性蛋白、维生素、矿物质等，可作为母乳的替代品。牛乳在灌装前需要进行热处理，以使致病微生物失活，牛乳品质达到相应的产品卫生标准，确保食用安全性。但热处理过程会导致牛乳体系中的pH值降低，发生磷酸钙沉淀，美拉德反应以及风味变化、营养物质损失等不良变化[1]。本文就热处理对牛乳体系的影响进行综述，并综合分析提高牛乳热稳定性的措施，为乳制品加工及添加剂的研发提供理论基础。

1 热处理对牛乳成分的影响

（1）对脂肪的影响

热处理对脂肪的影响较小，但会造成脂肪球膜与热敏性蛋白化合物发生聚集反应，在高于100 ℃时发生美拉德反应，产生褐变。

（2）对蛋白质的影响

热处理会导致蛋白质中巯基基团的释放，增加了牛乳的抗氧化性能，并导致烹调味道的提升；且在热处理过程中，酪蛋白和乳球蛋白之间形成了一种复合物，导致乳制品成品中检测蛋白质含量的降低[2]。（3）对钙离子和磷酸盐的影响

热处理会导致牛乳体系中溶解相钙和磷酸盐逐渐向胶体相转变，游离钙离子含量减少，且热处理过度也会造成乳糖降解、产酸，最终造成牛乳pH值降低[3]；还会降低钙和磷酸盐在水相中的溶解度，而这些盐平衡的改变取决于热处理的强度。但无论加热温度高低，钙离子在第1分钟内都会急剧下降10%～15%，之后随着时间的推移浓度下降减缓[4]。此外，热沉淀磷酸钙不能保持天然胶束的完整性，从而有利于酪蛋白的解离。这些钙离子平衡变化可能会损害凝乳酶的凝固效果，并增加剪切面电位，从而促进胶束之间的相互作用和随后在高温处理期间的聚集[5]。

（4）对乳糖的影响

乳糖在100 ℃以上的温度长时间加热则产生乳酸、醋酸、甲酸等。离子平衡显著变化，此外也产生褐变，低于100 ℃短时间加热时，乳糖的化学性质基本没有变化[6]。

2 离子螯合剂的使用

添加剂通常用于克服牛乳在热处理过程中的不稳定性。较高的钙离子浓度是牛乳热稳定性偏低的主要原因，在热处理前加入能够降低钙活性的添加剂，可以提高牛乳的稳定性。磷酸盐对牛乳稳定性有显著影响，柠檬酸盐也有同样效果[7]。VC钠盐添加到牛乳中使其蛋白质稳定性下降，这可能是由于其造成牛乳中pH值和盐类的改变，从而导致牛乳的稳定性下降[8]。水牛乳在pH值6．60，磷酸氢二钠添加浓度为2 mmol/L的条件下具有较好的热稳定性；磷酸氢二钠对水牛乳的酒精稳定性影响最大，表现为酒精稳定性随着磷酸氢二钠浓度的增加而增加[9]。磷酸盐和柠檬酸盐的效率与其钙结合能力有关，其中柠檬酸三钠是最有效的稳定剂。在牛乳中，大多数钙离子在水相中与柠檬酸盐相连。在牛乳中柠檬酸盐的含量比羊乳中的含量高40%，分别为1 768 mg/L和1 037 mg/L[10]。

无论杀菌强度如何，添加柠檬酸盐的牛乳中钙离子浓度均高于添加磷酸盐的牛乳，这是由于柠檬酸盐通过结合胶态钙诱导pH值升高到8．08，增加了磷酰残基上离子基团的特性，使其接近于分散液的pH值[11]。当缓冲区容量较低时，胶态磷酸钙与磷酰残基相连，使钙增溶作用和电荷密度增加现象更为明显。柠檬酸盐还可以诱导高磷酸化的α-酪蛋白和β-酪蛋白的增溶，导致小颗粒数量的增加，这可能与胶束随着体积增大而解体有关，因此，在pH值6．70下增加黏度，并限制热聚集性。牛乳体系中磷酸盐似乎并没有取代胶体钙，这是因为胶体钙磷酸盐和磷酰残基的钙亲和力比添加磷酸盐的高。磷酸盐与游离钙结合，也可能在胶束上诱导磷酸钙沉淀，造成胶束电荷数减少，提高胶体相的不稳定性[12]。

3 调整牛乳中酪蛋白与乳清蛋白的比例

牛乳中单体蛋白质稳定性由强到弱分别为α-酪蛋白、β-乳清蛋白、血清白蛋白和乳铁蛋白[13]。酪蛋白和乳清蛋白（主要是乳球蛋白）之间的热诱导复合物是影响牛乳热稳定性的原因之一。因此，通过改变这两个蛋白质基团之间的摩尔比，可以提高牛乳体系的热稳定性。膜技术（微滤、超滤、纳滤）是改变蛋白质比例的最有效的方法之一[14]。不同保留液和渗透液的结合可以使牛乳的组成和蛋白质比例不同。增加酪蛋白与乳清蛋白的摩尔比，通过降低乳清蛋白含量或增加酪蛋白含量，可以提高牛乳的热稳定性。在摩尔比增加1．4 倍，pH值为6．60～6．70时，热稳定性可提高约6 ℃。当使用高摩尔比的样品在水中而不是牛乳渗透液（天然蛋白环境）中进行重组时，热稳定性甚至更高[15]。水稀释样品热稳定性的改善归因于乳清蛋白含量低和可溶性低分子量组分（如非蛋白氮）的稀释之间的联合作用，但不排除乳糖或矿物质成分与蛋白质之间复杂的相互作用的影响。

乳清蛋白（主要是乳球蛋白）的不稳定作用与其增加酪蛋白胶束疏水性的能力有关。蛋白质浓度对热诱导乳蛋白表面的疏水性及相互作用的影响至关重要。人们普遍认为，在牛乳热处理过程中，蛋白质之间的相互作用随着其浓度的增加而增加，造成胶束重新组织成更紧密的结构。事实上，牛乳在经过热处理过程中，热稳定性随着蛋白质浓度的降低而增加，且蛋白质结构的变化较小。