热处理与非热处理对牛乳中活性物质影响的研究进展

仲秋冬，邵舒彦，胡 静，陈晓霞，沈梦琪，王 猛，龄 南

南京卫岗乳业有限公司产品研发中心，江苏南京 210095

0 引言

生牛乳经过热处理与非热处理后，保质期得到延长，产品的销售半径扩大，产品的安全性得以提高。热处理在食品行业中应用广泛，主要包括巴氏杀菌和超高温瞬时杀菌（UHT），但热处理的同时也会使活性物质受到一定程度影响。非热处理包括超高压技术（Ultra-high Pressure Processing，UHP）和超高压微射流均质技术（High-pressure Microfluidization Technology，HPM），可以在非热条件下对生牛乳进行处理，抑制其腐败，保证其新鲜及安全，在食品工业中具有一定的潜力。此外，牛乳中的活性物质（乳清蛋白、β-Lg和α-La等）对热处理方式较敏感，因此热敏性指标可以在一定程度上体现乳品加工强度和品质，但牛乳热敏性指标的评价体系需要进一步的补充与完善。本文通过对牛乳的热加工条件、牛乳在受热情况下的理化变化，牛乳的非热加工处理后的理化变化以及相应的热敏感成分的变化进行综述，以期供同业参考。

1 牛乳中生物活性物质及其功能

1.1 乳果糖

乳果糖又被称为乳酮糖、半乳糖苷果糖，乳果糖含有一分子的半乳糖和一分子的果糖。自然界中不存在乳果糖，乳果糖是在热处理的过程中，牛乳在酪蛋白的游离氨基的催化下发生碱基异构化而形成的一种合成双糖。乳果糖和乳糖互为同分异构体。因为乳果糖的热敏感性较好，因此利用乳果糖作为评估液态乳热处理效应指标，对建立乳品质量评价体系和解决我国的复原乳问题具有一定的意义[1]。

1.2 糠氨酸

热处理过度会导致乳糖结构改变、蛋白质变性、活性物质（α-乳白蛋白、β-乳球蛋白、乳铁蛋白、乳过氧化物酶等）失活，甚至通过美拉德反应产生糠氨酸、糖基化终产物、糠醛类化合物等有害物质，这些有害物质使得乳品的营养和风味发生了改变，也影响了产品的终品质[2]。因此糠氨酸可用于鉴定巴氏杀菌乳中是否添加复原乳。

1.3 β-乳球蛋白和α-乳白蛋白

β-乳球蛋白（β-lactoglobulin，β-Lg）和α-乳白蛋白（α-lactoalbumin，α-La）是牛乳清蛋白的重要组成成分。β-Lg通常与疏水性配体（脂肪酸或维生素）等结合，参与向肠细胞输送脂肪酸的活动[3]。关于白藜芦醇功能特性改善的研究指出，在巴氏杀菌条件下，β-Lg对白藜芦醇热损伤引起的化学变化具有保护作用，并且具有一定的抗氧化性[4]。作为一种色氨酸含量丰富的乳清蛋白，α-La具有抗氧化作用，并且在一定程度上可以改善癫痫，α-乳白蛋白在牛乳和人乳中的含量不同，因此α-乳白蛋白被使用在婴儿配方食品中，以保证婴儿的生长及发育[5，6]。

1.4 乳铁蛋白

作为牛乳中重要的生物活性物质之一，乳铁蛋白（Lactoferrin，Lf）是一种多功能乳活性蛋白，可与铁离子结合。Lf于1939 年首次被发现，在牛初乳中含量丰富，其功能特性包括抗菌消炎，与免疫球蛋白（Ig）发挥协同作用参与局部免疫[7]。Soboleva等[8]在7 头不同品种的奶牛中首次分离到Lf，并证实其具备蛋白酶、过氧化物酶以及磷酸酶等催化活性。

1.5 乳过氧化物酶

乳过氧化物酶（Lactoperoxidase，LPO）是牛乳抗菌系统中含量最高的基础酶之一，LPO可以催化多种微生物的灭活，因其广谱抗菌性而对免疫系统具有一定的保护作用，在延长乳制品保质期方面具有应用前景[9，10]。Zeynep等[11]和 Nakano 等[12]试验发现，LPO和Lf协同作用，对白念珠菌细胞活性和菌丝形态的抗菌活性协同作用比单作用组效果更加显著。

1.6 免疫球蛋白

常见免疫球蛋白（Ig）包括IgG、IgD、IgA、IgM及IgE 5 种。作为牛乳中主要的抗菌蛋白，Ig在免疫防御机制中不可缺少[13，14]。研究指出，Lf和Ig的水平高低直接影响奶牛对乳腺炎致病菌的敏感性，同时影响牛乳质量和保质期[15]。

2 热处理与非热处理对牛乳中生物活性物质的影响

2.1 热处理技术

牛乳进行热处理的主要目的是为了杀灭微生物和灭活酶，热处理的有效性受到时间-温度的杀菌组合、使用的加热方式和牛乳的预处理条件的影响[16~19]。热处理方式包括巴氏杀菌和UHT杀菌。

巴氏杀菌对牛乳中各类营养和活性物质具有不同程度的影响。酪蛋白受温度影响较大，酪蛋白、乳清蛋白两者互相影响，LPO的变性终点温度是85 ℃，可以作为一个热敏性指标衡量杀菌强度[19]。Ig较易受温度影响，IgG、IgA、IgM的热稳定性逐渐降低，pH5.5时IgG变性发生得最快，IgG 在酸性介质下受影响最小，牛乳在经过巴氏杀菌时影响Lf，Lf变性受温度以及pH的影响。牛乳热损失率还与pH有关，pH5.5时热损失率最高，研究发现，90~100 ℃，pH为4的加工条件下，Lf稳定性相对较好[20]；乳清蛋白经过72~75 ℃的高温处理后，会出现蒸煮味，巴氏杀菌对α-La和β-Lg蛋白的热损伤相对较小[21]。α-La易受温度和油酸影响，温度影响其蛋白的三级结构[22]。传统巴氏杀菌和微波杀菌的工艺显示，经过微波杀菌的牛乳样品依旧能检测到过氧化物酶的活性[23]。UHT牛乳和巴氏杀菌牛乳相比较，活性物质含量差异较大，UHT牛乳中α-La和β-Lg以及Lf含量较低[24]。

2.2 非热处理技术

2.2.1 超高压技术

超高压技术（Ultra-high Pressure Processing，UHP）又被称为高静水压技术（High Hydrostatic Pressure，HHP），作为一种新型冷杀菌技术，可应用于食品工业生产。UHP的优势在于物料不必升温，降低了再次污染的概率。在不同的温度条件下，水作为介质加压到100~1 000 MPa，通过改变生物大分子（蛋白质、核酸、酶）的功能及构象，以达到杀灭腐败菌和致病菌，延长食品保质期的目的[25，26]。UHP通过改变分子间距离，引发细胞形态发生变化，抑制酶活性及遗传物质的复制，破坏生物大分子非共价键，使得细胞器（细胞膜、细胞壁等）功能丧失的一种多靶点杀菌技术[27]。但是其对共价键不会产生影响，超高压对热敏性成分（风味化合物、色素、维生素等）破坏较少，因此可以较好的保留原有感官品质及营养成分[28~30]。

2.2.2 超高压微射流均质技术

超高压微射流均质技术（High-pressure Microfluidization Technology，HPM），也是一种非热加工技术[31]。液体物料在微射流超高压均质的特殊环境下，被分成2 股或多股细流，然后进行Y型垂直撞击，最后形成巨大的压力降（两个同压力面的压力值之差，反映了压力在一段管路的变化情况）。经分流、强烈撞击、振荡、瞬间释放压力等动力作用对液体物料产生较好的超细化效果[32，33]。超高压微射流均质技术应用于酿造果酒的生产时，该非热加工处理方式可以降低酿造果酒被杂菌污染的风险[34，35]，超高压微射流均质的加工工艺能将果酒原有的风味品质和营养成分更好地保存，大分子的功能特性因此产生变化，超高压微射流均质与普通的热处理加工方式相比，优势明显[36]。Pereda 等[37]通过比较HPM（均质压力200~300 MPa，均质温度30~40 ℃ ）与高温巴氏杀菌（温度90 ℃，杀菌时间15 s）两种不同的杀菌工艺，发现超高压均质作为一种非热或低热处理工艺，对牛奶中生物活性物质的热损害较小，因此得出结论，HPM有可能性替代高温巴氏杀菌技术。还有研究显示，LPO对超高压均质表现出耐热性[38]。

3 讨论

牛乳中含有多种生物活性物质，这些生物活性物质的功能特性多样，具有抑菌、抗炎、预防慢性疾病等生理功能。与酪蛋白相比，牛乳中的活性物质（乳清蛋白、β-Lg和α-La）对热处理方式更为敏感，因此热敏性指标可以在一定程度上体现乳品加工强度和品质，但牛奶热敏性指标的评价体系需要进一步的补充与完善。研究显示，牛奶中的活性物质可以作为新型食品功能性原料，应用于功能性乳制品、婴儿配方食品和慢性疾病防治等方面，但实际应用需要先进行临床试验。牛奶的非热处理技术，如UHP、HPM等替代热处理杀菌工艺的研究也有待进一步探讨。