提高牛乳熱穩定性的研究進展

文/徐廣新 胡 瀟 楊仁琴 周 煒 劉 陽 陳 佳 印伯星

（1 江蘇省乳業生物工程技術研究中心；2 揚州市揚大康源乳業有限公司；3 揚州大學實驗農牧場）

牛乳因含有豐富的活性蛋白、維生素、礦物質等，可作為母乳的替代品。牛乳在灌裝前需要進行熱處理，以使致病微生物失活，牛乳品質達到相應的產品衛生標準，確保食用安全性。但熱處理過程會導致牛乳體系中的pH值降低，發生磷酸鈣沉淀，美拉德反應以及風味變化、營養物質損失等不良變化[1]。本文就熱處理對牛乳體系的影響進行綜述，并綜合分析提高牛乳熱穩定性的措施，為乳制品加工及添加劑的研發提供理論基礎。

1 熱處理對牛乳成分的影響

（1）對脂肪的影響

熱處理對脂肪的影響較小，但會造成脂肪球膜與熱敏性蛋白化合物發生聚集反應，在高于100 ℃時發生美拉德反應，產生褐變。

（2）對蛋白質的影響

熱處理會導致蛋白質中巰基基團的釋放，增加了牛乳的抗氧化性能，并導致烹調味道的提升；且在熱處理過程中，酪蛋白和乳球蛋白之間形成了一種復合物，導致乳制品成品中檢測蛋白質含量的降低[2]。（3）對鈣離子和磷酸鹽的影響

熱處理會導致牛乳體系中溶解相鈣和磷酸鹽逐漸向膠體相轉變，游離鈣離子含量減少，且熱處理過度也會造成乳糖降解、產酸，最終造成牛乳pH值降低[3]；還會降低鈣和磷酸鹽在水相中的溶解度，而這些鹽平衡的改變取決于熱處理的強度。但無論加熱溫度高低，鈣離子在第1分鐘內都會急劇下降10%～15%，之后隨著時間的推移濃度下降減緩[4]。此外，熱沉淀磷酸鈣不能保持天然膠束的完整性，從而有利于酪蛋白的解離。這些鈣離子平衡變化可能會損害凝乳酶的凝固效果，并增加剪切面電位，從而促進膠束之間的相互作用和隨后在高溫處理期間的聚集[5]。

（4）對乳糖的影響

乳糖在100 ℃以上的溫度長時間加熱則產生乳酸、醋酸、甲酸等。離子平衡顯著變化，此外也產生褐變，低于100 ℃短時間加熱時，乳糖的化學性質基本沒有變化[6]。

2 離子螯合劑的使用

添加劑通常用于克服牛乳在熱處理過程中的不穩定性。較高的鈣離子濃度是牛乳熱穩定性偏低的主要原因，在熱處理前加入能夠降低鈣活性的添加劑，可以提高牛乳的穩定性。磷酸鹽對牛乳穩定性有顯著影響，檸檬酸鹽也有同樣效果[7]。VC鈉鹽添加到牛乳中使其蛋白質穩定性下降，這可能是由于其造成牛乳中pH值和鹽類的改變，從而導致牛乳的穩定性下降[8]。水牛乳在pH值6．60，磷酸氫二鈉添加濃度為2 mmol/L的條件下具有較好的熱穩定性；磷酸氫二鈉對水牛乳的酒精穩定性影響最大，表現為酒精穩定性隨著磷酸氫二鈉濃度的增加而增加[9]。磷酸鹽和檸檬酸鹽的效率與其鈣結合能力有關，其中檸檬酸三鈉是最有效的穩定劑。在牛乳中，大多數鈣離子在水相中與檸檬酸鹽相連。在牛乳中檸檬酸鹽的含量比羊乳中的含量高40%，分別為1 768 mg/L和1 037 mg/L[10]。

無論殺菌強度如何，添加檸檬酸鹽的牛乳中鈣離子濃度均高于添加磷酸鹽的牛乳，這是由于檸檬酸鹽通過結合膠態鈣誘導pH值升高到8．08，增加了磷酰殘基上離子基團的特性，使其接近于分散液的pH值[11]。當緩沖區容量較低時，膠態磷酸鈣與磷酰殘基相連，使鈣增溶作用和電荷密度增加現象更為明顯。檸檬酸鹽還可以誘導高磷酸化的α-酪蛋白和β-酪蛋白的增溶，導致小顆粒數量的增加，這可能與膠束隨著體積增大而解體有關，因此，在pH值6．70下增加黏度，并限制熱聚集性。牛乳體系中磷酸鹽似乎并沒有取代膠體鈣，這是因為膠體鈣磷酸鹽和磷酰殘基的鈣親和力比添加磷酸鹽的高。磷酸鹽與游離鈣結合，也可能在膠束上誘導磷酸鈣沉淀，造成膠束電荷數減少，提高膠體相的不穩定性[12]。

3 調整牛乳中酪蛋白與乳清蛋白的比例

牛乳中單體蛋白質穩定性由強到弱分別為α-酪蛋白、β-乳清蛋白、血清白蛋白和乳鐵蛋白[13]。酪蛋白和乳清蛋白（主要是乳球蛋白）之間的熱誘導復合物是影響牛乳熱穩定性的原因之一。因此，通過改變這兩個蛋白質基團之間的摩爾比，可以提高牛乳體系的熱穩定性。膜技術（微濾、超濾、納濾）是改變蛋白質比例的最有效的方法之一[14]。不同保留液和滲透液的結合可以使牛乳的組成和蛋白質比例不同。增加酪蛋白與乳清蛋白的摩爾比，通過降低乳清蛋白含量或增加酪蛋白含量，可以提高牛乳的熱穩定性。在摩爾比增加1．4 倍，pH值為6．60～6．70時，熱穩定性可提高約6 ℃。當使用高摩爾比的樣品在水中而不是牛乳滲透液（天然蛋白環境）中進行重組時，熱穩定性甚至更高[15]。水稀釋樣品熱穩定性的改善歸因于乳清蛋白含量低和可溶性低分子量組分（如非蛋白氮）的稀釋之間的聯合作用，但不排除乳糖或礦物質成分與蛋白質之間復雜的相互作用的影響。

乳清蛋白（主要是乳球蛋白）的不穩定作用與其增加酪蛋白膠束疏水性的能力有關。蛋白質濃度對熱誘導乳蛋白表面的疏水性及相互作用的影響至關重要。人們普遍認為，在牛乳熱處理過程中，蛋白質之間的相互作用隨著其濃度的增加而增加，造成膠束重新組織成更緊密的結構。事實上，牛乳在經過熱處理過程中，熱穩定性隨著蛋白質濃度的降低而增加，且蛋白質結構的變化較小。

4 展望

熱處理對乳制品生產加工具有重要作用，通過降低牛乳體系中鈣離子濃度和調整酪蛋白與乳清蛋白的比例，可達到改善牛乳熱穩定性的目的。除巴氏奶外，其他乳制品均需通過添加穩定劑來提高產品品質，此時可以對復配穩定劑中的螯合劑及蛋白質比例進行優化，確保生產出感官品質和質構特性優異的乳制品。