超高壓在乳品加工中的應用研究進展

劉繼忠 陳小紅

摘要：超高壓（ultra high pressure，UHP）技術是指利用100 MPa以上的壓力，在常溫或較低溫度條件下，使食品中的酶、蛋白質及淀粉等生物大分子改變活性、變性或糊化，同時殺死細菌等微生物的一種食品處理方法。本文綜述國內外UHP乳制品加工領域的最新研究進展，重點分析UHP技術對發酵乳、干酪等的影響，探討基于UHP的乳制品加工可行性與實效性，以期為此技術更好、更廣泛地應用提供理論基礎。

關鍵詞：超高壓;乳品加工;研究

1 UHP對原料乳的影響

1.1 UHP對乳蛋白的影響

1.1.1 UHP對酪蛋白的影響

U H P會改變牛乳蛋白的化學性質，改善其在乳制品應用中的功能特性。UHP對牛乳性質的改變主要集中在：1）酪蛋白膠束的收縮和/或破壞;2）乳清蛋白，特別是β-乳球蛋白的變性;3）礦物平衡的改變，主要是由于酪蛋白膠束釋放出膠體磷酸鈣。研究發現，UHP會使酪蛋白的二級和三級結構發生變化，暴露出更多的親水氨基酸殘基，表面疏水性變差，溶解度顯著改善。隨著壓力的增大，酪蛋白的多聚體結構被打碎成更小的顆粒，同時小顆粒之間發生交聯和重組，使得內部疏水性氨基酸殘基更加隱蔽;親水區域暴露增多，表面疏水性降低，溶解度明顯提高，離心后沉淀減少。盡管酪蛋白結構是開放的，但酪蛋白膠束是可壓縮的，會在高于200 MPa的壓力下被破壞。經過250～300 MPa的長時間處理后，酪蛋白膠束碎片通過疏水相互作用重新組裝，形成膠束狀超分子結構。在膠束酪蛋白濃縮物質量濃度為10 g/100 m L的情況下，350 MPa以上的壓力處理會產生類似于弱凝膠的均勻網絡。總的來講，UHP處理減小了酪蛋白超分子結構的流體力學直徑，因此降低了懸浮液的濁度;增加酪蛋白的水合作用;引起膠體磷酸鈣的輕微溶解。經過UHP處理后，酪蛋白超分子粒徑從約160 nm減小到100 nm，因此，脫脂牛乳變得半透明。

1.1.2 UHP對乳清蛋白的影響

UHP能夠破壞乳清蛋白的三級結構，對其二級結構的影響相對有限，400 MPa以上的高壓處理會導致脫脂乳中的乳清蛋白變性，從而減少β-折疊和α-螺旋的含量。此外，在600 MPa壓力條件下，已經觀察到形成主要由涉及β-乳球蛋白和κ-酪蛋白的二硫鍵穩定的大聚集體。相反，對于在800 MPa壓力條件下處理的再水化乳清蛋白濃縮物，β-乳球蛋白之間的二硫鍵形成先于β-乳球蛋白與α-乳白蛋白或牛血清白蛋白之間的二硫鍵，與β-乳球蛋白相比，α-乳白蛋白和牛血清白蛋白的二硫鍵暴露較少。UHP也會對乳清蛋白分子的分子內疏水作用和靜電相互作用表現出破壞作用，這是由蛋白質表面疏水性的增加造成的。表面疏水性可以改善UHP處理的β-乳球蛋白和乳清分離蛋白的界面性能和發泡性能。

1.2 UHP對乳脂肪的影響

U H P均質處理會導致脂肪球的總面積增加，出現脂肪小球和乳蛋白的復合體。乳蛋白，特別是酪蛋白，吸附在脂肪球膜的表面，像一種天然的乳化劑。均質后的牛乳脂肪球平均粒徑為0.1～0.3μm，經過高壓處理后脂肪球可以在一定時間內保持穩定。當UHP壓力為500 MPa時會促使乳脂肪球尺寸和分布改變，在25、50℃時，UHP處理有增加脂肪球數量的趨勢，脂肪球直徑為1～2μm，而在4℃時，這種趨勢被逆轉。但是，乳脂肪球膜未發生損傷，乳脂肪球分布的改變可能是由于乳脂肪球膜的聚集和崩解，同樣，在25、50℃條件下，經UHP處理的牛乳顯示出乳脂肪球數量增加的優點，但在4℃條件下觀察到相反的現象，隨著壓力增加，亮度值（L*）下降，紅度值和黃度值增加;UHP壓力在100～400 MPa時對結晶過程中的放熱效應影響不大，研究發現，這些變化的影響取決于加壓過程中施加的壓力，加壓后的乳脂肪結晶圖像有顯著差異，在10℃時，200 MPa和300 MPa壓力下，樣品的晶形表面不規則程度最高，400 MPa壓力下，脂肪樣品的分形維數最低，表明不規則性最小。

1.3 UHP對游離脂肪酸的影響

關于乳中游離脂肪酸含量（乳脂的脂解）的研究表明，在4、25、50℃條件下，100～500 MPa的UHP處理不會增加游離脂肪酸含量;即使在50℃、500 MPa處理條件下，游離脂肪酸含量也比新鮮原料乳低，這些處理可以避免乳中脂解酸敗而產生的異味。

2 UHP處理對加工乳制品品質的影響

2.1 UHP處理對干酪的影響

2.1.1 UHP處理會減少干酪中致病微生物和腐敗微生物

U H P是一種有效清除干酪中致病微生物的技術，干酪品種不同所需要的UHP處理壓力和時間不同。一般來講，500 MPa的壓力水平能夠清除大多數革蘭氏陰性病原體，即使低至300 MPa的壓力水平對某些細菌物種也可能是致命的。研究發現，將模型干酪接種實驗菌單核細胞增生李斯特菌（Listeria monocytogenes）NCTC 11994和Scott A后用400 MPa或500 MPa UHP處理10 min，單核細胞增生李斯特菌NCTC 11994和Scott A在20℃條件下400 MPa處理時的初始菌數分別為2.9、1.5 （lg（CFU/g）），貯藏30 d后分別為5.3、4.6 （lg（CFU/g））;500 MPa處理后2種菌的數量均減少約5 （lg（CFU/g）），貯藏30 d后數量低于1 （lg（CFU/g））。將原料乳中接種7.3 （lg（CFU/m L））的金黃色葡萄球菌（Staphylococcus aureus），經過330、30 MPa的2次加壓均質后，制作軟質干酪，再對軟質干酪進行400 MPa加壓處理10 min。

2.1.2 UHP處理會加速干酪成熟

干酪成熟是干酪制作的最后一步，有些干酪成熟期長，使得成本高、價格昂貴，因此需要采取一些措施加快干酪成熟。目前，主要通過添加干酪漿、使用外源酶或輔助發酵劑來加快干酪成熟。通過UHP處理使酶活性或底物反應性發生改變，可以縮短干酪成熟時間。研究UHP處理對Reggianito干酪蛋白水解的影響，將制作好的微型干酪（直徑5.5 cm、高度6 cm）在100、400 MPa和20℃條件下處理5、10 min，然后置于12℃成熟90 d。結果表明：UHP對干酪的組成成分沒有影響，但微生物發生了變化，特別是在發酵初期，400 MPa處理的干酪發酵劑數量比對照組和100 MPa處理組干酪顯著降低;400 MPa處理10 min的干酪纖溶酶活性顯著高于其他處理組，UHP對其他酶凝活性無影響;蛋白水解結果顯示，400 MPa處理導致干酪中αs1-和β-連環蛋白的降解增加最多，此外，400 MPa處理干酪組分中可溶性氮含量、可溶性肽和游離氨基酸的產量均顯著升高;在Reggianito干酪制作后用400 MPa的UHP處理提高了Reggianito干酪的蛋白質水解速率，加速了Reggianito干酪的成熟過程，而100 MPa處理則沒有顯著影響。

2.2 UHP處理對酸乳的影響

酸乳是一種受歡迎的乳制品，具有脫水收縮和低黏度的常見缺陷。通過加壓處理可以改善酸乳的貯藏特性和流變特性。與常規酸乳相比，在牛酸乳凝膠形成中應用UHP可改善酸乳質地和緊實度，降低酸乳脫水收縮并增加保水能力。利用UHP（200 MPa、20～25℃、10～15 min）改善酸乳質構，結果發現，對益生菌的存活沒有不利影響;在酸乳生產的最后階段應用UHP，特別是200～300 MPa處理時，酸乳的品質和感官特性得到改善，黏度增加，乳清分離度降低，益生菌活力損失范圍為0.5～1.2 （lg（CFU/g）），冷藏28 d時未見顯著的活力損失。研究UHP處理對全脂和脫脂牛乳制作開菲爾酸乳品質的影響。結果表明：UHP處理后開菲爾的水分活度極顯著低于對照組（P<0.01）;與對照組相比，UHP處理也使全脂牛乳制作的開菲爾彈性和黏性降低1.28倍，壓力為400 MPa時，全脂開菲爾的透明度和顏色強度下降，脫脂開菲爾則相反;此外，對開菲爾微觀結構的研究證明了其結構變化。該研究結果表明，UHP處理是一種有效的加工工藝，可以開發出具有新的感官和品質屬性的開菲爾，延長保質期。

3 結語

隨著我國乳制品消費量的逐漸擴大，對乳制品的品質要求越來越高，如何提高乳制品質量成為研究熱點之一。UHP技術不僅可以作為冷殺菌技術應用于原料乳滅菌，而且干酪、酸乳、冰淇淋等產品的風味、流變學特性、質構等方面品質均得到提升。UHP技術在乳制品生產上應用較少，大多數研究處于起步階段，推動UHP技術、裝備的發展，將其應用于乳制品生產中進行產業化具有重要意義。

參考文獻

[1]胡靜，王猛，周文利，等.超高壓技術在食品工業中的應用[J].中國乳業，2020（8）：63-66.DOI：10.16172/j.cnki.114768.2020.08.017.

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