熱處理與非熱處理對牛乳中活性物質影響的研究進展

仲秋冬，邵舒彥，胡 靜，陳曉霞，沈夢琪，王 猛，齡 南

南京衛崗乳業有限公司產品研發中心，江蘇南京 210095

0 引言

生牛乳經過熱處理與非熱處理后，保質期得到延長，產品的銷售半徑擴大，產品的安全性得以提高。熱處理在食品行業中應用廣泛，主要包括巴氏殺菌和超高溫瞬時殺菌（UHT），但熱處理的同時也會使活性物質受到一定程度影響。非熱處理包括超高壓技術（Ultra-high Pressure Processing，UHP）和超高壓微射流均質技術（High-pressure Microfluidization Technology，HPM），可以在非熱條件下對生牛乳進行處理，抑制其腐敗，保證其新鮮及安全，在食品工業中具有一定的潛力。此外，牛乳中的活性物質（乳清蛋白、β-Lg和α-La等）對熱處理方式較敏感，因此熱敏性指標可以在一定程度上體現乳品加工強度和品質，但牛乳熱敏性指標的評價體系需要進一步的補充與完善。本文通過對牛乳的熱加工條件、牛乳在受熱情況下的理化變化，牛乳的非熱加工處理后的理化變化以及相應的熱敏感成分的變化進行綜述，以期供同業參考。

1 牛乳中生物活性物質及其功能

1.1 乳果糖

乳果糖又被稱為乳酮糖、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，乳果糖是在熱處理的過程中，牛乳在酪蛋白的游離氨基的催化下發生堿基異構化而形成的一種合成雙糖。乳果糖和乳糖互為同分異構體。因為乳果糖的熱敏感性較好，因此利用乳果糖作為評估液態乳熱處理效應指標，對建立乳品質量評價體系和解決我國的復原乳問題具有一定的意義[1]。

1.2 糠氨酸

熱處理過度會導致乳糖結構改變、蛋白質變性、活性物質（α-乳白蛋白、β-乳球蛋白、乳鐵蛋白、乳過氧化物酶等）失活，甚至通過美拉德反應產生糠氨酸、糖基化終產物、糠醛類化合物等有害物質，這些有害物質使得乳品的營養和風味發生了改變，也影響了產品的終品質[2]。因此糠氨酸可用于鑒定巴氏殺菌乳中是否添加復原乳。

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組成成分。β-Lg通常與疏水性配體（脂肪酸或維生素）等結合，參與向腸細胞輸送脂肪酸的活動[3]。關于白藜蘆醇功能特性改善的研究指出，在巴氏殺菌條件下，β-Lg對白藜蘆醇熱損傷引起的化學變化具有保護作用，并且具有一定的抗氧化性[4]。作為一種色氨酸含量豐富的乳清蛋白，α-La具有抗氧化作用，并且在一定程度上可以改善癲癇，α-乳白蛋白在牛乳和人乳中的含量不同，因此α-乳白蛋白被使用在嬰兒配方食品中，以保證嬰兒的生長及發育[5，6]。

1.4 乳鐵蛋白

作為牛乳中重要的生物活性物質之一，乳鐵蛋白（Lactoferrin，Lf）是一種多功能乳活性蛋白，可與鐵離子結合。Lf于1939 年首次被發現，在牛初乳中含量豐富，其功能特性包括抗菌消炎，與免疫球蛋白（Ig）發揮協同作用參與局部免疫[7]。Soboleva等[8]在7 頭不同品種的奶牛中首次分離到Lf，并證實其具備蛋白酶、過氧化物酶以及磷酸酶等催化活性。

1.5 乳過氧化物酶

乳過氧化物酶（Lactoperoxidase，LPO）是牛乳抗菌系統中含量最高的基礎酶之一，LPO可以催化多種微生物的滅活，因其廣譜抗菌性而對免疫系統具有一定的保護作用，在延長乳制品保質期方面具有應用前景[9，10]。Zeynep等[11]和 Nakano 等[12]試驗發現，LPO和Lf協同作用，對白念珠菌細胞活性和菌絲形態的抗菌活性協同作用比單作用組效果更加顯著。

1.6 免疫球蛋白

常見免疫球蛋白（Ig）包括IgG、IgD、IgA、IgM及IgE 5 種。作為牛乳中主要的抗菌蛋白，Ig在免疫防御機制中不可缺少[13，14]。研究指出，Lf和Ig的水平高低直接影響奶牛對乳腺炎致病菌的敏感性，同時影響牛乳質量和保質期[15]。

2 熱處理與非熱處理對牛乳中生物活性物質的影響

2.1 熱處理技術

牛乳進行熱處理的主要目的是為了殺滅微生物和滅活酶，熱處理的有效性受到時間-溫度的殺菌組合、使用的加熱方式和牛乳的預處理條件的影響[16~19]。熱處理方式包括巴氏殺菌和UHT殺菌。

巴氏殺菌對牛乳中各類營養和活性物質具有不同程度的影響。酪蛋白受溫度影響較大，酪蛋白、乳清蛋白兩者互相影響，LPO的變性終點溫度是85 ℃，可以作為一個熱敏性指標衡量殺菌強度[19]。Ig較易受溫度影響，IgG、IgA、IgM的熱穩定性逐漸降低，pH5.5時IgG變性發生得最快，IgG 在酸性介質下受影響最小，牛乳在經過巴氏殺菌時影響Lf，Lf變性受溫度以及pH的影響。牛乳熱損失率還與pH有關，pH5.5時熱損失率最高，研究發現，90~100 ℃，pH為4的加工條件下，Lf穩定性相對較好[20]；乳清蛋白經過72~75 ℃的高溫處理后，會出現蒸煮味，巴氏殺菌對α-La和β-Lg蛋白的熱損傷相對較小[21]。α-La易受溫度和油酸影響，溫度影響其蛋白的三級結構[22]。傳統巴氏殺菌和微波殺菌的工藝顯示，經過微波殺菌的牛乳樣品依舊能檢測到過氧化物酶的活性[23]。UHT牛乳和巴氏殺菌牛乳相比較，活性物質含量差異較大，UHT牛乳中α-La和β-Lg以及Lf含量較低[24]。

2.2 非熱處理技術

2.2.1 超高壓技術

超高壓技術（Ultra-high Pressure Processing，UHP）又被稱為高靜水壓技術（High Hydrostatic Pressure，HHP），作為一種新型冷殺菌技術，可應用于食品工業生產。UHP的優勢在于物料不必升溫，降低了再次污染的概率。在不同的溫度條件下，水作為介質加壓到100~1 000 MPa，通過改變生物大分子（蛋白質、核酸、酶）的功能及構象，以達到殺滅腐敗菌和致病菌，延長食品保質期的目的[25，26]。UHP通過改變分子間距離，引發細胞形態發生變化，抑制酶活性及遺傳物質的復制，破壞生物大分子非共價鍵，使得細胞器（細胞膜、細胞壁等）功能喪失的一種多靶點殺菌技術[27]。但是其對共價鍵不會產生影響，超高壓對熱敏性成分（風味化合物、色素、維生素等）破壞較少，因此可以較好的保留原有感官品質及營養成分[28~30]。

2.2.2 超高壓微射流均質技術

超高壓微射流均質技術（High-pressure Microfluidization Technology，HPM），也是一種非熱加工技術[31]。液體物料在微射流超高壓均質的特殊環境下，被分成2 股或多股細流，然后進行Y型垂直撞擊，最后形成巨大的壓力降（兩個同壓力面的壓力值之差，反映了壓力在一段管路的變化情況）。經分流、強烈撞擊、振蕩、瞬間釋放壓力等動力作用對液體物料產生較好的超細化效果[32，33]。超高壓微射流均質技術應用于釀造果酒的生產時，該非熱加工處理方式可以降低釀造果酒被雜菌污染的風險[34，35]，超高壓微射流均質的加工工藝能將果酒原有的風味品質和營養成分更好地保存，大分子的功能特性因此產生變化，超高壓微射流均質與普通的熱處理加工方式相比，優勢明顯[36]。Pereda 等[37]通過比較HPM（均質壓力200~300 MPa，均質溫度30~40 ℃ ）與高溫巴氏殺菌（溫度90 ℃，殺菌時間15 s）兩種不同的殺菌工藝，發現超高壓均質作為一種非熱或低熱處理工藝，對牛奶中生物活性物質的熱損害較小，因此得出結論，HPM有可能性替代高溫巴氏殺菌技術。還有研究顯示，LPO對超高壓均質表現出耐熱性[38]。

3 討論

牛乳中含有多種生物活性物質，這些生物活性物質的功能特性多樣，具有抑菌、抗炎、預防慢性疾病等生理功能。與酪蛋白相比，牛乳中的活性物質（乳清蛋白、β-Lg和α-La）對熱處理方式更為敏感，因此熱敏性指標可以在一定程度上體現乳品加工強度和品質，但牛奶熱敏性指標的評價體系需要進一步的補充與完善。研究顯示，牛奶中的活性物質可以作為新型食品功能性原料，應用于功能性乳制品、嬰兒配方食品和慢性疾病防治等方面，但實際應用需要先進行臨床試驗。牛奶的非熱處理技術，如UHP、HPM等替代熱處理殺菌工藝的研究也有待進一步探討。