不同因素對(duì)羊奶熱穩(wěn)定性的影響機(jī)理研究現(xiàn)狀

陳笛，王存芳

(齊魯工業(yè)大學(xué)輕工學(xué)部食品科學(xué)與工程學(xué)院，濟(jì)南250353）

0 引言

羊奶營養(yǎng)豐富且只含少量的膽固醇、乳糖以及在胃酸作用下易形成較大凝塊的酪蛋白，易被人體消化吸收[1]。羊奶含有的上皮細(xì)胞生長因子（epidermal grow th factor，EGF）和超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)使其具有保健功能[2]。所以，羊奶可用于嬰幼兒、乳糖不耐癥等特殊人群食品的開發(fā)。

羊奶產(chǎn)業(yè)在我國雖發(fā)展較晚，但隨著科技在羊乳行業(yè)中的逐步應(yīng)用，羊奶將會(huì)成為人們生活中不可或缺的一份子。熱穩(wěn)定性較差的羊奶經(jīng)加熱工藝時(shí)需要更為苛刻的條件，因此，研究羊奶的熱穩(wěn)定性具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。本文從溫度、穩(wěn)定劑、乳化劑、鹽類、鈣離子和處理方式等方面對(duì)羊奶熱穩(wěn)定性所產(chǎn)生的影響進(jìn)行闡述。

1 溫度對(duì)羊奶熱穩(wěn)定性的影響

羊奶因缺乏α-酪蛋白（α-casein，α-CN）會(huì)導(dǎo)致乳清中含有較多的自由鈣離子，表現(xiàn)為羊奶對(duì)熱非常敏感，在對(duì)羊奶進(jìn)行加熱時(shí)，可能會(huì)使羊乳膠體體系發(fā)生變化，且溫度越高，加熱時(shí)間越長，羊奶的熱穩(wěn)定性越差。巴氏滅菌法（pasteurization）、超高溫瞬時(shí)殺菌（ultra high temperature treated，UHT，136℃/6 s）及冷藏處理過程都會(huì)降低羊奶的熱穩(wěn)定性，UHT處理會(huì)使羊乳產(chǎn)生小顆粒進(jìn)而導(dǎo)致在儲(chǔ)藏期間易產(chǎn)生沉淀，冷藏在作為保藏羊乳的同時(shí)亦會(huì)降低其熱凝膠溫度[3]。

1.1 溫度對(duì)羊乳蛋白質(zhì)熱穩(wěn)定性的影響

對(duì)羊乳進(jìn)行不同熱處理工藝中，β-乳球蛋白會(huì)與酪蛋白通過復(fù)雜的共價(jià)鍵進(jìn)行結(jié)合，且α-乳白蛋白亦會(huì)暴露疏基，所以，不同溫度條件會(huì)使乳清蛋白變性，變性乳清蛋白氮指數(shù)（W PN，m g/g）是衡量乳清蛋白變性程度和評(píng)價(jià)乳品質(zhì)量的重要指標(biāo)。有學(xué)者通過水浴加熱后測(cè)定蛋白質(zhì)的離心沉淀率得知[4]，高溫使乳清蛋白發(fā)生聚合、變性，且隨溫度升高，變性速率加快，乳清蛋白的變性速率在高于80℃的條件下明顯加快。此外，羊乳的表觀黏度、沉淀量及沉淀速度增加；可溶性鈣與磷會(huì)向膠體相轉(zhuǎn)化；蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)改變，均表明熱穩(wěn)定性降低[5]。

擁有較多電荷、脯氨酸和一些胱氨酸殘基的酪蛋白表現(xiàn)出表面疏水性，可與乳清蛋白結(jié)合形成酪蛋白膠束，進(jìn)而影響蛋白之間的相互作用，因此，酪蛋白對(duì)液態(tài)羊奶的穩(wěn)定性起著非常重要的作用。在一定溫度下，較少的酪蛋白會(huì)發(fā)生變性，但當(dāng)溫度過高時(shí)可能會(huì)直接導(dǎo)致蛋白質(zhì)的變性，也會(huì)改變體系的熵值進(jìn)而改變疏水性，系統(tǒng)中的氫鍵遭到破壞，使其具有強(qiáng)烈的凝聚趨向，親水能力和膠束間的靜電斥力發(fā)生改變，導(dǎo)致膠束空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定層崩潰，蛋白質(zhì)二、三級(jí)空間結(jié)構(gòu)的改變[6]。鄧乾春[7]等人運(yùn)用差式掃描量熱儀（differential scanning calorimeter，DSC）來研究蛋白質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)與熱穩(wěn)定性的關(guān)系。此外，熱處理時(shí)，膠粒吸附乳清蛋白形成的復(fù)合體會(huì)影響具有較小溶劑化作用的酪蛋白膠體的穩(wěn)定性最終影響蛋白質(zhì)的熱穩(wěn)定性，且溫度越高，這種破壞力越大。

酪蛋白ζ-電位亦受到溫度影響，反應(yīng)表征分散體系穩(wěn)定的Zeta電位是電子云內(nèi)外電位差，該電子云是由與分散系中的帶電微粒吸引的相反粒子相離較遠(yuǎn)的離子所構(gòu)成的松散系統(tǒng)[8]。酸奶、奶酪和液態(tài)乳等乳制品都與Zeta電位有重要關(guān)系。

1.2 溫度對(duì)羊奶中乳脂肪穩(wěn)定性的影響

羊乳中的脂蛋白脂酶（lipoprotein lipase，LPL）是被認(rèn)為乳中所含有的固有脂肪酶，其是一種蛋白酶，在不同溫度下，酶活力的改變將會(huì)對(duì)乳脂肪的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。

由于乳脂球膜（milk fat globule membrane，M FGM）在一定加熱條件下，會(huì)留有空隙，此時(shí)，蔗糖酯可以吸附到新暴露的脂肪球表面，提高乳化效果。但隨著溫度升高，乳脂肪的結(jié)構(gòu)受到高溫影響而發(fā)生變化，乳化效果降低，乳脂肪的穩(wěn)定性明顯降低[9]。此外，在加熱到一定溫度下，乳中的乳白和乳球蛋白會(huì)與M FGM發(fā)生結(jié)合，且結(jié)合量隨溫度升高而不斷增加。婁新曼[10]利用U-1100D可見分光光度計(jì)測(cè)定離心前后吸光度比值證明，在75℃條件下，羊乳乳脂肪的熱穩(wěn)定性最好，且與蔗糖酯的含量成正比，在溫度為95℃時(shí)最差。此外，結(jié)果還顯示，進(jìn)行單因素試驗(yàn)時(shí)，蔗糖酯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.08%～0.2%區(qū)間內(nèi)，隨添加量的增加，乳脂肪的熱穩(wěn)定性隨之增加，在0.2%時(shí)，達(dá)到最高。

1.3 溫度對(duì)羊乳敏感成分的影響

隨著羊乳在市場(chǎng)中占有越來越大的比例，其固有的熱敏性物質(zhì)在加工過程中的反應(yīng)也必然成為研究熱點(diǎn)。孫琦[11]用高效液相色譜儀發(fā)現(xiàn)在加熱條件下，乳蛋白與乳糖發(fā)生美拉德反應(yīng)生成糠氨酸，蛋白質(zhì)中的游離氨基酸催化乳果糖發(fā)生堿基異構(gòu)化。目前，常用的熱敏性指標(biāo)如用于檢測(cè)高溫瞬時(shí)殺菌乳的乳過氧化物酶和用于檢測(cè)巴氏殺菌乳的堿性磷酸酶等均應(yīng)用于牛乳的品質(zhì)監(jiān)控。

2 鈣離子對(duì)羊奶熱穩(wěn)定性的影響

自然狀態(tài)下，向羊乳中添加鈣離子會(huì)破壞其飽和程度下可溶性鈣的狀態(tài)，引起體系的相關(guān)改變。

2.1 鈣離子對(duì)酪蛋白的影響

在羊奶體系中，因缺乏α-s1-酪蛋白（alpha-s1-casein）致使在鈣離子含量變化時(shí)，羊乳對(duì)熱不穩(wěn)定。由于酪蛋白與鈣結(jié)合成酪蛋白酸鈣后再與膠體狀的磷酸結(jié)合最后以微膠粒的形式穩(wěn)定存在，磷酸鈣膠粒和小型亞膠束通過疏水作用結(jié)合成酪蛋白膠束[12]。因疏水性很強(qiáng)的α-CN和β-酪蛋白構(gòu)成中心位置，β-酪蛋白N端含有較多羧基，且α-CN含有很多磷酸基團(tuán)，所以，α-CN白和β-酪蛋白對(duì)Ca2+較為敏感。而親水性較強(qiáng)的κ-酪蛋白構(gòu)成外部位置，且具有較少的磷酸基團(tuán)，所以其對(duì)Ca2+不敏感[13]。酪蛋白膠粒本身所具有的球形和κ-酪蛋白膠束能在乳中形成的毛發(fā)層可以使其保持穩(wěn)定的空間結(jié)構(gòu)。

當(dāng)加熱或pH值降至等電點(diǎn)時(shí)，平衡遭到破壞，對(duì)Ca2+敏感的αs-酪蛋白暴露且結(jié)合游離的Ca2+進(jìn)而減少電荷量，從而產(chǎn)生活性位點(diǎn)，導(dǎo)致酪蛋白發(fā)生凝聚，即乳中出現(xiàn)沉淀。此外，Ca2+在降低鹽類如無機(jī)磷酸鹽的分散能力的同時(shí)會(huì)減弱對(duì)水的束縛力，加速蛋白膠束的形成，導(dǎo)致酪蛋白的熱穩(wěn)定性降低[14]。Ca2+濃度越高，蛋白質(zhì)沉淀所需時(shí)間越短，熱穩(wěn)定性越低。羊乳制品在加工過程中，由于一些特殊人群的需要，會(huì)添加一定量的鈣，因而會(huì)造成乳體系的不穩(wěn)定。有學(xué)者經(jīng)測(cè)定乳脂肪的穩(wěn)定性系數(shù)表明[15]，隨著Ca2+濃度的增加，羊乳體系的熱穩(wěn)定性會(huì)降低。所以，要通過添加穩(wěn)定性鹽，降低羊乳體系中的Ca2+含量來達(dá)到提高乳中鈣含量的目的。

2.2 鈣離子對(duì)乳脂肪的影響

羊乳中乳脂肪的穩(wěn)定性隨Ca2+的增加呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)，且該條件下與蔗糖酯的含量也有一定的關(guān)系。通過測(cè)定脂肪上浮率發(fā)現(xiàn)[16]，Ca2+的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%時(shí)，羊奶的熱穩(wěn)定性最好。因此，為了保持羊奶的熱穩(wěn)定性，需要在保持所需的基礎(chǔ)上，盡量減少Ca2+的使用量。

3 穩(wěn)定劑、乳化劑和鹽類對(duì)羊奶熱穩(wěn)定性的影響

3.1 穩(wěn)定劑對(duì)羊奶熱穩(wěn)定性的影響

羊乳中常使用的多糖型穩(wěn)定劑分為酸性多糖（如黃原膠、果膠）、中性多糖（如瓜爾豆膠）和堿性多糖（如殼聚糖）。多糖分子中的硫酸脂可與帶有正電荷氨基的蛋白粒之間產(chǎn)生靜電作用。此外，穩(wěn)定劑是能在蛋白質(zhì)表面形成包裹蛋白質(zhì)粒子薄膜進(jìn)而保護(hù)膠體的高親水性化合物[17]，因此，增添穩(wěn)定劑的使用，如羧甲基纖維素（carboxymethylcellu lose sodium，CM C）、卡拉膠、黃原膠、刺槐豆膠可以防止羊乳中蛋白質(zhì)發(fā)生凝集沉淀現(xiàn)象，有效提高羊奶的熱穩(wěn)定性。

3.2 乳化劑對(duì)羊奶熱穩(wěn)定性的影響

乳脂肪球表面可以形成一層界面膜，其強(qiáng)度和穩(wěn)定性決定羊奶的熱穩(wěn)定性。Peter Wilde[18]等人試驗(yàn)得出，乳化劑可在油水界面形成吸附層進(jìn)而提高羊奶的熱穩(wěn)定性，該吸附層是利用流體吉布斯-馬拉高尼流動(dòng)機(jī)制和弱靜電排斥作用形成的具有流動(dòng)、填充緊密等特性的薄膜。

乳化劑蔗糖酯分子可以與蛋白質(zhì)結(jié)合，防止蛋白質(zhì)膠束發(fā)生沉淀，并降低脂肪的上浮率，且其在乳化過程中，會(huì)同蛋白質(zhì)分子在氣/水界面上形成競爭關(guān)系，吸附在脂肪球表面，此過程將形成強(qiáng)度較大的界面膜，增加乳脂肪的穩(wěn)定性[19]。所以，相對(duì)于沒有加入乳化劑時(shí)，只能依靠蛋白質(zhì)（主要為酪蛋白）的乳化作用來對(duì)乳脂肪起到穩(wěn)定性的羊乳而言，加入乳化劑后的羊乳的熱穩(wěn)定性較高。但當(dāng)蔗糖酯分子全部占滿脂肪球新增表面后，再增加添加量時(shí)，將沒有合適的位置，因此多余的蔗糖酯分子會(huì)形成膠束，進(jìn)而抑制乳化效果。所以，將乳化劑應(yīng)用于乳品的實(shí)際生產(chǎn)過程中時(shí)，應(yīng)該選擇合適的添加量[20]。

3.3 鹽類對(duì)羊奶熱穩(wěn)定性的影響

羊奶中的鹽類同酸結(jié)合，最終形成可溶性鹽，包括有機(jī)鹽和無機(jī)鹽（主要是磷酸鈣）兩類。羊奶中含有較多種類的鹽，其中Ca2+和M g2+含量較高，他們分別以磷酸鹽和檸檬酸鹽的形式存在[21]。這些鹽類一部分溶解于乳中，而其余的則以不溶性膠體的形式存在。因?yàn)轵蟿┛梢杂行嫌绊懭闊岱€(wěn)定性的游離Ca2+，所以，向乳中加入螯合劑時(shí)，可以提高乳的熱穩(wěn)定性。

檸檬酸鈉具有較強(qiáng)的螯合性，在合適的范圍內(nèi)可以有效降低Ca2+濃度，影響體系中的電荷，調(diào)節(jié)鈣磷鹽平衡，改變蛋白的空間構(gòu)象，亦可以增加pH值進(jìn)而保護(hù)蛋白，并降低體系顆粒間的相互交聯(lián)作用，提高酸性羊奶飲料的熱穩(wěn)定性[22]。其他的穩(wěn)定性鹽如磷酸二氫鈉（SDHP）或復(fù)配鹽也有降低游離Ca2+，明顯提高羊奶熱穩(wěn)定性的作用。

4 處理方式對(duì)羊奶熱穩(wěn)定性的影響

4.1 均質(zhì)條件

均質(zhì)使羊奶中蛋白質(zhì)的直徑變小，羊奶變得更加細(xì)化進(jìn)而提高羊奶的熱穩(wěn)定性。不同的均質(zhì)條件對(duì)羊奶的影響也不盡相同。增加壓力可以使脂肪球顆粒變得更小，但當(dāng)壓力過高時(shí)，顆粒破碎，酪蛋白粒子外露，羊奶的熱穩(wěn)定性降低。溫度會(huì)影響乳中脂肪顆粒的形態(tài)，升高溫度，脂肪融化，但當(dāng)溫度過高時(shí)，脂肪球膜被破壞，增加顆粒間碰撞率，導(dǎo)致穩(wěn)定性降低[23]。

4.2 加酸的方式和種類

對(duì)于制作發(fā)酵型或需要加酸的飲料時(shí)，羊乳中因含有較高的酪蛋白，為防止乳品中的酸分布不均而導(dǎo)致局部過酸最終使蛋白質(zhì)產(chǎn)生沉淀的現(xiàn)象發(fā)生[24]，應(yīng)調(diào)配酸溶液，并在較低溫度下緩慢加入。在相同添加量的條件下，羊乳的熱穩(wěn)定性對(duì)不同種類的酸的敏感程度不同，相比較而言，添加乳酸時(shí)羊奶的熱穩(wěn)定性相對(duì)較高。

4.3 超聲波處理對(duì)羊奶熱穩(wěn)定性的影響

一定強(qiáng)度的超聲波（US）可減小蛋白顆粒粒徑，使羊奶中的物質(zhì)分布更加均勻，并顯著改善羊乳酶促凝膠特性即凝膠持水力、強(qiáng)度及黏度得到較好的羊酸乳。但超聲時(shí)，會(huì)因乳中形成的真空氣泡強(qiáng)烈崩塌，最終分為低壓和高壓兩個(gè)區(qū)域，此時(shí)，會(huì)急速增加乳的溫度與壓力，導(dǎo)致乳清變性率、可溶性鈣磷顯著增加[25]。

4.4 超高壓對(duì)羊奶熱穩(wěn)定性的影響

在超高壓處理的條件下，一方面可以使原料乳中的較大蛋白質(zhì)發(fā)生破裂，此時(shí)，可能會(huì)破壞酪蛋白膠間的非共價(jià)鍵，超高壓還可改變蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與酶解特性，從而導(dǎo)致乳蛋白質(zhì)的熱穩(wěn)定性、凝膠性等性發(fā)生改變[26]。超高壓處理會(huì)降低羊奶乳脂肪的熱穩(wěn)定性，使羊乳更易發(fā)生沉淀，但不同的條件影響程度不同，壓力在100 M Pa時(shí)，穩(wěn)定性最小，而在200 M Pa時(shí)，為最高。此外，超高壓處理時(shí)，由于蔗糖酯可使乳化效果更加突出，且隨其添加量的增加而逐步占有主導(dǎo)地位，最后，使超高壓所產(chǎn)生的影響趨于穩(wěn)定，所以，可以通過改變其他條件如添加蔗糖酯來進(jìn)行改善超高壓處理下的乳品質(zhì)量[27]。

5 其他因素對(duì)羊奶熱穩(wěn)定性的影響

5.1 pH值

由于pH值變化不僅會(huì)降解酪蛋白膠束中的κ-酪蛋白，還會(huì)導(dǎo)致乳清蛋白發(fā)生變性，且隨著羊乳pH值升高，乳清蛋白會(huì)與酪蛋白發(fā)生相互作用，因此，羊奶的熱穩(wěn)定性與pH值變化密切相關(guān)。新鮮羊奶的pH值一般為6.5～6.8，而羊乳熱穩(wěn)定性最佳的pH值為6.9[28]，因此，自然條件下，熱穩(wěn)定性本就不高的羊乳進(jìn)行超高溫處理時(shí)，不合適的pH值會(huì)破壞酪蛋白膠束蛋白質(zhì)聚合體體系的穩(wěn)定性，該體系由酪蛋白以非共價(jià)鍵形式結(jié)合膠束磷酸鈣而形成，減少乳體系中酪蛋白表面的靜電荷，最終導(dǎo)致蛋白質(zhì)凝聚沉淀[29]。因此，想要保持羊奶的熱穩(wěn)定性，就需要保持其最佳pH值。

5.2 檸檬酸對(duì)羊奶熱穩(wěn)定性的影響

隨著檸檬酸的加入，羊乳的酸度增加，pH值降低，此時(shí)，更加接近羊乳中酪蛋白的等電點(diǎn)，從而明顯降低了酪蛋白的熱穩(wěn)定性[30]，與此同時(shí)，酸度的增加會(huì)明顯降低羊乳中乳脂肪的熱穩(wěn)定性，且隨著檸檬酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，影響效果越明顯即穩(wěn)定性越差。所以，檸檬酸會(huì)降低羊奶的熱穩(wěn)定性。

5.3 固形物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)

隨固形物濃度越大，羊乳體系所需的熱凝固時(shí)間越短，在140℃時(shí)，時(shí)間最短[31]，所以，羊乳的熱穩(wěn)定性隨固形物濃度的增大而減少，為提高羊乳熱穩(wěn)定性，應(yīng)選擇最佳配比。

5.4 羊乳本身的品質(zhì)

不同品種的山羊（如嶗山奶山羊與莎能羊），在不同泌乳時(shí)期（如初乳與成熟乳）乳汁，所含有的成分如蛋白質(zhì)不同，并且乳中的酶、菌或雜質(zhì)等都不同，即乳的品質(zhì)不同。在外界條件變化時(shí)，乳的熱穩(wěn)定性也不同[32]。

6 結(jié)束語

本文通過分析溫度、pH值、添加劑、無機(jī)鹽及處理方式等方面對(duì)羊乳熱穩(wěn)定性的影響機(jī)理，發(fā)現(xiàn)所有條件相互制約，相互平衡，且每個(gè)變量隨其自身添加量的改變對(duì)羊乳熱穩(wěn)定性的影響也不同，所以，我們需要找出產(chǎn)品所需的最佳條件，使羊乳及其制品的工藝更加完善，促進(jìn)羊奶產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。如今，人們對(duì)乳品的安全、種類和營養(yǎng)要求日益嚴(yán)格，而羊乳可為多元化的市場(chǎng)注入一股新鮮血液。

我們自身有許多不足，應(yīng)該學(xué)習(xí)國外的先進(jìn)技術(shù)如羊奶的脫膻技術(shù)，提高羊奶的熱穩(wěn)定性、品質(zhì)并盡量降低市場(chǎng)價(jià)格，延長羊奶的保質(zhì)期。結(jié)合國內(nèi)人群的口味和習(xí)慣，開發(fā)出更多的新產(chǎn)品，進(jìn)而豐富羊奶制品的種類，增加使用的功能性，為消費(fèi)者提供更多的選擇[33]。此外，需要規(guī)范市場(chǎng)、增加羊奶的知名度及其所占份額，有理由相信，羊奶必定會(huì)成為乳制品市場(chǎng)的新寵。

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