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(shù)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(zhì)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(nèi)外UHP乳制品加工領(lǐng)域的最新研究進展，重點分析UHP技術(shù)對發(fā)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(shù)更好、更廣泛地應用提供理論基礎(chǔ)。

關(guān)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(zhì)，改善其在乳制品應用中的功能特性。UHP對牛乳性質(zhì)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(fā)現(xiàn)，UHP會使酪蛋白的二級和三級結(jié)構(gòu)發(fā)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(jié)構(gòu)被打碎成更小的顆粒，同時小顆粒之間發(fā)生交聯(lián)和重組，使得內(nèi)部疏水性氨基酸殘基更加隱蔽;親水區(qū)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(jié)構(gòu)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(jīng)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(jié)構(gòu)。在膠束酪蛋白濃縮物質(zhì)量濃度為10 g/100 m L的情況下，350 MPa以上的壓力處理會產(chǎn)生類似于弱凝膠的均勻網(wǎng)絡(luò)?？偟膩碇v，UHP處理減小了酪蛋白超分子結(jié)構(gòu)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(jīng)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(jié)構(gòu)，對其二級結(jié)構(gòu)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(jīng)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(wěn)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(nèi)疏水作用和靜電相互作用表現(xiàn)出破壞作用，這是由蛋白質(zhì)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(fā)泡性能。

1.2 UHP對乳脂肪的影響

U H P均質(zhì)處理會導致脂肪球的總面積增加，出現(xiàn)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(zhì)后的牛乳脂肪球平均粒徑為0.1～0.3μm，經(jīng)過高壓處理后脂肪球可以在一定時間內(nèi)保持穩(wěn)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(shù)量的趨勢，脂肪球直徑為1～2μm，而在4℃時，這種趨勢被逆轉(zhuǎn)。但是，乳脂肪球膜未發(fā)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(jīng)UHP處理的牛乳顯示出乳脂肪球數(shù)量增加的優(yōu)點，但在4℃條件下觀察到相反的現(xiàn)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(jié)晶過程中的放熱效應影響不大，研究發(fā)現(xiàn)，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(jié)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(guī)則程度最高，400 MPa壓力下，脂肪樣品的分形維數(shù)最低，表明不規(guī)則性最小。

1.3 UHP對游離脂肪酸的影響

關(guān)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(chǎn)生的異味。

2 UHP處理對加工乳制品品質(zhì)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(shù)，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(shù)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(fā)現(xiàn)，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(shù)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(shù)量均減少約5 （lg（CFU/g）），貯藏30 d后數(shù)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(jīng)過330、30 MPa的2次加壓均質(zhì)后，制作軟質(zhì)干酪，再對軟質(zhì)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(fā)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(fā)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(jié)果表明：UHP對干酪的組成成分沒有影響，但微生物發(fā)生了變化，特別是在發(fā)酵初期，400 MPa處理的干酪發(fā)酵劑數(shù)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(jié)果顯示，400 MPa處理導致干酪中αs1-和β-連環(huán)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(chǎn)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(zhì)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(guī)酸乳相比，在牛酸乳凝膠形成中應用UHP可改善酸乳質(zhì)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(zhì)構(gòu)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，對益生菌的存活沒有不利影響;在酸乳生產(chǎn)的最后階段應用UHP，特別是200～300 MPa處理時，酸乳的品質(zhì)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(zhì)的影響。結(jié)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(jié)構(gòu)的研究證明了其結(jié)構(gòu)變化。該研究結(jié)果表明，UHP處理是一種有效的加工工藝，可以開發(fā)出具有新的感官和品質(zhì)屬性的開菲爾，延長保質(zhì)期。

3 結(jié)語

隨著我國乳制品消費量的逐漸擴大，對乳制品的品質(zhì)要求越來越高，如何提高乳制品質(zhì)量成為研究熱點之一。UHP技術(shù)不僅可以作為冷殺菌技術(shù)應用于原料乳滅菌，而且干酪、酸乳、冰淇淋等產(chǎn)品的風味、流變學特性、質(zhì)構(gòu)等方面品質(zhì)均得到提升。UHP技術(shù)在乳制品生產(chǎn)上應用較少，大多數(shù)研究處于起步階段，推動UHP技術(shù)、裝備的發(fā)展，將其應用于乳制品生產(chǎn)中進行產(chǎn)業(yè)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(shù)在食品工業(yè)中的應用[J].中國乳業(yè)，2020（8）：63-66.DOI：10.16172/j.cnki.114768.2020.08.017.

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