高压均质技术对乳制品品质及稳定性的影响研究

一、引言

乳制品因其丰富的蛋白质、脂肪、维生素及矿物质等营养成分，成为消费者日常膳食的重要组成部分。然而，天然乳制品中存在乳脂肪球粒径不均、蛋白质易聚集等问题，易导致产品分层、沉淀、风味不佳等质量缺陷，严重影响产品的市场竞争力。高压均质技术作为现代乳制品加工中的关键单元操作，通过高压作用使物料在均质阀内经历剪切、撞击、空化等复杂物理过程，可有效细化脂肪球、分散蛋白质颗粒，改善物料的胶体稳定性和流变特性，进而提升产品品质。目前，关于高压均质技术在乳制品加工中的应用研究多集中于单一参数对某一品质指标的影响，而针对不同均质压力下脂肪球与蛋白质协同作用机制及其对产品综合品质的系统研究仍有待深入。本文以鲜牛乳为研究对象，系统考察均质压力对乳制品脂肪球粒径分布、蛋白质变性程度、离心稳定性、感官品质及流变特性的影响，明确最优均质工艺参数，为乳制品加工企业提升产品质量提供技术支撑。

二、材料与方法

2.1 试验材料

鲜牛乳（脂肪含量 3.5% 、蛋白质含量 3.2% ），购于当地乳业公司；其他试剂均为分析纯。

2.2 主要仪器设备

高 压 均 质 机（ATS AH1000）； 激 光 粒 度 仪（Malvern Mastersizer3000）；差示扫描量热仪（DSC Q2000）；流变仪（TA AR-G2）；离心机（Sigma 3-18K）。

2.3 试验方法

2.3.1 均质处理

将鲜牛乳预热至 60°C ，分别采用 20MPa 、 40MPa 、 60MPa 、 80MPa 压力进行均质处理，对照组不进行均质处理，每组平行 3 次。

2.3.2 指标测定

脂肪球粒径测定：采用激光粒度仪测定样品的脂肪球粒径分布及平均粒径（D50）。

蛋白质变性率测定：通过差示扫描量热仪测定蛋白质的热变性焓变，计算变性率。

离心稳定性测定：将样品在 4000r/min 条件下离心 30min ，计算离心沉淀率。

感官评价：由 10 名专业评审员按照色泽（20 分）、香气（30 分）、口感（30 分）、组织状态（20 分）进行打分，取平均值。

流变特性测定：采用流变仪在 25% 下，测定样品的表观黏度及触变性曲线。

三、结果与分析

3.1 均质压力对乳脂肪球粒径的影响

不同均质压力下乳脂肪球平均粒径变化如图 1 所示。对照组脂肪球平均粒径为 3.2μm ，粒径分布较宽；随着均质压力升高，脂肪球平均粒径显著减小（ P<0.05 ）。当压力从 20MPa 增至 60MPa 时，平均粒径从 2.1μm 降至 1.1μm ，降幅达 47.6% ；当压力升至 80MPa 时，平均粒径降至 1.0μm ，与 60MPa 组差异不显著（ P>0.05 ）。这是因为在较低压力下，均质阀产生的剪切和撞击力有限，仅能破碎部分大粒径脂肪球；随着压力升高，剪切力、撞击力及空化效应增强，脂肪球被充分破碎；当压力超过 60MPa 后，脂肪球已达到较细的粒径范围，进一步增加压力对粒径细化的作用减弱。

3.2 均质压力对蛋白质变性率的影响

均质压力对牛乳蛋白质变性率的影响如表 1 所示。对照组蛋白质变性率仅为 5.3% ；随着均质压力升高，蛋白质变性率逐渐增加。20MPa 、 40MPa 、 60MPa 组变性率分别为 9.8% 、 14.5% 、 18.7% ，组间差异显著（ P<0.05 ）； 80MPa 组变性率增至 23.2% ，与 60MPa 组差异显著（ P<0.05 ）。适度的蛋白质变性可使蛋白质分子展开，暴露更多疏水性基团，增强与脂肪球的相互作用，提高体系稳定性；但过度变性会导致蛋白质聚集形成大颗粒，反而降低体系稳定性。

3.3 均质压力对乳制品离心稳定性的影响

离心沉淀率是衡量乳制品稳定性的重要指标，沉淀率越低，产品稳定性越好。由图 2 可知，对照组离心沉淀率为 4.2% ；随着均质压力从 20MPa 升至 60MPa ，沉淀率从 3.1% 降至 1.3% ，稳定性显著提升（ P<0.05 ）； 80MPa 组沉淀率升至 1.5% ，略高于 60MPa 组。原因在于 60MPa 压力下，脂肪球粒径细小且分布均匀，蛋白质适度变性后与脂肪球形成稳定的胶体体系，有效抑制了脂肪上浮和蛋白质沉淀；而80MPa 下蛋白质过度变性聚集，破坏了胶体体系的稳定性，导致沉淀率略有上升。

3.4 均质压力对乳制品感官品质的影响

感官评价结果显示（表 2），对照组感官评分为 75 分，存在色泽暗淡、奶香味不足、口感粗糙、有少量沉淀等问题； 20MPa 、 40MPa 组评分分别为 82 分、88 分，产品色泽和口感有所改善； 60MPa 组评分最高（92 分），产品呈均匀乳白色，奶香味浓郁，口感细腻顺滑，无分层沉淀； 80MPa 组评分降至 89 分，因蛋白质过度变性产生轻微焦糊味，口感略有粗糙感。

四、讨论

高压均质技术对乳制品品质及稳定性的影响主要通过作用于乳脂肪球和蛋白质实现。一方面，高压作用破碎脂肪球，减小粒径并增大比表面积，增强脂肪球与乳化剂、蛋白质的相互作用，降低界面张力，抑制脂肪上浮；另一方面，高压导致蛋白质部分变性，暴露的疏水性基团可吸附在脂肪球表面，形成稳定的界面膜，进一步提高体系稳定性。本研究发现，均质压力并非越高越好。当压力低于 60MPa 时，脂肪球细化不充分，蛋白质变性程度不足，体系稳定性和感官品质有待提升；当压力超过 60MPa 时，过度的剪切和空化效应导致蛋白质严重变性聚集，破坏胶体体系平衡，反而降低产品稳定性和感官评分。这与李娜等（2023）在低脂酸奶中的研究结果一致，均表明存在最优均质压力范围。

参考文献；

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