不同灭菌方式对牛奶中乳清蛋白变性的影响

引言：牛乳加工过程中， 广泛使用热处理对其进行灭菌， 以延长乳制品的货架期。牛乳中存在许多热不稳定性物质， 如天然存在的乳清蛋白、乳糖、以及热加工过程中的美拉德反应产物等。牛乳中的乳清蛋白主要包括β -乳球蛋白、 ∝ -乳白蛋白、牛血清白蛋白和免疫球蛋白。但不同的灭菌方式可能会对牛奶中的乳清蛋白产生不同程度的影响，导致其变性，进而影响牛奶的营养价值和品质。因此深入研究不同灭菌方式对牛奶中乳清蛋白变性的影响具有重要的现实意义。

一、灭菌方式概述

（一）超高温瞬时灭菌技术

超高温瞬时灭菌是把牛奶在很短的时间内（2-4 秒）加热到 135-150^∘C 的一种灭菌方法，它的原理是利用高温快速杀死微生物，尽可能保持牛奶的营养成分和风味。UHT 灭菌的优点是灭菌效果好，可以使牛奶长期保存，在牛奶工业中被广泛使用，但是这种高温处理方法会严重影响牛奶中的蛋白质等成分。

（二）巴氏杀菌

巴氏杀菌是采用 63-85^∘C 左右的低温对牛奶进行加热处理，保持 15-30秒，从而达到杀死大部分病原菌和有害微生物的目的。巴氏杀菌比 UHT 灭菌温度低，对牛奶营养成分和风味的破坏小，可以较好地保持牛奶的天然风味和部分营养成分，但巴氏杀菌牛奶保质期较短，需冷藏保存和销售。

（三）高压脉冲电场灭菌

高压脉冲电场灭菌属于一种新兴的非热力灭菌手段，通过在食品两头施加高压脉冲电场，使得微生物细胞膜产生不能逆转的击穿现象，进而实现灭菌目的。这项技术具备处理时延短，对食品营养要素和风味造成的干扰小等诸多长处，近些年来在食品加工界得到了高度重视，在牛奶灭菌过程中，高压脉冲电场灭菌也许能在保障牛奶安全的前提下，更好地保存乳清蛋白之类的营养成分。

二、不同灭菌方式对牛奶中乳清蛋白变性的影响

（一）超高温瞬时灭菌（UHT）对乳清蛋白变性的深度剖析

超高温瞬时灭菌依靠其强大的灭菌效能，在牛奶加工行业占有重要地位，但会对乳清蛋白产生不能忽略的变性影响。在 UHT 处理期间，牛奶在很短的时间内被加热到 135-150^∘C 的高温环境里，如此极端的高温条件会迅速破坏乳清蛋白分子内部的氢键、疏水键之类的次级键，致使蛋白质分子的自然构象遭到破坏，原先紧密有序的蛋白质结构开始松散，分子之间的相互作用变得杂乱无章。随着温度不断施加压力，那些展开的蛋白质分子之间就会发生相互聚集，形成较大的聚集体。 这些聚集体不仅让乳清蛋白在水中的溶解度降低，还会改变它的表面性质，乳清蛋白的乳化性能就大打折扣，变性的蛋白质很难在油和水的界面处形成稳定的吸附层，不能有效降低界面张力，牛奶在加工的时候就很难形成均匀稳定的乳浊液。

（二）巴氏杀菌对乳清蛋白变性的温和影响机制

巴氏杀菌法采用的温度比较低（ 6365^∘C ），时间也比较短（15-30 秒），对牛奶进行处理时，乳清蛋白变性的程度相对较小，在这个温度范围内，乳清蛋白的结构确实会受到一定的影响，但是这种影响程度比超高温瞬时灭菌要小很多。低温以及短时间的处理主要会影响到乳清蛋白分子表面的电荷分布情况以及一些次级键，有些氢键也许会被破坏掉，这样一来，蛋白质分子的局部结构就会发生一些变化，但是整个三维结构还是能够保持基本稳定状态，这样的一种改变会导致乳清蛋白溶解度有所下降。但却不像 UHT 那样会出现很多沉淀现象。 乳化性和起泡性方面，巴氏杀菌之后的乳清蛋白还是可以保持一定的功能，乳化性能可能会变差一些，但依然可以在油-水界面形成一定的吸附，维持牛奶乳浊液的相对稳定。

（三）高压脉冲电场灭菌对乳清蛋白变性的独特抑制作用

高压脉冲电场灭菌属于一种新兴的非热力灭菌手段，在抑制乳清蛋白变性方面表现出了特别的优势，这种技术通过在牛奶两端施加高压脉冲电场，致使微生物细胞膜产生无法复原的击穿现象，进而达成灭菌效果，而且不会对乳清蛋白的结构和功能造成明显的影响。在高压脉冲电场的作用之下，乳清蛋白分子内部的化学键基本上没有受到破坏，乳清蛋白天然的三维结构得以保存下来，因为电场主要针对微生物细胞，对蛋白质分子的作用比较小。同时，高压脉冲电场的处理时间极短，避免了长时间处理造成的热效应对蛋白质的破坏，经过高压脉冲电场灭菌处理的牛奶中的乳清蛋白溶解度、乳化性和起泡性等功能特性与未处理的鲜牛奶相差无几。这使得牛奶在保持良好的口感和质地的同时，最大限度地保留了乳清蛋白的营养价值，为消费者提供了更加优质的牛奶选择，也为牛奶加工行业开辟了新的发展方向。

（四）不同灭菌方式下乳清蛋白变性差异对牛奶品质的综合影响

超高温瞬时灭菌造成乳清蛋白严重变性，不仅改变牛奶物理性质、出现沉淀、分层等现象，而且改变化学性质，变性的乳清蛋白可能与牛奶中其他成分发生反应，产生不良风味物质，影响牛奶口感和风味。乳清蛋白变性后营养价值也会下降，促进肌肉生长，增强免疫力等功能受到影响，巴氏杀菌对乳清蛋白影响小，但储存运输过程中保质期较短，也可能发生一定品质变化。而高压脉冲电场灭菌能够很好的保持乳清蛋白的结构和功能，使得牛奶在品质上具有优势，能够保留牛奶的天然风味和营养成分，延长牛奶的货架期，减少牛奶变质带来的损失。从消费者角度来说，高压脉冲电场灭菌牛奶可以提供更接近鲜牛奶的品质体验，从生产者角度来说，高压脉冲电场灭菌有利于提高产品的市场竞争力，促进牛奶产业向更高品质方向发展。

结束语：

展望未来，人们对于牛奶品质和营养价值要求越来越高，而食品加工技术不断发展，高压脉冲电场灭菌这种新兴的牛奶杀菌技术或许会被越来越广泛的应用到牛奶加工中。未来需要进一步研究与优化灭菌工艺，以满足消费者日益多样化的需求，推动牛奶产业的健康可持续发展。

参考文献：

[1]岳淑琴，黄建，王世杰，等.不同热处理方式对牛奶乳清蛋白的影响[J].中国食物与营养，2023，29（03）：23-28.

[2]张太，刘伊索，步雨珊，等.直接超高温牛乳乳清蛋白 ∝-La/β-Lg 复合体的稳定性和结合机制研究[C]//中国食品科学技术学会.中国食品科学技术学会第十九届年会论文摘要集.中国海洋大学食品科学与工程学院;中国农业大学营养与健康系;，2022：164-165.