熱處理對乳理化性狀影響

陳曉欣， 張曉瑞， 林 清， 李林強*

(1.陜西師范大學食品工程與營養科學學院，陜西 西安 710119；2.西北農林科技大學動物科技學院，陜西 楊凌 712100)

乳是人們青睞的食源之一。對于素食主義者來說，乳品也許就是他們唯一的動物性完全蛋白來源，特別是牛乳、羊乳。熱處理是所有乳制品生產過程中必不可少的一個關鍵環節。通過熱處理殺死微生物，特別是致病、致毒微生物，從而達到預防食源性疾病的目的[1]，同時也可以延長乳制品的貨架期，便于銷售和遠距離運輸。目前開發的各種熱處理技術均是為了保證乳制品質量安全，保障消費者的健康，經過熱處理的乳制品也更有利于人體消化和吸收，但同時熱處理也會對乳的自然成分產生一定程度的改變，這有可能影響乳制品的感官品質，甚至還可能產生一些不良因子。

本文分析總結了熱處理對牛、羊乳中蛋白質、脂肪、碳水化合物的理化特性和其中酶的活性的影響，并分析其變化機制，以期揭示熱處理對乳主要營養素組成結構的改變及其可能對人體生理產生的調節作用。

1 熱處理對乳蛋白質的影響

乳蛋白主要分為酪蛋白和乳清蛋白兩大類。牛乳、羊乳和人乳三者酪蛋白與乳清蛋白之比分別為4∶1、3.5∶1、和1∶1.5，三者酪蛋白質量百分數依次為80%、78%和40%，乳清蛋白則相應為20%、22%和60%，可見羊奶酪蛋白含量比牛奶低，而乳清蛋白含量則高于牛奶，其營養模式更接近人乳[2]。乳中酪蛋白主要包括：αs1-酪蛋白、αs2-酪蛋白、β-酪蛋白和κ-酪蛋白4種單體，其在牛乳酪蛋白中其重量比依次為4∶1∶4∶1。乳清蛋白主要包括：α-乳白蛋白(α-lactalbumin)和β-乳球蛋白(β-lactoglobulin)，以及少量的免疫球蛋白(immunoglobulin，IG)、血清白蛋白(serum albumin，SA)等(見表1)。

普遍認為乳中酪蛋白具有較高的熱穩定性，這是由于多個酪蛋白單體聚集成酪蛋白膠束形式存在，其間存在鈣離子黏合作用、疏水相互作用、靜電作用、氫鍵作用和二硫鍵等作用力，這些力能夠維持酪蛋白膠束結構的穩定；另外，也有報道認為κ-酪蛋白可能使αs1-酪蛋白和β-酪蛋白免受鈣離子影響而沉淀。但是，熱處理也會對酪蛋白的這些作用力產生不同程度的影響。

酪蛋白主要以酪蛋白磷酸鈣膠束、膠粒的形式存在，溫度升高會使其物理性碰撞頻率增加，有可能導致酪蛋白聚集，但溫度過高則會破壞酪蛋白的次級結構，增加其靜電斥力，從而使酪蛋白不易結塊[3]，當溫度高于115 ℃時，酪蛋白將發生糖基化[4-5]。55～100 ℃的熱處理會影響酪蛋白膠束結構一些次級鍵，其中的二硫鍵的形成較易發生[6]。高于70 ℃的熱處理會使酪蛋白膠束表面的κ-酪蛋白與β-乳球蛋白形成二硫鍵發生聚合反應[7]，溫度再高，這種聚合作用就越大[8]，熱處理導致乳蛋白顆粒增大也間接證實了這一點[9-11]。相比較酪蛋白，乳清蛋白對熱不穩定則更為顯著，70 ℃以上就能引起乳清蛋白的熱變性;甚至熱處理的方式也會對乳清蛋白的變性有影響，間接加熱更易造成乳清蛋白的變性[12]。在相同的熱處理條件下，羊乳熱處理后蛋白質的沉淀率顯著高于牛乳，原子力顯微鏡微觀分析結果顯示羊乳蛋白質膠束粒子明顯大于牛乳[9]。這可能首先是由于鮮牛乳蛋白膠束粒度大小主要集中在1 nm以下，羊乳則大部分主要分布在1～1 000 nm的范圍內[9-10]；也可能是由于熱處理更有利于β-乳球蛋白、α-乳白蛋白形成二硫鍵；或者是熱處理破壞了乳清蛋白的部分疏水作用。顯然，乳清蛋白和酪蛋白比例可能是影響乳熱穩定性的一個重要因素[13]。

還有研究表明，酪蛋白易于與熱變性去折疊的乳清蛋白形成二硫橋鍵[14]，αs1-CN、β-CN也有相同的特性[15]。也有報道不同的熱處理會導致乳中氨基酸含量發生變化，而游離氨基酸之間會發生反應[16]。宏觀上講，熱處理會影響乳蛋白的二級結構。

表1 不同乳的蛋白組成比較 g/kg

注：表中“-”代表未檢測到。

2 乳熱處理過程中脂肪的變化

羊奶脂肪含量為3.6～4.5 g/100 g，脂肪球直徑2 μm左右，富含短中鏈脂肪酸，約占總脂肪含量的25%左右；而牛奶脂肪球直徑為 3～4 μm，其中短鏈脂肪酸占總脂肪含量不到10%[13,17]。在85 ℃的條件下，隨著加熱時間延長，羊乳短鏈脂肪酸含量進一步升高，長鏈脂肪酸含量降低；超高溫(T≥128 ℃)條件下羊乳中多不飽和脂肪酸含量減少，短、中鏈脂肪酸的含量也增加。牛乳脂肪熱處理變化情況與羊乳相似[18]。

3 乳熱處理過程中乳糖和酶的變化

乳在熱處理過程中的變化是復雜多樣的，除了蛋白質、脂肪變性之外，乳的熱變性還體現乳糖異構化、酶失活等方面。乳經過熱處理會使乳糖水解產生的葡萄糖異構化為果糖，半乳糖可異構化為酮糖[19]。乳糖在熱處理過程中主要發生水解、美拉德反應和異構化等，這3個過程都是可逆的，存在動態平衡。

乳液中的酶主要分為內源酶和外源酶。內源酶有60多種，多來源于乳腺組織、血漿和白細胞等；外源酶多由微生物產生，或者為死亡的菌體或細胞凋亡溶解后釋放出的胞內酶。這些酶除溶菌酶、過氧化物酶等有助于改善乳的品質外，其余多對乳產生不良影響。熱處理過程會使乳中大部分蛋白酶失活，這可抑制蛋白酶、脂肪酶等對乳制品的蛋白質、脂肪和碳水化合物的降解，從而保證乳制品在貯藏期間質量的穩定性和安全。

4 結 論

熱處理是保證乳制品質量安全的必要環節，但同時也改變了乳的基本理化特性，特別是乳制品的穩定性以及其部分營養價值，甚至產生不良因子。因此，合理控制乳熱處理條件，降低其對乳制品的不良影響將是一項長期的研發任務。