不同因素對羊奶熱穩定性的影響機理研究現狀

陳笛，王存芳

(齊魯工業大學輕工學部食品科學與工程學院，濟南250353）

0 引言

羊奶營養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。

羊奶產業在我國雖發展較晚，但隨著科技在羊乳行業中的逐步應用，羊奶將會成為人們生活中不可或缺的一份子。熱穩定性較差的羊奶經加熱工藝時需要更為苛刻的條件，因此，研究羊奶的熱穩定性具有很大的現實意義。本文從溫度、穩定劑、乳化劑、鹽類、鈣離子和處理方式等方面對羊奶熱穩定性所產生的影響進行闡述。

1 溫度對羊奶熱穩定性的影響

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

1.1 溫度對羊乳蛋白質熱穩定性的影響

對羊乳進行不同熱處理工藝中，β-乳球蛋白會與酪蛋白通過復雜的共價鍵進行結合，且α-乳白蛋白亦會暴露疏基，所以，不同溫度條件會使乳清蛋白變性，變性乳清蛋白氮指數（W PN，m g/g）是衡量乳清蛋白變性程度和評價乳品質量的重要指標。有學者通過水浴加熱后測定蛋白質的離心沉淀率得知[4]，高溫使乳清蛋白發生聚合、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；可溶性鈣與磷會向膠體相轉化；蛋白質的二級結構改變，均表明熱穩定性降低[5]。

擁有較多電荷、脯氨酸和一些胱氨酸殘基的酪蛋白表現出表面疏水性，可與乳清蛋白結合形成酪蛋白膠束，進而影響蛋白之間的相互作用，因此，酪蛋白對液態羊奶的穩定性起著非常重要的作用。在一定溫度下，較少的酪蛋白會發生變性，但當溫度過高時可能會直接導致蛋白質的變性，也會改變體系的熵值進而改變疏水性，系統中的氫鍵遭到破壞，使其具有強烈的凝聚趨向，親水能力和膠束間的靜電斥力發生改變，導致膠束空間結構穩定層崩潰，蛋白質二、三級空間結構的改變[6]。鄧乾春[7]等人運用差式掃描量熱儀（differential scanning calorimeter，DSC）來研究蛋白質的微觀結構與熱穩定性的關系。此外，熱處理時，膠粒吸附乳清蛋白形成的復合體會影響具有較小溶劑化作用的酪蛋白膠體的穩定性最終影響蛋白質的熱穩定性，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，反應表征分散體系穩定的Zeta電位是電子云內外電位差，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的離子所構成的松散系統[8]。酸奶、奶酪和液態乳等乳制品都與Zeta電位有重要關系。

1.2 溫度對羊奶中乳脂肪穩定性的影響

羊乳中的脂蛋白脂酶（lipoprotein lipase，LPL）是被認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，酶活力的改變將會對乳脂肪的穩定性產生影響。

由于乳脂球膜（milk fat globule membrane，M FGM）在一定加熱條件下，會留有空隙，此時，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，乳脂肪的結構受到高溫影響而發生變化，乳化效果降低，乳脂肪的穩定性明顯降低[9]。此外，在加熱到一定溫度下，乳中的乳白和乳球蛋白會與M FGM發生結合，且結合量隨溫度升高而不斷增加。婁新曼[10]利用U-1100D可見分光光度計測定離心前后吸光度比值證明，在75℃條件下，羊乳乳脂肪的熱穩定性最好，且與蔗糖酯的含量成正比，在溫度為95℃時最差。此外，結果還顯示，進行單因素試驗時，蔗糖酯的質量分數在0.08%～0.2%區間內，隨添加量的增加，乳脂肪的熱穩定性隨之增加，在0.2%時，達到最高。

1.3 溫度對羊乳敏感成分的影響

隨著羊乳在市場中占有越來越大的比例，其固有的熱敏性物質在加工過程中的反應也必然成為研究熱點。孫琦[11]用高效液相色譜儀發現在加熱條件下，乳蛋白與乳糖發生美拉德反應生成糠氨酸，蛋白質中的游離氨基酸催化乳果糖發生堿基異構化。目前，常用的熱敏性指標如用于檢測高溫瞬時殺菌乳的乳過氧化物酶和用于檢測巴氏殺菌乳的堿性磷酸酶等均應用于牛乳的品質監控。

2 鈣離子對羊奶熱穩定性的影響

自然狀態下，向羊乳中添加鈣離子會破壞其飽和程度下可溶性鈣的狀態，引起體系的相關改變。

2.1 鈣離子對酪蛋白的影響

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，羊乳對熱不穩定。由于酪蛋白與鈣結合成酪蛋白酸鈣后再與膠體狀的磷酸結合最后以微膠粒的形式穩定存在，磷酸鈣膠粒和小型亞膠束通過疏水作用結合成酪蛋白膠束[12]。因疏水性很強的α-CN和β-酪蛋白構成中心位置，β-酪蛋白N端含有較多羧基，且α-CN含有很多磷酸基團，所以，α-CN白和β-酪蛋白對Ca2+較為敏感。而親水性較強的κ-酪蛋白構成外部位置，且具有較少的磷酸基團，所以其對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層可以使其保持穩定的空間結構。

當加熱或pH值降至等電點時，平衡遭到破壞，對Ca2+敏感的αs-酪蛋白暴露且結合游離的Ca2+進而減少電荷量，從而產生活性位點，導致酪蛋白發生凝聚，即乳中出現沉淀。此外，Ca2+在降低鹽類如無機磷酸鹽的分散能力的同時會減弱對水的束縛力，加速蛋白膠束的形成，導致酪蛋白的熱穩定性降低[14]。Ca2+濃度越高，蛋白質沉淀所需時間越短，熱穩定性越低。羊乳制品在加工過程中，由于一些特殊人群的需要，會添加一定量的鈣，因而會造成乳體系的不穩定。有學者經測定乳脂肪的穩定性系數表明[15]，隨著Ca2+濃度的增加，羊乳體系的熱穩定性會降低。所以，要通過添加穩定性鹽，降低羊乳體系中的Ca2+含量來達到提高乳中鈣含量的目的。

2.2 鈣離子對乳脂肪的影響

羊乳中乳脂肪的穩定性隨Ca2+的增加呈現先增加后減少的趨勢，且該條件下與蔗糖酯的含量也有一定的關系。通過測定脂肪上浮率發現[16]，Ca2+的質量分數為1%時，羊奶的熱穩定性最好。因此，為了保持羊奶的熱穩定性，需要在保持所需的基礎上，盡量減少Ca2+的使用量。

3 穩定劑、乳化劑和鹽類對羊奶熱穩定性的影響

3.1 穩定劑對羊奶熱穩定性的影響

羊乳中常使用的多糖型穩定劑分為酸性多糖（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生靜電作用。此外，穩定劑是能在蛋白質表面形成包裹蛋白質粒子薄膜進而保護膠體的高親水性化合物[17]，因此，增添穩定劑的使用，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發生凝集沉淀現象，有效提高羊奶的熱穩定性。

3.2 乳化劑對羊奶熱穩定性的影響

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

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

3.3 鹽類對羊奶熱穩定性的影響

羊奶中的鹽類同酸結合，最終形成可溶性鹽，包括有機鹽和無機鹽（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。因為螯合劑可以有效螯合影響乳熱穩定性的游離Ca2+，所以，向乳中加入螯合劑時，可以提高乳的熱穩定性。

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

4 處理方式對羊奶熱穩定性的影響

4.1 均質條件

均質使羊奶中蛋白質的直徑變小，羊奶變得更加細化進而提高羊奶的熱穩定性。不同的均質條件對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，但當壓力過高時，顆粒破碎，酪蛋白粒子外露，羊奶的熱穩定性降低。溫度會影響乳中脂肪顆粒的形態，升高溫度，脂肪融化，但當溫度過高時，脂肪球膜被破壞，增加顆粒間碰撞率，導致穩定性降低[23]。

4.2 加酸的方式和種類

對于制作發酵型或需要加酸的飲料時，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致局部過酸最終使蛋白質產生沉淀的現象發生[24]，應調配酸溶液，并在較低溫度下緩慢加入。在相同添加量的條件下，羊乳的熱穩定性對不同種類的酸的敏感程度不同，相比較而言，添加乳酸時羊奶的熱穩定性相對較高。

4.3 超聲波處理對羊奶熱穩定性的影響

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

4.4 超高壓對羊奶熱穩定性的影響

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發生破裂，此時，可能會破壞酪蛋白膠間的非共價鍵，超高壓還可改變蛋白質的結構與酶解特性，從而導致乳蛋白質的熱穩定性、凝膠性等性發生改變[26]。超高壓處理會降低羊奶乳脂肪的熱穩定性，使羊乳更易發生沉淀，但不同的條件影響程度不同，壓力在100 M Pa時，穩定性最小，而在200 M Pa時，為最高。此外，超高壓處理時，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地位，最后，使超高壓所產生的影響趨于穩定，所以，可以通過改變其他條件如添加蔗糖酯來進行改善超高壓處理下的乳品質量[27]。

5 其他因素對羊奶熱穩定性的影響

5.1 pH值

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

5.2 檸檬酸對羊奶熱穩定性的影響

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

5.3 固形物的質量分數

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

5.4 羊乳本身的品質

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

6 結束語

本文通過分析溫度、pH值、添加劑、無機鹽及處理方式等方面對羊乳熱穩定性的影響機理，發現所有條件相互制約，相互平衡，且每個變量隨其自身添加量的改變對羊乳熱穩定性的影響也不同，所以，我們需要找出產品所需的最佳條件，使羊乳及其制品的工藝更加完善，促進羊奶產業的發展。如今，人們對乳品的安全、種類和營養要求日益嚴格，而羊乳可為多元化的市場注入一股新鮮血液。

我們自身有許多不足，應該學習國外的先進技術如羊奶的脫膻技術，提高羊奶的熱穩定性、品質并盡量降低市場價格，延長羊奶的保質期。結合國內人群的口味和習慣，開發出更多的新產品，進而豐富羊奶制品的種類，增加使用的功能性，為消費者提供更多的選擇[33]。此外，需要規范市場、增加羊奶的知名度及其所占份額，有理由相信，羊奶必定會成為乳制品市場的新寵。

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