超高壓結合溫熱處理對脫脂乳透光率和粒徑及蛋白溶解性的影響

胡志和，趙旭飛，魯丁強，薛 璐，賈凌云，程凱麗

（天津商業大學生物技術與食品科學學院，天津市食品生物技術重點實驗室，天津 300134）

超高壓作為冷殺菌技術，是一種新的非熱食品保藏方法。自從1990年日本率先利用高壓技術生產了市場化產品（果醬）[1]，目前該技術已在工業上廣泛應用。由于超高壓處理只對食品成分的非共價鍵（氫鍵、離子鍵和疏水鍵）產生影響，對蛋白質等高分子物質以及維生素、色素和風味物質等低分子物質的共價鍵無影響，能很大程度上保持食物原有的營養價值和天然風味[2]；同時，在不影響食品安全、營養和感官屬性的前提下，超高壓能夠消除或滅活腐敗微生物、致病性微生物[3]。因此，該技術已經在食品行業的多個領域得到應用，包括功能成分提?。ㄔ碥誟4]、黃酮類[5-6]、多糖類[7]、多酚類[8-9]）、果蔬保鮮與貯藏[10-12]、水產品保鮮[13-14]及過敏物質的消減[15-17]、肉制品保鮮[18-19]、谷物類[20]和豆類[21]食品的加工等。但超高壓技術的應用研究最廣泛和最深入的領域應該是乳品加工。

自1899年Hite[22]首次研究了超高壓對牛奶的影響后，學者們一直對該技術在乳品加工中的應用進行研究，包括超高壓處理對牛奶色澤[23-26]、氣味[27-28]、滋味[23]等感官性狀的影響，對粒度[29-31]、濁度[32]、黏度[33-34]等物理特性的影響，對pH值[35]、膠體磷酸鈣含量[36-37]、游離氨基酸含量[38]等化學特性的影響以及對乳蛋白的溶解性[39-40]、乳化性[41-44]、起泡性[45-47]等加工特性的影響等。另外，研究人員對超高壓處理影響乳中各種酶（乳過氧化氫酶[48-49]、乳脂肪酶[50-51]、蛋白水解酶[52-53]）的特性也進行了研究。隨著研究的深入，超高壓殺滅乳中污染微生物的條件得到不斷優化，研究發現超高壓結合溫熱（溫度不高于50 ℃）處理，可以有效滅活乳中污染的微生物[54]，且能夠100%保留調節免疫活性功能成分[55]。但超高壓結合溫熱處理對牛奶透光度、粒徑及蛋白溶解性影響的報道相對較少。本研究針對該系列問題進行研究，以期為超高壓結合溫熱處理技術在乳品加工中的應用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮牛奶 天津海河乳業有限公司；考馬斯亮藍北京Biotopped科學技術有限公司；磷酸、95%乙醇、無水乙醇、鹽酸、氫氧化鈉（均為分析純） 天津市贏達稀貴化學試劑廠；8-苯胺基-1-萘磺酸（8-aniline-lnaphthalene sulfonic acid，ANS）、牛血清白蛋白 美國Sigma公司。

1.2 儀器與設備

HPP.L2-1000/1超高壓實驗機 華泰森淼生物工程技術有限公司；L535-1臺式低速離心機 湖南湘儀離心機儀器有限公司； 3-18K離心機 德國Sigma公司；Marstersizer 3000激光納米粒度儀 英國Malvern Panalytical公司；UV-2700紫外-可見分光光度計 日本島津公司；pH計 梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司。

1.3 方法

1.3.1 牛奶預處理

新鮮牛奶在室溫下3 000 r/min條件下離心1 h，脫除脂肪。

1.3.2 超高壓處理脫脂乳

將脫脂乳樣品分裝于聚乙烯塑料袋中，真空密封后在不同壓力條件下（壓力：0.1、100、200、300、400、500、600、700 MPa；處理時間：10、20、30 min；處理溫度：常溫、30、40、50 ℃）進行處理，以常壓（0.1 MPa）下的樣品作為對照。

1.3.3 透光率的測定

將脫脂乳用5 kDa的超濾離心管，在室溫下，4 000 r/min離心處理，收集濾出液，以此濾出液透光率為100%，進行后續檢測。用紫外-可見分光光度計在600 nm波長處對所有樣品的透光率進行測定，每組樣品測定3 次。

1.3.4 粒徑的測定

用激光納米粒度儀對所有樣品的粒徑（中位徑（Dx(50)）等）進行測定，分散劑為蒸餾水，折射率為1.333，每組樣品測定3 次。

1.3.5 蛋白質量濃度的測定

1.3.5.1 蛋白標準曲線繪制

根據文獻[56]的方法，以牛血清白蛋白為標準蛋白，以蛋白質量濃度為橫坐標、OD595nm為縱坐標繪制蛋白標準曲線（y＝0.005 74x－0.002 7，R2＝0.999 8）。

1.3.5.2 可溶性蛋白質量濃度的測定

將高壓處理后的脫脂乳轉移到高速離心管中，以10 000 r/min、20 ℃條件離心1 h，獲得超速離心上清液，用考馬斯法測定可溶性蛋白（soluble protein，S-Pro）質量濃度。

1.3.5.3 pH 4.6下可溶性蛋白質量濃度的測定

向高壓處理后的脫脂乳中逐滴加入1 mol/L HCl溶液，連續攪拌調至pH 4.6，靜置1 h，在20 ℃下4 000 r/min離心30 min，吸取上清液、稀釋100～200 倍，用考馬斯法測定pH 4.6下可溶性蛋白（S-Pro-pH 4.6）質量濃度。

1.3.6 乳蛋白理化特性與結構指標的相關性分析

利用SPSS 16軟件中皮爾遜雙尾分析法，對30～50 ℃、10～30 min、0.1～700 MPa處理后脫脂乳的透光率、Dx(50)、S-Pro質量濃度、S-Pro-pH 4.6質量濃度進行相關性分析。

1.4 數據統計與分析

采用Excel軟件對數據進行處理，結果以平均值±標準差表示。采用Origin 95軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 超高壓結合溫熱處理對脫脂乳透光率的影響

人們對牛乳的認知為乳白色液體，超高壓處理會改變牛乳的色澤。未經處理的脫脂乳外觀呈白色渾濁狀，而經過高壓處理之后脫脂乳則變得透明或半透明[23]。通常采用亮度（L*）、濁度以及透光率來直觀反映高壓處理后乳的視覺變化，其中透光率可以間接反映蛋白質的凝聚程度，以及蛋白質溶液中懸浮顆粒的數量和大小。

圖1為脫脂乳在不同溫度、時間和壓力（0.1～700 MPa、10～30 min、常溫～50 ℃）條件下透光率的變化。由圖1A可知，未處理（0.1 MPa）脫脂乳的透光率為（0.019±0.001）%；當壓力小于200 MPa時，透光率的變化主要取決于壓力，處理時間的影響較小。當壓力大于200 MPa時，壓力和時間同時對透光率產生影響。隨著壓力的增大和處理時間的延長，透光率也增大。壓力大于500 MPa，處理20、30 min時，隨壓力變化透光率無明顯變化，且在700 MPa下處理20 min時，透光率從0.019%增至0.211%，增加1 011%。綜上，經高壓結合常溫處理樣品的透光率高于未處理的樣品。

當處理溫度為30 ℃時，不同壓力（0.1～700 MPa）處理脫脂乳透光率變化如圖1B所示。在0.1～700 MPa范圍內處理時間對透光率的影響較小，且0.1～200 MPa下所有不同處理時間樣品透光率幾乎相同；當壓力高于200 MPa時，200～400 MPa下處理10 min和20 min，樣品透光率均隨著壓力的增大而增加，在400 MPa達到最大值（分別為0.101%和0.087%），較未處理脫脂乳透光率（0.019%）分別增加432%和358%，壓力大于400 MPa時樣品透光率總體呈降低的趨勢；而30 min處理組透光率最高值出現在500 MPa時（透光率為0.101%），增加432%。

處理溫度為40 ℃時，不同壓力（0.1～700 MPa）處理脫脂乳透光率變化如圖1C所示。當壓力小于200 MPa時，各處理組透光率隨壓力增加無明顯變化，且處理壓力和時間對透光率無明顯影響。10 min處理組在200～500 MPa范圍內隨壓力增加，透光率逐漸增大，并于500 MPa時達到最大（透光率為0.121%），與未處理（透光率0.019%）相比增加537%；500～700 MPa范圍內隨壓力增加，透光率快速降低。20 min和30 min處理組透光率隨壓力增加的變化趨勢基本相同，200～400 MPa范圍內，隨壓力增大透光率逐漸增大；400～700 MPa范圍內隨壓力增大，透光率逐漸減小。而在同樣壓力下透光率總體隨著處理時間的延長而降低。

當溫度為50 ℃時，不同壓力（0.1～700 MPa）處理脫脂乳的透光率變化如圖1D所示。在壓力小于200 MPa時，10 min處理組透光率隨壓力增加無明顯變化；20、30 min處理組透光率由0.019%均降到0.013%。200～500 MPa范圍內，各處理組透光率隨壓力增加而增大，大于500 MPa后隨著壓力的增大和處理時間的延長透光率總體呈降低趨勢。

圖1 超高壓結合溫熱處理不同時間對脫脂乳透光率的影響Fig. 1 Effect of ultra-high pressure combined with mild heat treatment for different durations on light transmittance of skim milk

超高壓結合溫熱處理溫度對脫脂乳透光率的影響如圖2所示。在100 MPa下，處理時間10 min時透光率不受溫度影響；200 MPa下，常溫處理組透光率大于30～50 ℃處理組，且30、40、50℃處理組的透光率無明顯差異；300 MPa時，各處理組透光率依次為常溫＞40 ℃＞30 ℃＞50 ℃；400 MPa時，各處理組透光率依次為常溫＞30 ℃＞40 ℃＞50 ℃，且30 ℃和40 ℃之間無明顯差異；500 MPa下，各處理組透光率依次為常溫＞40 ℃＞50 ℃＞30 ℃，且常溫和40 ℃處理組之間無明顯差異；600 MPa下，各處理組透光率依次為常溫＞30 ℃＞40 ℃＞50 ℃，且30 ℃和40 ℃處理組之間無明顯差異；700 MPa下，各處理組透光率依次為常溫＞30 ℃＞40 ℃＞50 ℃，且40 ℃和50 ℃處理組之間無明顯差異。處理時間20 min時，在相同壓力下，各處理組透光率隨溫度的變化趨勢為常溫＞30 ℃＞40 ℃＞50 ℃；且在200 MPa下，30、40、50 ℃處理組之間無明顯差異；在300 MPa下，40、50 ℃處理組之間無明顯差異；500～700 MPa范圍內，40、50 ℃處理組之間無明顯差異。處理時間30 min時，在相同壓力下，透光率隨溫度的變化趨勢與處理20 min時相似。

圖2 超高壓結合不同溫度溫熱處理對脫脂乳透光率的影響Fig. 2 Effect of ultra-high pressure combined with mild heat treatment at different temperatures on light transmittance of skim milk

因此，上述實驗結果表明，在壓力不高于100 MPa范圍內，處理樣品的透光率不受溫度、壓力和處理時間的影響。壓力不高于200 MPa的范圍內，常溫下處理，隨壓力增加樣品透光率增大；在30～50 ℃下處理，樣品透光率無明顯變化，且不受溫度、壓力和時間的影響。在200～700 MPa范圍內，常溫條件下處理的脫脂乳透光率隨壓力的增加和處理時間的延長總體增大；在30～50 ℃下處理，透光率隨壓力增加呈現先升高后降低的趨勢，且透光率同時受溫度和處理時間的影響。但總體看，經高壓處理樣品的透光率高于未處理脫脂乳的透光率。

超高壓處理脫脂乳會引發蛋白變性、酪蛋白膠束化等變化，進而導致脫脂乳透光率、色澤等變化。有研究發現，脫脂乳的亮度（L*值）隨著壓力的增加和處理時間的延長而降低[36,38]，600 MPa處理組脫脂乳的L*值從77.8降至未處理組的41.5[57]，在高壓處理的羊乳中也發現同樣的規律[24]，與本實驗中高壓處理組脫脂乳透光率低于常壓處理組的結論相同。此外，溫度也對高壓處理后牛乳的色澤有影響，這其中包括高壓處理過程溫度的不同及高壓處理后貯藏溫度的不同。對于前者，當處理溫度高于100 ℃時，牛乳由白色變為棕黃色并形成蛋白沉淀，并且高壓處理會加速色澤變化[25]。對于后者，貯藏溫度為5 ℃時，脫脂乳保持半透明狀態，而在室溫下會變得越來越渾濁，如果對高壓處理后脫脂乳再進行70 ℃熱處理，其外觀又恢復為白色[58]。高壓處理后牛乳透光率的變化主要是由脂肪球粒徑和酪蛋白膠束性質的變化引起的[26]。

2.2 超高壓結合溫熱處理對脫脂乳粒徑的影響

Dx(50)是指累計分布百分率達到50%時所對應的粒徑，又稱中位徑，它是反映粉體粒度特性的一個重要的指標，若一個樣品的Dx(50)＝6 μm，說明粒徑大于6 μm和小于6 μm的顆粒體積均占總體積的50%。Dx(10)和Dx(90)分別表示累計分布百分率達到10%和90%所對應的粒徑。整體來看所有條件下這3 種指數都呈現相似的變化規律，因此，本實驗只描述Dx(50)的變化。

常溫下不同壓力（0.1～700 MPa）分別處理10、20 min和30 min時脫脂乳粒徑變化見圖3。未處理脫脂乳的Dx(50)為0.591 μm，對于10 min處理組，壓力小于200 MPa時，脫脂乳Dx(50)幾乎不改變；壓力大于200 MPa時，Dx(50)隨著壓力增加而降低，在700 MPa時為0.404 μm。20 min和30 min處理組在100 MPa時輕微降低，之后在200 MPa時分別增大到0.583 μm和0.585 μm；當壓力大于200 MPa時，Dx(50)不同程度降低，均在700 MPa時降到最低，分別為0.468 μm和0.495 μm。這與常溫下透光率的變化規律基本吻合。

圖3 常溫下超高壓處理對脫脂乳粒徑的影響Fig. 3 Effect of ultra-high pressure treatment at room temperature on the particle size of skim milk

30 ℃下不同壓力（0.1～700 MPa）分別處理10、20 min和30 min時脫脂乳粒徑變化見圖4。對于10 min處理組，壓力小于200 MPa時，Dx(50)隨壓力增大而升高；在200～700 MPa范圍內，300 MPa時Dx(50)降至0.730 μm，然后于400 MPa增至0.818 μm，大于400 MPa后隨著壓力增加Dx(50)不再發生明顯改變。20 min和30 min處理組變化趨勢與10 min處理組相同，在200 MPa時分別增高至最大值（0.838 μm和0.945 μm）后在300 MPa時時又降低，400 MPa后Dx(50)幾乎保持不變。因此，綜合圖4中Dx(50)的變化，表明該條件下處理時間對Dx(50)的影響較小。

圖4 30 ℃下超高壓處理對脫脂乳粒徑的影響Fig. 4 Effect of ultra-high pressure treatment at 30 ℃ on particle size of skim milk

40 ℃下不同壓力（0.1～700 MPa）分別處理10、20 min和30 min時脫脂乳的粒徑變化見圖5。10 min處理組0.1～100 MPa下Dx(50)無明顯變化，200 MPa時Dx(50)達到最高值；大于200 MPa后，Dx(50)總體明顯降低，在700 MPa時降至最低值（0.501 μm）。20 min和30 min處理組與10 min處理組Dx(50)變化趨勢相似。

圖5 40 ℃超高壓處理對脫脂乳粒徑的影響Fig. 5 Effect of ultra-high pressure treatment at 40 ℃ on the particle size of skim milk

50 ℃下不同壓力（0.1～700 MPa）分別處理10、20 min和30 min時脫脂乳粒徑變化見圖6。對于10 min處理組，0.1～100 MPa下Dx(50)無明顯變化，200 MPa時Dx(50)增至0.83 μm，200～400 MPa范圍內Dx(50)保持相對穩定；大于400 MPa，Dx(50)降低，在600 MPa時降低至最小值（0.515 μm）。對于20 min處理組，在0.1～200 MPa范圍內，Dx(50)出現先降低后升高的趨勢；300～500 MPa下Dx(50)變化平緩，600 MPa時降至0.544 μm。對于30 min處理組，0.1～100 MPa下Dx(50)無明顯變化，200 MPa時Dx(50)增至0.837 μm，300～700 MPa范圍內隨著壓力增加Dx(50)降低，700 MPa時降至0.521 μm。

圖6 50 ℃超高壓處理對脫脂乳粒徑的影響Fig. 6 Effect of ultra-high pressure treatment at 50 ℃ on particle size of skim milk

一些研究采用流體力學直徑來表示乳中蛋白的粒徑，牛奶中天然存在的酪蛋白流體力學直徑約為150～200 nm，乳清蛋白較酪蛋白膠束小很多，流體力學直徑不超過10 nm。Gaucheron等[36]將復原脫脂乳分別置于溫度4、20、40 ℃，壓力250、450 MPa和600 MPa條件下處理30 min，發現未處理樣品平均直徑為190 nm，250 MPa、3 種溫度下處理的樣品平均直徑分別為133、184 nm和252 nm，除40 ℃外，其他溫度下平均直徑均不同程度降低。Anema等[39]研究低熱加工脫脂復原乳經過高壓處理后酪蛋白膠束顆粒的粒徑，發現在100～500 MPa壓力范圍內，200 MPa下酪蛋白膠束的粒徑達到最大值，300～500 MPa下粒徑減小。以上這些變化趨勢和本研究結果相似。

壓力誘導粒徑的增加可能是由于酪蛋白和變性乳清蛋白之間的相互作用或者形成酪蛋白的聚集體[40,57]。脫脂乳中含有各種乳蛋白，不同蛋白對壓力的敏感性不同，高壓處理會使乳蛋白結構發生改變，當壓力大于100 MPa時β-乳球蛋白（lactoglobubn，Lg）開始變性，其可能通過巰基二硫鍵相互作用與酪蛋白組分反應形成二聚體或者多聚體從而使得脫脂乳平均粒徑增加[59-60]。

而蛋白粒徑的減小可能是由于酪蛋白在牛奶中是以大膠束聚集體的形式存在，通常認為κ-酪蛋白位于膠束的表面，類似于毛發層以維持膠束分子的穩定，高壓處理后其發生解聚[61]；另外，膠體磷酸鈣和疏水相互作用在維持膠束的穩定性方面發揮重要作用[62]。酪蛋白解聚的先后順序為β-酪蛋白＞κ-酪蛋白＞as1-酪蛋白＞as2-酪蛋白，酪蛋白解聚的順序在很大程度上與酪蛋白中磷酸絲氨酸含量有關，與酪蛋白磷酸肽緊密結合的酪蛋白解聚程度較小。雖然目前還沒有建立明確的壓力對膠體磷酸鈣和疏水相互作用的影響機制，但是當壓力大于250 MPa時，隨著壓力增大，酪蛋白膠束結構被破壞：膠體磷酸鈣發生溶解、疏水相互作用消除，使得酪蛋白逐漸解聚，繼而造成粒徑減小。此外，對于低壓100 MPa下粒徑的變化可能是因為壓力釋放的影響是可逆的，在釋放壓力后，乳糖的存在抑制了加壓處理后大膠束的形成[63]。

2.3 超高壓結合溫熱處理對脫脂乳可溶性蛋白和pH 4.6蛋白質量濃度的影響

2.3.1 超高壓結合熱處理對脫脂乳可溶性蛋白質量濃度的影響

常溫下采用不同壓力（0.1～700 MPa）分別處理10、20 min和30 min后脫脂乳中S-Pro質量濃度變化見圖7A。10 min處理組在0.1～300 MPa下S-Pro質量濃度隨壓力增加而升高，300 MPa時S-Pro質量濃度由未處理脫脂乳中的（8.731±0.060）g/L增至（9.461±0.010）g/L；300～500 MPa范圍內隨壓力增大S-Pro質量濃度逐漸減小，500 MPa時的質量濃度降至（9.004±0.091）g/L；500～700 MPa范圍內隨壓力增大S-Pro質量濃度逐漸升高，700 MPa時為（10.756±0.121）g/L。20 min處理組在100～300 MPa下S-Pro質量濃度隨壓力增加而增大，300 MPa達到最高（（14.873±0.611）g/L）；400～700 MPa下，隨壓力增大，S-Pro質量濃度先減后增，600 MPa時的質量濃度降至（10.282±0.277）g/L。30 min處理組在100～400 MPa下變化趨勢與20 min處理組變化趨勢相似，但其峰值移向400 MPa處；大于400 MPa后S-Pro質量濃度逐漸降低，在700 MPa下降至（13.294±0.277）g/L?？傮w來看，常溫下經超高壓處理后，脫脂乳中S-Pro質量濃度增加；在100～400 MPa范圍內，隨著處理時間的延長，S-Pro的釋放量和釋放速率增加。

30 ℃下采用不同壓力（0.1～700 MPa）分別處理10、20 min和30 min時脫脂乳中S-Pro質量濃度變化見圖7B。10 min處理組在0.1～400 MPa范圍內，隨著壓力的增加，脫脂乳中S-Pro質量濃度逐漸增加，由未處理的（9.030±0.258）g/L增至（15.778±0.217）g/L；400～600 MPa下，隨壓力增大，S-Pro質量濃度逐漸降低，600 MPa時降至（12.459±0.226）g/L，隨后700 MPa時升至（13.409±0.290）g/L；但是與未處理脫脂乳相比S-Pro質量濃度是增加的。20 min處理組在100～400 MPa下，隨著壓力的增加，S-Pro質量濃度蛋白質量濃度逐漸增大，400 MPa增至（13.828±0.208）g/L；400～700 MPa范圍內，S-Pro質量濃度呈波動下降。30 min處理組在100～500 MPa范圍內，隨著壓力的增加，S-Pro質量濃度逐漸增加，500 MPa增至（16.575±0.154）g/L，增加83.55%；500～700 MPa范圍內，隨著壓力的增大，其質量濃度逐漸減小，700 MPa降至（13.584±0.211）g/L。綜上，在該實驗條件范圍內，與未處理脫脂乳相比，經高壓處理后，隨著壓力的增加S-Pro質量濃度呈先增加后降低的趨勢，同時也受處理時間的影響，但S-Pro質量濃度始終高于未處理脫脂乳。

40 ℃下采用不同壓力（0.1～700 MPa）分別處理10、20 min和30 min時S-Pro質量濃度變化見圖7C。10 min處理組在0.1～200 MPa范圍內，隨著壓力的增大，S-Pro質量濃度增加，由未處理的（9.030±0.258）g/L增至（14.052±0.205）g/L；200～400 MPa下，隨著壓力的增加，S-Pro質量濃度降低，但始終高于未處理脫脂乳；400～600 MPa下，S-Pro質量濃度明顯增加，600 MPa時增至（15.178±0.456）g/L；600～700 MPa范圍內，隨著壓力的增大，S-Pro質量濃度降低，700 MPa時S-Pro質量濃度為（14.301±0.456）g/L。20 min處理組在100～400 MPa范圍內隨著壓力的增大S-Pro質量濃度升高，由（9.030±0.258）g/L增至（16.470±0.198）g/L；400～700 MPa下，隨著壓力的增大，S-Pro質量濃度呈波動下降趨勢，但與未處理的脫脂乳相比，S-Pro質量濃度仍保持較高。30 min處理組在100～400 MPa范圍內，隨壓力增加，S-Pro質量濃度逐漸增加；400～500 MPa，S-Pro質量濃度隨著壓力的增加而下降，但仍然高于未處理的脫脂乳；500～700 MPa范圍內，隨著壓力的增大，S-Pro質量濃度升高。綜上，在該條件范圍內，脫脂乳S-Pro質量濃度受處理壓力和處理時間的影響；與未處理脫脂乳相比，處理后的脫脂乳中S-Pro質量濃度升高。

50 ℃下采用不同壓力（0.1～700 MPa）分別處理10、20 min和30 min時S-Pro質量濃度變化見圖7D。10 min處理組在0.1～200 MPa范圍內，隨著壓力增加，脫脂乳中S-Pro質量濃度逐漸降低，200 MPa時降至（8.846±0.073）g/L；300～500 MPa隨著壓力的增大S-Pro質量濃度顯著增加；500～700 MPa下S-Pro質量濃度總體呈明顯下降趨勢，但始終高于未處理脫脂乳。20 min處理組在0.1～200 MPa范圍內，S-Pro降低趨勢和幅度與10 min處理組相似；300～700 MPa范圍內，隨著壓力的增加，S-Pro質量濃度逐漸增加，600 MPa時達到最高，為（13.517±0.189）g/L，700 MPa時略有降低。30 min處理組在0.1～100 MPa范圍內由未處理組的（9.513±0.121）g/L降至（8.393±0.261）g/L；200～500 MPa范圍內隨著壓力的增加，S-Pro質量濃度明顯增加；600～700 MPa范圍內隨著壓力的增加變化不明顯。綜上，在該條件下處理的脫脂乳，在壓力大于300 MPa時S-Pro質量濃度均高于未處理的樣品，且受處理時間的影響。

上述實驗結果表明，與未處理脫脂乳相比，經過高壓處理后，脫脂乳中S-Pro質量濃度總體呈增加趨勢，且受壓力、時間和溫度的影響。

從圖7中可觀察到，在不同溫度下，當壓力增加到600～700 MPa后S-Pro質量濃度變化相對較小，這與Bravo等[40]研究結果相似。這可能與膠束的水合作用有關：在較低的壓力范圍內（0.1～200 MPa）膠束水合作用較弱，而在較高壓力（大于250 MPa）能顯著促進膠束的水合作用。當壓力小于200 MPa時，β-Lg似乎不具有參與連鎖反應的能力，限制了由二硫鍵形成穩定的二聚體。當壓力大于300 MPa時，β-Lg控制了蛋白變性和聚集的方式，開始β-Lg分子間以及β-Lg與其他蛋白分子間的反應[64]。說明高壓誘導可溶性蛋白質量濃度的增加與乳蛋白結構發生改變相關聯，其中酪蛋白作為乳中含量高達80%的乳蛋白，可能在高壓下由于酪蛋白磷酸肽（主要負責酪蛋白的交聯并中和帶負電的磷酸絲氨酸基團）的增溶以及疏水鍵（疏水鍵主要負責連接酪蛋白膠束中的單一酪蛋白）的破壞導致可溶性蛋白濃度的變化[62]。αs-酪蛋白在高壓下表現出類似伴侶蛋白的活性：αs-酪蛋白抑制了壓力誘導的β-Lg聚集，其通過抑制從可溶相向不溶相的轉變來改變β-Lg的聚集，在此過程中αs-酪蛋白與變性的β-Lg形成穩定的絡合物，阻止了β-Lg的進一步聚集[65]。體系中蛋白質[66]、Ca2＋[67-68]均會影響β-Lg的聚合，前者主要改變蛋白之前的疏水相互作用，而后者主要改變表面的靜電排斥力，從而不同程度促進蛋白的聚集。

圖7 不同壓力條件下處理脫脂乳可溶性蛋白質量濃度的變化Fig. 7 Changes in soluble protein content in skim milk under different pressure conditions

2.3.2 超高壓結合溫熱處理對脫脂乳S-Pro-pH 4.6質量濃度的影響

根據在pH 4.6下溶解度的變化，將乳中的蛋白質分為兩種：可溶性乳清蛋白，占總乳蛋白20%；不可溶性凝膠態酪蛋白，占總蛋白的80%。乳中酪蛋白在pH 4.6條件下形成固態凝膠而不溶，可據此通過測定pH 4.6時上清液中可溶性蛋白質量濃度變化推測乳清蛋白在超高壓結合熱處理后變性和聚集情況。

常溫下采用不同壓力（0.1～700 MPa）分別處理10、20 min和30 min時脫脂乳中S-Pro-pH 4.6質量濃度變化見圖8A。與未處理脫脂乳S-Pro-pH 4.6質量濃度（（1.325±0.009）g/L）相比，10 min處理組在0.1～200 MPa范圍內，S-Pro-pH 4.6質量濃度隨壓力增加而升高，200 MPa下為（1.559±0.053）g/L；200～700 MPa下，隨著壓力的增加，S-Pro-pH 4.6質量濃度逐漸降低；壓力不高于400 MPa下S-Pro-pH 4.6質量濃度高于未處理脫脂乳，500～700 MPa下S-Pro-pH 4.6質量濃度低于未處理脫脂乳，說明此條件下乳清蛋白變性占主導地位。20 min處理組在100～200 MPa范圍內S-PropH 4.6質量濃度雖呈上升趨勢，但上升不明顯；當壓力在200～700 MPa范圍內，S-Pro-pH 4.6質量濃度隨壓力增大而減小。30 min處理組S-Pro-pH 4.6質量濃度隨壓力增加的變化趨勢總體與20 min處理組相同。

30 ℃下采用不同壓力（0.1～700 MPa）分別處理10、20 min和30 min時脫脂乳中S-Pro-pH 4.6質量濃度見圖8B。與未處理脫脂乳相比，10 min處理組在壓力0.1～200 MPa下，隨壓力增加，S-Pro-pH 4.6質量濃度逐漸增大，200 MPa時增至（1.521±0.011）g/L；200～700 MPa范圍內，S-Pro-pH 4.6質量濃度隨壓力增大而明顯降低，但壓力不高于300 MPa時，S-Pro-pH4.6質量濃度始終大于未處理的脫脂乳中的質量濃度。20 min處理組在100～200 MPa范圍內，隨著壓力增大，S-Pro-pH 4.6質量濃度逐漸升高；大于200 MPa后隨著壓力的增加S-Pro-pH 4.6質量濃度明顯降低。30 min處理組隨壓力增加S-Pro-pH 4.6質量濃度變化趨勢與20 min處理組基本一致。

40 ℃下采用不同壓力（0.1～700 MPa）分別處理10、20 min和30 min時脫脂乳中S-Pro-pH 4.6質量濃度變化見圖8C。10 min處理組在0.1～200 MPa范圍內，隨著壓力的增大，S-Pro-pH 4.6質量濃度逐漸增加；在200～700 MPa范圍內，隨著壓力的升高，S-Pro-pH 4.6質量濃度逐漸降低，700 MPa時降至（0.597±0.008）g/L。20 min和30 min處理組，S-Pro-pH 4.6質量濃度隨壓力增大的變化趨勢與10 min處理組總體相似。

50 ℃下采用不同壓力（0.1～700 MPa）分別處理10、20 min和30 min時脫脂乳中S-Pro-pH 4.6質量濃度變化見圖8D。在100～200 MPa范圍內，不同時間處理組S-Pro-pH 4.6質量濃度無明顯變化；在200～700 MPa范圍內，隨處理壓力的增大和時間的延長，S-Pro-pH 4.6質量濃度均呈下降趨勢，在700 MPa時達到最低。

從圖8可以看出，與未處理脫脂乳相比，隨處理溫度的變化，S-Pro-pH 4.6質量濃度也呈現規律性變化。常溫下處理10 min，在100～400 MPa范圍內，S-Pro-pH 4.6質量濃度高于未處理脫脂乳；30 ℃下處理10 min，在100～300 MPa范圍內S-Pro-pH 4.6質量濃度高于未處理脫脂乳；40、50 ℃下處理10 min，在100～200 MPa范圍S-Pro-pH 4.6質量濃度無明顯變化，大于200 MPa時，各處理組S-Pro-pH 4.6質量濃度均呈現下降趨勢。

圖8 不同壓力條件處理脫脂乳S-Pro-pH 4.6質量濃度的變化Fig. 8 Changes in S-Pro-pH 4.6 content of skim milk under different pressure treatments

綜上，S-Pro-pH 4.6質量濃度增加可能是一些酪蛋白從酪蛋白膠束中解聚進入乳清相中所致，而降低則與乳清蛋白變性相關。當壓力為100 MPa時，常溫～50 ℃、10～30 min處理幾乎不影響S-Pro-pH 4.6質量濃度，表明低于100 MPa下不會使乳清蛋白變性。200 MPa下S-Pro-pH 4.6質量濃度增加，可能因為隨著溫度的升高，酪蛋白膠束中αs-和β-酪蛋白解聚的量增大[69]，解聚后酪蛋白進入乳清相。當壓力大于200 MPa后，壓力越高、處理時間越長、溫度越高，S-Pro-pH 4.6質量濃度明顯降低，說明乳清蛋白變性在此范圍下變性程度較高。整體來講，隨著壓力的增大，S-Pro-pH 4.6質量濃度降低表明乳清蛋白變性程度增強。這符合Anema[43]提出的在復原乳中壓力誘導β-LG的變性機制。

2.4 超高壓結合溫熱處理引發脫脂乳粒徑、透光率及蛋白溶解性變化的相關性分析結果

牛奶是一個混合體系，除了一些主要的蛋白質、脂肪以及乳糖外還含有一些礦物質。這些成分在不同的條件下相互影響。因此，不論是高壓處理還是熱處理牛奶發生蛋白變性、聚集，都是很多因素共同作用的結果[37]。

常溫下不同壓力（0.1～700 MPa）分別處理10～30 min時各處理組透光率、Dx(50)、S-Pro質量濃度、S-Pro-pH 4.6質量濃度之間的相關性分析結果見表1。在不同壓力下處理10～30 min，透光率與Dx(50)極顯著負相關（P＜0.01）；與S-Pro質量濃度呈正相關，且在處理10、30 min時相關性顯著（P＜0.05）；與S-Pro-pH 4.6質量濃度呈負相關，且在處理20 min和30 min時相關性極顯著（P＜0.01）。Dx(50)與S-Pro質量濃度之間呈負相關；與S-Pro-pH 4.6質量濃度呈正相關，且在處理20 min和30 min時相關性極顯著（P＜0.01）。S-Pro質量濃度與S-Pro-pH 4.6質量濃度之間呈負相關，且在處理30 min時相關性顯著（P＜0.05）。

表1 常溫下高壓處理引發脫脂乳粒徑、透光率及蛋白溶解性變化的相關性分析Table1 Correlation analysis among particle size, transmittance and protein solubility of skim milk induced by high pressure treatment at room temperature

30 ℃下不同壓力（0.1～700MPa）分別處理10～30 min時透光率、Dx(50)、S-Pro質量濃度、S-PropH 4.6質量濃度之間的相關性分析結果見表2。透光率與Dx(50)之間呈正相關，且處理10 min時有顯著相關性（P＜0.05），該結果與常溫下相反；透光率與S-Pro質量濃度之間呈正相關，且在處理20 min和30 min時相關性顯著（P＜0.05，P＜0.01）；透光率與S-Pro-pH 4.6質量濃度呈負相關，且在處理10 min時相關性顯著（P＜0.05）。Dx(50)與S-Pro質量濃度之間呈正相關，且處理10 min和20 min時相關性顯著（P＜0.05）；Dx(50)與S-Pro-pH 4.6質量濃度存在負相關關系；該結果與常溫下的結果相反。S-Pro質量濃度與S-Pro-pH 4.6質量濃度之間存在負相關關系。

表2 30 ℃下高壓處理引發脫脂乳粒徑、透光率及蛋白溶解性變化的相關性分析Table2 Correlation analysis among particle size, transmittance and protein solubility of skim milk induced by high pressure treatment at 30 ℃

40 ℃下不同壓力（0.1～700 MPa）分別處理10～30 min時透光率、Dx(50)、S-Pro質量濃度、S-Pro-pH 4.6質量濃度之間的相關性分析結果見表3。透光率與Dx(50)之間呈正相關，該結果與常溫下結果相反；透光率與S-Pro質量濃度之間呈正相關，且在處理20 min時，相關性極顯著（P＜0.01）；透光率與S-Pro-pH 4.6質量濃度呈負相關。Dx(50)與S-Pro質量濃度之間呈正相關，該結果與常溫下的結果相反；Dx(50)與S-Pro-pH 4.6質量濃度呈正相關，且在處理30 min時具有顯著相關性（P＜0.05）。S-Pro質量濃度與S-Pro-pH 4.6質量濃度之間呈負相關，且在處理10 min和20 min時，相關性顯著（P＜0.05）。

表3 40 ℃下高壓處理引發脫脂乳粒徑、透光率及蛋白溶解性變化的相關性分析Table3 Correlation analysis among particle size, transmittance and protein solubility of skim milk induced by high pressure treatment at 40 ℃

50 ℃下不同壓力（0.1～700 MPa）分別處理10～30 min時透光率、Dx(50)、S-Pro質量濃度、S-Pro-pH 4.6質量濃度之間的相關性分析結果見表4。透光率與Dx(50)之間呈負相關；透光率與S-Pro質量濃度之間呈正相關，且在處理20 min時，相關性極顯著（P＜0.01）；透光率與S-Pro-pH 4.6質量濃度呈負相關，在處理20 min時相關性顯著（P＜0.05）。Dx(50)與S-Pro質量濃度之間呈負相關；與S-Pro-pH 4.6質量濃度呈正相關；該結果與常溫下的結果一致。S-Pro質量濃度與S-Pro-pH 4.6質量濃度之間呈負相關，且在處理20 min和30 min時，相關性顯著（P＜0.05，P＜0.01）。

表4 50 ℃下高壓處理引發脫脂乳粒徑、透光率及蛋白溶解性變化的相關性分析Table4 Correlation analysis among particle size, transmittance and protein solubility of skim milk induced by high pressure treatment at 50 ℃

在上述的分析中發現，透光率與Dx(50)在常溫、50 ℃下不同壓力處理10～30 min時呈負相關，這與趙旭飛[23]和Stratakos[26]等的研究結果一致；而在30 ℃和40 ℃下，不同壓力處理10～30 min時，透光率與Dx(50)呈正相關，該結果與所查閱的文獻有所不同，其原因還需要進一步研究。透光率與S-Pro質量濃度在不同溫度（常溫、30～50 ℃）下，0.1～700 MPa處理10～30 min時，均呈正相關，這與不同條件下乳中蛋白的變性、酪蛋白解聚以及酪蛋白與乳清蛋白之間的作用有關[26,60-61]；另外，透光率與S-Pro-pH 4.6質量濃度在實驗條件范圍內均呈負相關，這可能與酪蛋白微粒解聚，形成可溶性κ-酪蛋白、粒徑減小等有關[29-31]。

Dx(50)與S-Pro質量濃度的相關性分析顯示，在常溫和50 ℃下，不同壓力處理10～30 min時，兩者呈負相關；而30 ℃和40 ℃下，不同壓力處理10～30 min時兩者呈正相關。在4 個溫度下處理，出現兩個不同的相關性，這可能與在不同條件下，酪蛋白解聚、β-Lg與解聚后酪蛋白的聚合以及β-Lg自身的聚合等有關[36-39]。但形成這種差異的原因還有待進一步研究。另外，Dx(50)與S-Pro-pH 4.6質量濃度在除30 ℃外的其他溫度下，不同壓力處理10～30 min均呈正相關，該現象還需進一步研究。

在實驗條件范圍內，S-Pro質量濃度與S-Pro-pH 4.6質量濃度之間均呈負相關，這可能與乳清蛋白在高壓處理下變性有關[70]。

3 結 論

超高壓處理能夠引發脫脂乳的透光率、酪蛋白膠束粒子Dx(50)、S-Pro質量濃度和S-Pro-pH 4.6質量濃度等指標的變化，其變化受處理壓力、處理時間及溫度的影響。在壓力不高于100 MPa時，除可溶性蛋白質量濃度外，所測指標不受壓力、處理時間和溫度的影響。在200～700 MPa范圍內，受壓力、溫度和時間的影響，透光率呈先升高后降低的趨勢，但透光率均高于未處理脫脂乳；Dx(50)在常溫下隨處理壓力增加而降低，但隨處理時間延長，其降低幅度減小，但在30～50 ℃下，在一定壓力和時間內出現相對平穩區間；S-Pro質量濃度隨處理壓力、時間和溫度的變化呈現不同的變化趨勢，但處理后樣品的S-Pro質量濃度高于未處理的脫脂乳；S-Pro-pH 4.6質量濃度隨處理壓力增加、時間延長和溫度升高呈下降趨勢。在這些指標中，透光率與Dx(50)存在一定相關性，但隨溫度不同相關性產生變化；透光率與S-Pro質量濃度之間呈正相關，與S-Pro-pH 4.6質量濃度之間呈負相關；S-Pro質量濃度與S-Pro-pH 4.6質量濃度呈負相關。