不同因素对羊奶热稳定性的影响机理研究现状

陈笛，王存芳

(齐鲁工业大学轻工学部食品科学与工程学院，济南250353）

0 引言

羊奶营养丰富且只含少量的胆固醇、乳糖以及在胃酸作用下易形成较大凝块的酪蛋白，易被人体消化吸收[1]。羊奶含有的上皮细胞生长因子（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，羊奶可用于婴幼儿、乳糖不耐症等特殊人群食品的开发。

羊奶产业在我国虽发展较晚，但随着科技在羊乳行业中的逐步应用，羊奶将会成为人们生活中不可或缺的一份子。热稳定性较差的羊奶经加热工艺时需要更为苛刻的条件，因此，研究羊奶的热稳定性具有很大的现实意义。本文从温度、稳定剂、乳化剂、盐类、钙离子和处理方式等方面对羊奶热稳定性所产生的影响进行阐述。

1 温度对羊奶热稳定性的影响

羊奶因缺乏α-酪蛋白（α-casein，α-CN）会导致乳清中含有较多的自由钙离子，表现为羊奶对热非常敏感，在对羊奶进行加热时，可能会使羊乳胶体体系发生变化，且温度越高，加热时间越长，羊奶的热稳定性越差。巴氏灭菌法（pasteurization）、超高温瞬时杀菌（ultra high temperature treated，UHT，136℃/6 s）及冷藏处理过程都会降低羊奶的热稳定性，UHT处理会使羊乳产生小颗粒进而导致在储藏期间易产生沉淀，冷藏在作为保藏羊乳的同时亦会降低其热凝胶温度[3]。

1.1 温度对羊乳蛋白质热稳定性的影响

对羊乳进行不同热处理工艺中，β-乳球蛋白会与酪蛋白通过复杂的共价键进行结合，且α-乳白蛋白亦会暴露疏基，所以，不同温度条件会使乳清蛋白变性，变性乳清蛋白氮指数（W PN，m g/g）是衡量乳清蛋白变性程度和评价乳品质量的重要指标。有学者通过水浴加热后测定蛋白质的离心沉淀率得知[4]，高温使乳清蛋白发生聚合、变性，且随温度升高，变性速率加快，乳清蛋白的变性速率在高于80℃的条件下明显加快。此外，羊乳的表观黏度、沉淀量及沉淀速度增加；可溶性钙与磷会向胶体相转化；蛋白质的二级结构改变，均表明热稳定性降低[5]。

拥有较多电荷、脯氨酸和一些胱氨酸残基的酪蛋白表现出表面疏水性，可与乳清蛋白结合形成酪蛋白胶束，进而影响蛋白之间的相互作用，因此，酪蛋白对液态羊奶的稳定性起着非常重要的作用。在一定温度下，较少的酪蛋白会发生变性，但当温度过高时可能会直接导致蛋白质的变性，也会改变体系的熵值进而改变疏水性，系统中的氢键遭到破坏，使其具有强烈的凝聚趋向，亲水能力和胶束间的静电斥力发生改变，导致胶束空间结构稳定层崩溃，蛋白质二、三级空间结构的改变[6]。邓乾春[7]等人运用差式扫描量热仪（differential scanning calorimeter，DSC）来研究蛋白质的微观结构与热稳定性的关系。此外，热处理时，胶粒吸附乳清蛋白形成的复合体会影响具有较小溶剂化作用的酪蛋白胶体的稳定性最终影响蛋白质的热稳定性，且温度越高，这种破坏力越大。

酪蛋白ζ-电位亦受到温度影响，反应表征分散体系稳定的Zeta电位是电子云内外电位差，该电子云是由与分散系中的带电微粒吸引的相反粒子相离较远的离子所构成的松散系统[8]。酸奶、奶酪和液态乳等乳制品都与Zeta电位有重要关系。

1.2 温度对羊奶中乳脂肪稳定性的影响

羊乳中的脂蛋白脂酶（lipoprotein lipase，LPL）是被认为乳中所含有的固有脂肪酶，其是一种蛋白酶，在不同温度下，酶活力的改变将会对乳脂肪的稳定性产生影响。

由于乳脂球膜（milk fat globule membrane，M FGM）在一定加热条件下，会留有空隙，此时，蔗糖酯可以吸附到新暴露的脂肪球表面，提高乳化效果。但随着温度升高，乳脂肪的结构受到高温影响而发生变化，乳化效果降低，乳脂肪的稳定性明显降低[9]。此外，在加热到一定温度下，乳中的乳白和乳球蛋白会与M FGM发生结合，且结合量随温度升高而不断增加。娄新曼[10]利用U-1100D可见分光光度计测定离心前后吸光度比值证明，在75℃条件下，羊乳乳脂肪的热稳定性最好，且与蔗糖酯的含量成正比，在温度为95℃时最差。此外，结果还显示，进行单因素试验时，蔗糖酯的质量分数在0.08%～0.2%区间内，随添加量的增加，乳脂肪的热稳定性随之增加，在0.2%时，达到最高。

1.3 温度对羊乳敏感成分的影响

随着羊乳在市场中占有越来越大的比例，其固有的热敏性物质在加工过程中的反应也必然成为研究热点。孙琦[11]用高效液相色谱仪发现在加热条件下，乳蛋白与乳糖发生美拉德反应生成糠氨酸，蛋白质中的游离氨基酸催化乳果糖发生碱基异构化。目前，常用的热敏性指标如用于检测高温瞬时杀菌乳的乳过氧化物酶和用于检测巴氏杀菌乳的碱性磷酸酶等均应用于牛乳的品质监控。

2 钙离子对羊奶热稳定性的影响

自然状态下，向羊乳中添加钙离子会破坏其饱和程度下可溶性钙的状态，引起体系的相关改变。

2.1 钙离子对酪蛋白的影响

在羊奶体系中，因缺乏α-s1-酪蛋白（alpha-s1-casein）致使在钙离子含量变化时，羊乳对热不稳定。由于酪蛋白与钙结合成酪蛋白酸钙后再与胶体状的磷酸结合最后以微胶粒的形式稳定存在，磷酸钙胶粒和小型亚胶束通过疏水作用结合成酪蛋白胶束[12]。因疏水性很强的α-CN和β-酪蛋白构成中心位置，β-酪蛋白N端含有较多羧基，且α-CN含有很多磷酸基团，所以，α-CN白和β-酪蛋白对Ca2+较为敏感。而亲水性较强的κ-酪蛋白构成外部位置，且具有较少的磷酸基团，所以其对Ca2+不敏感[13]。酪蛋白胶粒本身所具有的球形和κ-酪蛋白胶束能在乳中形成的毛发层可以使其保持稳定的空间结构。

当加热或pH值降至等电点时，平衡遭到破坏，对Ca2+敏感的αs-酪蛋白暴露且结合游离的Ca2+进而减少电荷量，从而产生活性位点，导致酪蛋白发生凝聚，即乳中出现沉淀。此外，Ca2+在降低盐类如无机磷酸盐的分散能力的同时会减弱对水的束缚力，加速蛋白胶束的形成，导致酪蛋白的热稳定性降低[14]。Ca2+浓度越高，蛋白质沉淀所需时间越短，热稳定性越低。羊乳制品在加工过程中，由于一些特殊人群的需要，会添加一定量的钙，因而会造成乳体系的不稳定。有学者经测定乳脂肪的稳定性系数表明[15]，随着Ca2+浓度的增加，羊乳体系的热稳定性会降低。所以，要通过添加稳定性盐，降低羊乳体系中的Ca2+含量来达到提高乳中钙含量的目的。

2.2 钙离子对乳脂肪的影响

羊乳中乳脂肪的稳定性随Ca2+的增加呈现先增加后减少的趋势，且该条件下与蔗糖酯的含量也有一定的关系。通过测定脂肪上浮率发现[16]，Ca2+的质量分数为1%时，羊奶的热稳定性最好。因此，为了保持羊奶的热稳定性，需要在保持所需的基础上，尽量减少Ca2+的使用量。

3 稳定剂、乳化剂和盐类对羊奶热稳定性的影响

3.1 稳定剂对羊奶热稳定性的影响

羊乳中常使用的多糖型稳定剂分为酸性多糖（如黄原胶、果胶）、中性多糖（如瓜尔豆胶）和碱性多糖（如壳聚糖）。多糖分子中的硫酸脂可与带有正电荷氨基的蛋白粒之间产生静电作用。此外，稳定剂是能在蛋白质表面形成包裹蛋白质粒子薄膜进而保护胶体的高亲水性化合物[17]，因此，增添稳定剂的使用，如羧甲基纤维素（carboxymethylcellu lose sodium，CM C）、卡拉胶、黄原胶、刺槐豆胶可以防止羊乳中蛋白质发生凝集沉淀现象，有效提高羊奶的热稳定性。

3.2 乳化剂对羊奶热稳定性的影响

乳脂肪球表面可以形成一层界面膜，其强度和稳定性决定羊奶的热稳定性。Peter Wilde[18]等人试验得出，乳化剂可在油水界面形成吸附层进而提高羊奶的热稳定性，该吸附层是利用流体吉布斯-马拉高尼流动机制和弱静电排斥作用形成的具有流动、填充紧密等特性的薄膜。

乳化剂蔗糖酯分子可以与蛋白质结合，防止蛋白质胶束发生沉淀，并降低脂肪的上浮率，且其在乳化过程中，会同蛋白质分子在气/水界面上形成竞争关系，吸附在脂肪球表面，此过程将形成强度较大的界面膜，增加乳脂肪的稳定性[19]。所以，相对于没有加入乳化剂时，只能依靠蛋白质（主要为酪蛋白）的乳化作用来对乳脂肪起到稳定性的羊乳而言，加入乳化剂后的羊乳的热稳定性较高。但当蔗糖酯分子全部占满脂肪球新增表面后，再增加添加量时，将没有合适的位置，因此多余的蔗糖酯分子会形成胶束，进而抑制乳化效果。所以，将乳化剂应用于乳品的实际生产过程中时，应该选择合适的添加量[20]。

3.3 盐类对羊奶热稳定性的影响

羊奶中的盐类同酸结合，最终形成可溶性盐，包括有机盐和无机盐（主要是磷酸钙）两类。羊奶中含有较多种类的盐，其中Ca2+和M g2+含量较高，他们分别以磷酸盐和柠檬酸盐的形式存在[21]。这些盐类一部分溶解于乳中，而其余的则以不溶性胶体的形式存在。因为螯合剂可以有效螯合影响乳热稳定性的游离Ca2+，所以，向乳中加入螯合剂时，可以提高乳的热稳定性。

柠檬酸钠具有较强的螯合性，在合适的范围内可以有效降低Ca2+浓度，影响体系中的电荷，调节钙磷盐平衡，改变蛋白的空间构象，亦可以增加pH值进而保护蛋白，并降低体系颗粒间的相互交联作用，提高酸性羊奶饮料的热稳定性[22]。其他的稳定性盐如磷酸二氢钠（SDHP）或复配盐也有降低游离Ca2+，明显提高羊奶热稳定性的作用。

4 处理方式对羊奶热稳定性的影响

4.1 均质条件

均质使羊奶中蛋白质的直径变小，羊奶变得更加细化进而提高羊奶的热稳定性。不同的均质条件对羊奶的影响也不尽相同。增加压力可以使脂肪球颗粒变得更小，但当压力过高时，颗粒破碎，酪蛋白粒子外露，羊奶的热稳定性降低。温度会影响乳中脂肪颗粒的形态，升高温度，脂肪融化，但当温度过高时，脂肪球膜被破坏，增加颗粒间碰撞率，导致稳定性降低[23]。

4.2 加酸的方式和种类

对于制作发酵型或需要加酸的饮料时，羊乳中因含有较高的酪蛋白，为防止乳品中的酸分布不均而导致局部过酸最终使蛋白质产生沉淀的现象发生[24]，应调配酸溶液，并在较低温度下缓慢加入。在相同添加量的条件下，羊乳的热稳定性对不同种类的酸的敏感程度不同，相比较而言，添加乳酸时羊奶的热稳定性相对较高。

4.3 超声波处理对羊奶热稳定性的影响

一定强度的超声波（US）可减小蛋白颗粒粒径，使羊奶中的物质分布更加均匀，并显著改善羊乳酶促凝胶特性即凝胶持水力、强度及黏度得到较好的羊酸乳。但超声时，会因乳中形成的真空气泡强烈崩塌，最终分为低压和高压两个区域，此时，会急速增加乳的温度与压力，导致乳清变性率、可溶性钙磷显著增加[25]。

4.4 超高压对羊奶热稳定性的影响

在超高压处理的条件下，一方面可以使原料乳中的较大蛋白质发生破裂，此时，可能会破坏酪蛋白胶间的非共价键，超高压还可改变蛋白质的结构与酶解特性，从而导致乳蛋白质的热稳定性、凝胶性等性发生改变[26]。超高压处理会降低羊奶乳脂肪的热稳定性，使羊乳更易发生沉淀，但不同的条件影响程度不同，压力在100 M Pa时，稳定性最小，而在200 M Pa时，为最高。此外，超高压处理时，由于蔗糖酯可使乳化效果更加突出，且随其添加量的增加而逐步占有主导地位，最后，使超高压所产生的影响趋于稳定，所以，可以通过改变其他条件如添加蔗糖酯来进行改善超高压处理下的乳品质量[27]。

5 其他因素对羊奶热稳定性的影响

5.1 pH值

由于pH值变化不仅会降解酪蛋白胶束中的κ-酪蛋白，还会导致乳清蛋白发生变性，且随着羊乳pH值升高，乳清蛋白会与酪蛋白发生相互作用，因此，羊奶的热稳定性与pH值变化密切相关。新鲜羊奶的pH值一般为6.5～6.8，而羊乳热稳定性最佳的pH值为6.9[28]，因此，自然条件下，热稳定性本就不高的羊乳进行超高温处理时，不合适的pH值会破坏酪蛋白胶束蛋白质聚合体体系的稳定性，该体系由酪蛋白以非共价键形式结合胶束磷酸钙而形成，减少乳体系中酪蛋白表面的静电荷，最终导致蛋白质凝聚沉淀[29]。因此，想要保持羊奶的热稳定性，就需要保持其最佳pH值。

5.2 柠檬酸对羊奶热稳定性的影响

随着柠檬酸的加入，羊乳的酸度增加，pH值降低，此时，更加接近羊乳中酪蛋白的等电点，从而明显降低了酪蛋白的热稳定性[30]，与此同时，酸度的增加会明显降低羊乳中乳脂肪的热稳定性，且随着柠檬酸质量分数的增加，影响效果越明显即稳定性越差。所以，柠檬酸会降低羊奶的热稳定性。

5.3 固形物的质量分数

随固形物浓度越大，羊乳体系所需的热凝固时间越短，在140℃时，时间最短[31]，所以，羊乳的热稳定性随固形物浓度的增大而减少，为提高羊乳热稳定性，应选择最佳配比。

5.4 羊乳本身的品质

不同品种的山羊（如崂山奶山羊与莎能羊），在不同泌乳时期（如初乳与成熟乳）乳汁，所含有的成分如蛋白质不同，并且乳中的酶、菌或杂质等都不同，即乳的品质不同。在外界条件变化时，乳的热稳定性也不同[32]。

6 结束语

本文通过分析温度、pH值、添加剂、无机盐及处理方式等方面对羊乳热稳定性的影响机理，发现所有条件相互制约，相互平衡，且每个变量随其自身添加量的改变对羊乳热稳定性的影响也不同，所以，我们需要找出产品所需的最佳条件，使羊乳及其制品的工艺更加完善，促进羊奶产业的发展。如今，人们对乳品的安全、种类和营养要求日益严格，而羊乳可为多元化的市场注入一股新鲜血液。

我们自身有许多不足，应该学习国外的先进技术如羊奶的脱膻技术，提高羊奶的热稳定性、品质并尽量降低市场价格，延长羊奶的保质期。结合国内人群的口味和习惯，开发出更多的新产品，进而丰富羊奶制品的种类，增加使用的功能性，为消费者提供更多的选择[33]。此外，需要规范市场、增加羊奶的知名度及其所占份额，有理由相信，羊奶必定会成为乳制品市场的新宠。

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