热处理对牛乳蛋白质品质的影响

　　摘要：热处理是乳品加工过程的非常重要的环节。热处理在保证乳品相应安全品质的同时，也会对牛乳的营养品质产生明显的影响。从不同热处理条件对牛乳蛋白质品质影响的角度出发，重点对近些年国内外在乳清蛋白的热变性、蛋白质消化吸收率及美拉德反应和游离氨基酸等方面的研究方法及研究结果进行了综述和总结，最后综合评价了热处理对牛乳蛋白质各方面品质的影响，提出今后科研需加强研究的方向。

　　关键词：蛋白质;热处理;牛乳

　　随着人们对健康的日益重视，牛乳作为“营养全价”食品越来越受到青睐。根据产品形态，目前市场上的牛乳制品可简单分为液态制品和固态制品两大类。液态制品主要包括鲜牛奶、复原奶、酸奶、奶饮料等。在液态奶产品中，又以不同形式包装的鲜牛奶的消费量最大。

　　我国国家标准根据产品加工过程中的热处理温度、持续时间，以及产品灌装方式、所需保存条件的不同，将液态奶分为巴氏杀菌奶(Pasteurized milk)和杀菌奶(Sterilized milk)。根据企业生产的实际情况，巴氏杀菌奶还包括超巴氏杀菌奶。杀菌奶的主要产品形式为超高温瞬时灭菌奶，即UHT奶(Ultra hightemperature sterilized milk)。

　　热处理是液态奶加工的一个不可或缺的关键环节，适宜的加热处理是保证液态奶商品流通过程中质量稳定和符合卫生标准的必要条件。液态奶进行加热处理的目的主要包括：

　　(1)杀灭原料中存在的微生物，尤其是腐败微生物、病原菌，保证液态奶的消费安全;

　　(2)抑制原料中一些酶的活性，延缓一些化学反应的进行，保证产品贮藏期的品质稳定性;

　　(3)通过加热，产生特殊的产品性能。但同时也必须注意到，加热处理也不可避免地会对奶的品质产生一定的负面影响，例如加热带来的美拉德反应，可能将导致一些营养成分被损失和破坏。

　　乳的各种成分中，乳蛋白是对最敏感的组分。加热处理可能会造成乳蛋白会单独、或者与碳水化合物、盐类等共同发生变化。由于蛋白质在牛奶营养成分中的重要性及对热的敏感性，热处理对牛奶蛋白质品质的影响吸引了众多研究人员的注意力，也已经取得了许多重要的研究成果。本文将主要对包括乳清蛋白的热变性、蛋白质的消化率、美拉德反应及游离氨基酸的变化等的研究结果进行总结，旨在为今后的科学研究以及生产实践提供一定的参考。

　　1 乳清蛋白热变性

　　蛋白质是乳中最主要的营养物质之一，对乳制品的物理和化学性质都有重要影响。乳蛋白主要由酪蛋白和乳清蛋白组成，还含有少量其他蛋白质，如乳脂肪球膜蛋白。酪蛋白是牛乳在20℃，pH4.6下沉淀的蛋白质，占乳蛋白的76%～86%。酪蛋白对热不敏感，原料乳中的酪蛋白在通常的牛奶热处理条件下，基本不会发生变性。因此国内外针对酪蛋白热变性的研究比较少。

　　乳清蛋白是牛乳在20℃，pH4.6酸化沉淀酪蛋白后，分离出的乳清中的蛋白质的总称，占牛乳蛋白质总量的18%～20%。乳清蛋白的水合能力强，在乳中分散度高，甚至在等电点附近仍能保持分散状态。

　　乳清蛋白含有丰富的必需氨基酸，有着重要的生理活性。其中的支链氨基酸，如亮氨酸、异亮氨酸和缬氨酸，在蛋白质的新陈代谢、葡萄糖平衡、脂类代谢和体重的控制中发挥重要作用;含硫氨基酸作为胞内抗氧化剂谷胱甘肽的前体物质，具有很强的抗氧化活性。乳清蛋白具有高度的二级结构、三级结构，分子中存在的各种作用力都很容易受加热等因素的影响。

　　在所有乳清蛋白中，免疫球蛋白的热稳定性最低。针对不同类乳清蛋白的变性温度的研究表明：在加热处理30min的条件下，它们的变性温度分别是：免疫球蛋白70℃，血清白蛋白74℃，β-乳球蛋白90℃，α-乳白蛋白96℃。

　　DouglasJr等(1981)研究了不同热加工产品的乳清蛋白中的氮含量，结果显示生鲜乳中无变性乳清蛋白检出，高温短时灭菌(HTST,high temperature short time)乳中含0.4%的变性乳清蛋白，UHT乳中的含量为56%。加热会造成乳清蛋白由于变性而变得不可溶，影响人体的吸收，同时也会造成赖氨酸降解，造成必需氨基酸的损失。进一步针对乳清蛋白中可利用赖氨酸的含量的研究表明：生鲜奶、HTST奶及UHT乳中赖氨酸的含量有轻微减少，但这种减少不会影响牛乳的营养价值。

　　Elliott等和Morales等采用高效液相色谱(HPLC)法对热加工液态奶中未变性乳清蛋白含量进行了研究，结果表明牛乳的未变性乳清蛋白含量与加热程度具有非常显著的相关性。

　　未变性乳清蛋白含量由高至低依次排序为：生鲜奶、巴氏奶、UHT奶及瓶装杀菌乳。同样是UHT奶，热处理的加热方式对未变性乳清蛋白的含量也有影响，间接加热方式造成的乳清蛋白变性程度显著高于直接加热方式。Mendoza等对热加工山羊奶的研究结果也显示巴氏奶的蛋白质含量高于UHT乳。

　　上述研究结果均证明热处理会造成牛乳中乳清蛋白的变性，未变性乳清蛋白的含量会由于热处理而降低，并且随着热强度的增加，未变性乳清蛋白含量降低。

　　2 蛋白质消化利用率

　　由于受热，牛乳中的蛋白质会发生一系列的变化，众多研究小组采用不同方法对经不同温度热处理的牛乳制品的蛋白质的消化、吸收和利用情况进行了研究，研究结果也不尽相同。

　　Lacroix等采用动物实验研究了牛乳蛋白质的生物利用率。研究采用标准饲料喂养雄性韦斯大鼠14d后，在第15天用经15N标记的不同热加工液体奶对大鼠进行灌胃，检测其血液、肝脏、胃内含物以及小肠内同位素含量，分析蛋白质的生物利用率，结果显示液体乳中的蛋白质生物利用率与加热强度无显著相关性。

　　Carbonaro等(2000)采用体外消化模型检测了牛乳蛋白的消化情况，研究中将牛奶样品及乳清蛋白(10mg氮当量的蛋白溶于10mL双蒸水)分别在37℃水浴振荡器中调节pH8.0，加入1.58mg胰蛋白酶、3.65mg胰凝乳蛋白酶、0.45mg肽酶，消化水解10min，再加入1.48mg细菌蛋白酶，将温度调节至55℃，消化水解9min，用高氯酸终止反应，30min后取滤液并用碳酸氢钾调pH至7.0，检测非蛋白氮、乳清蛋白含量及游离氨基酸组分。

　　结果显示：巴氏奶的蛋白质消化率为67%，UHT奶及瓶装杀菌奶的为61%，显著低于巴氏奶(P<0.05)，这一研究结果说明热处理温度会显著影响牛乳蛋白质的消化吸收。

　　Carbonaro等(1997)也采用体外酶法消化实验测定牛乳蛋白及乳清蛋白的消化率，酶解消化的方法与Carbonaro等一致，同时检测其二硫化物的含量，结果显示鲜奶与巴氏奶的消化率相当且较低，UHT奶与瓶装杀菌奶的消化率略高于鲜奶与巴氏奶。

　　同时，随着处理温度的升高，二硫化物含量上升，这一现象说明牛乳的蛋白稳定性可能和二硫键结构有关;对牛乳清蛋白消化吸收率的研究结果显示随着加热温度的提高，乳清蛋白的消化吸收率也显著降低，几种产品乳清蛋白的消化率由高到低依次排序为：原料乳(69.34%)、巴氏奶(67.29%)、UHT奶(62.54%)及高温杀菌奶(60.48%)。

　　上述不同的研究结果，与不同的研究人员的不同的实验条件及所采用的研究方法有关，牛乳蛋白质的热变性究竟会对人体消化吸收产生怎样的影响，在乳品业尚无定论，这一领域的研究也需要更多的深入进行。

　　3 美拉德反应和游离氨基酸

　　牛乳中含氮化物除了蛋白质之外，还有氨基酸、多肽等各类物质，这些物质也可能会受到热加工的影响。

　　3.1 美拉德反应

　　美拉德(Maillard)反应是液态奶杀菌过程中涉及的重要反应之一，也是乳品热加工中需要控制的环节之一。含氮物质蛋白质、肽、氨基酸是乳品体系中美拉德反应的重要底物，作用是提供美拉德反应所需的氨基。

　　糠氨酸：糠氨酸是液态乳美拉德反应的前期产物，常被作为乳品美拉德反应的指示物，是众多乳品研究人员重点关注物质之一。VanRenterghem和Baptista等使用HPLC法测定了不同热加工处理的乳制品中的糠氨酸含量，结果显示UHT奶中的含量显著高于巴氏奶，加热程度最高的瓶装杀菌乳的糠氨酸含量也最高的。

　　Evangelisti等采用离子交换色谱法研究了不同添加剂对乳品中含氮化物生物利用率的影响，结果显示在不添加还原糖的情况下，UHT乳中糠氨酸含量仅略高于巴氏奶;糠氨酸含量降低，有利于牛乳中含氮化合物的生物利用率的提高。

　　此外，Mendoza等也用HPLC法测定了山羊奶中糠氨酸的含量，结果与牛乳类似，UHT奶(含量为154.3mg/100g蛋白质)高于巴氏山羊奶(35.8mg/100g蛋白质)。上述研究显示，随着加热强度的增加，乳制品的糠氨酸的含量会增加，可能会带来含氮化物的活性被抑制程度增加的风险。

　　羟甲基糠醛：羟甲基糠醛(HMF)是在美拉德反应的中间阶段，当pH4～7时，氨基酮糖或氨基醛糖进一步发生变化，生成羟甲基糠醛等化合物，HMF是其中的一种产物。HMF在生鲜乳中不存在，因此也常作为美拉德反应进行程度的评价指标。

　　据此，加工乳中HMF含量的增加，也就意味着蛋白质的损失，和营养价值的降低。Morales研究小组对液体乳中HMF进行了系统的研究，该研究小组使用HPLC测定了各种液态乳中HMF含量：生鲜奶、巴氏奶、UHT灭菌乳及瓶装杀菌乳中的HMF含量呈增长趋势。这一成果说明随着热处理强度的增加，液体乳中含氮化物损失增大。

　　3.2 游离氨基酸

　　乳中存在能水解蛋白质的蛋白酶，主要包括中性及碱性蛋白酶和酸性蛋白酶两大类。在热加工过程中大部分蛋白酶会失活，但是还会有部分蛋白酶，如由假单胞菌族嗜冷菌和某些芽胞杆菌合成的蛋白分解酶，却会因其具有较强的耐热能力而残留下来，在产品贮存和销售期间这种酶会逐渐恢复活力，并降解牛乳中的蛋白质，同时，原料乳本身也含有耐热的血纤维蛋白溶酶。

　　Alichanidis等的研究证实UHT乳在贮藏期间有明显的蛋白水解反应。Janstova等的研究也表明，经高压处理后的牛乳随着贮藏期的延长，产蛋白酶的蜡状芽孢杆菌增多，同时酪氨酸的含量也显著增加。这些研究都充分说明热处理后的牛乳中残存的蛋白酶在乳制品的贮存期间可水解蛋白质，并产生大量的游离氨基酸。

　　此外，乳中的蛋白质在加热过程中会发生一些化学反应，磷酸丝氨酸脂、巯基、二硫键、赖氨酸以及酞胺侧链都会参加反应，同时也能引起一些蛋白质肽链的断裂以及由于变性乳清蛋白的解旋和伸展引起的一些反应，这些反应也会产生一部分游离氨基酸。

　　对热处理的牛乳的氨基酸组成及含量的研究发现：按照鲜奶、巴氏奶、UHT奶及瓶装杀菌乳的顺序，其赖氨酸、丙氨酸、胱氨酸和亮氨酸的含量显著降低，而组氨酸、谷氨酸和脯氨酸的含量则显著上升。

　　4 总结

　　综上所述，随着加热强度的增大，牛乳蛋白质中的乳清蛋白含量会降低，但其降低的程度对其营养价值的影响并不是很显著;蛋白质消化利用率的研究，由于采用的研究技术方法等不同，未能获得较为统一的结果。

　　正如理论上所推论的，随着加热强度的增大，牛乳中美拉德反应产物含量显著增大，与牛乳中乳清蛋白含量降低这一研究结果也相互印证。另一方面，热处理可以杀灭原料乳中存在的蛋白酶，可以有效延缓或是抑制牛乳蛋白的水解，增强牛乳蛋白的稳定性。

　　上述研究结果表明，热处理在影响牛乳蛋白活性的同时可以增强蛋白的稳定性，选取一个合适的加热温度及时间，在提高乳蛋白稳定性的同时降低其营养品质损失，需要在今后的科研工作中加强研究。