低热脱脂乳粉加工过程中钙溶失与蛋白变性对凝乳凝胶特性及脱水收缩行为的影响机制研究

针对复原低热脱脂乳粉（SMP）凝乳凝胶性能劣化问题，东京大学团队系统研究了预热、浓缩及喷雾干燥过程中可溶性钙（soluble calcium）减少与乳清蛋白（β-Lg/κ-CN）变性对凝乳强度及脱水收缩（syneresis）的影响，发现钙溶失是主要诱因，为乳制品工业优化SMP加工工艺提供了理论依据。

　　

在乳制品工业中，脱脂乳粉（SMP）是奶酪生产的重要原料，但复原后的低热SMP始终存在凝乳凝胶（rennet-induced gel）强度不足、脱水收缩（syneresis）效果差的问题。尽管既往研究认为预热处理是主要影响因素，但东京大学附属农场团队发现，浓缩和喷雾干燥过程中的钙平衡失调可能才是"隐形杀手"。这项发表在《International Dairy Journal》的研究，首次揭示了加工链中钙离子迁移与蛋白变性的协同作用机制。

研究人员采用超滤渗透液（ultrafiltrate）和模拟乳超滤液（SMUF）重构体系，结合乳清蛋白氮指数（WPNI）检测、流变学分析等技术，系统比较了原料乳（RM）、预热乳（LHM）、浓缩乳（LHEM）及喷雾干燥粉（LHSMP）的蛋白变性程度、可溶性钙含量及凝乳特性。

分析结果

1. 蛋白变性分析：WPNI数据显示，80℃预热乳（HHM）乳清蛋白变性显著，而65℃预热后经浓缩、喷雾干燥的LHSMP仅出现轻微变性，说明后续加工对蛋白结构影响有限。

2. 钙迁移规律：浓缩过程导致可溶性钙下降23%，喷雾干燥后仅部分恢复，电镜显示浓缩乳中胶体钙磷酸盐（CCP）显著增加。

3. 凝胶性能验证：使用SMUF调整钙浓度后，LHSMP凝胶强度恢复至LHM的92%，证实钙溶失（而非蛋白变性）是凝胶劣化的主因。

4. 脱水收缩机制：钙桥（calcium bridges）减少导致凝胶网络疏松，40℃加热时水分保留率降低15%。

结论与意义

该研究明确了低热SMP加工中浓缩工序引发的钙溶失是凝乳性能下降的关键靶点，而传统关注的乳清蛋白（β-Lg/κ-CN）聚合作用影响微弱。这一发现颠覆了行业对预热处理主导作用的认知，为开发钙强化工艺、优化浓缩参数提供了精准干预方向。研究采用的SMUF重构法，更为乳品功能特性研究建立了创新方法学范式。