化学计量学辅助评估干燥与巴氏杀菌方法对脱脂驼乳粉生化特性的影响：真空喷雾干燥与UV巴氏杀菌的协同保护作用

《LWT》：Chemometrics Assisted Comparative Evaluation of the Impact of Drying and Pasteurization Methods on the Biochemical Properties of Skimmed Camel Milk Powders.

本研究针对传统喷雾干燥与热巴氏杀菌导致驼乳热敏性生物活性成分降解的问题，系统比较了真空喷雾干燥(VSD)、冷冻干燥与UV/热巴氏杀菌组合对脱脂驼乳粉生化特性的影响。通过ELISA、UPLC、SDS-PAGE和PLS-DA化学计量学分析，发现VSD结合UV处理可显著提高乳铁蛋白（保留率97.7%）、胰岛素（92%）和IGF-2（93%）的保留率，并确定赖氨酸和谷氨酸为热降解标志物。研究表明VSD与UV协同技术能有效保持驼乳的营养功能完整性，为高品质驼乳粉生产提供新方案。

　　

随着健康意识的提升，骆驼奶因其独特的营养价值逐渐走入大众视野。与普通牛乳相比，骆驼奶富含乳铁蛋白(Lactoferrin, LF)、胰岛素(Insulin, INS)、胰岛素样生长因子-2(Insulin-like growth factor 2, IGF-2)等具有抗菌、抗病毒、抗炎和免疫调节功能的生物活性蛋白，尤其对糖尿病患者显示出潜在益处。更特别的是，骆驼奶中的胰岛素能够抵抗胃酸降解，被小肠直接吸收，这一特性使其在特殊医学用途配方食品领域备受关注。然而，将液态驼乳加工成便于储存运输的乳粉时，传统的热加工技术如喷雾干燥(Spray-drying, SD)和热巴氏杀菌(Thermal pasteurization)会对其热敏性成分造成严重破坏，导致营养和功能价值大打折扣。虽然冷冻干燥(Freeze-drying)能较好地保存活性成分，但其高昂的成本限制了工业化应用。因此，寻找一种既能有效保护驼乳生物活性，又具备工业化可行性的新型加工技术，成为乳品工业亟待解决的问题。

在此背景下，由Haileeyesus Habtegebriel Gebrehiwot、Salma Ahmed Saleh、Huda Mohamed、Jahirul Ahmed Mazumder和Fawzi Banat组成的研究团队，在《LWT》期刊上发表了一项重要研究。他们系统比较了多种干燥技术（喷雾干燥、真空喷雾干燥-Vacuum spray drying, VSD、冷冻干燥）和巴氏杀菌技术（紫外线-UV、热巴氏杀菌）对脱脂驼乳粉和牛乳粉关键生化特性的影响，旨在找到最优的加工组合方案。

研究人员采用了几项关键技术方法展开探索。他们从阿联酋的牧场获取骆驼奶和牛奶作为研究样本。通过酶联免疫吸附测定(ELISA)精准量化了乳铁蛋白(LF)、胰岛素(INS)和IGF-2这三种关键保护性蛋白的含量；利用超高效液相色谱(UPLC)结合AccQ-Tag衍生化方法分析了氨基酸谱的变化；运用十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)直观展示了蛋白质的变性和聚集情况；并创新性地引入化学计量学中的偏最小二乘判别分析(Partial Least Squares Discriminant Analysis, PLS-DA)对多维数据（氨基酸、维生素、蛋白质）进行整合分析，识别出对不同加工方式最敏感的“标志物”成分。

3.1. 不同巴氏杀菌和干燥技术处理的脱脂驼乳和牛乳粉的SDS-PAGE图谱

SDS-PAGE分析清晰揭示了不同加工方式对乳蛋白的影响。结果显示，骆驼奶蛋白，特别是乳清蛋白，表现出比牛乳蛋白更好的热稳定性。当经受传统的热巴氏杀菌结合喷雾干燥(SDTP)这种较强热处理时，牛乳蛋白出现了明显的聚集现象（条带弥散），而骆驼奶蛋白在相同条件下则相对稳定。值得注意的是，骆驼奶中缺乏牛乳中主要的过敏原β-乳球蛋白(β-Lactoglobulin, β-LG)，且β-酪蛋白(β-Casein)含量较低，这些组成差异影响了它们对加工过程的响应。在评估不同干燥方法对天然乳蛋白的保留效果时，紫外线巴氏杀菌(UV)结合冷冻干燥(FD)或真空喷雾干燥(VSD)的组合表现最佳，能很好地保留骆驼血清 albumin(CSA)和乳铁蛋白(LF)的条带强度。相反，热巴氏杀菌结合传统喷雾干燥(SDTP)导致这些蛋白条带变浅，表明变性程度最高。这些发现凸显了真空喷雾干燥在保护骆驼乳蛋白天然结构方面的关键作用。

3.2. 干燥技术对骆驼奶保护性蛋白质的影响

研究对三种重要的保护性蛋白进行了定量分析。乳铁蛋白(LF)方面，原料驼乳含量为1320.44 ± 6.37 μg/mL。在乳粉中，UV巴氏杀菌结合真空喷雾干燥(VSDUV)实现了最高保留率（97.7%），而热巴氏杀菌结合喷雾干燥(SDTP)保留率最低（83.3%）。统计分析表明，干燥技术对乳铁蛋白保留的影响显著，而巴氏杀菌技术间的差异不显著。这强调了在任何加工阶段（巴氏杀菌或干燥）减少热暴露对保护乳铁蛋白的重要性。

胰岛素(INS)方面，原料驼乳含量为45.19 ± 1.2 μIU/mL。UV巴氏杀菌结合冷冻干燥(FDUV)保留了近90%的胰岛素，表现最佳；而SDTP组合仅保留70%。特别值得注意的是，在固定使用UV杀菌时，真空喷雾干燥(VSD)的胰岛素保留率（92%）显著高于传统喷雾干燥(SD）（70%）。同样，在固定干燥技术时，UV杀菌的效果也显著优于热杀菌。这表明胰岛素对热敏感，但采用真空喷雾干燥和UV杀菌这种低热组合能有效保护其活性。

胰岛素样生长因子-2(IGF-2)对热降解更为敏感。原料驼乳含量为21.95 ± 0.99 ng/mL。VSDUV组合实现了93%的最高保留率，而SDTP组合仅保留73%。研究明确指出，在热巴氏杀菌条件下，VSD比SD能多保留10.10%的IGF-2；而在使用同一种干燥技术时，UV杀菌比热杀菌能多保留14.93%至21.65%的IGF-2。这些结果凸显了在乳粉加工初期阶段尽量减少热暴露的关键性。

3.3. 干燥技术对脱脂驼乳粉氨基酸谱的影响

骆驼奶含有全面的必需氨基酸和非必需氨基酸，其中亮氨酸、赖氨酸、缬氨酸以及谷氨酸和脯氨酸含量较为丰富。为了深入理解加工对整体营养成分的影响，研究人员采用了化学计量学方法进行分析。

3.3.1. 基于干燥技术的氨基酸谱多变量判别

PLS-DA模型成功地将真空喷雾干燥(VSD)和传统喷雾干燥(SD)处理的样品区分开来。变量重要性投影(Variable Importance in Projection, VIP)分析显示，赖氨酸(Lysine)和谷氨酸(Glutamic acid)是区分两种干燥方法的最关键变量。众所周知，赖氨酸易参与美拉德反应(Maillard reaction)而损失，谷氨酸在高温下也易分解。数据证实，VSD处理的乳粉中赖氨酸和谷氨酸的平均含量分别比SD处理的高出12%和9%。这表明真空喷雾干燥的较低操作温度和压力有效减缓了热诱导的降解反应，更好地保留了氨基酸。

3.3.2. 乳源对氨基酸降解敏感性的多变量判别

3.3.2.1. 基于乳源的PLS-DA分类

首先，研究人员建立了基于乳源（骆驼奶 vs 牛奶）的PLS-DA模型作为基线。模型很好地区分了两类乳粉，表明它们固有的氨基酸谱存在差异。VIP分析指出，谷氨酸、脯氨酸、蛋氨酸、缬氨酸和异亮氨酸在区分乳源时重要性较低，意味着它们在两种原料奶中的初始含量相对接近，因此适合用来比较不同乳源对加工热损伤的敏感性。

3.3.2.2. 基于乳源的氨基酸降解比较分析

比较分析发现，对于选定的氨基酸（谷氨酸、脯氨酸、缬氨酸），在经历传统喷雾干燥时，牛乳中的降解程度普遍高于驼乳。例如，在使用热巴氏杀菌时，VSD相较于SD在牛乳中多保留的谷氨酸比例（19.9%）远高于在驼乳中多保留的比例（3.0%）。这种差异可能与两种乳的蛋白质组成和微观结构不同有关。骆驼奶的乳清蛋白（如乳铁蛋白、免疫球蛋白）被认为具有更好的热稳定性，且其酪蛋白胶束结构也与牛乳存在差异，这可能导致骆驼奶蛋白在热处理时发生交联和聚集的程度较轻，从而更好地保护了包裹在蛋白质结构中的氨基酸。这一发现与SDS-PAGE中观察到的牛乳蛋白在热处理下更易聚集的现象相互印证。

综上所述，本研究通过多技术联用分析，得出结论：真空喷雾干燥(VSD)结合紫外线(UV)巴氏杀菌是一种极具前景的驼乳粉加工组合技术。它能显著降低加工过程中的热负荷，最大限度地保留驼乳中珍贵的生物活性蛋白（乳铁蛋白、胰岛素、IGF-2）和氨基酸（特别是对热敏感的赖氨酸和谷氨酸）。化学计量学分析不仅验证了传统生化分析的结果，还精准地识别出可用于监控加工质量的标志性氨基酸。研究还证实，与牛乳相比，骆驼奶的蛋白质体系本身对热加工具有更强的耐受性。这项工作为生产高品质、高附加值的功能性驼乳粉提供了重要的理论依据和工艺指导，推动了驼乳加工技术向更高效、更温和的方向发展。尽管真空喷雾干燥展现出巨大潜力，但其工业化放大、参数优化以及对产品功能性和形态学性质的长期影响，仍是未来需要进一步探索的方向。