pH值对哈鲁米（halloumi）型奶酪微观结构、流变学特性及功能特性的影响：pH值与结构及功能之间的关系

《Food Chemistry: X》：The effect of pH on the microstructure, rheological and functional properties of halloumi-type cheese: pH-structure-function relationships

Halloumi型奶酪的pH调控显著影响其微观结构和功能特性。研究显示pH在6.41以上或4.69以下时有利于非熔融和理想油脂释放，pH降至5.33可缩短凝乳时间，进一步降低pH导致钙含量减少89.4%，持水能力提升16.7%。pH低于5.0时，蛋白质间氢键和疏水作用增强，使奶酪变硬且难以熔化。通过FTIR分析发现，pH变化导致蛋白质二级结构改变，微观结构中孔隙和脂肪分布差异显著，流变学特性与质构分析验证了pH调控的机制。

　　
该研究系统探讨了pH值对Halloumi奶酪微观结构与功能特性的影响机制，揭示了pH调控在奶酪加工中的关键作用。研究采用牛乳为原料，通过调整发酵参数和pH值（范围4.40-6.53），制备了8种不同pH的奶酪样本，结合流变学、质构分析、显微观察和红外光谱技术，深入解析了pH对奶酪结构-性能的调控路径。

在凝乳特性方面，pH值显著影响酪蛋白胶束的聚集动力学。当pH高于6.41时，随着pH下降，凝乳时间（RCT）从4.5分钟缩短至2.8分钟，这可能与酸性环境促进钙质从酪蛋白胶束中释放有关。值得注意的是，当pH低于4.69时，虽然RCT进一步缩短，但钙含量锐减89.4%，导致酪蛋白网络强度下降。这种非线性关系揭示了pH调控需要平衡多种因素。

钙质动态变化是影响奶酪结构的关键。实验数据显示，pH每降低一个单位，钙含量下降约13.3%。当pH从6.53降至5.33时，钙含量从680.47 mg/100g降至513.04 mg/100g，导致酪蛋白-钙桥接作用减弱，蛋白网络孔隙率增加16.7%。但继续降低pH至4.40时，钙含量进一步降至72.13 mg/100g，此时疏水作用和氢键增强，形成更致密的蛋白网络，孔隙率反而下降。这种双重调控机制解释了为何pH低于5.0时奶酪硬度回升。

微观结构分析揭示了pH的级联效应。CLSM观察显示，pH 6.53的奶酪具有连续的蛋白基质和均匀分布的脂肪微滴（直径约1μm）。随着pH降至5.33，脂肪球开始聚集形成3-5μm的团块，孔隙率从23%增至40%。当pH低于5.0时，脂肪球呈现网状结构（最大直径达80μm），此时蛋白质网络呈现多孔结构，孔隙尺寸分布在12-20μm区间。这种结构演变直接导致熔融特性的显著差异：pH 5.33的奶酪熔融高度达0.55cm，而pH 4.69和4.40的样品分别降低至0.88cm和0.89cm，显示非熔性奶酪的典型特征。

流变学测试揭示了pH对弹性模量和粘弹性的复杂影响。频率扫描显示，pH 6.53的奶酪在1Hz下储能模量（G'）达79,864 Pa，而pH 4.40的样品仅215,525 Pa。但温度扫描显示，当加热至60-70℃时，低pH奶酪的G'值下降速率加快，表明疏水作用主导的热致结构破坏更显著。应变 sweeps表明，pH 4.69的奶酪在0.1%应变下达到临界应力（940.97g），而pH 5.33的样品临界应力仅为1730.40g，说明酸性环境更易形成易变形的蛋白网络。

质构分析数据与微观结构高度吻合。pH 5.48的奶酪展现出异常高的硬度（2491.06g），这与其独特的微观结构（高钙含量和致密蛋白网络）直接相关。弹簧性指标（76.45%）与孔隙率呈正相关，而粘着性指标在pH 4.40时达到-26.77，显示表面脂肪析出效应。值得注意的是，当pH从5.3降至4.7时，熔融特性出现拐点，这可能与酪蛋白二硫键的解离和重新形成机制有关。

红外光谱分析揭示了二级结构的动态变化。pH 6.53的奶酪α-螺旋含量高达34.8%，随着pH下降至5.33，α-螺旋占比降至26.5%，而随机卷结构比例从12%升至19%。当pH低于5.0时，β-折叠含量显著增加（pH 4.69时达41.2%），表明酸性环境促使蛋白质构象从有序的α-螺旋向无序的β-折叠转变。特别值得注意的是，pH 5.33的样品在1600-1700cm?1区域出现特征峰位移，表明氢键网络强度变化。

该研究首次系统构建了pH-钙含量-蛋白网络-功能特性的完整调控链条。当pH介于6.41-5.33时，奶酪表现出最佳熔融性能（0.55cm熔融高度）和水分保持能力（85.04%-99.26%）。而pH 4.69-4.40区间，虽然水分保持能力显著提升（99.26%→49.01%），但熔融特性急剧恶化。这种性能的矛盾关系源于pH对两种相反作用力的调控：pH>5.0时以静电排斥为主，促进蛋白网络松散化；pH<5.0时以疏水作用和氢键为主导，形成致密结构。

研究为工业生产提供了重要参数：生产非熔性Halloumi需维持pH>6.41或<5.0，其中pH>6.41时通过强化钙桥接作用（钙含量>600mg/100g）形成稳定网络；pH<5.0则依赖氢键和疏水作用构建刚性结构。而生产熔融型奶酪时，应将pH精准控制在5.3-5.5区间，此时钙含量适中（约500mg/100g），既保留足够蛋白网络强度，又形成足够的孔隙促进脂肪释放。

该研究突破了传统认知中pH单一维度的调控模式，揭示了pH通过双通道（钙桥接/疏水作用）调控奶酪性能的机制。通过建立pH-结构-性能的三维模型，为功能性奶酪开发提供了理论依据。例如，通过pH调控可生产出兼具高水分保持（>85%）和良好熔融特性（0.5-0.6cm）的改进型Halloumi，这为适应不同消费场景的奶酪定制化生产奠定了基础。

未来研究可进一步探索pH与其他加工参数（如发酵温度、凝固时间）的交互作用，以及如何通过基因编辑调控酪蛋白磷酸化位点，从而优化pH效应。此外，开发基于pH响应型生物酶的精准调控技术，有望实现奶酪特性的梯度控制，这对开发新型功能性乳制品具有重要价值。