不同热处理工艺对牛乳酪蛋白和乳清蛋白理化特性及结构变化的影响机制研究

本研究针对UHT(超高温瞬时灭菌)和INF(灌注灭菌技术)两种热处理工艺对牛乳蛋白质的影响机制展开系统研究。通过分析粒径、组分含量、储存稳定性等理化指标，结合圆二色谱、扫描电镜等技术解析蛋白质结构变化，发现INF处理能更好地保留蛋白质结构和功能特性，为优化乳制品灭菌工艺提供理论依据。

牛乳作为营养丰富的天然食品，其品质很大程度上取决于热处理工艺。传统超高温瞬时灭菌(UHT)虽然能有效杀灭微生物，但135°C持续4秒的处理会导致蛋白质变性、营养成分损失。而新兴的灌注灭菌技术(INF)在156-158°C下仅处理0.09秒，理论上能更好地保留营养，但两种工艺对乳蛋白的具体影响机制尚不明确。这正是Fulei Xiao、Jia Shi和Yang Zou团队在《Journal of Dairy Science》发表的研究要解决的核心问题。

研究团队采用INF和UHT两种方式处理牛乳，通过多维度分析揭示热处理对蛋白质的影响。关键技术包括：纳米粒度分析仪测定粒径、Turbiscan稳定性分析仪评估TSI( Turbiscan稳定性指数)、圆二色谱分析蛋白质二级结构、扫描电镜观察微观形貌、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)检测官能团变化，以及BCA法测定蛋白浓度等。所有样品均来自天津海河乳业有限公司。

【物理特性分析】结果显示：INF乳的平均粒径(289.90±4.53 nm)显著小于UHT乳(322.02±4.80 nm)。INF乳的蛋白质(3.91% vs 3.88%)、脂肪(4.71% vs 4.40%)等营养成分含量更高。30天储存实验表明，INF乳在避光条件下的pH变化幅度(6.64→6.94)小于UHT乳(6.65→7.11)，且色度参数(L、a、b*)变化更稳定，证实INF处理能显著提升产品储存稳定性。

【结构特性研究】通过先进表征技术发现：INF处理的酪蛋白粒径(352.99±2.46 nm)小于UHT组(367.72±2.65 nm)，且二级结构中α-螺旋含量(10.40%)高于UHT组(9.60%)。扫描电镜显示INF酪蛋白呈块状分布，而UHT组多为碎片；乳清蛋白表面在INF处理后更光滑。FT-IR谱图证实INF能更好地维持蛋白质酰胺I带和II带特征峰。SDS-PAGE电泳显示INF处理的α-乳白蛋白(α-LA)和β-乳球蛋白(β-LG)条带更深，说明蛋白保留更完整。

【功能特性评估】关键发现包括：INF酪蛋白的表面疏水性(191.26±5.14)显著低于UHT组(263.01±3.97)，其乳化活性(EAI)达89.13±4.05 m²/g，显著优于UHT组(76.06±3.21 m²/g)。在起泡性方面，INF乳清蛋白的泡沫稳定性(FS)为109.99±1.54%，明显高于UHT组(104.72±1.44%)。这些数据表明适度热处理能更好地维持蛋白质功能。

这项研究系统揭示了不同热处理对乳蛋白影响的分子机制。INF技术因其超短时高温的特点，能最大限度保留蛋白质天然结构，维持较小的粒径分布和更稳定的乳化、起泡性能。这不仅为优化乳制品灭菌工艺提供了理论依据，也为开发高品质乳制品指明了方向。特别值得注意的是，研究首次通过多尺度表征技术证实INF处理能减少蛋白质二级结构破坏，这一发现对功能性乳蛋白产品的开发具有重要指导价值。该成果为乳品工业平衡灭菌效果与营养保留这一核心矛盾提供了创新解决方案。