牛奶均质化调控干酪熔融性与微观结构的机制研究：基于粒径分布与活性/惰性填充物比例的多元回归模型构建

本研究探讨牛奶均质化对干酪熔融特性与微观结构的影响。通过混合不同均质压力的牛奶，研究人员系统分析了粒径分布、活性/惰性脂肪球比例与干物质含量对tan δmax、流动度（FD）及弹性模量（G’）的调控作用。研究发现均质压力增加会降低干酪熔融性，而通过多元线性回归模型首次揭示d50,3（中值粒径）和干物质含量是预测熔融特性的关键参数。该研究为精准调控干酪加工特性提供了理论依据，对乳制品产业提质增效具有重要意义。

　　

在乳制品工业中，干酪的熔融特性是衡量其品质的重要指标，直接影响到披萨、焗饭等烹饪应用中的拉丝效果和口感体验。然而，传统的牛奶均质化处理虽然能改善干酪产率和质构，却往往导致熔融性下降，这种加工特性与微观结构间的内在关联尚未明确。现有研究多聚焦单一均质压力的影响，而对混合不同均质程度牛奶的复合效应缺乏系统认知。正是为了破解这一技术瓶颈，德国霍恩海姆大学的研究团队开展了这项创新研究，其成果近期发表在乳品科学领域权威期刊《International Dairy Journal》上。

为深入解析均质化对干酪功能特性的影响机制，研究人员采用多学科交叉的研究策略。他们首先通过单级均质处理（3-12 MPa）制备不同粒径的乳脂肪球，并创新性地将未均质牛奶与不同压力均质牛奶按特定比例混合，构建了包含13种处理条件的实验体系。在技术方法层面，该研究主要运用了：①静态光散射技术（LS 13320）精确测定乳脂肪球粒径分布；②热流变学分析（温度扫描20-80°C）量化tan δ_max等熔融参数；③Schreiber测试法定性评价流动度（FD）；④共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）可视化脂肪-蛋白质相态分布；⑤多元线性回归建模解析关键影响因素间的相互作用。

3.1. 粒径分布特征

通过系统分析发现，均质压力与脂肪球尺寸呈负相关关系：未均质牛奶的d_90,3为5.6 μm，而12 MPa均质后降至1.62 μm。混合体系呈现双峰分布特征，当未均质牛奶与均质牛奶混合时，d_90,3/d_10,3比值显著升高（14.4-21.9），表明体系中同时存在原生膜脂肪球和casein包被的微细脂肪球。

3.2. 凝胶熔融特性

热流变学测量显示，未均质干酪的tan δ_max最高（1.34），随均质压力增加而递减（9 MPa时为0.81）。Schreiber测试结果与之高度吻合（相关系数0.97），证实均质处理会显著抑制干酪的流动特性。特别值得注意的是，混合体系表现出非叠加效应：含未均质牛奶的混合物呈现更高的tan δ_max，说明原生脂肪球对熔融特性的主导作用。

3.3. 粒径分布与熔融特性的关联

研究创新性地提出活性/惰性填充物分类标准：将>1.3 μm的脂肪球界定为被动填充物（保留原生膜），而更细小的casein包被脂肪球作为主动填充物。通过计算活性/被动填充物比例，发现该比值与均质压力正相关（未均质为0，12 MPa达2.67）。这一分类为理解微观结构与宏观特性的关联提供了新视角。

3.4. 数据分析

采用多元线性回归建模揭示：对于tan δ_max，d_50,3是最显著预测因子（p=0.034）；流动度（FD）主要受干物质含量调控（p=0.016）；而凝胶强度（G’）则同时受d_50,3（p=0.012）和活性/被动填充物比例（p=0.023）共同影响。模型决定系数R²达0.65-0.78，证实这些参数对熔融特性的解释效力。

3.5. 凝胶微观结构

频率扫描测得所有样品的斜率n值稳定在0.17-0.22区间，表明凝胶网络主要以非共价键稳定。G’(20°C)/G’(80°C)比值分析显示未均质样品比值最高（51），说明其凝胶更依赖氢键等温度敏感作用力。CLSM图像直观证实：均质处理形成更细小的蛋白包被脂肪球，且在加热拉伸过程中保持更好的结构稳定性，而未均质样品则呈现更明显的各向异性排列。

该研究通过严谨的实验设计和创新的分析方法，首次建立了牛奶均质化-粒径分布-填充物类型-熔融特性的定量关系模型。研究结论表明：混合未均质与均质牛奶可在一定程度上协调加工特性矛盾——既保留未均质体系的良好熔融性，又兼具均质化带来的结构稳定性优势。特别是提出的d_50,3和活性/被动填充物比例等关键参数，为干酪生产工艺的精准调控提供了可量化的指导指标。从更广阔的视角看，这项研究不仅深化了对乳蛋白-脂肪相互作用机制的理解，所建立的多元回归模型方法论还可推广至其他乳制品体系，为开发定制化功能乳制品提供了新思路。该成果对促进乳品加工技术从经验导向向科学设计转变具有重要推动作用，有望助力乳制品产业实现产品质量与加工效率的双重提升。