盐组成优化与β-乳球蛋白纳米结构对Minas Frescal奶酪理化及质构特性的影响

《JOURNAL OF TEXTURE STUDIES》：Optimization of Salt Composition and Influence of β-Lactoglobulin Nanostructures on the Physicochemical and Textural Properties of Minas Frescal Cheese

　　

过量钠摄入是现代健康不良状况的主要驱动因素，促使乳品行业寻求不损害产品完整性的减钠策略。本研究旨在探讨负载槲皮素和维生素B2的β-乳球蛋白（β-lg）纳米结构对低钠Minas Frescal奶酪功能与结构特性的影响。研究人员采用中心复合旋转设计（CCRD），评估了三个自变量——氯化钠（NaCl；5–20 g·L^?1）浓度、氯化钾（KCl；5–20 g·L^?1）浓度和β-lg纳米结构浓度（5–10 mg·kg^?1）——的作用。在评估的响应指标中，pH、滴定酸度、内聚性、弹性、硬度和咀嚼性未受β-lg纳米结构掺入的显著影响。相比之下，电导率介于1.28至3.92 mS·cm^?1之间，并受盐组成的显著影响，其中KCl的作用最大；而粘附性主要受NaCl浓度影响。优化配方为2.5%总盐（50% NaCl和50% KCl）并添加7.5 mg·kg^?1 β-lg纳米结构，该配方保持了传统Minas Frescal奶酪的理化及质构特性。这些研究结果表明，β-lg纳米结构为生物活性化合物提供了稳定的递送平台，并能够在不可靠产品品质的前提下开发低钠Minas Frescal奶酪。

**论文解读：低钠Minas Frescal奶酪中盐组成优化与β-乳球蛋白纳米结构的功能与结构影响**

**1. 研究背景与问题**
现代饮食中过量钠摄入已被证实是高血压和心血管疾病等全球主要致死病因的重要诱因。乳制品，尤其是奶酪，是加工食品中钠含量较高的类别之一。Minas Frescal奶酪依赖氯化钠（NaCl）实现保藏、质地和风味调控，直接降低NaCl会破坏这些关键属性。部分替代策略，如以氯化钾（KCl）替代NaCl，在替代比例为25%–50%时可减少约40%–50%的钠含量，但过高比例的KCl会带来苦味、金属异味和质构劣变。因此，优化NaCl/KCl比例是平衡减钠与品质保持的核心技术难题。同时，纳米技术为食品尤其是乳制品中生物活性分子的递送提供了新途径。β-乳球蛋白（β-lg）作为牛乳中主要球状乳清蛋白，因其两亲性可同时包埋疏水和亲水生物活性物，如槲皮素（疏水，经范德华力结合于蛋白内部疏水腔）和维生素B2（亲水，通过氢键和静电作用结合于蛋白表面）。然而，β-lg纳米结构作为外源蛋白颗粒掺入奶酪基质后，可能与酪蛋白网络发生相互作用，并受盐离子种类和浓度影响。因此，系统评估β-lg纳米结构在不同NaCl/KCl离子环境下的相容性，对开发富集生物活性化合物的低钠功能奶酪至关重要。

**2. 研究目的与设计**
本研究旨在考察空载及负载槲皮素或维生素B2的β-lg纳米结构对Minas Frescal奶酪理化和质构特性的影响。研究人员采用中心复合旋转设计（CCRD），设置三个自变量：NaCl浓度（5–20 g·L^?1）、KCl浓度（5–20 g·L^?1）和β-lg纳米结构浓度（5–10 mg·kg^?1），共17次试验（8个析因点、6个轴向点、3个中心点重复），并设置不含纳米结构的对照组以比较掺入纳米结构的影响。响应变量包括pH、电导率、滴定酸度、内聚性、粘附性、弹性、硬度和咀嚼性。

**3. 关键技术方法**
研究涉及的主要技术方法包括：β-lg纳米结构的制备（在NaCl溶液中热处理100°C 60分钟）及其对槲皮素和维生素B2的包埋（离心后干燥，采用紫外-可见分光光度法测定包埋效率和载药量）；CCRD实验设计与响应面分析；奶酪生产工艺（以500 mL商业巴氏杀菌全脂牛奶为原料，添加盐、CaCl₂及纳米结构后加热，加入凝乳酶）；理化分析（pH计、电导率仪、酸碱滴定）；质构剖面分析（TPA，使用TA.XT Plus质构仪，双压缩测试）；统计方法为方差分析（ANOVA，95%置信水平）和Tukey检验（5%显著性水平）。

**4. 主要研究结果**
（1）**pH、总可溶性固形物与滴定酸度**：pH值整体变化小（6.30–6.95），Pareto图显示pH在CCRD模型中不显著；添加β-lg纳米结构的奶酪滴定酸度（0.58%–0.92%）低于对照组（1.09%–1.19%），可能与纳米结构改变奶酪基质微结构和缓冲能力有关，而非产酸差异。
（2）**电导率**：电导率受NaCl和KCl浓度显著影响，KCl作用最大，范围为1.28–3.92 mS·cm^?1。含高盐配方电导率最高，低盐配方最低。KCl的摩尔电导率高于NaCl，且K⁺水合倾向弱于Na⁺，导致更高离子迁移率。含有β-lg纳米结构的奶酪电导率低于同等盐浓度的对照组，表明纳米结构限制了离子扩散。
（3）**质构剖面（TPA）**：内聚性、弹性、硬度和咀嚼性在CCRD模型中均不显著，但β-lg纳米结构的掺入普遍提高了内聚性（如试验2和7平均0.6941 vs 对照C2 0.4875），且未破坏奶酪基质完整性。粘附性显著受NaCl影响（F值最大），NaCl促进胶体磷酸钙溶解和Na⁺与Ca²⁺交换，影响蛋白水合和凝胶网络。完全用KCl替代NaCl的配方（试验11）粘附性最高（-37.2442 g·s），明显不利。β-lg纳米结构可降低高KCl水平下的粘附性，改善水分分布。
（4）**负载生物活性物的纳米结构**：在最优配方（2.5%总盐，50% NaCl/50% KCl，7.5 mg·kg^?1纳米结构）下，负载槲皮素或维生素B2的奶酪与未负载纳米结构的对照相比，pH、滴定酸度、电导率、粘附性、弹性、硬度和咀嚼性均无显著差异，仅内聚性显著低于对照。表明包埋过程未破坏β-lg纳米结构的整体结构，且纳米结构作为胶体填料，通过静电和疏水作用稳定酪蛋白网络，保持水分和张力分布。

**5. 讨论总结**
研究普遍观察到β-lg纳米结构对奶酪质构参数的维持作用，说明纳米尺度的蛋白组装体不会干扰构成奶酪基质结构骨架的酪蛋白网络，反而可能作为胶体填料通过弱相互作用（静电和疏水）增强网络稳定性。盐离子种类对蛋白水合和矿物平衡的影响可解释NaCl与KCl对粘附性和电导率的不同作用。优化配方实现了50%钠替代（NaCl:KCl=1:1），同时保留产品品质，证明β-lg纳米结构是一种可行的功能递送平台。

**6. 研究结论**
研究人员成功生产出总盐2.5%（50% NaCl和50% KCl）并添加7.5 mg·kg^?1 β-lg纳米结构的Minas Frescal奶酪，该配方未改变奶酪的理化或质构特性。该产品为通过部分替代NaCl实现的低钠奶酪，并富集了包埋槲皮素或维生素B2的β-lg纳米结构，证明在不牺牲技术品质的前提下开发功能性乳制品是可行的。因此，本研究提出的技术为β-lg纳米结构在食品工业中改善食品质地和功能性提供了有前景的潜力。未来研究应开展感官评价以确定消费者接受度，并探究β-lg纳米结构掺入及NaCl部分替代对咸味感知、风味、质地和整体可接受性的影响。