《International Journal of Dairy Technology》：Tailoring casein functionality through thermal and nonthermal processing: From molecular changes to technological applications
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本文系统回顾了热和非热处理技术如何调控酪蛋白胶束结构，从而定制其在乳制品中的功能。综述聚焦“工艺强度窗口”概念，阐明适度的热处理（如巴氏杀菌、UHT）可促进乳清-酪蛋白相互作用，而非热技术（HPP、US、PEF、CP、OH）则能更选择性地调节胶束表面电荷、疏水性及钙磷酸盐平衡。文章指出，低至中等强度处理常可改善溶解度和乳化性，而过度处理则引发不可逆聚集。这为理性设计具有定制功能的酪蛋白基配料提供了框架，并指出了原料变异性、工业放大等挑战。未来需结合结构-功能模型及原位分析以指导工艺优化。
牛奶中的明星蛋白——酪蛋白，约占牛乳总蛋白的80%，它们并非以独立个体存在，而是组装成直径100-300纳米、水合良好的胶体聚集体，即酪蛋白胶束。这些胶束是牛奶物理化学稳定性的基石，也负责钙和磷酸盐的运输。酪蛋白家族包含四种主要类型：αs1-、αs2-、β-和κ-酪蛋白，它们通过疏水相互作用、静电力和胶体磷酸钙（CCP）的桥梁作用组装在一起。κ-酪蛋白主要位于胶束表面，形成一层水合聚电解质“刷”，提供空间和静电斥力，防止聚集，是胶束稳定的关键。
然而，酪蛋白胶束的稳定性和功能并非一成不变，它们就像精密的“分子机器”，对加工条件极为敏感。传统的热加工技术，如巴氏杀菌（HTST，72-75°C, 15-20秒）和超高温灭菌（UHT，135-150°C, 2-5秒），主要通过热驱动改变蛋白质结构。巴氏杀菌仅导致少量β-乳球蛋白（β-Lg）变性，对胶束完整性影响甚微，因而适合奶酪生产。而UHT处理则引起β-Lg近乎完全的变性，其与κ-酪蛋白通过二硫键等形成共价复合物，覆盖在胶束表面。这虽然达到了灭菌目的，却可能导致产品在储存期间逐渐发生老化凝胶、沉淀，并影响奶酪的凝乳性能。适度的加热（85-95°C, 5-30分钟）则是一个“功能窗口”，它能促进部分乳清蛋白变性并与酪蛋白胶束可控地结合，从而显著增强酸奶等发酵产品的凝胶强度、持水性和质地。
鉴于高温可能带来的负面影响，一系列新兴的非热加工技术崭露头角，它们能在较低温度下实现对酪蛋白结构和功能的“精准调控”。高静压处理（HPP）通过压力影响分子间作用力。压力在300兆帕以下时，常促进胶束部分解离，暴露出内部的疏水基团，从而增强乳化能力；但当压力超过300-400兆帕，蛋白质又可能重新聚集，导致粘度增加。超声波（US）则依靠“空化效应”产生的强大剪切力，在低至中等强度下能打散胶束，减小粒径，提高溶解度和乳化性；但高强度或长时间处理反而会引发再聚集。脉冲电场（PEF）施加的高压短脉冲能改变胶束表面的电荷分布，诱导蛋白质部分展开，增加表面疏水性，这不仅有助于乳化，还能显著降低高浓度酪蛋白产品的粘度，改善其加工流动性。冷等离子体（CP）通过产生的活性氧氮物种（RONS），可氧化酪蛋白中的特定氨基酸残基，甚至能诱导磷酸化修饰。适度的CP处理能改善酪蛋白的溶解性和界面性能，并显示出降低致敏性的潜力。欧姆加热（OH）是一种特殊的热加工，它利用电流使物料内部均匀快速产热。由于其加热速率极快（5-20°C/秒），减少了高温停留时间，因此能最大限度减少CCP的溶解和β-Lg/κ-酪蛋白复合物的过度形成，从而更好地保持胶束完整性，并显著减少设备结垢。
那么，热加工与非热加工，孰优孰劣？比较分析揭示了它们各自的特点。传统热加工（尤其是UHT）会导致广泛的、非选择性的蛋白质变化，特别是乳清蛋白的严重变性及其与酪蛋白的相互作用，这是产品长期不稳定的主因。而非热技术则能在更大程度上“隔离”酪蛋白与乳清蛋白的变化，实现对酪蛋白胶束本身结构更特异的调控，例如选择性改变表面电荷、疏水性或矿物平衡，从而获得更稳定、功能更可预测的产品。非热加工还能更好地保留热敏性维生素和风味物质，避免“蒸煮味”。欧姆加热则可视为二者之间的桥梁，它虽为热加工，但其快速、均匀的加热特性使其能避免常规UHT的许多缺陷，在达到灭菌要求的同时，更温和地对待酪蛋白胶束。
这些加工诱导的分子变化，直接转化为实实在在的技术应用。在酸奶和奶酪中，经适度热或HPP、US处理的酪蛋白能形成更致密、均匀的三维网络，从而生产出更坚固、持水性更好、乳清析出更少的凝胶产品。在液态乳和高蛋白饮料中，通过PEF或US降低粘度、改善溶解性，或通过HPP增强乳化稳定性，都是解决产品沉淀、分层问题的有效策略。此外，经过修饰（如CP处理）的酪蛋白，因其界面活性的改变，在包埋和递送生物活性物质方面也展现出新的应用前景。
当然，通往完美定制的道路并非没有挑战。原料乳的变异性（如奶源、泌乳阶段）、加工设备的具体配置、样品的前处理方式都会影响最终结果，导致文献中报道的数据存在差异。未来的发展需要整合先进的原位分析技术和结构-功能预测模型，并结合混合加工策略（如PEF联合温和加热），以更精准地导航“工艺强度窗口”，为开发下一代高性能乳制品和蛋白配料提供科学指南。
*注：本文所有结论和细节均基于对原综述文档内容的归纳总结，未添加外部信息。
