A1和A2牛乳中挥发性化合物、脂肪酸谱及工艺特性：巴氏杀菌方法的影响

《Applied Sciences》：Volatile Compounds, Fatty Acid Profile, and Technological Properties of A1 and A2 Bovine Milk: Effect of Pasteurization Method

　　

摘要：A2牛乳近期广受欢迎，主要因其相较于常见的A1牛乳，对人体消化系统具有不同的有益作用。由于这些结构差异，A2牛乳展现出需要深入研究的特性，以便恰当设计加工工艺。本研究调查了β-酪蛋白基因型（β-casein genotype）与热处理方式（LTLT、HTST和HTLT：一种用于发酵乳制品生产的高温预处理工艺）对脂肪酸谱、挥发性有机化合物（VOCs）、组成成分、乳液稳定性、酸化动力学及颜色参数的影响。脂肪酸组成完全由牛乳类型决定。A1牛乳表现出更高的饱和脂肪酸、更高的总多不饱和脂肪酸（PUFA）含量、更高的Σn-3脂肪酸含量以及更有利的n-6/n-3比值，而A2牛乳则显示出更高的单不饱和脂肪酸含量和更高含量的共轭亚油酸（CLA），且这种差异具有性状依赖性。挥发性有机化合物（VOC）谱鉴定出29种化合物。观察到显著的基因型×处理交互作用：A1牛乳在新鲜样品中以高双乙酰含量为特征，并在巴氏杀菌后专一性地形成甲硫醇；而A2牛乳在LTLT处理后，表现出增强的美拉德反应衍生挥发性化合物形成和高的酯类积累。无论牛乳类型如何，LTLT处理后乳液稳定性最高。A1牛乳在45分钟内达到pH 4.6的凝固阈值，而A2牛乳表现出延迟的酸化。HTLT处理对两种牛乳的颜色变化诱导最大。

**论文解读文章**

**研究背景**
近年来，A2牛乳市场快速增长，主要原因是消费者对其宣称的健康益处和相较于传统A1牛乳更易消化的特点兴趣增加。A1与A2牛乳的差异源于β-酪蛋白的遗传变体：A2牛乳来源于携带A2A2基因型的奶牛，仅含有A2 β-酪蛋白，而普通牛乳通常含有A1和A2 β-酪蛋白的混合物。尽管A2牛乳商业重要性日益增长，但其在工业加工中的行为，尤其是对不同巴氏杀菌条件的响应，仍未被完全阐明。A2 β-酪蛋白中一个氨基酸的替换（第67位脯氨酸 vs. A1中的组氨酸）不仅影响消化，还改变酪蛋白胶束在热应力下的结构行为，改变其与乳清蛋白和脂质组分的相互作用。目前大多数乳品加工知识基于使用以A1或A1/A2混合基因型为主的传统牛乳，因此将现有工艺参数直接应用于A2牛乳可能不会产生等效的技术结果。本研究旨在通过同时、多参数表征A1和A2牛乳在三种巴氏杀菌处理（LTLT、HTLT、HTST）及未加工新鲜牛乳中的表现，填补这一空白，识别基因型和处理特异性差异，并评估其对产品质量、营养价值和A2乳品制造工艺优化的影响。

**主要技术方法**
研究人员采用互补性仪器方法，包括：使用Heracles II电子鼻系统（HS-GC结合FID检测器）进行挥发性有机化合物（VOC）谱分析；使用Shimadzu GC-2010气相色谱仪（配备FID及Zebron ZB-FAME毛细管柱）进行脂肪酸甲酯分析，并计算动脉粥样硬化指数（AI）和血栓形成指数（TI）；使用Minolta CR-400色差计测量CIE L*a*b*颜色参数并计算白度指数、黄度指数、褐变指数等；采用浊度法测定乳液稳定性指数（ESI）；以及通过添加葡萄糖酸-δ-内酯（GDL）进行酸化动力学监测，记录达到pH 4.6的凝固时间。牛乳基本组成通过近红外光谱仪（NIR Flex N-500）测定。样本来自波兰卢布林地区一个商业牧场的荷斯坦-弗里生（Holstein–Friesian）奶牛，包括A1A2（n=14）和A2A2（n=14）两种基因型。

**研究结果**
**3.1 巴氏杀菌方法和牛乳类型对乳液稳定性的影响**
双因素方差分析显示，巴氏杀菌方法对乳液稳定性指数（ESI）有显著影响，而牛乳类型（A1与A2）及其交互作用不显著。Tukey HSD检验表明，LTLT巴氏杀菌处理的ESI值显著高于其他所有组（新鲜、HTLT、HTST），后三组之间无显著差异。LTLT处理下乳液稳定性最高的原因在于其温度（63°C/30 min）低于β-乳球蛋白的变性阈值（约70°C），从而保留了乳清蛋白的功能特性。HTST和HTLT导致乳清蛋白部分变性、聚集以及与κ-酪蛋白相互作用，限制了蛋白在油水界面的吸附。A1与A2牛乳之间无显著差异，因为β-酪蛋白主要位于酪蛋白胶束内部，其对界面稳定性的贡献低于乳清蛋白和κ-酪蛋白。

**3.2 巴氏杀菌方法和牛乳类型对颜色参数的影响**
牛乳类型和巴氏杀菌方法对颜色参数均有显著影响，且多数情况下存在显著交互作用。HTLT处理在所有方法中最为突出：表现出最高的亮度（L*：83.48–83.70）和白度指数（WI：82.58–82.75），以及与新鲜牛乳相比最大的总色差（ΔE₂₀₀₀：1.09–1.33），超过人眼可察觉阈值（ΔE₂₀₀₀ > 1.0）。这种增亮现象归因于乳清蛋白（主要是β-乳球蛋白）变性聚集后形成更强散射光的颗粒。HTST和LTLT在L*、a*、h°和ΔE₂₀₀₀方面无显著差异。黄度指数（YI）在A1牛乳中高于A2牛乳，且热处理后呈上升趋势。褐变指数（BI）在新鲜牛乳中最高，巴氏杀菌后降低，HTLT和HTST与新鲜组差异显著，而LTLT与新鲜组无显著差异。色调角（h°）受两种因素影响强烈，但交互作用不显著。色度（C*）在A1牛乳中更高。ΔE₂₀₀₀在两种牛乳类型间无显著差异。

**3.3 利用近红外光谱（NIR）测定化学组成**
统计分析表明，牛乳类型是影响化学组成的主要因素，尤其对脂质组分影响显著。A1牛乳中脂肪、饱和脂肪酸和MUFA+PUFA含量显著高于A2牛乳。但蛋白质、干物质、水分和乳糖含量在两种牛乳类型间无显著差异。巴氏杀菌对任何分析参数均无统计学显著影响。

**3.4 牛乳类型和巴氏杀菌对凝固时间的影响**
结果显示酸化速率和程度上存在明显差异，牛乳类型为主要区分因素，巴氏杀菌为次要的、依赖于基因型的因素。A1牛乳酸化动力学更快，最终pH更低，所有样品在45分钟内均达到或超过pH 4.6的技术凝固阈值。A2牛乳pH下降较慢，最终pH较高（4.59–4.66），其中新鲜和HTST处理的A2牛乳在观察期内未达到pH 4.6阈值。达到pH 4.6的时间进一步确认了这些差异：A1牛乳约在40–45分钟内凝固，HTST最快，其次为HTLT和LTLT，新鲜牛乳最慢；A2牛乳凝固时间显著延长。相互作用项高度显著，表明热处理效果具有基因型依赖性。HTST和LTLT促进两种牛乳的快速酸化，而HTLT与较慢的pH下降相关，在A2牛乳中尤为显著。

**3.5 挥发性化合物谱分析**
共鉴定出29种挥发性有机化合物（VOCs），分属8个化学类别。酮类在所有样品中均为优势组分。丙酮在A2牛乳中浓度始终高于A1牛乳，随热处理强度增加而升高。丁烷-2,3-二酮（双乙酰）在A1新鲜牛乳中主导挥发性谱（62.19），巴氏杀菌后降低；在A2新鲜牛乳中基本不存在，但在HTLT和HTST处理后出现中等浓度。甲硫醇仅在巴氏杀菌的A1牛乳中检测到，在A2牛乳中完全缺失。二甲基硫醚（DMS）在所有巴氏杀菌样品中浓度相近，在新鲜样品中未检出。乙醛、丙醛等醛类化合物分布具有型依赖性。酯类中乙酸乙酯仅在A2牛乳中检测到，且LTLT处理下浓度极高（41.163），随热处理强度增加而急剧下降。Strecker醛类（2-甲基丙醛、3-甲基丁醛、2-甲基丁醛）和呋喃类（2-甲基呋喃、2-乙基呋喃）主要在热处理的A2牛乳中积累，提示A2牛乳中增强的美拉德反应活性。

**3.6 乳样中脂肪酸组成**
脂肪酸分析涵盖21个参数。饱和脂肪酸（SFA）是两种牛乳中的主要脂质组分，A1牛乳中SFA含量（72.70%）显著高于A2（71.50%）。棕榈酸（C16:0）和硬脂酸（C18:0）在A1牛乳中显著更高。单不饱和脂肪酸（MUFA）在A2牛乳中显著更高（24.37% vs. 22.81%），主要由油酸（C18:1n9）驱动。总多不饱和脂肪酸（PUFA）在A1牛乳中显著更高（3.70% vs. 3.17%），其中α-亚麻酸（C18:3n3, ALA）差异最大（A1 1.257% vs. A2 0.804%）。Σn-3在A1中显著更高，Σn-6相当，因此n-6/n-3比值在A1中显著更低（1.21 vs. 1.76）。共轭亚油酸（CLA）在A2牛乳中显著更高（0.978% vs. 0.795%）。动脉粥样硬化指数（AI）在A2中数值较低，而血栓形成指数（TI）在A2中显著更高。所有21个参数在巴氏杀菌处理间均无显著变化，表明脂肪酸谱主要由β-酪蛋白基因型决定。

**讨论与结论**
本研究对来自单一生产地、具有不同β-酪蛋白基因型（A1与A2）的牛乳，在三种巴氏杀菌处理（LTLT、HTLT、HTST）及未加工对照下进行了多参数表征。脂肪酸组成在所有巴氏杀菌处理中保持稳定，表明脂质谱主要由遗传背景决定。营养方面，A2牛乳表现出更高的MUFA和CLA水平以及更低的AI，而A1牛乳具有更有利的n-6/n-3比值和更低的TI，两种牛乳在营养上各有优势。VOC谱受基因型和热处理强烈影响，揭示了A1和A2牛乳在香气形成和热反应性上的明显差异。工艺特性方面，A1牛乳酸化更快且更一致，更适合发酵产品制造；A2牛乳发酵行为较慢且多变，需延长孵育时间或调整发酵剂。乳液稳定性主要取决于巴氏杀菌强度，LTLT处理在两种牛乳中均提供最佳稳定性。HTLT处理引起最明显的颜色变化。总体而言，针对传统A1主导牛乳优化的加工策略可能不直接适用于A2牛乳，基因型感知的工艺设计对于提高A2乳制品的一致性和技术性能很重要。未来研究应扩展到多农场大规模队列以验证结论的普适性。