利用三聚磷酸钠调控酪蛋白胶束解离，以此改善高蛋白酸奶的凝胶性能，使其兼具稳定剂和蛋白质强化剂的功能

《International Dairy Journal》：Regulation of casein micelles dissociation by sodium tripolyphosphate to improve gel properties as stabilizers and protein fortifier for high-protein yogurt

　　

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  STPP通过螯合钙离子促使酪蛋白胶束解聚。
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  STPP提升了发酵过程中的缓冲能力，延缓了酸化进程。
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  STPP提高了高蛋白酸奶的持水能力和凝胶强度。
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  有助于形成弹性凝胶网络，从而实现无外源添加剂的清洁标签蛋白稳定剂应用。

引言

酸奶是一种通过乳酸菌的代谢作用，以牛乳为原料发酵制成的乳制品。在发酵过程中，乳酸菌将乳糖转化为乳酸，降低pH值，促使酪蛋白聚集形成特有的酸奶凝胶结构（Shi等人，2025）。传统酸奶的蛋白质含量约为3.0克/100克，可能无法满足市场对高蛋白乳制品日益增长的需求。为了解决这一问题，人们通过向牛奶基料中添加乳清蛋白分离物或酪蛋白等额外蛋白质来源，开发出了高蛋白酸奶。这类产品契合了市场对功能性食品及健康饮食模式的需求趋势（J?rgensen等人，2015）。然而，较高的蛋白质含量会显著改变酸奶基质中的胶体环境，往往带来诸如乳清分离、质地粗糙、凝胶结构不均匀以及口感发涩等技术难题（J?rgensen等人，2019；Qi等人，2022）。这些问题主要源于高蛋白质浓度下胶体稳定性下降以及凝胶行为发生变化。为减少此类质量缺陷，工业生产中的酸奶通常会使用明胶、果胶、瓜尔胶和卡拉胶等各种水溶性胶体稳定剂，以改善产品的质地均匀性和储存稳定性（Zang等人，2024）。尽管这些添加剂具有明显的功能效果，但它们的添加可能会影响消费者的接受度。为此，人们开始关注通过改良牛奶蛋白本身的特性来开发稳定策略，旨在在不依赖非乳源性添加剂的情况下提升高蛋白酸奶的流变学性质和微观结构特征。近期研究致力于通过物理、化学或酶学方法对天然牛奶蛋白的结构进行调控（Cheng等人，2025；Karamoko等人，2025a；Zhao等人，2025）。这类方法旨在增强酸奶基质的结构完整性和胶体稳定性。因此，探索基于蛋白质的策略来提升高蛋白酸奶的稳定性，是乳制品创新领域的重要发展方向。

微滤法可用来从新鲜脱脂乳中制取酪蛋白微粒浓缩物，该方法能够选择性保留酪蛋白胶束，同时让可溶性的乳成分透过膜层。由于微滤过程在温和的条件下进行，因此能够较好地保持酪蛋白胶束的天然结构（Crowley等人，2018）。酪蛋白微粒浓缩物具有出色的热稳定性和凝胶形成能力，常被用作提升牛奶干物质含量和蛋白质含量的添加剂。它被广泛用于高蛋白酸奶及各类乳制品中（Li等人，2020）。酸奶的主要结构成分是酪蛋白，它以酪蛋白胶束的形式构成凝胶网络（T. Wang等人，2025）。酪蛋白是牛乳中的主要蛋白质，约占牛奶总蛋白质含量的80%（Ji等人，2025）。作为一种含磷蛋白质，酪蛋白具有很高的营养价值以及多种功能特性，它由αs₁-酪蛋白、αs₂-酪蛋白、β-酪蛋白和κ-酪蛋白四种亚型组成，其比例大致为4:1:3.5:1.5（Yang等人，2024）。这些酪蛋白亚型具有不同的磷酸化程度，含有多个带负电荷的磷酸丝氨酸残基，能够轻易与Ca²⁺结合形成磷酸钙纳米团簇（Bauland等人，2022）。这些团簇通过疏水作用和静电相互作用与四个酪蛋白分子紧密相连（da Silva等人，2025），进而形成酪蛋白胶束。酪蛋白胶束的稳定性取决于吸引力和排斥力之间的平衡。吸引力包括磷酸钙交联、疏水作用以及氢键作用，而排斥力则主要来自静电作用（Deshwal等人，2024）。其中，磷酸钙交联是起主导作用的力，它能固定酪蛋白中灵活的亲水部分，使胶束结构更加坚固（Horne，1998）。酪蛋白胶束的胶体稳定性在很大程度上取决于表面电荷和矿物质平衡，而这些因素又可能引发pH值的变化。pH值上升会促进酪蛋白胶束的部分解聚，而当pH值降至酪蛋白的等电点附近（大约为4.6）时，则会促使凝胶网络的形成。虽然这种酸诱导的凝胶化过程对酸奶的生产至关重要，但由此形成的凝胶在高蛋白乳制品体系中往往具有较低的持水能力（Dalgleish & Corredig，2012）。有研究表明，通过对酪蛋白进行物理、化学或酶学改性，可以提升其功能特性（Corredig & Dalgleish，1997；Ellouze等人，2021；Han等人，2021）。

磷酸盐类物质（如磷酸二钾）被广泛用于调控乳蛋白体系的物理化学性质（Hewa Nadugala等人，2022）。它们主要通过多价磷酸根阴离子与酪蛋白胶束中的胶体磷酸钙结合，起到螯合钙离子的作用。这一过程会改变胶束内的矿物质平衡，削弱钙介导的交联作用，增加酪蛋白分子间的静电排斥力，进而促使胶束部分解聚，从而影响蛋白质的吸水性、分散性以及凝胶形成行为（Kaliappan & Lucey，2011；Pranata等人，2024）。

在乳制品中，最常用的磷酸盐包括正磷酸盐（如磷酸二氢钠）、焦磷酸盐（如焦磷酸钠）以及多磷酸盐（如六偏磷酸钠）。三聚磷酸钠是一种含有三个磷原子的多磷酸盐，相比单磷酸盐，它具有更强的钙螯合能力。STPP中的多磷酸基团能够同时结合多个Ca²⁺离子，有效破坏酪蛋白胶束中依赖钙的结构。STPP通过螯合与胶体磷酸钙结合的钙离子，增加了酪蛋白胶束的净负表面电荷，进而增强了蛋白质颗粒间的静电排斥力，降低了它们聚集的趋势（Peng等人，2021）。这种处理方式还能提升酪蛋白的溶解性和乳化稳定性。有一些研究显示，经过含STPP的稳定剂处理的酪蛋白胶束，其电荷状态会发生改变，钙离子会被螯合，同时二级蛋白质结构得以保持，从而减少了蛋白质的聚集现象（L. Zhao等人，2020）。磷酸盐类物质能够螯合与胶体磷酸钙结合的钙离子，改变酪蛋白胶束内的矿物质平衡，进而促使胶束部分解聚（Deshwal等人，2024）。STPP具有很强的钙螯合能力，它可以通过提升蛋白质的吸水性、改善其分散性以及增强酪蛋白分子间的静电排斥力，来改变酪蛋白胶束的结构和功能。这些结构变化有助于在酸诱导的凝胶化过程中形成更为均匀的蛋白质网络，进而提升酸奶的质地、持水能力以及稳定性。

本研究探讨了不同浓度的STPP所引发的酪蛋白胶束解聚现象对酪蛋白凝胶化特性的影响，同时还将STPP应用于酸奶体系中，评估其对酸奶凝胶行为及物理化学性质的影响。通过分析产品的持水能力、凝胶强度、质地特征以及流变学性质等方面的变化，阐明了STPP在维持酸奶稳定性方面的作用机制，为提升酸奶中乳蛋白的功能性能提供了有效的策略。

章节要点

材料

酪蛋白微粒浓缩物是从Vitalus Nutrition Inc.（加拿大不列颠哥伦比亚省阿伯茨福德市）购得的，其蛋白质含量为90.5%，酪蛋白含量为87%。三聚磷酸钠则从Aladdin Reagent Co., Ltd.（中国上海）购买，纯度不低于98%。酸奶发酵菌种由Weikang Probiotics Co., Ltd.（中国苏州）提供。全脂奶粉的脂肪含量不低于26.0%，由内蒙古蒙牛乳业（集团）有限公司（中国呼和浩特市）提供。

酪蛋白微粒浓缩物溶液及复合溶液的制备

酪蛋白微粒浓缩物粉末被溶解在去离子水中，具体浓度为

Zeta电位

随着STPP浓度的升高，酪蛋白微粒浓缩物分散液变得越来越透明（见图1）。通过测量Zeta电位，可以直接了解酪蛋白表面的电荷状况。经过不同浓度STPP处理的酪蛋白样品均显示出负Zeta电位值（见图2A）。所有经STPP处理的样品的Zeta电位绝对值都显著高于未经处理的样品。酪蛋白的Zeta电位绝对值

结论

本研究表明，STPP能够有效调控酪蛋白胶束的解聚过程，显著提升高蛋白酸奶的凝胶化性能。STPP会螯合酪蛋白胶束内的胶体磷酸钙纳米团簇，破坏胶束结构并引发胶束解聚，这一过程会导致浊度降低、表面负电荷增加，同时提升酪蛋白微粒浓缩物的溶解性。在高蛋白酸奶体系中应用STPP，能够延长

作者贡献说明

赵子英：数据整理、资源获取、初稿撰写。 刘子伟：实验研究、软件应用。 于博康：方法设计。 邱迎超：结果验证。 王萌娇：统计分析。 张英华：监督指导、论文审阅与修改。 穆志森：监督指导。

知情同意

无需履行知情同意手续。

伦理审批

本文不存在任何由作者实施的人体或动物相关研究。

利益冲突声明

作者声明，他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益关联或个人关系。

致谢

本研究得到了黑龙江省自然科学基金校企合作项目的资助（项目编号：JJ2025XQ0045）。

Zi-Ying Zhao|Zi-Wei Liu|Bo-Kang Yu|Ying-Chao Qiu|Meng-Jiao Wang|Ying-Hua Zhang|Zhi-Shen Mu