热处理对液态乳中乳清蛋白的影响研究进展

屈雪寅,郑 楠,李松励*,文 芳,孟 璐,杨晋辉,王加启

(中国农业科学院北京畜牧兽医研究所,农业部奶产品质量安全风险评估实验室(北京),农业部奶及奶制品质量监督检验测试中心(北京),动物营养学国家重点实验室,北京 100193)

摘 要:牛乳中的乳清蛋白主要包括β-乳球蛋白、α-乳白蛋白、牛血清白蛋白和免疫球蛋白。在牛乳加工过程中,热处理会使乳中乳清蛋白发生变性,影响了乳清蛋白的结构和活性,进而降低了牛乳的营养价值。本文对乳业发达国家液态乳的主要加工方式以及热处理过程对4 种乳清蛋白的影响进行了综述。

关键词:乳清蛋白;热处理;β-乳球蛋白;α-乳白蛋白

牛乳加工过程中,广泛使用热处理对其进行灭菌,以延长乳制品的货架期。牛乳中存在许多热不稳定性物质,如天然存在的乳清蛋白、乳糖、以及热加工过程中的美拉德反应产物等。比较温和的热处理方式如巴氏杀菌,能较少地改变牛乳中的热不稳定物质;而灭菌程度较强的高温热处理方式则会导致牛乳的稳定性和胶体性发生较大变化[1],如发生一些肉眼不可辨的蛋白变性等[2],使牛乳中的营养成分受到损失[3-4]

乳中的乳清蛋白仅在一定的温度和pH值内保持其天然的构象,当其中任何一个条件改变,乳清蛋白即发生变性。因此,在牛乳热处理过程中,乳清蛋白极易发生变性。变性的乳清蛋白不仅丧失了本身的免疫活性功能,还影响牛乳中的钙被人体吸收利用的情况。

国际上大致将液态乳分为两类,巴氏杀菌乳和超高温灭菌(ultra high temperature,UHT)乳。但对于液态乳加工的热处理方式,美国、欧洲与中国不尽相同。

1 液态乳的热处理

1.1 美国

美国公共卫生服务部于2013年颁布的《“A”级热处理乳条例》(以下简称“条例”)中对乳的加工方法等进行了分类和定义。条例中对乳的热处理主要分为巴氏杀菌和超巴氏杀菌(ultra pasteurization,UP)。巴氏杀菌又分为了间歇式巴氏杀菌(batch pasteurization)和连续流式巴氏杀菌。间歇式巴氏杀菌即低温长时间处理(low temperature long time,LTLT)法,主要是以不破坏乳脂线为原则[5],要求63 ℃条件下保持30 min。连续流式巴氏杀菌又根据处理时间、工艺和设备的不同分为两种。一种为高温短时处理(high temper ature short time,HTST)法,另一种为高热瞬时 处理(higher heat shorter time,HHST)法。条例中对巴氏杀菌温度和时间的要求如表1所示,要求持续保温在不低于此温度之下,不短于同表所示的对应规定时间[6]

表1 美国《“A”级热处理乳条例》对巴氏杀菌温度和时间的要求
Table1 Past ‘AA’pasteurized milk ordinance

注:*.如果某种乳制品的脂肪含量是10%或更高,或固体总量为18%或更高,或被浓缩,应在指定的温度上增加3 ℃(5 ℉)。

在条例中,还有一种称为UP的方式,是指不论在灌装前还是在灌装后,都经过了138 ℃(280 ℉)或以上温度保温至少2 s的热处理,以保障在冷藏条件下其保质期得以延长[6]

1.2 欧盟

根据欧盟委员会第2074/2005号细则对生乳热处理的规定,热处理包括巴氏杀菌和超高温灭菌。巴氏杀菌分为高温短时处理和低温处理(low heat treatment,LHT)。HTST要求不低于72 ℃条件下处理15 s;LHT要求不低于63 ℃条件下处理30 min;或使用其他不同时间和温度组合的处理方式以获得相同的杀菌效果。但无论以何种温度和时间进行巴氏杀菌,在处理后都要立刻进行碱性磷酸酶实验,并满足碱性磷酸酶呈阴性[7]

UHT是指经过一定的高温短时(不低于135 ℃条件下 合适的保持时间),使得在环境温度下无菌包装内的牛乳中无存活的微生物或可繁殖的孢子,并且能保证乳产品在30 ℃条件下15 d内或55 ℃条件下7 d内的微生物都保持稳定[7]

1.3 中国

目前,我国国家标准中,还没有对牛乳灭菌的产品工艺进行严格的要求。GB 19645—2010《食品安全国家标准 巴氏杀菌乳》仅对巴氏杀菌乳进行了定义,为仅以生牛(羊)乳为原料,经巴氏杀菌等工序制得的液体产品[8]。农业行业标准NY/T 939—2016《巴氏杀菌乳和UHT灭菌乳中复原乳的鉴定》中对巴氏杀菌的定义为,经低温长时间(LTLT:62~65 ℃,保持30 min)或经高温短时间(HTST:72~76 ℃,保持15 s或80~85 ℃,保持10~15 s)的处理方式[9]。其中提及了对灭菌温度的要求。

GB 25190—2010《食品安全国家标准 灭菌乳》中对灭菌乳分为了两类,第一类为UHT灭菌乳,即以生牛(羊)乳为原料,添加或不添加复原乳,在连续流动的状态下,加热到至少132 ℃并保持很短时间的灭菌,再经无菌灌装等工序制成的液体产品;第二类为保持灭菌乳(retort sterilized milk),即以生牛(羊)乳为原料,添加或不添加复原乳,无论是否经过预热处理,在灌装并密封之后经灭菌等工序制成的液体产品[10]。NY/T 939—2016中对UHT的定义为,经135 ℃以上保持数秒的处理方式[9]

虽然各国对于乳和热处理方式的分类和定义存在一定差异,但是主要分类和要求却也相似。对于巴氏杀菌的杀菌要求主要集中在低温短时间(63~65 ℃,保持30 min)或高温短时间(72~76 ℃,保持15 s或80~85 ℃,保持10~15 s)的处理方式。对 于UHT的灭菌要求主要为132~135 ℃,保持数秒。

2 热处理对牛乳中乳清蛋白的影响

图1 天然乳清蛋白(a)和热变性乳清蛋白(b)[[1133]]
Fig.1 Natural whey protein (a) and heat-denatured whey protein (b)[[1133]]

牛乳中大约包含有3.0~3.5 g/100 g蛋白,在pH 4.6的条件下,可以分为两类,不可溶的酪蛋白,约占牛乳蛋白总量的80%;可溶的乳清蛋白,约占牛乳蛋白总量的20%[11],质量浓度约为4~6 g/L[12]。乳清蛋白主要包括β-乳球蛋白、α-乳白蛋白、牛血清白蛋白,分别占乳清蛋白的50%、25%、6%[2,11]。此外,还包括乳铁蛋白、免疫球蛋白和一些微小蛋白[2]。当加热温度超过了蛋白质的耐受温度,其结构和生物活性或溶解度发生了改变,即发 生了热变性[13]。研究表明,乳清蛋白发生变性,包括两个主要的阶段:一是当温度大于60 ℃时,蛋白质的球状结构发生改变,进而发生变性反应;二是未折叠乳清蛋白与其他乳清蛋白或酪蛋白胶粒结合。图1中所示为天然乳清蛋白和变性的乳清蛋白构象[13]。在这种变性反应中,首先发生的是改变了蛋白的疏水基团,进而通过二硫键与其他乳清蛋白或κ-酪蛋白结合[1-2]。乳清蛋白的热敏感性依次为免疫球蛋白>血清蛋白>β-乳球蛋白>α-乳白蛋白[1,12,14]。天然的β-乳球蛋白和α-乳白蛋白在热处理牛乳中作为酸溶解物,是热处理的指示物[12],用于区分不同类型热处理牛乳[15]

2.1 β-乳球蛋白

2.1.1 β-乳球蛋白的结构组成

β-乳球蛋白,在牛乳清蛋白中含量最多,约为3 g/L[11,16]。由乳腺上皮细胞合成[11],分子质量约为18.3 kD,等电点为5.1。β-乳球蛋白分子为一条由162 个氨基酸残基组成的多肽链,氨基酸组成见表2[17-18]。天然的β-乳球蛋白呈三维结构,每个单体含有5 个半胱氨酸残基,其中4 个残基在链内形成2 个二硫键(Cys66-Cys160和Cys106-Cys119),另一个为半胱氨酸(Cys121)游离巯基(图2)[11,19-21]

表2 牛乳中主要蛋白的氨基酸组成[177--1188]]Table 2 Amino acid composition of major pr oteins in bovine milk[177--1188]]

注:1/2 Cys为半胱氨酸残基。

图2 2 β-乳球蛋白氨基酸序列及分子内部二硫键[21][21]
Fig.2 Amino acid sequence of β-lactoglobulin with intramolecular disulphide bonds[21]

2.1.2 β-乳球蛋白热变性过程中的影响

天然的β-乳球蛋白中2 个二硫化物和1 个巯基隐藏在分子内部[2]。天然的酪蛋白中,κ-酪蛋白和αs2-酪蛋白均含有半胱氨酸残基,即存在二硫键。当加热温度达到75 ℃时,随着β-乳球蛋白的去折叠化,巯基团暴露出来[22-23]。同时,κ-酪蛋白从酪蛋白 胶束中游离出来。此时,β-乳球蛋白的巯基与κ-酪蛋白(αs2-酪蛋白)发生巯基-二硫化物交换反应[12,18,21,24],通过双硫桥形成β-乳球蛋白与κ-酪蛋白复合物[18]。变性过程如图3所示。β-乳球蛋白与κ-酪蛋白形成的复合物,阻挡了凝乳酶对κ-酪蛋白的进攻位点,影响在乳酪的制作过程中凝乳酶与κ-酪蛋白结合[13,18,21]。同时,活化的β-乳球蛋白巯基,可生产硫化氢,使牛乳产生“蒸煮味”,影响UHT灭菌乳的风味[18,21]

图3 热变性的β-乳球蛋白与κ-酪蛋白结合[[1133]]
Fig.3 I nteraction betw een heat-denatured β-lactoglobulin and κ-casein[13]

图4 酪蛋白结构[[1133]]
Fig.4 Structure of casein[13]

酪蛋白中,内层为αs1-酪蛋白、αs2-酪蛋白和β-酪蛋白等组成的疏水基团,最外层为亲水的κ-酪蛋白(图4),由于酪蛋白存在磷酸酯,与Ca2+发生磷酸化作用下而紧密相连[13,18],以稳定的胶体状态分布在牛乳中。在正常的pH值条件下,在140 ℃条件下加热20~30 min,酪蛋白较为稳定[18]。但由于加热过程中pH值降低,导致Ca2+发生去磷酸化沉淀,κ-酪蛋白解离,酪蛋白的亲水性降低[18,22]。此时,变性的β-乳球蛋白与κ-酪蛋白形成聚合物,一定程度上降低了κ-酪蛋白的解离,提高了酪蛋白的稳定性[17-18]

β-乳球蛋白中,丝氨酸、丝氨酸磷酸盐、半胱氨酸以及胱氨酸残基在热变性过程中经历β-消除生成脱氢丙氨酸,脱氢丙氨酸非常活跃,与很多氨基酸残基发生反应,可以与赖氨酸形成赖氨酸丙氨酸,少部分与半胱氨酸形成羊毛硫氨酸(图5)[18]。这些反应导致分子内部及分子间形成交联反应,产生交联的基团在消化道内不能够溶解,降低了蛋白质的可消化性。同时,赖 氨酸是人体必需氨基酸,这些反应降低了蛋白质的营养价值[18,21]

图5 脱氢丙氨酸与氨基酸反应[[1188]]
Fig.5 Interaction of dehydroalanine with amino acids[18]

图6 6 β-乳球蛋白中心环状区域绑定视黄醇三维结构图[21][21]
Fig.6 Three dimensional structure of retinol (magenta) bound to the central calyx of β-lactoglobulin[21]

因β-乳球蛋白与视黄醇(VA)绑定蛋白存在相似的结构,内部有一个“疏水袋”能够绑定视黄醇,起到保护的作 用,游离的巯基能够避免视黄醇被氧化,携带其通过胃,直至小肠中被消化吸收[18,21](图6)。而当变性β-乳球蛋白的游离巯基形成二硫键后,则不能起到抗氧化的作用[25-26]

2.1.3 不同热加工牛乳中β-乳球蛋白热的变化

Sakkas等[12]研究表明,对生乳采用直接加热法(β-乳球蛋白的含量(4 076±103) mg/L),温度由80 ℃升至140 ℃过程中,β-乳球蛋白的含量由(2 716±181) mg/L降为(3±3) mg/L。在120、130、140 ℃条件下,分别加热30、20 s和15 s,会导致90%的β-乳球蛋白发生变性;在这些温度下,分别加热80、40 s和30 s,99%的β-乳球蛋白发生变性[2,27]

近年来,针对不同热处理类型牛乳中β-乳球蛋白的含量研究见表3。相对于生乳而言,巴氏杀菌乳中β-乳球蛋白的损失约率为30%。LHT巴氏杀菌乳对β-乳球蛋白的损伤程度低于HTST巴氏杀菌乳。UHT灭菌乳中β-乳球蛋白的含量仅为生乳的10%以下,明显低于巴氏杀菌乳 中的含量。在UHT灭菌乳中,间接UHT灭菌方式对β-乳球蛋白的损伤程度高于直接UHT灭菌方式,保持UHT灭菌中β-乳球蛋白含量为最低。可见,β-乳球蛋白对热处理的敏感性较强,可作为牛乳加工中对加热程度的指示物,以限制对牛乳的过热加工。国际乳品联合会(International Dairy Federation,IDF)对巴氏杀菌乳中β-乳球蛋白最低含量要求为2 600 mg/L,高温巴氏杀菌乳最低含量为2 000 mg/L[3,15]。也有学者提出,UHT灭菌乳中β-乳球蛋白的含量应高于50 mg/L[3,28]。很多对市售的牛乳的研究表明,巴氏杀菌乳中β-乳球蛋白能够满足高于2 600 mg/L[12,29-33],HTST巴氏杀菌乳中β-乳球蛋白高于2 000 mg/L[28],但部分UHT灭菌乳β-乳球蛋白含量低于50 mg/L[12]

表3 不同热处理类型液态乳中β-乳球蛋白的含量
Table3 Contents off β-lactoglobulin in pasteurized and UHT liquid miillkk
mg/L

注:—. 文献未说明。下同。

2.2 α-乳白蛋白

2.2.1 α-乳白蛋白的结构组成

α-乳白蛋白,是乳清中含量第二丰富的乳清蛋白,由糙面内质网合成[11]。分子质量约为14.2 kD,等电点为4.8。α-乳白蛋白分子含有8 个半胱氨酸残基,形成4 个二硫键。氨基酸组成见表2,氨基酸序列及分子内部二硫键组成 见图7[18]。一个α-乳白蛋白三维结构分子含有3 个α-螺旋和1 个β-结构[11,18,21],其余为无序结构[18]

图7 7 α-乳白蛋白氨基酸序列及分子内部二硫键[18][18]
F ig. 7 Amino acid sequence of α-lactalbumin with intramolecular disulphide bonds (dashed lines)[18]

2.2.2 α-乳白蛋白热变性过程中的影响

α-乳白蛋白是金属结合蛋白,每分子结合1 个Ca2+。α-乳白蛋白中的4 个天冬氨酸形成一个口袋型结构,Ca2+结合在其中[18,21](图8)。钙结合蛋白的热稳定性较好,当在相对较低的温度发生变性时,可复性。但当pH值降低(pH<5),Asp残基质子化,失去结合Ca2+的能力。此时,α-乳白蛋白在较低 温度时便可发生变性,且不能复性[18]。因α-乳白蛋白与β-乳球蛋白均存在半胱氨酸残基,因此,热变性的情况与β-乳球蛋白相似。同时,加热而引起的去折叠化的β-乳球蛋白与α-乳白蛋白也能发生巯基-二硫化物交换反应,发生乳清蛋白间变性[18,25]

图8 牛乳中α-乳白蛋白中钙绑定结合圈[188,,2200]]
Fig.8 Calcium-binding loop in bovine α-lactalbumin[18,20]

2.2.3 不同热加工牛乳中α-乳白蛋白热的变化

Jeanson等[31]对天然α-乳白蛋白的热稳定性研究表明,65 ℃时,加热10~60 min,牛乳中天然α-乳白蛋白的质量浓度基本保持不变。当加热温度到75 ℃及以上时,随着加热时间的延长,天然α-乳白蛋白的质量浓度呈现显著下降的趋势。在温度达到85 ℃时,加热40 min牛乳中天然α-乳白蛋白接近为0 mg/L。在温度达到90 ℃时,加热30 min牛乳中天然α-乳白蛋白完全被破坏。并且,在同一加热时间内,随着加热温度的升高,变性发生的情况越普遍。分别在70、74、77、82 ℃和96 ℃对生乳加热30 min后,天然α-乳白蛋白的残留率分别为95%、76%、56%、24%和2%[26]。而在高温条件下,变性的发生率将会进一步提高。在120、130、140 ℃温度条件下,分别加热150、80 s和50 s,会导致90%的α-乳白蛋白发生变性[2,18]。由此可见,在同样温度条件下,使90%的β-乳球蛋白变性的加热时间,短于90%的α-乳白蛋白发生变性的时间,说明β-乳球蛋白的热敏感性高于α-乳白蛋白。

不同热处理类型牛乳中α-乳白蛋白的含量如表4所示。生乳中的α-乳白蛋白含量高于1 000 mg/L,HTST巴氏杀菌乳中α-乳白蛋白含量低于LHT巴氏杀菌乳。UHT灭菌乳中α-乳白蛋白含量低于巴氏杀菌乳,间接UHT灭菌乳中α-乳白蛋白变性程度最高。

表4 不同热处理类型液态乳中α--乳白蛋白的含量
Table4 Contents off α-lactalbumin in pasteurized and UHT liquid milk mg/L

注:*.平均值。

2.3 血清蛋白

血清蛋白是牛机体循环系统中最丰富的蛋白之一,约占血清中蛋白总量的50%。牛血清蛋白分子质量约为66 kD,含有582 个氨基酸,17 个二硫键和1 个游离巯基。牛血清蛋白的三维结构由3 个域组成,每个域包含6 个螺旋,二级结构主要由α-螺旋组成[34-35]。在室温条件下,三维结构呈现一个稳定的状态。随着温度升高,一些分子区域,由于分子间作用力,通过二硫键和非共价键产生新的聚合体[27]。牛血清蛋白的质量浓度在初乳中含量约为1.2 mg/mL,在泌乳初期的前5 次 挤奶中,每次挤奶质量浓度均呈现一个大幅度的下降,之后呈现一个稳定的水平[36]。在常乳中呈现一个较低的含量,约为0.1~0.4 mg/mL,因此对牛乳的性能影响不大[11]

2.4 免疫球蛋白

免疫球蛋白(immunoglobulin,Ig)存在于所有哺乳 动物的初乳和乳中,具有生物功能,提供免疫保护作用,抵抗病原菌和毒素。初乳中的免疫球蛋白质量浓度很高,随着哺乳期的推进质量浓度迅速降低。牛乳中的免疫球蛋白分为IgG、IgA和IgM。IgG分子质量约为146 kD,主要分为两类,IgG1和IgG2。IgA和IgM分子质量分别为160 kD和970 kD[11]。Levieux等[36]研究表明,乳牛泌乳期第一次产乳,免疫 球蛋白G平均含量为59.8 mg/mL,在12~14 次产乳后,质 量浓度骤降为约1 mg/mL。在加热温度为80 ℃时,免疫球蛋白迅速发生变性[37],在pH 6.0时,80 ℃条件下加热10 min时,变性率接近95%[1]

3 展 望

乳清蛋白含有多种营养功能,如β-乳球蛋白含有免疫生物活性肽,并作为脂溶性维生素的载体,免疫球蛋白具有免疫保护作用,α-乳白蛋白具有快速消化的氨基酸等。通过上述结果可见,当加热温度超过75~80 ℃时,乳清蛋白开始发生变性,随着加热温度的升高,乳清蛋白的浓度呈迅速降低趋势。巴氏杀菌 乳中乳清蛋白损失程度 低于UHT灭菌乳。

随着近年消费水平的提升,消费者对牛乳并不止于安全的要求,还有对营养的需求。在我国,目前还没有关于牛乳热处理工艺的规范和标准,液态乳的过度加工已成为普遍现象[38]。在一些国家和组织的液态乳产品标准和立法中,很多对乳果糖进行了限量的要求,以限制牛乳的过热处理程度。因乳果糖的质量浓度与牛乳的热处理温度成正比,具有热敏感性。如欧盟乳品专家组对巴氏杀菌乳中乳果糖的最大限量值为50 mg/L,UHT灭菌乳中最大值为600 mg/L[39-41]。我国NY/T 939—2016规定UHT灭菌乳中乳果糖的最大限量值为600 mg/L[9]。但是,除了上述文中提到的IDF对于β-乳球蛋白在巴氏杀菌乳中有最低浓度要求,对于牛乳中的其他乳清蛋白,加工方式对其的影响并没有进行限制要求。因此,应尽快出台加工标准,统一加工工艺,避免过度加工,更多地保留牛乳活性成分。

巴氏杀菌乳由于灭菌温度低,乳清蛋白的热损伤程度低于UHT灭菌乳。这说明,在液态乳中,巴氏杀菌乳是营养保留程度最高的优质乳制品。并且,在乳业发达国家,巴氏杀菌乳的消费量要远高于UHT灭菌乳。但在我国,情况却恰恰相反。因此,应提高消费者对巴氏杀菌乳的认识,改变消费观念,引领巴氏杀菌乳主导液态乳市场。这也与近两年来,我国农业行业和乳品行业推行的优质乳工程相吻合[41]

参考文献:

[1] LAW A J R, LEAVER J. Effect of pH on the thermal denaturation of whey proteins in milk[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2000, 48: 672-679. DOI:10.1021/jf981302b.

[2] McSWEENEY P L H, O’MAHONY J A. Advanced dairy chemistry[M]. New York: Springer Science, 2015: 211-295.

[3] CLAEYS L, van LOEY A, HENDRICKX M. Intrinsic time temperature integrators for heat treatment of milk[J]. Trends in Food Science & Technology, 2002, 13: 293-311. DOI:10.1016/S0924-2244(02)00164-4.

[4] TRAN H, DATTA N, LEWIS M J, et al. Predictions of some product parameters based on the processing conditions of ultra-high-temperature milk plants[J]. International Dairy Journal, 2008, 18: 939-944. DOI:10.1016/j.idairyj.2008.01.006.

[5] 顾佳升. 关于巴氏杀菌奶[J]. 乳业科学与技术, 2005, 27(3): 97-99. DOI:10.15922/j.cnki.jdst.2005.03.001.

[6] US Public Health Service. Grade ‘A’ Pasteurized Milk Ordinance[M]. Washington, US: Department of Health and Human Services, 2013: 1-412.

[7] EU. Commission Regulation (EC) No. 2074/2005 of 5 December 2005 laying down implementing measures for certain products under Regulation (EC) No. 853/2004 of the European Parliament and of the Council and for the organisation of off i cial controls under Regulation (EC) No. 854/2004 of the European Parliament and of the Council and Regulation (EC) No. 882/2004 of the European Parliament and of the Council, derogating from Regulation (EC) No. 852/2004 of the European Parliament and of the Council and amending Regulations (EC) No. 853/2004 and (EC) No. 854/2004[S]. Off i cial Journal of the European Commission, 2005: 27-58.

[8] 卫生部. 食品安全国家标准 巴氏杀菌乳: GB 19645—2010[S]. 北京:中国标准出版社, 2010: 1.

[9] 全国畜牧业标准化技术委员会. 巴氏杀菌乳和UHT灭菌乳中复原乳的鉴定: NY/T 939—2016[S]. 北京: 中国农业出版社, 2016: 1.

[10] 卫生部. 食品安全国家标准 灭菌乳: GB 25190—2010[S]. 北京: 中国标准出版社, 2010: 1.

[11] TAMIME A Y. Milk processing and quality management[M]. Oxford: Blackwell Publishing Ltd., 2009: 25-36.

[12] SAKKAS L, MOUTAIFI A, MOSHOPOULOU E, et al. Assessment of heat treatment of various types of milk[J]. Food Chemistry, 2014, 159: 293-301. DOI:10.1016/j.foodchem.2014.03.020.

[13] TEKNOTEXT A B. Dairy processing handbook[M]. Lund, Sweden: Tetra Pak Processing Systems AB, 1995: 14-27.

[14] MALLIK J, PRAJAPATI J P, PATEL H G. Heat load indicators and their signif i cance in milk processing[C]//National Seminar on “Indian Dairy Industry-Opportunities and Challenges”. 2015: 125-129.

[15] LAN X Y, WANG J Q, BU D P, et al. Effects of heating temperatures and addition of reconstituted milk on the heat indicators in milk[J]. Journal of Food Science, 2010, 75(8): C653-C658. DOI:10.1111/ j.1750-3841.2010.01802.x.

[16] CLAEYS W L, LUDIKHUYZE L R, van LOEY A M, et al. Inactivation kinetics of alkaline phosphatase and lactoperoxidase, and denaturation kinetics of β-lactoglobulin in raw milk under isothermal and dynamic temperature conditions[J]. Journal of Dairy Research, 2001, 68: 95-107.

[17] SINGH H, FOX P F. Heat stability of milk: role of β-lactoglobulin in the pH-dependent dissociation of κ-casein[J]. Journal of Dairy Research, 1987, 54: 509-521. DOI:10.1017/S0022029900025711.

[18] FOX P F, UNIACKE-LOWE T, MCSWEENEY P L H. Dairy chemistry and biochemistry[M]. Switzerland: Springer International Publishing, 2015: 164.

[19] 陈文亮, 毛仁淡. 加热对牛乳中β-乳球蛋白(β-LG)的影响[J]. 乳品加工, 2006(2): 54-55. DOI:10.16172/j.cnki.114768.2006.02.018.

[20] McSWEENEY P L H, FOX P F. Advanced dairy chemistry volume 1A[M]. New York: Springer Science, 2013: 211-261.

[21] 韩荣伟, 王加启, 郑楠. 热处理对牛乳成分的变化影响及热损标识物的选择[J]. 中国食物与营养, 2011, 17(7): 22-29.

[22] ANEMA S G, McKENNA A B. Reaction kinetics of thermal denaturation of whey proteins in heated reconstituted whole milk[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 1996, 44: 422-428. DOI:10.1021/jf950217q.

[23] 兰心怡, 王加启, 卜登攀, 等. 牛乳β-乳球蛋白研究进展[J]. 中国畜牧兽医, 2009, 36(6): 109-112.

[24] GUYOUMAR’H F, NONO M, NICOLAI T, et al. Heat-induced aggregation of whey proteins in the presence of κ-casein or sodium caseinate[J]. Food Hydrocolloids, 2009, 23: 1103-1110. DOI:10.1016/ j.foodhyd.2008.07.001.

[25] 郭本恒. 乳品化学[M]. 北京: 中国轻工业出版社, 2001: 83-92.

[26] SWAISGOOD H E. Chemistry of milk proteins[M]. London: Applied Science, 1982: 1-59.

[27] DANNENBERG F, KESSLER H G. Reaction kinetics of the denaturation of whey proteins in milk[J]. Journal of Food Science, 1988, 53: 258-263. DOI:10.1111/j.1365-2621.1988.tb10223.x.

[28] WILBEY A. Estimating the degree of heat treatment given to milk[J]. Journal of the Society of Dairy Technology, 1996, 49: 109-112. DOI:10.1111/j.1471-0307.1996.tb02501.x.

[29] LORENZEN P C, CLAWIN-RADECKER I, EINHOFF C, et al. A survey of the quality of extended shelf life (ESL) milk in relation to HTST and UHT milk[J]. International Journal of Dairy Technology, 2011, 64: 166-178. DOI:10.1111/j.1471-0307.2010.00656.x.

[30] MAYER H K, RABA B, MEIER J, et al. RP-HPLC analysis of furosine and acid-soluble β-lactoglobulin to assess the heat load of extended shelf life milk samples in Austria[J]. Dairy Science & Technology, 2010, 90: 413-428. DOI:10.1051/dst/2009058.

[31] JEANSON S, DUPONT D, GRATTARD N, et al. Characterization of the heat treatment undergone by milk using two inhibition ELISAs for quantif i cation of native and heat denatured α-lactalbumin[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 1999 47: 2249-2254. DOI:10.1021/ jf9809232.

[32] VILLAMIEL A, ARIAS M, CORZO N, et al. Use of different thermal indices to assess the quality of pasteurized milks[J]. Zeitschrift für Lebensmittel Untersuchung und Forschung A, 1999, 208: 169-171. DOI:10.1007/s002170050396.

[33] ELLIOTT A J, DATTA N, AMENU B, et al. Heat-induced and other chemical changes in commercial UHT milks[J]. Journal of Dairy Research, 2005, 72: 442-446. DOI:10.1017/S002202990500138X.

[34] MILLITELLO V, VETRI V, LEONE M. Conformational changes involved in thermal aggregation processes of bovine serum albumin[J]. Biophysical Chemistry, 2003, 105: 133-141. DOI:10.1016/S0301-4622(03)00153-4.

[35] GELAMO E L, SILVA C H T P, IMASATO H, et al. Interaction of bovine (BSA) and human (HSA) serum albumins with ionic surfactants: spectroscopy and modeling[J]. Biochimica et Biophysica Acta, 2002, 1594: 84-99. DOI:10.1016/S0167-4838(01)00287-4.

[36] LEVIEUX D, OLLIER A. Bovine immunoglobulin G, β-lactoglobulin, α-lactalbumin and serum albumin in colostrum and milk during the early postpartum period[J]. Journal of Dairy Research, 1999, 66: 421-430.

[37] LAW A J R, LEAVER J. Effect of protein concentration on rates of thermal denaturation of whey proteins in milk[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 1997, 45: 4255-4261. DOI:10.1021/ jf970242r.

[38] 王加启. 建议我国实施优质乳工程[J]. 中国畜牧兽医, 2013(增刊1): 1-8.

[39] EU Commission. Dairy chemists’ group[R]. Brussels: EU Commission, 1992.

[40] COMMISSION B. Influence of technology on the quality of heattreated milk and fl uid milk products[G]. Brussels: International Dairy Federation, 1991: 198.

[41] MONTILLA A, CALVO M M, SANTA-MARIA G, et al. Correlation between lactulose and furosine in UHT-heated milk[J]. Journal of Food Protection, 1996, 59(10): 1061-1064.

Effect of Thermal Treatment on Whey Proteins in Liquid Milk

QU Xueyin, ZHENG Nan, LI Songli*, WEN Fang, MENG Lu, YANG Jinhui, WANG Jiaqi
(Laboratory of Quality & Safety Risk Assessment for Dairy Products (Beijing), Ministry of Agriculture, Milk and Dairy Product Inspection Center (Beijing), Ministry of Agriculture, State Key Laboratory of Animal Nutrition, Institute of Animal Science, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100193, China)

Abstract:β-Lactoglobulin, α-lactalbumin, bovine serum albumin and immunoglobulin constitute the major whey proteins in milk. Thermal treatment of milk causes denaturation of whey proteins, thereby affecting the structure and activity of whey proteins and reducing the nutritional value of milk. In this article, we review the major processing technologies for liquid milk used in different countries and the effects of thermal treatment of milk on the major whey proteins.

Key words:whey protein; thermal treatment; β-lactoglobulin; α-lactalbumin

DOI:10.7506/spkx1002-6630-201709047

中图分类号:TS252.42

文献标志码:A

文章编号:1002-6630(2017)09-0307-07

引文格式:

屈雪寅, 郑楠, 李松励, 等. 热处理对液态乳中乳清蛋白的影响研究进展[J]. 食品科学, 2017, 38(9): 307-313. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201709047. http://www.spkx.net.cn

QU Xueyin, ZHENG Nan, LI Songli, et al. Effect of thermal treatment on whey proteins in liquid milk[J]. Food Science, 2017, 38(9): 307-313. (in Chinese with English abstract)

DOI:10.7506/spkx1002-6630-201709047. http://www.spkx.net.cn

收稿日期:2016-05-11

基金项目:农业部生鲜乳质量安全风险评估专项(GJFP2016009);中国农业科学院科技创新工程项目(ASTIP-IAS12);公益性行业(农业)科研专项(201403071);国家现代农业(奶牛)产业技术体系建设专项(CARS-37)

作者 简介:屈雪寅(1986—),女,博士研究生,研究方向为牛乳质量安全。E-mail:qu_xueyin@163.com

*通信作者:李松励(1983—),女,助理研究员,博士,研究方向为牛乳质量安全。E-mail:37860538@qq.com