羊乳蛋白质稳定性的影响因素研究

现代食品科技

Modern Food Science and Technology 2015, Vol.31, No.3

羊乳蛋白质稳定性的影响因素研究

王存芳，史永翠，李钰，娄新曼

（1. 齐鲁工业大学食品与生物工程学院，山东省微生物工程重点实验室，山东济南 250353）

（2. 山东农业大学动物科技学院, 山东泰安 271018）

摘要：本文研究了不同因素对崂山奶山羊初乳和成熟乳蛋白质稳定性的影响，分析了温度、pH 值、柠檬酸、钙离子、蔗糖及超高压处理下，羊乳蛋白质离心沉淀率的变化，并以此衡量乳液的稳定性。结果表明，第1~3 d1 d的乳65 ℃加热15 min即变得极为粘稠，70 ℃加热15 min第1、2 d的乳均出现凝固结块；第3 d的乳85 ℃加热15 min4~7 d的乳加热到95 ℃未出现凝固结块。可见，随着泌乳期的延长，乳的热稳定性增强。pH6.9低于1.0 mg/100 mL时，降低乳的稳定性；高于1.0 mg/100 mL稳定性随柠檬酸和钙离子浓度的增大而降低。300 MPa沉淀率明显增加，作用15 min沉淀率达最高值7.35%。超过500 MPa

关键词：羊乳蛋白质；温度；钙离子；柠檬酸；蔗糖；超高压；稳定性

文章篇号：1673-9078(2015)3-207-212 1，2

1

1

1

W ANG Cun-fang, SHI Yu 1, 2

1

1

Key Laboratory of cine, Shandong Agricul tural

Abstract:℃ for 15 min, and ℃ for 15 min. The third-day milk samples caked and solidified when heated up to 85 ℃. Therefore, as the lactation milk proteins was reduced, and when greater than 1.0 mg/100 mL was goat in the citric acid and calcium ion concentrations. There was little effect of ultra-high-pressure

养保健佳品。羊乳的主要组分由乳蛋白、乳糖和乳脂肪构成，而乳蛋白又是乳中最重要的成分。乳蛋白主 收稿日期：2014-07-11

基金项目：山东省科技发展计划项目（2013GNC11306）；山东省博士后创新项目（201303051）

作者简介：王存芳(1977-)，女，博士，副教授，研究方向为食品生物技术和食品营养学；史永翠，并列第一作者

要包括酪蛋白（casein ，CN ）和乳清蛋白2大类，酪蛋白是乳蛋白中主要的蛋白质，由αs-CN 、β-CN 和κ-CN 组成。羊乳和牛乳中酪蛋白的总含量没有显著的差异，但每种组分的含量略有不同。牛乳以α-CN

为主，羊乳中却以β-CN 含量最多，且羊乳中主要的αs-CN 为αs2-CN ，含较少的αs1-CN ，而人乳不含αs1-CN ，所以羊乳比牛乳更接近人乳[2~3]。

乳酪蛋白是具有柔性和热稳定性的蛋白质，其大部分以酪蛋白胶束状态而存在，另外约有10%~20%

207

[1]

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的酪蛋白是以溶解形式或者是非胶粒形式存在于乳中。与牛乳酪蛋白胶束相比，羊乳酪蛋白胶束具有较低的沉降速度、更大的β-CN 溶解性、较小的酪蛋白胶束、更多的钙和磷含量、更小的溶剂化作用和低的热稳定性。羊奶在进一步加工成羊奶粉、酸奶、奶酪产品时，要经过一系列的加工处理，包括加热处理，高压灭菌处理，添加乳化剂、稳定剂、酸度调节剂等等，在加工处理过程中，羊乳蛋白质稳定性极易受到影响，如过高的温度或是压力处理在灭菌的同时会导致蛋白质的变性，超高压处理可能会破坏酪蛋白胶束间的非共价键，导致乳蛋白质的稳定性降低。乳蛋白质稳定性的高低对乳品的加工处理具有最直接的影响。因此，本文探讨了加热温度、pH 值、蔗糖浓度、柠檬酸浓度、钙离子含量及超高压处理对羊乳蛋白质稳定性的影响，以期对企业在羊奶及其产品的生产加工过程中提供一定的理论参考。

[3]

温静置3 h，测蛋白质的离心沉淀率。

1.2.4 蔗糖浓度对蛋白质稳定性的影响

取适量脱脂羊乳于离心管中，加入质量浓度为0、0.25%、0.5%、0.75%、1%，2%的蔗糖，经55 ℃水浴加热30 min取出立即在冷水中冷却至室温，测蛋白质的离心沉淀率[4]。

1.2.5 柠檬酸对蛋白质稳定性的影响

取适量脱脂羊乳于离心管中，加入质量浓度为0、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、55 ℃水浴加热15 min测蛋白质的离心沉淀率。

1.2.6 0、0.1%、0.2%、0.3%、、、1.0%的氯化钙，经

1 材料与方法 1.1 实验材料

羊乳取于泰安市三喜奶山羊养殖场的崂山奶山羊，初乳为泌乳期第1 d至第7 d的乳样，成熟乳为养殖场奶山羊泌乳15~200 d内分泌的乳汁，置于-40 ℃冰箱冷冻保存。

主要仪器：TGL16台式高速冷TG16-WS 离心机、pHS-25型雷磁数DK-98-ⅡA 处理设备、 d 平、型电热鼓风干燥箱、消化炉、10 mL 、50 mL 均为分析纯，浓盐酸、柠檬酸、

1.2.7

羊乳经300 MPa、500 MPa压力下分别后，以沉淀率表示蛋白

pH 值等环境的变化非常敏感，当外界环境条件改变时，蛋白质胶粒的静电平衡及胶沉淀，影响乳蛋白质的稳定性[5~6]。因此通过测定蛋白质的离心沉淀率可以反应乳液蛋白质的稳定性。

先称取空离心管的质量M 0，然后在离心管中加入一定量的羊乳样品后再次称量其质量，记为M 1，样品经处理在7000 r/min条件下离心15 min，倒去离心管中的上层清液，将离心管倒置5 min 后称量其质量记为M 2，离心沉淀率由以下公式计算：

沉淀率/%=(M 2-M 0) /(M 1-M 0) ⨯100

1.2

在4 ℃，6000 r/min条件下，离心乳。

1.2.9 羊乳中钙含量的测定

本实验采用EDTA 滴定法测定羊乳中钙的含量，具体方法参考国标GB/T 5009.92-2003。

1.2.10 数据分析

实验数据采用 EXCEL2003及SPSS Statistics 17.0进行处理。

1.2.2 温度对乳蛋白稳定性的影响

取一定量脱脂乳于离心管中，经65 ℃、70 ℃、75 ℃、85 ℃水浴加热15 min，取出后在冷水中立即冷却至室温，测定不同温度下蛋白质的离心沉淀率。

2 结果与讨论

2.1 羊初乳与成熟乳化学成分的比较

初乳所含营养物质极为丰富，蛋白质、维生素和

1.2.3 酸碱稳定性的测定

取适量脱脂羊乳，用1 mol/L HCl或1 mol/L NaOH调节pH 值至6.3、6.5、6.7、6.9、7.1、7.3、7.5，室

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矿物质均高于常乳好几倍。Aganga [7]等人对博茨瓦纳奶山羊成熟乳的营养成分的分析研究指出，奶山羊产后40~160 d 的乳中营养物质的含量分别为脂肪4.40~5.42 g/100 g、粗蛋白3.18~6.97 g/100 g、酪蛋白2.24~4.01 g/100 g 、乳清蛋白0.29~0.40 g/100 g 、钙1.09~0.38 g/100 g、磷0.38~0.24 g/100 g、铁1.00~2.50 g/100 g 、锌8.78~7.04 g/100 g ，其中酪蛋白和乳清蛋白两种蛋白约占总蛋白含量的80%。Albanell [8]等人通过近红外反射光谱法对取自西班牙当地的166只奶山羊的成熟乳的营养成分测定结果得出，羊乳中脂肪、蛋白质、酪蛋白、总固形物含量分别为5.62%、3.45%、2.55%、14.06%。大马士革奶山羊第1 d的初乳中脂肪、粗蛋白、乳糖、灰分、总固形物的含量分别为6.40、5.63、4.61、0.91、17.88 g/100 g，产后第1 d的乳中乳糖含量是最低的，第2 d的乳糖含量明显增加，第3 d后乳糖维持在平稳状态；总固形物、粗蛋白、灰分、脂肪含量在产后第1 d 的乳中含量极高，之后含量逐渐下降，第1 d 乳营养成分含量约为成熟乳相应成分含量的2~3倍[9~10]。

长，乳中蛋白质含量的降低，热稳定性逐渐增强。当对羊乳进行不同程度的加热处理时，酪蛋白的物化性质及分子结构也会发生一定的变化。70 ℃以上能引起乳清蛋白的热变性，特别是β-乳球蛋白与酪蛋白胶束表面的κ-酪蛋白结合形成复杂的配合物附着在胶束表面[11~12]，引起蛋白质的絮凝沉淀。

2.3 酸碱度对羊乳蛋白质稳定性的影响

图

ility of goat milk proteins

2.2 温度对羊乳蛋白质稳定性的影响

pH 为6.9时，即羊乳蛋白质稳定性最好。 d pH 值条件下处理，沉淀率均是pH6.3~6.9的范围内，随pH 的变化乳的当pH>6.9时，随pH 值的增加蛋白质的沉淀率增加比较缓慢。3~7 d 的初乳蛋白质的pH 的变化波动较小，相比于前两d 的乳，稳定性更高。酪蛋白是一种明显偏酸性的两性电解质[13]

，在酸性pH 值范围内，蛋白质的沉淀率随pH 值的变化波动范围较大。当pH 值低于6.9时，β-乳球蛋

白与酪蛋白粒子结合或部分与非粒子酪蛋白结合形成絮凝沉淀明显；pH6.9~7.5时，这种结合明显降低[14]。因此蛋白质的沉淀率也比酸性条件时明显变小。与初乳相比，成熟乳受pH 值的影响较小，这是由于初乳蛋白质成分的含量比成熟乳高所造成的。羊乳初乳蛋白质含量高达16%左右，约为常乳的3倍，其中酪蛋白的含量比常乳高2倍以上[9~10]。蛋白质含量高，同样的pH 值对其影响作用也更大。有研究表明，羊乳在pH6.9时稳定性最好[15~16]，这与本实验的结论也是一致的。

1

1所示。第，乳液变得极为粘第2 d15 min，沉淀率为5.36%；70 ℃加热15 min3 d的乳经70 15 min沉淀率为6.94%，85 ℃加热15 min 后出现凝结成块的现象。第4 d 以后的初乳在65~95 ℃水浴中处理均未出现凝结成块现象，且第4 d 、5 d的乳加热到85 ℃时沉淀率明显增大，均达到了30%，第6、7 d的乳酪蛋白在85 ℃下也有增大趋势。成熟乳酪蛋白的热稳定性明显高于初乳，85 ℃时，其沉淀率仍低于8%。由此可知，第1~3 d的初乳由于蛋白质含量高，其热稳定性也差，而随着泌乳时间的延

2.4 蔗糖浓度对蛋白质稳定性影响

在乳品加工过程中经常会添加葡萄糖、蔗糖等成分以改善产品的品质和口感。而这些糖类物质对乳中

酪蛋白稳定性的影响鲜有报道。图3为初乳及成熟乳添加蔗糖后，经55 ℃水浴加热30 min蛋白质沉淀率

209

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的变化。如图3所示，第1、3 d的初乳随蔗糖添加量的变化趋势是一致的，蔗糖添加量在0.75 g/100 mL 时，其沉淀率达最大值；第5、7 d的羊乳在蔗糖添加量为1.00 g/100 mL时，离心沉淀率达到最大值。成熟乳随着蔗糖浓度的变化，沉淀率在2.27%~2.57%范围内变化，明显低于初乳。由此可知，蔗糖浓度低于2.00 g/100 mL时，对成熟乳稳定性影响不大。添加少量的蔗糖且经低温长时间处理时，酪蛋白胶束会出现明显的絮凝沉淀，即少量的蔗糖分子将降低酪蛋白胶束的稳定性，大量的蔗糖分子能够增加酪蛋白胶束的稳定[4]

性。酪蛋白又是乳蛋白中的主要蛋白质，因此酪蛋白胶束稳定性的高低直接影响着乳蛋白的稳定性。

是在柠檬酸浓度低于0.2 g/100 mL时，成熟乳的沉淀率变化较为平缓，当柠檬酸浓度大于0.2 g/100 mL时，蛋白质的沉淀率显著增大，因此乳液稳定性也随之显著降低。由于初乳蛋白质含量明显高于成熟乳，所以少量柠檬酸的加入即会明显改变乳的稳定性。当柠檬酸添加量达0.5 g/100 mL 时，离心后上清液的pH 值已下降到4.0左右。可见，柠檬酸的加入，改变了乳的pH 值，使得几乎为中性的乳液pH 值明显降低，乳pH 值下降越多，当pH 宜过多。

2.6 成分，由12、4、6 d的初乳中mg/100 g 、106.88 mg/100 g 、g g ，成熟乳钙含量为

图3 蔗糖浓度对乳蛋白稳定性影响

milk proteins

对于一些特殊人群如老人和儿童都很高钙制品，以期适应特殊人群的需要。《食品营养标签规定，当每100 mL液体食品钙含量≥120 mg时，才可以标注“高钙”。但向奶中添加大量的钙，是一件技术难度较大的事情，其中的蛋白质和钙之间还有着微妙的平衡，人为地增加钙含量，很容易造成蛋白质体系不稳定。本文添加浓度为0.1~2.0%的钙离子（图5），对蛋白质的稳定性进行研究，以期对高钙羊乳制品的加工提供理论依据。

2.5

图4

酸乳及一些酸性乳饮料在制作过程中经常会添加到柠檬酸调节口味及口感，而柠檬酸添加的同时又影

响了乳中蛋白质的稳定性，图4表示了二者的关系。由图4可知，初乳中添加柠檬酸，羊乳蛋白质的沉淀率均出现了明显的上升趋势，最高沉淀率达11.81%；柠檬酸添加量的变化对成熟乳的影响与初乳极为相似，即随柠檬酸浓度的增大，其沉淀率逐渐增大。只

210

图5 羊乳蛋白质沉淀率随Ca 浓度的变化

Fig.5 The effect of Ca2 + concentration on the precipitation rate

of goat milk proteins

2+

如图5所示，随着钙离子浓度的增加，羊初乳及

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2+

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成熟乳蛋白质的沉淀率逐渐增大，稳定性逐渐降低，在添加同样浓度的Ca 时，初乳的沉淀率明显大于成熟乳，且在Ca 浓度高于1.00 g/100 mL时，沉淀率明显增加。Ca 2+主要是通过与αs-酪蛋白、β-酪蛋白结合形成沉淀降低乳液中可溶性酪蛋白的含量。而酪蛋白胶束表面占主导地位的是κ-酪蛋白，κ-酪蛋白能起到稳定酪蛋白胶束的作用，当乳液中含有少量的Ca 时，κ-酪蛋白与其结合能对乳液中酪蛋白胶束的稳定性起到保护作用，当Ca 2+浓度继续增大时，过多的Ca 2+便与αs-酪蛋白、β-酪蛋白结合形成沉淀[17]。当向乳中加入的钙离子含量达到饱和时，过多的钙离子会与无机磷酸盐结合形成胶束再与可溶性的酪蛋白结合形成酪蛋白磷酸钙聚合体，降低乳中可溶性酪蛋白的含量，导致胶体体系不稳定。由于初乳中钙的含量明显高于成熟乳，所以添加同样浓度的Ca 2+，初乳比成熟乳更为敏感。酪蛋白胶束表面带有的静电荷之间相互排斥，使得酪蛋白胶束之间不易发生凝聚。Ca 2+的加入打破了原有的静电平衡，使体系中的正电荷明显增多，原有的静电斥力发生改变，导致胶束空间结构稳定层受到破坏，于是酪蛋白易于聚集沉淀，同时降低了乳液中可溶性蛋白的含量，蛋白质出现沉淀，乳液的稳定性也随之降低。

[19]

[18]

2+

2+

在相同压力下，经不同时间处理后，蛋白质的沉淀率也没有明显的增加趋势，即当压力低于300 MPa时，压力对蛋白质的影响作用很小。经500 MPa的压力处理时，沉淀率明显增大，10 min处理后的样品中蛋白质的沉淀率为4.12%，而经15 min处理后，沉淀率显著增加，为7.35%，但经20 min处理后沉淀率没有再增加，变化趋于平缓。王越男等人的实验也表明，压力在200 MPa以下时，其对酪蛋白直径的影响不显著。当经过500 MPaβ-变性的β-的压力

[21]

2 d 的初乳，70 ℃加热15 min 后出3 d 的乳经85 ℃加热15 min 出现明显的凝块现象；对于第4~7 d的初乳及成熟乳，70 ℃时，沉淀率明显增加，蛋白质稳定性变差。与初乳相比，混合乳的热稳定性更好。 3.2 在pH 6.9时，羊初乳、成熟乳的稳定性均是最好的。PH

3.3 蔗糖添加量低于1.0 mg/100 mL时，降低乳的稳定性；高于1.0 mg/100 mL时，随着蔗糖浓度的增加，酪蛋白胶束的稳定性增强。

3.4 柠檬酸添加量在0~0.5 mg/100 mL范围内，乳蛋白的稳定性随着柠檬酸浓度的增加而降低；Ca 2+浓度在0.1~2.0 mg/100 mL范围内时，乳酪蛋白胶束的稳定性随着Ca 2+浓度的增加而降低。

3.5 200 MPa、300 MPa 超高压处理对乳中蛋白质稳定性影响作用不大；当压力达到500 MPa时，酪蛋白

2.7 生多种活性多肽[20]。

6）。

图6 超高压对蛋白质稳定性的影响

Fig.6 The effect of ultra-high-pressure conditions on the

stab ility of goat milk proteins

胶束受到极大的破坏，蛋白质的沉淀率明显变大，乳

液稳定性明显降低。

参考文献

[1] Ceballos L S, Morales E R, Adarve G T, et al. Composition of

goat and cow milk produced under similar conditions and

211

由图6可知，压力在200、300 MPa 时，经相同时间的处理，蛋白质的离心沉淀率没有明显的变化，

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