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加热对牛乳中β-乳球蛋白(β-LG)的影响

一、引言

(1)随着人们对食品安全和营养健康的日益关注，乳制品作为重要的营养来源，其品质与安全性备受瞩目。牛乳作为一种营养价值丰富的食品，含有多种蛋白质，其中β-乳球蛋白（β-LG）是其主要的蛋白质成分之一。β-乳球蛋白在牛乳的稳定性和营养价值方面发挥着重要作用，但其性质在加工过程中，尤其是加热过程中会受到显著影响。

(2)加热是乳制品加工中不可或缺的环节，它不仅能杀灭有害微生物，保证食品安全，还能改善乳制品的口感和风味。然而，过高的温度和不当的加热时间可能会破坏牛乳中的蛋白质结构，导致其功能性质发生变化，从而影响乳制品的品质和营养价值。因此，研究加热对牛乳中β-乳球蛋白的影响，对于优化乳制品加工工艺、提高产品质量具有重要意义。

(3)β-乳球蛋白作为乳蛋白的重要组成部分，其结构稳定性和功能性对其在乳制品中的作用至关重要。加热过程中，β-乳球蛋白可能会发生变性、聚集和降解等变化，这些变化不仅影响其生物学活性，还可能对乳制品的感官特性和营养品质产生影响。本研究的目的是通过系统分析加热对牛乳中β-乳球蛋白的影响，揭示加热条件与β-乳球蛋白结构、功能以及乳制品品质之间的关系，为乳制品加工工艺的优化提供科学依据。

二、β-乳球蛋白（β-LG）的基本性质

(1)β-乳球蛋白（β-LG）是一种在牛乳中含量丰富的蛋白质，占牛乳蛋白质总量的15%至20%。它是一种糖蛋白，含有多个糖基化位点，这些糖基化位点对于其生物学功能至关重要。β-乳球蛋白由大约210个氨基酸残基组成，包含两个结构域：一个N端的球状结构域和一个C端的纤维状结构域。在乳液中，β-乳球蛋白以非共价键与κ-乳清蛋白和α-乳清蛋白形成三聚体，这种三聚体结构有助于其在乳液中的稳定性和功能。

(2)β-乳球蛋白具有多种生物学功能，包括营养、免疫和抗氧化作用。它是一种重要的营养源，含有必需氨基酸，对于人类的生长发育至关重要。β-乳球蛋白还具有免疫调节作用，能够与肠道中的免疫细胞相互作用，有助于维持肠道屏障功能。此外，β-乳球蛋白还具有抗氧化特性，能够抑制自由基的产生，保护细胞免受氧化应激的伤害。研究表明，β-乳球蛋白的抗氧化活性与维生素C和E相当，对于预防心血管疾病和癌症等慢性疾病具有潜在益处。

(3)β-乳球蛋白的稳定性是其在乳制品加工和储存过程中的关键因素。在正常条件下，β-乳球蛋白在乳液中具有较高的稳定性，但在加热、酸化、盐化等条件下，其稳定性会受到影响。例如，在加热至70°C时，β-乳球蛋白的溶解度会下降，这可能导致乳制品中的沉淀形成。此外，β-乳球蛋白在pH值低于4.6时会发生变性和沉淀，这在酸奶等酸性乳制品的加工过程中尤为明显。在乳制品加工过程中，β-乳球蛋白的稳定性还受到其他因素的影响，如蛋白质浓度、离子强度和加工条件等。例如，研究发现，在pH值为4.6，蛋白质浓度为1.5%时，β-乳球蛋白的稳定性最佳。这些研究结果为乳制品加工工艺的优化提供了理论依据。

三、加热对牛乳中β-乳球蛋白的影响

(1)加热是乳制品加工过程中的关键步骤，它不仅能够杀死细菌，确保食品安全，还能影响牛乳中蛋白质的结构和功能。对于β-乳球蛋白而言，加热会引发一系列变化，包括分子构象的改变、二硫键的形成、疏水相互作用和氢键的断裂。这些变化可能导致β-乳球蛋白的溶解度降低，进而影响乳制品的感官特性和功能性。

(2)在加热过程中，β-乳球蛋白的变性程度与加热温度和时间密切相关。例如，在60°C加热30分钟，β-乳球蛋白的溶解度显著下降，而加热至80°C时，溶解度下降更为明显。这种变性会导致β-乳球蛋白的生物学活性降低，从而影响其作为乳制品稳定剂和营养来源的能力。此外，加热还可能促进β-乳球蛋白与其他蛋白质的相互作用，形成不溶性复合物，进一步降低乳制品的稳定性。

(3)加热对β-乳球蛋白的影响还表现在其聚集行为上。在加热条件下，β-乳球蛋白的聚集速度会加快，这可能导致乳制品中形成较大的颗粒，影响其质地和口感。例如，在巴氏杀菌过程中，由于加热时间较短，β-乳球蛋白的聚集程度相对较低，乳制品的质地保持较好。而在超高温杀菌过程中，由于加热温度更高，β-乳球蛋白的聚集更为明显，可能导致乳制品质地变得粘稠。因此，加热条件的选择对乳制品的品质有着重要影响。

四、加热过程中β-乳球蛋白的稳定性分析

(1)在加热过程中，β-乳球蛋白的稳定性分析涉及对其二级、三级和四级结构的监测。研究表明，加热初期，β-乳球蛋白的结构变化主要是二级结构的变化，如α-螺旋和β-折叠的展开。随着加热时间的延长和温度的升高，β-乳球蛋白的二级结构发生更显著的变化，导致其三级结构也开始发生改变。这种结构的变化通常伴随着溶解度的降低，表明蛋白质的稳定性下降。

(2)稳定性分析通常通