《食品科学》：内蒙古农业大学吉日木图教授等：不同热处理对脱脂驼乳乳蛋白结构和理化性质的影响

驼乳具有很高的营养价值，被誉为“沙漠白金”。此外，驼乳还具有强身健体和辅助治疗一些疾病的作用。研究表明，驼乳含有83%～90%水、12.2%总固形物、3.68%脂肪、3.28%蛋白质、4.47%乳糖和0.81%灰分。驼乳中的蛋白主要有酪蛋白、乳清蛋白，酪蛋白主要有α-酪蛋白、β-酪蛋白、κ-酪蛋白，约占总蛋白的80%；乳清蛋白主要有α-乳球蛋白、血清白蛋白、乳铁蛋白及免疫球蛋白，约占总蛋白的20%。驼乳在缺乏β-乳球蛋白和富含α-乳球蛋白方面与母乳非常相似，而β-乳球蛋白是引起人对牛乳过敏的主要原因，基于这一特征，驼乳可作为过敏婴幼儿群体的配方乳粉替代品。

目前，热处理已经成为乳制品加工中常用的工艺，常用的热处理方法有巴氏杀菌和超高温瞬时灭菌。不同的热处理会对乳的营养成分和蛋白结构产生不同程度的影响。

内蒙古农业大学食品科学与工程学院的王涛、王丹琳、吉日木图等模拟驼乳工业生产中比较具有代表性的4种热处理方式，包括低温长时巴氏杀菌、高温短时巴氏杀菌、超巴氏杀菌和超高温瞬时灭菌，探究这4种热处理方式对驼乳蛋白理化性质和结构的影响，以期为驼乳热加工的理化性质变化提供一定的理论参考依据。

1 热处理对驼乳蛋白粒径的影响

蛋白粒径是指乳中蛋白质分子聚集形成颗粒的大小，蛋白质的功能特性受蛋白粒径的影响。一般情况下，蛋白粒径越大蛋白聚集程度高，则蛋白体系相对不稳定；相反，蛋白粒径越小蛋白聚集程度低，蛋白体系相对稳定 。如图1所示，相比于C组，T1组的平均粒径最小，为（375.20±3.12）nm；T3组的平均粒径最大，为（976.93±51.45）nm。C、T1、T2组有2 个吸收峰，T3、T4组有3 个吸收峰出现，且只有一个大峰，说明蛋白溶液体系中有较小颗粒和较大聚合物，且较小颗粒相对逐渐变多。相比于T3组，T4组的驼乳蛋白粒径变小，可能是蛋白聚集物过大发生部分分裂，导致粒径变小。本研究结果与张雪喜 的研究结果基本一致。

2 热处理对驼乳蛋白Zeta电位和浊度的影响

Zeta电位是溶液中带电粒子电层剪切面的电位，常用来评价胶体的稳定性。蛋白质溶液是一种典型的胶体分散体系。Zeta电位绝对值越大，体系保持相对稳定状态的静电排斥力越大；相反，Zeta电位绝对值越小，蛋白质体系状态越不稳定，蛋白质分子容易聚集。如表1所示，由T1组到T3组，Zeta电位的绝对值减小，这是因为随着加热温度的升高，蛋白质胶粒的双电层受拉伸作用，导致表面电荷重新排列，吸引静电相互作用产生的电荷决定了粒子的聚集，使平均粒径增大，体系变得不稳定，所以Zeta电位绝对值变小。相比于T3组，T4组的Zeta电位绝对值变大，可能是在135 ℃处理温度下，蛋白质发生糖基化反应，形成净负电荷，从而导致Zeta电位绝对值增大。此实验结果与孙玥的研究结果一致。

乳蛋白的浊度是指溶液中悬浮固体对光线的阻碍程度，在一定程度上反映了溶液中蛋白质的聚集状态，是表征蛋白质聚集程度的理想宏观指标。一般情况下，浊度越大，表明乳清蛋白变性程度越大，蛋白聚集形成的颗粒越大；反之，浊度越小，表明乳清蛋白变性程度越小，蛋白聚集形成的颗粒越小。如表1所示，不同热处理组驼乳蛋白溶液的浊度均显著高于未处理组；T1和T2组的浊度无显著差异（P＞0.05），浊度变化不大，这是因为这两组处理温度相对较小且相差不大，所以乳清蛋白变性相对较少，浊度变化程度不大；而当处理温度从T2组的85 ℃提高到T3组的120 ℃时，浊度变化程度相对于由T1到T2组大很多，乳清蛋白大量聚集，且聚集颗粒大，所以浊度变大。加热强度从T3组到T4组，浊度反而变小，可能原因是乳清蛋白的变性程度过于严重，导致其分子聚集程度过大，聚集物非常不稳定发生部分解离。

3 热处理对驼乳蛋白二级结构的影响

研究表明，蛋白质的二级结构组成是影响其功能特性的一个重要因素。吸收峰在3 500～3 300 cm-1表征蛋白质N—H、O—H的伸缩以及游离O—H、C—O结合为分子内和分子间氢键；酰胺I带（1 700～1 600 cm-1）表示蛋白分子内C＝O伸缩振动。吸收峰向低波数移动，表示蛋白分子内形成氢键；反之吸收峰向高波数移动，表示蛋白分子内有氢键被破坏。如图2所示，随着热处理温度升高，在3 600～3 300 cm-1处的吸收峰一直向高波数移动，其中热处理T4组相对与未处理组的吸收峰偏移最多（从3 373 cm-1位移至3 445 cm-1），说明热处理影响了驼乳蛋白的结构，使得维持驼乳蛋白结构的分子内氢键被破坏；而在酰胺I带（1 700～1 600 cm-1）处，随着热处理强度的增强，峰强度逐渐变小，并且向低波数移动，即T1、T2、T3、T4组分别从1 655 cm-1偏移到1 652、1 652、1 649 cm-1和1 649 cm-1，说明驼乳蛋白具有热不稳定性，随着温度升高，游离氨基酸残基形成了氢键，而氢键变多会使C＝O的电子云密度降低，导致吸收峰向低波数偏移，所以T3组和T4组的驼乳蛋白分子间形成的氢键较强。

蛋白质二级结构主要有

-螺旋、

-折叠、无规卷曲、

-转角，为了研究这些二级结构的变化，进一步分析红外光谱中的酰胺I带区域。如图3所示，随着热处理温度升高，

-螺旋和

-转角的总相对含量逐渐降低，这是因为驼乳蛋白受热变性会使

-螺旋中的氢键断裂，然后解旋，其含量就会变少。尤其从C组到T1组时，其相对含量下降幅度最大，而T2、T3、T4组之间的

-螺旋相对含量变化不显著，这可能是

-螺旋热稳定性不高，在60 ℃条件下

-螺旋结构大部分解旋。蛋白热变性还会导致

-转角相对含量减少而

-折叠相对含量变多，可能是因为

-转角转变为

-折叠结构，这与Li Hongbo等 的研究结果一致；而

-折叠和无规卷曲的相对含量逐渐升高，无规卷曲增加的原因是热变性会导致驼乳蛋白部分有序结构变为无序结构，所以其含量变多。

4 热处理对驼乳蛋白三级结构的影响

色氨酸是一种内源性荧光基团，利用荧光分光光度计对驼乳蛋白溶液进行扫描，可反映蛋白质三级结构的变化。如图4所示，与未加热驼乳蛋白相比，经过热处理驼乳蛋白的荧光强度增大，其中T3组的驼乳蛋白荧光强度最高，明显高于其他热处理组，说明此条件对驼乳蛋白内源性荧光强度的影响最大。但是热处理强度由T3组进一步升高到T4组，驼乳蛋白的荧光强度反而降低，这可能是因为蛋白聚集过多导致暴露的色氨酸基团又被掩盖。经T1、T2、T3和T4热处理之后，吸收峰从355 nm分别移至356、356、359 nm和359 nm波长处，这说明在热处理下蛋白质三级结构被破坏，色氨酸暴露，所以吸收峰发生了红移。

5 不同热处理驼乳蛋白的SDS-PAGE图谱分析

加入还原剂的还原性SDS-PAGE会将蛋白质还原为单个亚基形态，主要用于研究蛋白质亚基结构与分子质量；而非还原性SDS-PAGE能够保持蛋白质原有形态，主要用于研究蛋白的纯度与分子质量。如图5所示，随着热处理温度升高蛋白条带的颜色越来越浅，这是因为蛋白变性程度越大，断裂的二硫键越多，导致大部分蛋白质发生聚集，蛋白质聚集会导致溶解度下降，所以条带越来越浅。如图5a所示，T4组的蛋白条带明显比其他组浅，且乳铁蛋白条带完全消失，说明乳铁蛋白等敏感性乳清蛋白结构被全部破坏。由图5b可知，梳孔下方到胶界上方有大分子蛋白聚合物条带存在，说明热处理驼乳蛋白之间会互相反应产生大分子聚合物，T1和T2组的大分子聚合物条带很清晰，而在T3和T4组的条带变得很浅，这说明在65 ℃和85 ℃条件下二硫键形成导致蛋白聚集，但是在120 ℃和135 ℃条件下蛋白聚合物条带变浅可能是发生了其他反应导致可溶性聚合物越来越少。

6 热处理对驼乳蛋白微观结构的影响

如图6所示，不同热处理条件下的驼乳蛋白微观结构存在差异，未处理组的驼乳蛋白没有聚集；而T1组的驼乳蛋白有部分聚集，随着加热温度升高聚集程度加剧。研究表明，热处理会导致乳清蛋白变性，并附着在酪蛋白胶束上形成聚合物，随着温度升高到一定程度，聚合物的形成加剧，但过大的聚合物不稳定，会形成沉淀，聚合物反而会变小，这与本实验结果相同。

7 热处理对驼乳蛋白表面疏水性的影响

蛋白质的表面疏水性与芳香族氨基酸残基和脂肪族氨基酸残基有关，其反映疏水基团接触水环境表面的能力。一般来说，接触水环境表面的疏水基团越多，表面疏水性越大；反之则表面疏水性越小。如表2所示，T1热处理增加了驼乳蛋白的表面疏水性，但是与未热处理组相比无显著差异（

P

＞0.05），这可能是热处理温度不高，所以疏水基团暴露的不多，导致表面疏水性变化小。但是与未热处理组相比，T2和T3热处理显著改变了驼乳蛋白的表面疏水性（

P

＜0.05），这是因为热处理导致驼乳蛋白发生变性，其内部的疏水残基大量暴露，使驼乳蛋白的表面疏水性显著增大；且与T3组相比，T4组的驼乳蛋白表面疏水性显著降低（

P

＜0.05），这可能是因为热处理蛋白形成的聚合物将疏水基团包裹起来，导致驼乳蛋白的表面疏水性降低，这与Zhao Xuan等 的研究结果一致。

8 热处理对驼乳蛋白游离巯基和二硫键含量的影响

如表2所示，与未热处理组相比，T1和T2热处理使驼乳蛋白的游离巯基含量显著减少（

P

＜0.05），这是因为热处理使驼乳蛋白变性，导致游离巯基结合形成二硫键，所以游离巯基含量下降。而T3和T4组的驼乳蛋白游离巯基含量相对于未处理驼乳蛋白显著增加（

P

＜0.05）。这可能是因为热处理温度过高导致二硫键断裂，巯基被释放出来，所以游离巯基含量增加。

二硫键是蛋白质中两个半胱氨酸残基的巯基被氧化形成的共价键 ，热处理蛋白的二硫键变化主要取决于处理温度与时间，在热处理过程中，二硫键的形成和断裂都会发生。如表2所示，相比于未处理驼乳蛋白，T1和T2热处理使驼乳蛋白的二硫键含量显著增加（

P

＜0.05），这是因为热处理使驼乳蛋白变性形成聚合物的同时，蛋白质分子内部的硫原子形成新的二硫键，所以二硫键含量增加；而T3和T4组的二硫键含量相对于C、T1和T2组显著下降（

P

＜0.05），这可能是因为热处理的温度过高，使驼乳蛋白中的二硫键大量断裂，所以二硫键含量减少。

9 不同热处理驼乳蛋白的理化性质和结构特性相关性分析

通过相关性分析进一步探究不同热处理对驼乳蛋白的影响，结果如图7所示。浊度与粒径呈显著正相关（

P

＜0.05），与Zeta电位呈极显著正相关（

P

＜0.01），说明随着浊度的升高蛋白聚集程度变大，粒径变大；蛋白体系稳定性下降，则Zeta电位下降，Zeta电位绝对值变大。

-螺旋与

-转角呈显著正相关（

P

＜0.05），与

-折叠和无规卷曲呈显著负相关（

P

＜0.01、

P

＜0.05），说明在一定程度上热处理温度变高使氢键断裂，所以

-螺旋含量减少，而驼乳蛋白变性会使

-转角含量减少，

-折叠含量增加；部分蛋白分子会从有序变无序，所以无规卷曲含量增加。而二硫键与游离巯基呈极显著负相关（

P

＜0.01），这是因为一定程度的热处理会使二硫键与游离巯基互相转化，二硫键断裂形成游离巯基，而游离巯基结合会形成二硫键。

本研究通过测定驼乳蛋白粒径、Zeta电位、浊度、表面疏水性、游离巯基和二硫键含量，对其微观结构、二级结构和三级结构进行表征以及进行SDS-PAGE分析，探究了4种不同热处理对其理化性质和结构的影响。结果表明，65℃/15 s热处理对驼乳理化性质影响最小，在一定温度范围内，随着温度升高，驼乳蛋白粒径变大，Zeta电位绝对值变小，浊度升高，120 ℃/15 s热处理对驼乳蛋白理化性质的影响最大，而温度继续升高到135 ℃会呈相反的趋势。热处理可诱导驼乳蛋白聚合，随着热处理温度的升高，聚集程度增加，过高温度可能会导致蛋白解离沉淀。热处理后会导致驼乳蛋白的

-螺旋相对含量减少，

-转角相对含量减少，

-折叠相对含量变多，无规卷曲相对含量增多，驼乳蛋白分子由有序转变成无序状态。高于120 ℃以上热处理使得驼乳蛋白间二硫键断裂，向游离巯基转变，其主要作用力为表面疏水性。本研究深入探究了驼乳的热加工特性，明确了不同热处理条件下驼乳蛋白的理化性质和结构的变化规律，可为驼乳热加工提供一定的理论基础，但是除了温度还有其他因素，如pH值、钙磷离子浓度和驼乳的种类等均会对驼乳蛋白理化性质和结构产生影响，未来可以结合这些因素对驼乳蛋白加工过程中的影响进行探究。

作者简介

通信作者

吉日木图，二级教授，博士生导师。现任内蒙古农业大学博士研究生导师，中蒙生物高分子应用联合实验室主任；第三次全国畜禽遗传资源普查马驴骆驼遗传资源普查专业组成员；中国畜牧业协会骆驼分会理事长；内蒙古（中哈）骆驼研究院院长。

研究方向：

1.驼乳和驼肉制品深加工

2.食品小分子物质快速检测与技术开发

科研项目与成果：

先后主持“国家重点研发计划项目”“国家国际科技合作专项项目”“国家自然科学基金项目”“内蒙古自治区科技重大专项”“内蒙古自治区科技计划项目”等20余项。在Nature communications、 Communications Biology、Food Research International、 Molecular Ecology Resources、 LWT-food science and technology等国内外学术期刊上发表100余篇，获得8 项发明专利，参与10余项骆驼产品标准制定。主编出版国内首套骆驼科物种系列丛书、《骆驼产品与生物技术》等论著和教材10余本。被授予内蒙古自治区草原英才荣誉称号，获得俄罗斯农业部自然科学奖、蒙古国骆驼科技贡献奖、内蒙古自治区科技进步二等奖和内蒙古自治区科学技术奖自然科学三等奖等奖项。

第一作者

王涛，内蒙古农业大学食品科学与工程学院，食品科学与工程专业23级在读硕士研究生，研究方向为乳品工程。

本文《 不同热处理对脱脂驼乳乳蛋白结构和理化性质的影响》来源于 《食品科学》2024年45卷第 24 期 195 - 201 页，作者： 王 涛，王丹琳，何 静，吉日木图 。 DOI: 10.7506/spkx1002-6630-20240405-042。点击下方 阅读原文 即可查看文章相关信息。

实习编辑；云南师范大学生命科学学院 母朵银；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网。

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