《食品科学》：北京农业职业学院王淑敏博士等：常规乳美拉德褐变抑制研究进展及在乳糖水解乳中应用可行性探讨

牛奶作为一种营养丰富的食品，在人类日常膳食结构中占据重要地位。然而，乳制品在经过热处理（尤其是高温热处理）后的长期贮藏过程中，易发生美拉德反应（非酶褐变），这一复杂的化学反应不仅会导致产品色泽加深、风味改变等感官品质劣化，更会生成一系列晚期糖基化终末产物（AGEs）。Li Mingyu等的研究显示，AGEs的长期摄入与多种慢性疾病，包括糖尿病、肾病、阿尔茨海默病等退行性疾病的发生发展密切相关。常见的易发生美拉德反应的常规乳制品主要为超高温（UHT）灭菌乳和乳粉。乳糖水解乳又称低乳糖乳或零乳糖乳，大部分是通过在UHT乳生产过程中添加β-半乳糖苷酶，将乳糖水解为半乳糖和葡萄糖而制成的功能性乳制品；它的存在解决了我国约占总人口80%的患有乳糖不耐受症人群的牛奶蛋白摄入问题。然而，由于加工工艺（外源添加酶）、单糖水平（单糖具有更高美拉德反应活性）的不同，乳糖水解乳在贮藏过程（特别是夏季）中较常规UHT乳更易发生非酶促褐变。Aktağ等的研究显示，生产日期相近的产品当中，常规UHT乳中美拉德反应活性物质α-二羰基化合物3-脱氧葡萄糖醛酮（3-DG）的质量浓度为0.22～0.40 mg/L，而乳糖水解乳中质量浓度为3.12～12.67 mg/L，最高可达普通牛奶的30倍以上。虽然国家标准中对于3-DG等活性α-二羰基化合物没有明确的限量要求，但作为生成颜色物质类黑素的重要前体物质，3-DG与乳制品中褐变颜色增加直接相关。这种程度的品质劣变不易被消费者所接受，从而严重影响了乳糖水解乳产品的消费。因此，如何有效抑制乳制品，尤其是乳糖水解乳的美拉德褐变，成为产业界和学术界当前亟待解决的问题。

乳制品的美拉德褐变反应主要受时间、水分（含量、活度）、温度、活性反应物、pH值和食品中金属离子等因素的影响。研究表明，乳美拉德褐变反应在水分活度0.5～0.75范围内速率最高，水分质量分数30%～75%时最易发生；反应速率随pH值（4～7）和温度升高而显著增加。同时，活性反应物的影响呈现明显规律性：还原性单糖的反应活性高于多糖；五碳糖高于六碳糖；胺类物质的反应活性依次高于氨基酸和蛋白质。此外，铁、铜、锌等金属离子对反应具有催化作用。其中，温度、pH值和反应底物种类是影响乳美拉德反应的关键因素。目前，国内外针对乳制品褐变抑制的研究主要集中在通过调整配方、加工方式、外源添加剂等方面抑制美拉德反应中有害产物的形成。但是，目前关于乳美拉德褐变抑制的研究大多停留在理论层面，以及在实验室规模探究抑制效果，罕有从工业化应用角度出发对乳制品美拉德褐变抑制方法、应用效果及其局限性进行系统评述。另外，关于乳糖水解乳美拉德褐变抑制的研究较少，缺乏对于乳制品美拉德褐变抑制手段在乳糖水解乳中应用可行性的探讨。

基于此，中国农业大学营养与健康系的高昀、北京农业职业学院食品与生物工程学院的王淑敏 *和内蒙古蒙牛乳业（集团）股份有限公司的李洪亮等人聚焦于常规乳及乳糖水解乳， 全面综述常规乳中美拉德反应的过程及在乳糖水解乳中的特异性表现，归纳现有美拉德褐变抑制手段及其作用原理、工业化应用的优缺点，并探讨其在乳糖水解乳美拉德褐变抑制方面应用的可行性。通过整合基础研究与产业需求，旨在为乳糖水解乳的褐变控制提供科学依据，推动功能性乳制品的品质提升与市场发展。

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美拉德反应过程

乳制品中美拉德反应的分子机制经过长期研究，已形成较为完善的反应路径模型及产物鉴定体系。该反应过程可分为3 个特征性阶段，由于大部分UHT乳和乳糖水解乳的pH值均处在酸性到中性范围（约6.3～6.8），以下仅阐述该范围内的反应机制。

初期阶段：还原糖与氨基化合物通过缩合反应形成Schiff碱，随后经Amadori重排反应生成稳定的糖基化氨基酸衍生物。在常规乳体系中表现为乳糖经反应后生成乳糖基氨基酸（图1A）。在乳糖水解乳体系中，主要表现为半乳糖和葡萄糖与乳蛋白中的氨基酸残基或游离氨基酸反应，半乳糖形成N-半乳糖基氨基酸，后经Amadori重排转化为1-氨基-1-脱氧-D-塔格糖基氨基酸；葡萄糖转化为酮糖结构，生成1-氨基-1-脱氧-D-果糖基氨基酸（图1B）。其中，乳糖基氨基酸无色无味，不贡献色泽或风味且无直接毒性，可作为乳美拉德反应初期标志物；1-氨基-1-脱氧-D-塔格糖基氨基酸无显著呈色或风味贡献，可作为乳糖水解乳特异性标志物，其降解产物（如3-脱氧半乳糖醛酮（3-DGal））可能具有轻微细胞毒性；1-氨基-1-脱氧-D-果糖基氨基酸无色无味。这些糖化氨基酸后续降解生成的α-二羰基化合物是风味的前体物质，如甲基乙二醛（MGO），适量时参与形成焦糖香、坚果香和烘烤香，高浓度时可能产生刺鼻气味。

中期阶段：Amadori产物通过1,2-烯醇化、2,3-烯醇化途径发生降解反应，当pH＜7时，以1,2-烯醇化反应为主导。在常规乳体系中，乳糖基氨基酸通过1,2-烯醇化、2,3-烯醇化途径生成3-脱氧乳糖醛酮及5-HMF、MGO、GO等。在乳糖水解乳体系中，1-氨基-1-脱氧-D-塔格糖基氨基酸通过1,2-烯醇化降解产生3-DGal；1-氨基-1-脱氧-D-果糖基氨基酸通过1,2-烯醇化降解生成3-DG（图2）。3-DGal、3-DG可继续脱水、环化生成5-HMF、糠醛等，在水解乳体系中它们的含量会远高于常规乳体系。同时，上述糖化氨基酸、3-DGal、3-DG等分别通过2,3-烯醇化、脱水裂解等方式继续生成MGO、GO等。5-HMF、糠醛等作为乳美拉德反应中期核心标志物，与美拉德反应程度呈正相关。5-HMF具有焦糖风味特征，糠醛呈现杏仁风味。而MGO、GO、3-DG、3-DGal等活性羰基化合物是风味物质的关键前体。此外，MGO与GO可能诱导蛋白质（主要是酪蛋白）交联。

末期阶段：中期反应产物继续缩合、氧化、聚合等参与AGEs产物生成及类黑素的构成。不论在常规乳体系还是水解乳体系中，生成的MGO、GO通过与氨基缩合氧化分别主要生成羧乙基赖氨酸（CEL）和羟甲基赖氨酸（CML）；中期反应产物MGO、GO、3-DG、3-DGal、5-HMF、糠醛等均参与其他AGEs的生成；CEL、CML、中期反应产物及其他AGEs也都参与类黑素的构成。同时，终产物呈现一定特性：类黑素作为褐色色素，其色度与美拉德反应程度呈正相关；高级AGEs（CML、CEL、吡咯素等）则具有潜在生物毒性，其中CML、CEL与乳美拉德反应呈正相关，是末期通用标志物。

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常规乳美拉德褐变抑制策略

乳制品中美拉德反应的进程受到多重因素的调控，主要包括乳本身成分及添加剂的应用、加工工艺参数以及贮藏条件等。基于这些关键影响因素，目前发展出的褐变抑制方法可划分为物理调控、化学干预以及生物技术三大类（图3）。

2.1 物理调控

2.1.1 膜分离

膜分离技术在乳品加工领域的应用研究已形成较为完善的技术体系，主要应用于生产浓缩、分离牛奶蛋白和低乳糖产品等。在抑制乳美拉德反应方面的研究主要涉及超滤和纳滤工艺。其原理是通过去除部分乳糖，减少美拉德反应底物，从而达到抑制反应的目的。Zhang Hongjie等的研究证实，超滤-纳滤耦合技术可实现乳糖的高效分离，乳粉中的乳糖质量分数可低至0.2%。Meyer等的研究同样表明，超滤-纳滤膜分离技术的组合应用可显著提升乳糖去除效率，从而有效抑制美拉德反应的发生。虽然在理论层面，通过膜过滤技术去除乳糖有望实现对乳美拉德反应的抑制，但是在实际应用中仍存在一些局限性。一方面，应用膜分离系统会增加运营成本、处理时间和能耗；并且蛋白质-聚合物和蛋白质-蛋白质相互作用产生的膜污染会导致膜寿命减少，进一步增加成本，这也是限制企业使用膜分离技术生产产品的主要原因。另一方面，膜处理可能会损失部分矿物质并对产品的感官品质产生不良影响，如产生金属异味、甜味减弱等。为了提升超滤及纳滤效果，有些学者开始关注新型膜材料的开发，如Morelos-Gomez等通过对比研究发现，氧化石墨烯膜不仅具有较好的抗污染性能，在乳糖分离效率方面也展现出显著优势，其乳糖渗透通量分别是传统超滤膜和纳滤膜的4.86 倍和1.78 倍。因此，要实现大规模的工业化应用，未来研究应着重于开发低成本、高选择性、高通量的新型膜材料，并优化工艺参数以最大限度保留营养成分。

2.1.2 优化热杀菌工艺

不同热处理条件对乳制品中美拉德反应程度的影响存在显著差异，通过调控热处理温度和时间参数，可实现对美拉德反应强度的有效控制。这一调控机制主要基于热能对美拉德反应的催化作用：温度升高显著提升反应体系的分子动能，增加还原糖与氨基酸分子的有效碰撞频率；同时提供必要的活化能，促进反应物克服缩合反应的能垒。研究表明，在较高温度（80～120 ℃）条件下，Amadori化合物的降解速率显著加快，导致大量活性中间产物积累；并且热诱导的糖类焦糖化反应与美拉德反应产生协同效应，共同加速褐变进程；当温度超过120 ℃时，分子聚合反应速率呈指数增长，褐变现象迅速显现。Zhang Yumeng等通过原料乳研究发现，当热处理温度低于105 ℃时，乳中的糠氨酸、果糖和5-HMF等美拉德反应产物的含量显著低于高温处理（如135 ℃）；此外，相较于长时处理（30 s），短时处理（如5 s）也能减少这些产物的生成。Jo等对比了高温短时杀菌乳（HTST）（72 ℃、15 s）与UHT乳的挥发性化合物，发现后者因美拉德反应生成的甲基酮类和醛类含量增加2～3 倍。Li Yong等在乳粉方面的研究进一步证实了热处理强度对美拉德反应产物的显著影响。结果显示，随着预热温度从低温巴氏杀菌（65 ℃）提高到高温灭菌（121 ℃），乳粉和复原乳中的美拉德反应指标（糠氨酸、5-HMF和AGEs）含量显著增加。这表明高温和长时间处理会显著促进美拉德反应的进程，导致更多有害产物的积累。因此，在保证杀菌效果的前提下，采用更低温度和更短时间的热处理条件可能减弱美拉德反应，从而保留更多的营养成分并减少有害物质的形成。但是，在实际工业化生产中，通过降低热处理强度抑制美拉德褐变反应的策略存在显著的操作局限性。已知发生较严重美拉德反应的常规乳制品大部分为UHT乳和乳粉，针对常规UHT乳，可以通过优化热杀菌工艺有效抑制美拉德反应；针对需要喷雾干燥的乳粉，减弱喷雾干燥前的杀菌强度，可能并不会有较大的抑制效果。并且GB 25190—2010《灭菌乳》中明确规定：UHT乳必须达到商业无菌标准。鉴于UHT工艺的典型热力参数设定为135～140 ℃条件下维持2～4 s的灭菌条件，实际生产过程中无限降低热杀菌强度将导致无法达到商业无菌的国家标准。因此，此方法虽然有一定效果，但因法规限制，无法达到最好的效果。

2.1.3 非热杀菌技术

非热杀菌技术主要是利用非热杀菌工艺，通过减少热处理强度实现对美拉德反应的抑制。目前此类技术在实际乳体系应用的研究较少，大部分为果汁或模拟体系的探究，未来可考虑将此类技术应用于乳品，探究其可行性。已被报道的非热杀菌技术包括高压技术、脉冲电场（PEF）、超声波、超临界二氧化碳（SC-C O 2 ）技术、辐照、冷等离子体等。

高压处理通过勒夏特列原理以及等静压原理，可以在常温或低温下施加100～600 MPa压力，通过破坏微生物细胞膜，使蛋白质变性、损伤DNA以及抑制代谢等机制实现杀菌作用。Barba等发现高压处理（400 MPa）能显著改善橙汁-牛奶混合产品的色泽，使产品保持更接近新鲜橙汁的亮橙色，同时减少了牛奶蛋白变性引起的乳白色浑浊。但值得注意的是，Schwarzenbolz等的一项研究指出，在β-酪蛋白与核糖的体系中，戊糖苷的生成量随压力（200～600 MPa）升高而增加，常压下未检出，600 MPa条件下生成量为4.8 mg/100 g蛋白。尽管戊糖苷本身无色，但其积累可能引发健康风险（如促进慢性炎症）并通过改变蛋白质结构间接影响感官特性（如苦涩味）。基于Barba等的研究表明，400～600 MPa的高压处理可实现果汁中腐败菌（如大肠杆菌、单核细胞增生李斯特菌）的减少，但芽孢（如芽孢杆菌）需超过600 MPa并加热温度超过＞60 ℃，因此高压处理能否在保证杀菌作用的同时，保证乳的感官特性及不引起健康风险仍有待探究。PEF技术通过短时高压脉冲使微生物细胞膜电穿孔，导致细胞膜不可逆损伤和内容物泄漏，从而达到非热杀菌的目的。已有研究证实，PEF处理对食品的美拉德反应具有抑制作用。此外，PEF处理对乳制品的蛋白质结构和脂肪球分布影响较小，能够保留果汁中90%以上的热敏性成分（如VC和挥发性香气物质）。Aguiló-Aguayo等的研究发现，经过PEF处理的果汁与未处理的果汁相比，其5-HMF含量直接减少了40%～60%。然而，现有PEF技术对高脂肪或高电导率乳制品处理效果不佳，难以完全灭活耐压性微生物。高能超声波（HIUS）技术是通过高频机械振动（20～100 kHz）在液体中产生空化效应，使得液体产生局部瞬时高温、高压和强烈剪切力，这种物理效应能直接破坏微生物细胞膜结构，实现非热杀菌。Gomez-Gomez等的研究结果显示，HIUS在（160 W、40 ℃、3 min）条件下对水包油乳剂中E. coli的灭活效果达5.4（l g（CFU / m L）），但对芽孢效果有限（仅0.3（lg（CFU/mL）））。在乳品应用方面，Scudino等发现，475 W HIUS处理（55 ℃、2.63 min）在保持蛋白质功能性的同时，可实现1.8（lg（CFU/mL））的杀菌效果。因此，HIUS技术可以有效实现乳品的杀菌，然而，其是否可以替代现有的热杀菌工艺，从而减少乳的美拉德反应仍需继续探究。SC-C O 2 技术是一种高效、环保的杀菌方法，利用在超临界状态（温度高于31.04 ℃，压力大于7.38 MPa）下C O 2 的独特性质（高扩散性、低黏度）灭活微生物。SC-C O 2 技术的杀菌机制包括破坏细胞膜结构、降低细胞内pH值（通过C O 2 溶解形成碳酸）以及提取细胞关键成分（如磷脂）。相关研究表明，SC-C O 2 处理（20.7 MPa、35 ℃）可在10 min内将生鲜脱脂乳中的假单胞菌减少5.02（lg（CFU/mL））；同时，该技术对乳品营养成分和感官特性影响较小，在70 ℃和8 MPa条件下处理30 min可灭活98.2%的碱性磷酸酶活性，同时显著降低脂肪氧化风险。然而，该技术对于抑制乳美拉德反应效果的研究较少，后续值得深入探究。辐照技术通过γ射线、电子束或X射线等电离辐射破坏微生物DNA结构，从而有效杀灭乳制品中的腐败菌和致病菌。Odueke等的研究指出，1～10 kGy的辐照剂量可使乳制品在4 ℃冷藏条件下的货架期从常规的14～28 d延长至42 d（1 kGy），甚至超过100 d（5～10 kGy）。其中，电子束辐照（EBI）作为一种新兴技术，因其非热特性、高效性和低能耗，在乳制品保鲜中表现出显著优势。研究表明，高剂量EBI（1.5～2.0 kGy）可完全灭活Minas Frescal奶酪中的大肠杆菌，同时将货架期延长10 d。此外，EBI处理后的乳制品在营养成分方面也能够保持良好状态。然而，高剂量辐照（＞10 kGy）可能导致高脂肪乳制品产生氧化异味，需要进一步优化辐照参数以保持产品的感官品质；同时辐照技术尚未大规模应用于乳品生产，应用这种杀菌方式是否可以抑制乳美拉德反应且不引起其他品质劣变仍需进一步深入研究。冷等离子体技术是通过产生的高活性物质（如活性氧、活性氮、紫外线等）破坏微生物的细胞膜、蛋白质和DNA，从而实现对病原菌和腐败菌的灭活。研究证实，冷等离子体处理可在短时间内显著降低牛奶中的微生物数量，在20 min内将大肠杆菌减少3.63（lg（CFU/mL））；并且对牛奶的pH值和颜色影响较小，同时能够增强牛奶的氧化稳定性。但是，冷等离子体处理也可能会引发高脂肪乳制品的脂质氧化，影响感官品质。因此，后续也需继续探究其综合作用效果。

非热杀菌技术为开发高品质乳制品提供了新思路，但是目前关于非热杀菌技术在乳制品中的应用研究较少，且均未大规模应用于乳制品的生产。同时，非热杀菌处理是否能够满足GB 25190—2010的要求，也有待验证。由于研究数据有限，其对于乳美拉德褐变的抑制效果也尚不明确。此外，非热杀菌处理设备存在成本高、能耗大、处理量小等问题，且关于乳制品的非热杀菌工艺尚缺乏统一的行业与国家标准。在未来的工作中，一方面，需要进一步优化非热杀菌工艺参数；另一方面，可以考虑将传统杀菌方式（如巴氏杀菌）与新型非热杀菌技术结合生产液态乳产品，以期在满足乳制品无菌要求的前提下，保持其感官和营养品质、抑制贮藏期间乳制品的美拉德褐变，从而有效延长乳制品的货架期。

2.1.4恒定贮存温度

乳制品在运输和贮藏过程中的温度变化会显著影响美拉德反应的进程，主要影响机制包括以下几个方面：首先，美拉德反应具有非线性动力学响应特性，其反应速率随温度升高呈指数增长；在温度波动过程中，高温时段会显著加速反应进程，而随后的低温时段却无法完全逆转已发生的反应，最终导致净反应量超过恒温条件。其次，反应过程中存在中间产物累积效应，高温条件下生成的早期产物（如糠氨酸）在温度降低后仍会持续参与后续反应，从而促进中晚期产物（如类黑素）的形成。另外，不同反应阶段对温度的敏感性也存在差异，特别是中间阶段反应由于具有较高的活化能，在温度波动条件下表现出较大幅度的速率提升。最后，反复的温度变化会产生物理化学应力，可能导致乳蛋白结构发生改变，暴露出更多的活性位点，从而进一步促进美拉德反应的进行。Sunds等对于常规UHT乳的研究证实了美拉德反应对温度变化的高度敏感性。结果显示，10 ℃和20 ℃恒温条件下贮藏24 周的UHT乳中早期产物（糠氨酸）、中间产物（2-甲基呋喃和2-呋喃甲醇）和晚期产物（类黑素）的生成速率显著低于30 ℃及以上温度条件；并且在10～30 ℃的波动温度条件下，糠氨酸的积累量比恒温20 ℃时高出1.2 倍。因此，在运输和贮藏过程中将温度控制在20 ℃及以下并减少温度波动，将是延缓乳美拉德反应进程的一个有希望的策略，进而维持乳制品的感官品质和营养价值。然而，在实际供应链操作中，特别是在运输环节和零售终端贮藏阶段，温度调控面临着较大的执行难度。主要体现在：1）冷链基础设施的不完善；2）多环节交接导致的温度监控盲区；3）终端销售环境温度的不可控性。因此，在企业实际操作中，这一优化方案目前主要停留在理论指导层面，难以在现有供应链条件下全面实施。

2.2 化学干预

2.2.1 调节pH值

改变pH值通过调控美拉德反应中羰氨缩合步骤的进程进而抑制乳制品中美拉德反应的发生。吴惠玲等通过赖氨酸-不同糖体系的研究表明，在pH＜7.0的酸性条件下，氨基处于质子化状态，阻碍了羰基与之的亲核加成反应，同时羰氨缩合产物的可逆分解进一步抑制了美拉德反应进程，而当pH＞7.0时反应速率显著加快。孙丽平等通过葡萄糖-赖氨酸模型证实，pH 5.0条件下无吡嗪类产物，仅生成呋喃类物质，而pH 9.0条件下吡嗪类物质占比超过70%，表明碱性环境促进反应高级阶段产物的形成。此外，金属离子的协同作用也不容忽视，如 Ca 2＋ /Mg 2＋ 可通过与氨基酸结合抑制乳美拉德反应，而 Fe 3＋ /Fe 2＋ 则通过形成Schiff碱络合物促进反应。而乳糖水解乳体系对于pH值的变化也更为敏感。因此，将乳制品pH值控制在5.0～6.5的酸性范围，并辅以添加金属离子（如 Ca 2＋ /Mg 2＋ ），可能抑制美拉德反应的发生。然而，应用于企业实际生产时仍面临一些挑战。一方面，GB 2760—2024《食品添加剂使用标准》中明确规定，常规UHT乳、乳粉、巴氏杀菌乳中禁止添加pH值调节剂和金属离子。对于调制乳，GB 2760—2024中允许按生产需要添加乳酸、柠檬酸盐、磷酸盐等调节剂；其中，乳酸、柠檬酸盐的添加没有限量要求，而硫酸盐在调制乳中的添加限量为5 g/kg；但大量添加这些添加剂可能影响产品风味（如酸味）及稳定性（乳体系被破坏）。另一方面，乳制品的美拉德反应受多种因素影响，单一调控pH值效果有限。未来可以进一步探究pH值调控与其他抑制手段的结合，以实现更好的抑制效果。

2.2.2 添加酚类抑制剂

酚类物质能够抑制乳的美拉德反应，其作用机理主要包括3 个方面：1）捕获活性中间体：酚类物质可通过A环的亲核位点与α-二羰基化合物发生亲电取代反应，形成稳定的加合物。Kokkinidou等研究证实，在UHT乳中应用儿茶素类多酚能特异性捕获GO和MGO，阻断其与氨基酸进一步反应生成AGEs的途径。2）抗氧化作用：酚羟基可通过提供氢原子清除美拉德反应链中的自由基，抑制Amadori产物的氧化降解。郭誉嵘等的研究表明，在葡萄糖-赖氨酸模型体系中，紫苏叶提取物中的迷迭香酸通过清除自由基使CML生成量减少47.23%，证实了抗氧化途径的重要性。3）蛋白质修饰：多酚氧化生成的醌类物质可与蛋白质（主要是酪蛋白）亲核基团共价结合。Li Yuting等指出，醌类与半胱氨酸巯基的反应速率比氨基高 10 5 倍，这种选择性修饰可能影响乳蛋白（主要是β-乳球蛋白）的功能特性。

一些多酚及多酚类提取物已被证实对于乳美拉德反应有害产物的生成具有较好的抑制作用。例如，添加0.275%的绿茶多酚表没食子儿茶素没食子酸酯（EGCG）能够使乳中Strecker醛类的生成量降低95%，且无论UHT处理前或后添加均表现出相似的抑制效果。类似地，添加0.1%的蓝莓提取物可使UHT奶中的CML含量减少23.4%，同时保护赖氨酸免受热处理的破坏。阿魏酸乙酯通过酪蛋白酸钠封装后，在UHT奶中可抑制32.8%～63.2%的2-乙酰基-2-噻唑啉生成，同时表现出优异的热稳定性和抗氧化活性。在非常规乳体系及模拟乳体系的研究中，白藜芦醇可以通过抑制脂质氧化产生的活性羰基化合物显著抑制烘焙牛奶和酸奶中AGEs的形成，其中，0.1 μmol/L的白藜芦醇可使烘焙牛奶和酸奶中的CML含量降低30%以上、CEL含量降低27%以上；而10 μmol/L的白藜芦醇则能完全抑制吡咯素的生成。Xu Jun等在模拟乳体系中的研究表明，添加（0.1～2 mmol/L）的槲皮素可以显著抑制CML和荧光性AGEs的形成（抑制率达62.4%～97.8%）；分子对接分析显示槲皮素与β-乳球蛋白的结合亲和力高于与GO的结合，进一步解释了其保护机制。此外，在非乳体系中，一些多酚类植物提取物对于美拉德反应的抑制也被报道。例如，蓝莓花色苷在添加量为0.03 mg/mL时对牛血清白蛋白-葡萄糖体系中AGEs的抑制率可达66.45%。橄榄叶提取物在煎制三文鱼中也表现出对杂环胺的抑制作用，当添加量为1%时，在180 ℃条件下烹饪可使三文鱼的总杂环胺含量减少32.78%～77.69%，且不影响食品的感官特性。香料（如大蒜、黑胡椒和辣椒）在香肠加工过程中也能抑制杂环胺的形成；其中黑胡椒在4 个加工阶段（生肉、干燥、烘焙和蒸煮）的抑制效果最佳，抑制率分别达到65%、69%、66%和84%。Park等探讨了绿原酸在咖啡模型体系中对AGEs前体（如α-二羰基化合物）的捕获作用，发现绿原酸能有效减少糠醛等有害物质的生成，但对丙烯酰胺的影响因反应体系而异，凸显了酚类物质作用机制的复杂性。此外，肉豆蔻、马齿苋提取物、苦苣提取物、光面铁线莲叶提取物、鳄梨皮提取物、山楂提取物、菊花提取物、姜黄、丁香、肉桂、迷迭香等提取物也已被用于美拉德反应抑制的研究。但是，这些多酚类植物提取物对于乳美拉德褐变的抑制效果，以及对乳感官品质和理化特性的影响仍不明确，未来可继续探究。

虽然已有一些多酚及富含多酚的提取物被证实能够减少乳制品美拉德反应的发生，但是酚类抑制剂在食品工业中的应用仍存在一些挑战：1）现行食品安全国家标准GB 2760—2024对酚类添加剂的使用进行了限制，不允许诸如茶多酚等酚类物质添加到UHT乳、乳粉中，因此无论UHT乳还是乳粉，均不得使用此类方法；2）UHT工艺可能导致热敏感性多酚化合物（如花色苷）发生热降解反应，从而降低其生物活性；3）多酚类物质的添加会改变乳制品的感官特性（如增加苦涩味、异常色泽变化等），并且作为植物源性添加剂，酚类物质可能因其“非乳制品”属性而影响消费者的接受度。在未来，是否可以通过几种酚类物质的复配从而减轻异常颜色和风味，或筛选对乳感官品质影响较小、稳定性高且有效的酚类提取物，并实现应用的转化，仍需进一步探究。

2.2.3 其他

维生素类化合物、氨基酸及其肽衍生物也可通过特异性靶向抑制美拉德反应的关键位点（如反应底物、中间产物或终产物）而发挥抑制作用。有研究表明，在低乳糖纯牛奶中，VE、蛋氨酸和半胱氨酸能显著抑制美拉德反应，其中蛋氨酸和半胱氨酸的效果尤为明显，而抗坏血酸则表现出促进作用。多糖类物质（如麦芽糊精和β-环糊精）也被指出可以通过竞争性结合水分、提高玻璃化转变温度以及减少蛋白质与单糖的相互作用，显著抑制低乳糖乳粉中的美拉德反应。在乳粉方面，Sen等的研究发现，添加5%的麦芽糊精或β-环糊精可使低乳糖乳粉中的CML含量分别降低至511.13 mg/kg和518.31 mg/kg，显著低于对照组（783.17 mg/kg）。添加果胶寡糖也被发现能够抑制婴儿配方奶粉中AGEs的形成，并减缓乳糖的玻璃化转变和水分活度的增加。此外，乙二胺四乙酸（EDTA）、亚硫酸盐以及柠檬酸钠等化合物也已被证实可以通过螯合金属离子抑制乳制品美拉德反应的发生。然而，值得注意的是，依据我国现行食品安全国家标准GB 2760—2024，EDTA、亚硫酸盐类添加剂（如亚硫酸钠、亚硫酸氢钠）在常规乳制品及调制乳中均被明确禁止使用。并且目前关于化学抑制剂对乳制品美拉德反应抑制的研究较为有限，尤其缺少对不同抑制剂协同作用机制的探究。因此，未来应探寻更多安全、有效且可应用的抑制剂，以实现对乳制品美拉德褐变的抑制。

2.3 生物技术

通过添加特定酶可以有效抑制乳制品中的美拉德反应，例如葡萄糖氧化酶（GOX）和过氧化氢酶联用能够有效氧化葡萄糖生成葡萄糖酸，通过减少美拉德反应的关键底物从而抑制反应。Singh等的研究表明，在制备低乳糖乳粉时，添加GOX（70 U/mL）和过氧化氢酶（25 U/mL）到半成品乳中可使其葡萄糖含量降低超过50%，后经喷雾干燥的产品的褐变指数从16.37降至12.85。果糖胺氧化酶能通过特异性降解美拉德反应的中间产物Amadori化合物，从而有效阻断AGEs的形成。此外，通过共同使用β-半乳糖苷酶和葡萄糖异构酶不仅能水解乳糖，还能将生成的葡萄糖部分转化为果糖，在保持产品甜度的同时降低还原糖含量。同时，Zhang Wei等关于模拟乳体系的研究结果显示，在130 ℃加热条件下，半乳寡糖（GOS）-酪蛋白酸钠模型系统的游离氨基损失、褐变程度以及AGEs产物（如CEL）的积累量均显著低于含半乳糖的模型系统。这进一步证实，相较于传统乳糖水解生成的葡萄糖和半乳糖，转半乳糖基化β-半乳糖苷酶生成的GOS在美拉德反应中表现出更低的反应活性。

由于酶制剂具有催化活性高、热灭活后无残留、底物特异性高以及代谢产物安全性高等特性，其在抑制乳制品美拉德反应方面具有良好的应用前景。特别是在乳糖水解乳体系中，通过靶向调控美拉德反应关键底物——高反应活性的葡萄糖和半乳糖的浓度，可实现对美拉德反应进程的有效抑制。然而，这些酶处理技术也存在一些局限性：根据我国现行食品安全国家标准GB 2760—2024的要求，加入酶制剂的产品一般为调制乳或特殊乳粉。一方面，GOX作用产生的葡萄糖酸可能导致pH值下降，影响产品稳定性；另一方面，酶反应可能产生特殊风味物质，影响乳制品的感官特性；此外，特定酶的最适作用条件（如温度、pH值）仍需进一步探究，同时可能会增加生产难度和成本。因此，在实际应用中需要综合考虑酶解条件、作用效果及产生的影响等，通过优化工艺参数平衡美拉德反应抑制效果与产品的感官品质。同时，未来研究可重点关注以下方向的探索：1）新型酶制剂的开发与应用，如半乳糖氧化酶等酶的效果探究；2）酶制剂与其他加工技术（如热处理、膜分离等）的协同作用效果研究；3）酶-酚类复合抑制体系等的开发与优化。通过多技术联用策略，有望建立更高效、更具选择性的美拉德反应抑制体系，在最大限度保持产品品质的同时降低不良副反应的发生。

乳制品美拉德反应抑制机理、技术优势以及应用于实际工业化的可行性见表1。

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乳糖水解乳美拉德褐变抑制应用可行性分析

3.1 乳糖水解乳的特点

乳糖水解乳可以分为低乳糖乳和无乳糖乳（又称0乳糖乳）；其中，低乳糖乳产品中乳糖含量低于1 g/100 g，无乳糖乳产品中乳糖含量低于10 mg/100 g。乳糖水解乳产品的开发有效解决了我国约80%（占成年人）乳糖不耐受人群的乳制品摄入问题，并显著提升了市场消费量。Future Market Insights的市场统计报告显示，乳糖水解乳市场规模呈现持续增长趋势，2024年无乳糖乳制品（包括不含乳糖的牛奶和奶制品）的市场规模约为138.743亿 美元，预测期内（2025—2035年）销售额将保持5.6%的年均增长率，最终到2035年将达到251.188亿 美元，未来发展潜力巨大。

然而，相较于常规乳，乳糖水解乳在成分组成及加工工艺方面有不同，导致乳糖水解乳比常规乳更易发生美拉德反应。一般乳糖水解乳的生产工艺为在原有UHT乳生产基础上，在UHT杀菌前添加β-半乳糖苷酶酶解乳糖，或在UHT杀菌处理后无菌条件下添加β-半乳糖苷酶进行乳糖的酶解。乳糖水解乳中原本的乳糖被β-半乳糖苷酶水解为一分子葡萄糖和一分子半乳糖；葡萄糖与半乳糖均属于六碳单糖，而由于游离单糖的羰基相较于乳糖分子中的环状半缩醛结构更易暴露，且单糖的开链形式比例更高，使得单糖羰基的亲电性更强，与氨基的缩合反应速率也更快，这导致乳糖水解乳体系的美拉德反应对于温度和pH值的变化也更为敏感。同时，单糖的更强反应活性会进一步导致前期美拉德产物的大量积累，进而加快后期颜色物质的生成。Milkovska-Stamenova等关于无乳糖乳中蛋白质糖基化的研究也支持这一结论，结果表明，经过UHT处理后，无乳糖乳中己糖化水平最高可增加11 倍。此外，由于乳糖水解乳引入了酶水解工艺，应用于生产的酶制剂被证实具有水解蛋白活性，导致其在储存过程中能够释放游离氨基酸，从而更加速了美拉德反应的发生。特别是对于应用包内添加乳糖酶生产乳糖水解乳的工艺来说，由于没有酶灭活步骤，外源添加的酶制剂中杂质酶（一般为蛋白酶）仍保留一定活性；为了降低外源添加酶制剂中的蛋白酶活性，企业通常会严格控制其纯度。因此，相较于常规乳，乳糖水解乳的美拉德褐变抑制面临更大的挑战。

3.2 抑制策略的适用性分析

物理方法中，膜分离是目前国内外企业常用的生产乳糖水解乳及乳糖水解乳粉产品的方法。现有的通过膜分离生产乳糖水解乳的工艺流程（图4）主要为：原料乳首先进行巴氏杀菌和脱脂处理，脱脂乳经过超滤膜将其中的蛋白截留，得到的滤液经过纳滤膜将其中的乳糖和离子分离出来，之后将脱除的标准化后的脂肪、离子及水等复原回体系，添加乳糖酶，再进行高温灭菌处理并灌装。或通过后酶解工艺，在杀菌后灌装阶段进行包内无菌添加乳糖酶进行乳糖的酶解。然而，由于膜污染、增加操作单元、乳感官品质变化较大（如甜度下降）等问题，极大限制了企业的应用。因此，虽然现有通过膜分离技术生产乳糖水解乳、乳粉的方案具有一定的可行性且效果较好，但因成本、乳感官等问题，仍不是最佳选择。而对于优化热杀菌工艺，非热杀菌技术、恒定贮运温度等其他物理方法，因存在法规限制、无国家/行业标准、难以实施等局限性，故而无法较好地应用到实际生产中。但值得一提的是，非热杀菌技术在不同的非乳糖水解乳体系研究中展现了较好的美拉德褐变抑制效果及较强的杀菌能力；并且，由于乳糖水解乳中的单糖（葡萄糖和半乳糖）具有更高的反应活性，其对温度加工条件更为敏感，通过减弱加工强度、降低贮运温度的美拉德反应抑制方法更适用于乳糖水解乳。因此，未来可以通过深入探究非热杀菌技术在乳制品生产的应用效果，以及将非热杀菌技术与现有杀菌方式（巴氏杀菌）相结合的方式，实现对乳美拉德反应的抑制，延长乳制品货架期的同时保留更多营养成分，降低对乳感官品质的不利影响。

化学方法中，由于乳糖水解乳属于调制乳，因此可以通过添加乳酸、柠檬酸盐、磷酸盐等调节剂实现pH值的调节。然而在实际生产中，乳糖水解乳是按照常规液态奶的pH值标准（pH 6.6～6.8）进行生产；当pH＜6.4时，产品稳定性显著下降；因此，调节pH值的方法可应用性较低。对于添加酚类抑制剂、EDTA、亚硫酸盐等方法，由于存在法规限制（GB 2760—2024规定，不允许诸如茶多酚等酚类物质、EDTA、亚硫酸盐类添加剂（如亚硫酸钠、亚硫酸氢钠）添加到UHT乳、乳粉、调制乳中），因而在实际生产中难以真正实施。但是，众多研究表明，酚类抑制剂在抑制乳、非乳体系的美拉德反应均展现了较好的抑制效果。因此，未来是否可以制定法规允许添加对乳制品感官影响小、且有效的酚类提取物值得进一步探究。

生物抑制方法中，通过添加酶制剂消除底物或改变底物反应活性的方式，能够有效抑制乳糖水解乳的美拉德反应；并且，由于酶方法具有操作简单、成本相对较低、GB 2760—2024允许添加等特点，未来具有较大研究潜力与应用价值。目前国内外企业生产乳糖水解乳及乳糖水解乳粉使用的另一种工艺是通过添加转半乳糖基β-半乳糖苷酶，使乳糖转化成反应活性较低的低聚半乳糖，在实现抑制高反应活性底物生成的同时，释放出更多的益生元。然而，转半乳糖基β-半乳糖苷酶需要在水解进行一半时及时灭活，否则会产生高反应活性的半乳糖，这在实际生产中对工艺要求较高、实现难度较大；此外，为了符合无乳糖乳的乳糖限量标准，使用转半乳糖基β-半乳糖苷酶生成的低聚半乳糖较多，而低聚半乳糖的过多摄入可能导致腹泻等不适症状。因此，从这一角度来看，转半乳糖基β-半乳糖苷酶也不是最佳的选择。GOX、果糖胺氧化酶等酶制剂，可以通过减少反应底物、抑制中间产物等方式抑制乳美拉德反应的发生，未来需要继续在乳糖水解乳体系中进行探究。但值得注意的是，酶制剂在发挥作用的同时，仍会对乳感官、风味等特性产生影响。因此，如何在保证各方面指标符合相关法规标准要求的前提下，同时展现良好的美拉德褐变抑制效果，仍需进一步探究。

鉴于乳糖水解乳产品具有更高的乳美拉德反应活性，以及体系对于温度、pH值等加工条件更为敏感的特点，综合现有研究，在未来可继续探索的乳糖水解乳美拉德褐变抑制的策略为：1）通过添加酶或酚类物质等手段降低反应底物浓度，抑制中间产物，以从源头抑制反应；2）通过非热杀菌替代传统杀菌，或通过非热杀菌与巴氏杀菌相结合的方法抑制反应；3）将这几种抑制方法相结合，开发一种成本低、对乳品质影响小且效果好的抑制方法。此外，虽然将多种抑制方式相结合有望最大程度抑制乳糖水解乳美拉德反应的同时，更好地保留其感官特性与营养品质。但是，在实际工业化生产中，成本是限制企业应用方法的主要因素。因引入酶解工艺，乳糖水解乳的生产成本已高于常规UHT乳；若进一步采用美拉德反应抑制策略，则可能涉及抑制剂成本、新增操作单元、设备更新及人工等额外支出。因此，如何在控制成本的前提下实现乳糖水解乳美拉德反应的高效抑制，仍是科研界与产业界共同面临的重要挑战。

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结语

乳制品在加工和贮藏过程中发生的美拉德褐变反应，是导致产品色泽加深、风味劣化及营养价值降低的关键因素。相较于常规乳制品，乳糖水解乳因乳糖被酶解为高反应活性的还原性单糖（葡萄糖和半乳糖）而更易发生美拉德反应。这一现象不仅影响乳产品的感官品质，还可能产生具有潜在健康风险的AGEs。因此，有效抑制常规乳及乳糖水解乳的美拉德褐变对保障产品品质和消费者健康至关重要。本文从工业化应用角度出发，系统综述乳制品美拉德反应机制及其在乳糖水解乳中的特异性表现，深入分析现有抑制技术的原理、应用效果、优势与局限性。当前抑制策略主要包括物理方法（膜分离、热杀菌和非热杀菌技术）、化学方法（pH值调节、酚类抑制剂添加等）和生物方法（GOX、果糖胺氧化酶、β-半乳糖苷酶等酶制剂应用）。虽然这些方法各具优势，但仍面临诸多挑战：膜分离技术成本较高且易发生膜污染；非热杀菌技术的应用效果仍需验证；酚类添加剂存在感官影响和法规限制；酶制剂需要进一步探索作用条件，并可能会增加生产成本。此外，乳糖水解乳因其单糖的高反应活性进一步增加了问题的困难程度，亟需开发更具针对性的解决方案。

未来研究应着重开发针对温度和底物等关键因素的抑制方法，并重点考察这些方法在工业化生产中的实际效果和应用可行性：1）开发验证新型杀菌技术，探索非热杀菌技术（高压处理、PEF、冷等离子体等）与传统巴氏杀菌的协同应用，在降低热加工强度的同时确保杀菌效果；2）筛选优化高效抑制剂，开发对乳制品感官品质影响小、抑制效果好且符合食品安全标准的天然抑制剂（如酚类或酶制剂），并探究其协同作用效果；3）探索多方法联用技术，通过整合物理、化学和生物方法，建立高效低成本的褐变抑制方法。通过多方法的结合，有望在保证乳糖水解乳营养功能及感官品质的同时有效控制美拉德褐变，为提升乳制品品质和拓展市场提供理论依据。

作者简介

通信作者：

王淑敏，讲师，北京农业职业学院食品与生物工程学院专任教师，博士毕业于中国农业大学食品科学与营养工程学院，主要研究方向为功能乳品及加工技术。以第一作者发表SCI论文3 篇，EI论文2 篇，获得授权国家发明专利3 项（排名第2），主持省部级科技创新基金1 项，以共同完成人身份获得中国乳制品工业协会技术发明二等奖1 项。

第一作者：

高昀，中国农业大学营养与健康系硕士研究生，本科毕业于福州大学食品科学与工程专业。主要研究方向为乳品加工。主持中农-蒙牛研究项目1 项，以第一作者发表SCI论文2 篇。

引文格式：

高昀, 王淑敏, 李洪亮, 等. 常规乳美拉德褐变抑制研究进展及在乳糖水解乳中应用可行性探讨[J]. 食品科学, 2026, 47(7): 394-405. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250902-008.

GAO Yun, WANG Shumin, LI Hongliang, et al. Research progress on Maillard browning inhibition in conventional milk and its application feasibility to lactose-hydrolyzed milk[J]. Food Science, 2026, 47(7): 394-405. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250902-008.

实习编辑：俞逸岚；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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