钙螯合盐对水牛奶中矿物质平衡及其技术功能特性的影响

《International Dairy Journal》：Influence of calcium-chelating salts on mineral-equilibria and techno-functional properties of buffalo milk

本研究探讨了四种钙螯合盐（EDTA、SHMP、TSC、DSHP）对牦牛奶矿物质平衡及热稳定性、缓冲容量等 techno-functional 特性的影响，发现适宜浓度的螯合盐可有效改善加工性能。

　　

Mamta Vaishnav | Sumit Arora | Richa Singh | Shaik Abdul Hussain | Vivek Sharma | Utkarsh Deshmukh

印度哈里亚纳邦卡纳尔ICAR-国家乳品研究所乳品化学部门，邮编132001

摘要

尽管水牛奶（BM）的生产非常普遍，但其高钙含量给乳品行业带来了挑战，限制了其在诸如chhana、乳蛋白浓缩物、浓缩牛奶等产品中的应用。钙含量的增加会降低牛奶的净负电荷，从而在高温加工过程中导致牛奶不稳定。本研究探讨了不同钙螯合盐（CCS）——即乙二胺四乙酸二钠（EDTA）、六偏磷酸钠（SHMP）、二氢正磷酸二钠（DSHP）和柠檬酸三钠（TSC）对水牛奶矿物质平衡及技术性能的影响。这些螯合盐增加了牛奶中可溶性钙（Ca）、磷（P）和铁（Fe）的含量，但对钠（Na）和钾（K）的含量影响不大。在4 mM浓度下，EDTA、TSC和DSHP主要提高了牛奶在自然pH值下的热稳定性；而在8 mM浓度下则降低了热稳定性。此外，4 mM浓度的SHMP提高了牛奶在自然pH值下的稳定性。TSC和DSHP增强了牛奶的缓冲能力，而EDTA和SHMP在4 mM浓度下增强效果明显，但在8 mM浓度下效果减弱。CCS还改变了牛奶的ζ电位、酪蛋白胶束的大小以及体外消化后蛋白质的水解程度。

引言

牛奶是由水、碳水化合物、脂质、盐类和蛋白质组成的动态平衡混合物，这些成分以稳定的乳液、真溶液和胶体悬浮液的形式共存（Khetra和Sabikhi，2019）。钙离子通过形成钙桥，促进酪蛋白亚单位之间的连接，维持酪蛋白胶束的结构完整性。水牛奶的钙含量（180–200 mg/100 g）高于牛奶（125–150 mg/100 g）（Ranjan等人，2005），同时蛋白质含量也略高（4.1%对比3.8%）（Salman等人，2014）。系统中钙离子（Ca²⁺）浓度的增加提高了钙的可用性，从而降低了牛奶的净负电荷，尤其是在高温加工条件下导致牛奶不稳定。高钙含量限制了其在灭菌牛奶、浓缩牛奶、chhana和乳蛋白浓缩物（MPC）等乳制品生产中的应用（Deshmukh等人，2024）。

钙螯合盐（CCS）能与钙离子（Ca²⁺）等阳离子形成复合物，将其从原有的结合位点上置换出来（Gaucheron，2005；Choi和Zhong，2020）。像EDTA、柠檬酸盐和磷酸盐这样的钙螯合剂被广泛用于通过改变酪蛋白胶束的物理化学性质来提高牛奶的热稳定性。这些螯合剂与酪蛋白胶束内的CCP及磷酸丝氨酸残基竞争钙离子的结合位点，其亲和力取决于它们的钙结合能力（Upreti等人，2006；Mekmene等人，2009）。CCS改变了酪蛋白-钙磷酸盐的平衡，导致钙离子活性降低，CCP溶解，并使特定酪蛋白从胶束结构中解离（de Kort等人，2009）。

牛奶蛋白质的稳定性和物理状态受到矿物质在胶体形式和可溶形式之间分布的影响。这种分布影响牛奶的热稳定性、凝乳的物理特性、凝乳酶凝固过程、缓冲能力和可溶性蛋白质含量（Polychroniadou和Vafopoulou，1986）。de Kort等人（2011）指出，磷酸钠、柠檬酸三钠和磷酸二钠降低了钙离子的活性，因为酪蛋白胶束中的钙离子要么属于CCP复合物，要么与磷酸丝氨酸残基结合。Patil等人（2018）观察到，由于钙和酪蛋白含量较高，由水牛奶制成的MPC的复原性和功能性能较差。本研究的目的是评估向水牛奶中添加CCS后矿物质平衡的变化，以及CCS对水牛奶各种物理化学性质的影响。预期结果将为利用不同CCS调节牛奶加工过程中的钙含量以及开发新型功能性水牛奶乳制品提供有价值的见解。

材料

材料

新鲜收集的水牛奶来自印度哈里亚纳邦卡纳尔ICAR-国家乳品研究所的牲畜研究中心。EDTA（C₁₀H₁₈N₂Na₂O₁₀）、SHMP（(NaPO₃)₆）、DSHP（Na₂HPO₄.2H₂O）和TSC（Na₃C₆H₅O₇.2H₂O）从美国密苏里州圣路易斯的Sigma-Aldrich公司购买。

样品制备

将CCS（EDTA、SHMP、TSC和DSHP）以4 mM和8 mM的浓度加入脱脂水牛奶中，在45°C下混合15分钟，然后在4°C下平衡1小时后再进行进一步分析（Anema，2015）。

CCS（EDTA、SHMP、TSC和DSHP）添加对水牛奶中矿物质分配的影响

牛奶中的钙以酪蛋白胶束内的CCP形式存在，与可溶性钙和磷酸根离子保持平衡。CCP通过中和磷酸丝氨酸残基，减少静电排斥并增强疏水相互作用，从而稳定酪蛋白胶束的结构（Walstra等人，2005）。然而，由于水牛奶的钙含量较高，会导致蛋白质聚集。

结论

尽管大多数印度人广泛消费水牛奶及其制品，但其高钙含量给乳品行业在生产浓缩牛奶、灭菌牛奶、chhana和MPC等乳制品方面带来了挑战。添加CCS改善了水牛奶的技术性能，如ζ电位和热稳定性（4 mM浓度的SHMP），这种效果依赖于浓度和pH值，可用于开发耐热稳定的乳制品。

作者贡献声明

Mamta Vaishnav：撰写初稿、方法设计、实验实施、数据整理。Sumit Arora：项目监督、资金筹集、概念构思。Richa Singh：撰写、审稿与编辑、数据分析。Shaik Abdul Hussain：软件支持、资源调配。Vivek Sharma：撰写、审稿与编辑、数据可视化、结果验证。Utkarsh Deshmukh：撰写、审稿与编辑。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。