三钠正磷酸盐对酪蛋白胶束致密悬浮液质地特性的影响

《International Dairy Journal》：Effect of trisodium orthophosphate on the textural properties of dense suspensions of casein micelles

三聚磷酸钠对高浓度酪蛋白micelles悬浮液理化特性的影响及作用机制研究，通过浑浊度、流变学和共聚焦显微镜分析发现TSP通过螯合钙离子导致micelles解离，促进酪蛋白交联形成聚集物，显著改变pH5.8-7悬浮液的粘度特性，并在长期重构后引发沉淀。

　　

作者：Elie Matta、Peggy Thomar、Angella Velazquez Dominguez、Christophe Chassenieux、Nicolai Taco

所属机构：IMMM UMR-CNRS 6283，法国勒芒大学，邮编72085 Le Mans Cedex 9

摘要

本研究使用浊度测量法、流变学和共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）研究了在pH 5.8至pH 7范围内，添加三钠正磷酸盐（TSP）对酪蛋白胶束（MC）悬浮液的影响，添加浓度最高达到14 wt%。结果表明，随着TSP浓度的增加，酪蛋白胶束的解离速率也随之增加；但在TSP与酪蛋白的质量比（R）保持恒定的条件下，蛋白质浓度对此没有影响。从酪蛋白胶束中释放出的钙离子（Ca²⁺）促进了酪蛋白之间的交联反应，通过在这些蛋白质之间形成桥梁，使得部分酪蛋白聚集在大部分酪蛋白形成的粘稠悬浮液中。添加TSP后，pH 5.8下的酪蛋白悬浮液粘度升高，其表现与相同浓度下的酪蛋白酸钠（SC）悬浮液相似。而在pH 7时，当R = 0.03至0.1之间时，粘度出现显著峰值，随后随着稀释或pH值降低而逐渐下降。经过数天或数周的时间，悬浮液会逐渐变得不均匀并发生沉淀。

引言

牛奶中最丰富的蛋白质是酪蛋白，它主要由四种不同的亚单位组成：α_s1、α_s2、β和κ，这些亚单位的比例各不相同（Dalgleish & Corredig, 2012; Morris, 2002）。在牛奶中，酪蛋白会聚集形成球形结构，称为酪蛋白胶束，这些胶束通过胶体磷酸钙（CCP）以及其他类型的相互作用结合在一起（Horne, 2006）。酪蛋白胶束的平均半径约为100纳米，平均摩尔质量约为10⁸克/摩尔（De Kruif et al., 2012; Horne, 2006; O’Mahony & Fox, 2012）。在自然pH值约6.7的情况下，酪蛋白胶束保持稳定，即使在温度达到100°C时也不会凝结（De Kruif, 1999; Holt & Horne, 1996）；而当pH值降至等电点（约4.6）时，酪蛋白胶束会絮凝，同时CCP也会溶解。通过使用NaOH提高pH值，可以重新溶解酪蛋白，从而获得所谓的酪蛋白酸钠（SC）。

在食品工业中，通常使用柠檬酸和多磷酸盐等钙螯合剂来生产加工奶酪（Lucey et al., 2011）。除了作为乳化剂的作用外，这些螯合剂的添加还会使酪蛋白胶束中的CCP分解，从而改变其结构，进而改善稠密酪蛋白悬浮液的质地并有助于稳定分散的脂肪（Lee et al., 2003; Shirashoji et al., 2006）。虽然有时也会添加正磷酸盐，但其螯合钙的能力比柠檬酸或多磷酸盐弱得多（de Kort et al., 2011; Deshwal et al., 2023; Mizuno & Lucey, 2005; Van Wazer & Callis, 1958）。有研究表明，添加三钠正磷酸盐（TSP）会导致奶粉悬浮液的粘度增加，甚至使其凝胶化（Fox et al., 1965; Mizuno & Lucey, 2005）。研究发现，凝胶化过程的速度与添加到悬浮液中的TSP和钙的量成正比（Fox et al., 1965）。

迄今为止，对于添加TSP对含有超过5 wt%蛋白质的酪蛋白胶束悬浮液的影响研究较少。本研究的目的是阐明在接近加工奶酪生产常用蛋白质浓度（约12-20%）的情况下，添加TSP的效果。研究考察了在酪蛋白浓度高达14 wt%以及pH值在5.8至7之间的不同条件下，TSP对流变性质和微观结构的影响。通过监测低浓度（最高5 wt%）酪蛋白悬浮液随时间的浊度变化，评估了TSP对酪蛋白胶束的影响。同时，还将TSP的影响与最近报道的三钠柠檬酸（TSC）的影响进行比较（Matta et al., 2025）。当然，加工奶酪比单纯的酪蛋白悬浮液更为复杂，因为它还含有脂肪和其他蛋白质。然而，研究酪蛋白胶束悬浮液是理解更复杂系统的必要步骤。

样本制备

本研究使用的酪蛋白胶束粉末（Promilk 852B）由Ingredia Functional（法国阿拉斯）提供，其中蛋白质含量为81.5%（w/w），其中90%为酪蛋白胶束（MC）。此外，该粉末还含有8%（w/w）的矿物质、5%（w/w）的水分、4%（w/w）的糖分以及少量残留脂肪（<1.5%，w/w）。酪蛋白酸钠粉末由Epi Ingredients（法国克雷恩）提供，其中蛋白质含量为91%（w/w），钠含量为1.3%（w/w），水分含量约为5%。本研究使用的三钠正磷酸盐（Na₃PO₄）由ICL集团提供。

添加TSP对酪蛋白胶束悬浮液浊度的影响

酪蛋白胶束的解离会导致浊度（τ）降低。研究了在不同浓度（C = 1至5 wt%）的酪蛋白胶束悬浮液中，添加TSP对浊度变化的影响，TSP与蛋白质的质量比（R）在0到1之间变化。蛋白质浓度被限制在5 wt%以内，因为更高浓度下吸光度过高，无法进行可靠测量。为了便于比较，浊度值经过归一化处理，以消除未添加TSP时的浊度值作为基准。

讨论

正如我们在引言中提到的，先前的研究已经明确指出，与其他基于磷酸盐和柠檬酸的融盐相比，TSP的螯合钙能力较弱（Deshwal et al., 2023; Mizuno & Lucey, 2005; Van Wazer & Callis, 1958）。然而，本研究表明，添加TSP仍能显著降低浊度。混合后立即观察到浊度下降，且这种下降趋势在后续过程中持续存在。

结论

正磷酸盐可以螯合钙并导致酪蛋白胶束解离，这一过程与其他类型的融盐类似，但其效率较低，需要较大剂量才能实现完全解离。增加TSP的添加量可以提高解离速率，但解离速率与蛋白质浓度无关（在相同的质量比R条件下）。酪蛋白胶束的解离会释放出Ca²⁺离子，进而促进酪蛋白之间的交联，这一点通过CLSM观察得到了证实。

作者贡献声明

Nicolai Taco：负责撰写、审稿与编辑、原始稿件的撰写、项目监督、方法设计、数据管理及概念框架的构建。 Elie Matta：负责撰写、原始稿件的撰写、实验设计及数据管理。 Peggy Thomar：负责撰写、审稿与编辑、项目监督、资金筹集及概念框架的构建。 Angella Velazquez Dominguez：负责撰写、审稿与编辑、项目监督及概念框架的构建。 Christophe Chassenieux：负责撰写及审稿工作。

利益冲突声明

作者声明以下可能构成潜在利益冲突的财务关系/个人关联：Elie Matta表示获得了National Association of Technical Research的财务支持；Peggy Thomar与Bel Cheesemakers存在雇佣关系；Angella Velasquez Dominguez也与Bel Cheesemakers存在雇佣关系。

数据可用性

本研究生成的所有数据均已包含在本手稿中。

资金来源

本研究得到了法国国家技术研究协会（项目编号：2022/1195）和Bel集团的资助。

利益冲突声明

作者声明以下可能构成潜在利益冲突的财务关系/个人关联：Elie Matta获得了Bel Cheesemakers的财务支持；Peggy Thomar与Bel Cheesemakers存在雇佣关系；Angella Velasquez Dominguez也与Bel Cheesemakers存在雇佣关系。