《JOURNAL OF FOOD PROCESSING AND PRESERVATION》：Effect of High-Intensity Ultrasound on Structural and Functional Properties of Buttermilk and Its Application in Ice Cream
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本文研究了高强度超声处理对乳清的结构和功能特性的影响，并评估了经处理的乳清在冰淇淋中的应用效果。研究结果表明，适当的超声处理能显著提高乳清的硫基暴露和脂肪吸收能力，并改变其蛋白质二级结构。当应用于冰淇淋时，超声处理的乳清能够形成更致密的蛋白质-脂肪网络，从而提升产品的抗融性。本研究为乳清这一低值乳制品副产物的高值化利用提供了一种有前景的非热加工技术。
高强度超声对乳清结构及功能特性的影响
乳清是黄油生产过程中的副产品，富含蛋白质和乳脂肪球膜成分，具有宝贵的功能特性，但在乳制品行业中仍未得到充分利用。本研究探讨了高强度超声处理对乳清结构及功能特性的影响，并评估了其在冰淇淋配方中的应用潜力。
超声处理与表征方法
研究采用探头式均质器，在20kHz频率下，以不同的振幅和处理时间对乳清溶液进行处理。通过量热法测定了超声功率强度。蛋白质结构的变化通过游离硫基含量和傅里叶变换红外光谱进行表征。功能特性，包括溶解度、粘度、脂肪吸收能力和乳化指数也被评估。
蛋白质结构修饰
结果表明，适度的超声处理条件能显著增加硫基暴露，而更强的处理条件则可能促进蛋白质的聚集。FTIR光谱证实了蛋白质二级结构的重排，并增强了蛋白质-脂质和蛋白质-乳糖的相互作用。在酰胺I区域的二阶导数分析表明，经超声处理后，β-折叠结构含量普遍呈下降趋势，而无规卷曲结构增加，这表明部分有序的二级结构发生损失，构象无序性增加。
功能特性变化
研究发现，大多数功能特性与对照组相比没有显著差异。唯一的例外是脂肪吸收能力，在几乎所有情况下都显示出显著改善。经20%振幅处理5分钟的样品，其FAC值比对照组高出42.48%。这表明超声引起的空化效应促进了蛋白质的解折叠，暴露出更多的疏水位点，从而增强了与脂肪的相互作用。乳化活性指数和乳化稳定性指数在不同处理间未呈现一致性趋势。乳清溶液的粘度在超声处理后变化不大，仅在20%振幅处理10分钟的样品中观察到微小的显著增加。
胶体行为分析
对经超声处理的乳清粉末进行了颗粒尺寸和Zeta电位分析。结果显示，超声处理并未显著改变颗粒的平均尺寸，但粒度分布图显示存在双峰。对照组在约363nm和4762nm处有两个主峰，分别与蛋白质颗粒和更大的聚集体或脂肪球相关。超声处理后，较小尺寸的峰强度减弱，而较大尺寸的峰强度增强，这表明超声在分散弱关联簇的同时，也可能诱导展开的蛋白质链重新连接，形成更大的聚集体。在Zeta电位方面，经20%振幅处理5分钟的样品显示出更强的电负性，表明其胶体稳定性可能更好。
在冰淇淋中的应用与品质评估
基于对结构、功能和胶体特性的综合分析，研究选择了20%振幅处理5分钟的条件对乳清进行处理，并将其应用于冰淇淋中。制备了三种冰淇淋：不含乳清的对照冰淇淋、添加未处理乳清的冰淇淋以及添加超声处理乳清的冰淇淋。
颜色、融化率和膨胀率
在颜色参数方面，三种配方之间没有显著差异。然而，在融化率方面，添加未处理乳清的冰淇淋表现出最高的融化速率，而添加超声处理乳清的冰淇淋则表现出最低的融化速率，甚至低于对照组。这表明超声处理增强了乳清成分的相互作用，形成了更稳固的基质，从而提高了产品的抗融性。在膨胀率方面，添加未处理乳清的冰淇淋数值最高，而添加超声处理乳清的冰淇淋数值最低。这表明超声处理可能改变了乳清成分稳定气泡的能力，导致空气掺入量减少。
微观结构观察
通过共聚焦显微镜观察了冰淇淋的微观结构。在对照样品中，脂肪球分布不规则。在添加未处理乳清的样品中，脂相显得更致密。而在添加超声处理乳清的样品中，观察到了更致密、更细的脂肪滴簇。这种更紧密的脂肪网络与观察到的更低融化率相符，因为它能更好地限制基质内液体的流动。
感官分析
感官评价采用了9点享乐量表和标记情感量表。所有三种冰淇淋配方在所有感官属性上均获得了良好的评分，且彼此之间没有显著差异。尽管添加超声处理乳清的冰淇淋在质地和总体喜好度上的数值评分略低，但这并未达到统计学上的显著水平。所有样品的有氧嗜温菌、总大肠菌群、霉菌和酵母菌计数均在可接受限值内，且未检出沙门氏菌，确保了产品的微生物安全性。
结论
综上所述，高强度超声处理能有效诱导乳清成分的结构重排，并改善其特定的功能特性，尤其是脂肪吸收能力。将处理后的乳清应用于冰淇淋，可以形成更致密的蛋白质-脂肪网络，从而显著提升产品的抗融性，尽管这可能伴随膨胀率的轻微降低。感官评价表明，这种添加不会对产品的整体可接受性产生负面影响。因此，超声处理为提升乳清这一低值副产物的附加值，并将其转化为冷冻乳制品中的功能性成分，提供了一条有前景的途径。未来的研究可进一步优化超声参数和处理剂量，以在最大化功能效益的同时，最小化对产品质量和消费者接受的潜在影响。
