《International Dairy Journal》：Ultrasound pretreatment promotes modifications in the structure and techno-functional properties of powdered goat milk kefir produced by spray drying and freeze-drying
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本研究探究超声波预处理对 goat milk kefir 喷雾干燥和冷冻干燥工艺中蛋白质结构和 techno-functional 性能的影响，发现超声波显著减小粒子尺寸、提高流体特性，同时改善功能性，为开发高质乳制品提供新方法。
弗拉维安娜·科埃略·帕谢科（Flaviana Coelho Pacheco）|安娜·卡罗莱纳·坎波斯·迪亚斯（Ana Carolina Campos Dias）|阿纳利塞·阿帕雷西达·维多利亚·西普里亚诺（Analice Aparecida Vitoria Sipriano）|朱莉安娜·德卡西亚·戈麦斯·罗查（Juliana de Cássia Gomes Rocha）|迪尔塞乌·桑蒂亚戈·特林达德（Dirceu Santhiago Trindade）|玛丽亚·埃杜阿尔达·席尔维拉·法里亚（Maria Eduarda Silveira Faria）|伊雷内·安德烈萨（Irene Andressa）|希亚斯米娜·席尔瓦·德梅德罗斯（Hiasmyne Silva de Medeiros）|若泽·安东尼奥·德凯罗斯·拉费塔·朱尼奥尔（José Ant?nio De Queiroz Lafetá Junior）|保罗·恩里克·科斯塔·帕伊瓦（Paulo Henrique Costa Paiva）|安娜·弗拉维亚·科埃略·帕谢科（Ana Flávia Coelho Pacheco）
维索萨联邦大学食品技术系，彼得·亨利·罗尔夫斯大道（Avenida Peter Henry Rolfs），大学校区，维索萨，MG 36570-900，巴西
摘要
本研究探讨了超声波（US）预处理如何调节通过喷雾干燥和冷冻干燥法制得的羊奶开菲尔（kefir）粉的蛋白质结构及其技术功能性能。系统评估了结构、物理化学和功能特性，以确定加工引起的结构-功能关系。与冷冻干燥相比，喷雾干燥产生的颗粒更小且更均匀，平均粒径（<16.7%）和多分散性（<9.9%）降低，同时促进了蛋白质的三级结构重排，表现为内在荧光增强（>9.7%）和酰胺I带（FTIR）的改变（p < 0.05）。冷冻干燥的粉末具有更高的绝对ζ电位，表明其胶体稳定性更强。超声波预处理进一步增强了这些效果，使粒径和多分散性分别降低了25.0%和43.4%，ζ电位增加了46.9%（p < 0.05）。这些结构变化与荧光强度增加（高达24.9%）和蛋白质二级结构重排相关，表现为α-螺旋含量增加和β-折叠含量减少（p < 0.05）。干燥过程导致乳酸菌活性降低，尤其是在喷雾干燥的粉末中，这是脱水强度的固有现象。虽然基本物理化学性质未受影响（p > 0.05），但超声波辅助的喷雾干燥显著改善了粉末的密度、流动性、颜色特性、持水能力和持油能力、蛋白质溶解度以及界面性质。总体而言，结果表明，超声波诱导的结构重排直接转化为技术功能的提升，突显了超声波辅助喷雾干燥作为生产功能优化发酵乳制品粉末的有效策略。
引言
对牛奶替代品需求的增长推动了全球范围内羊奶在各种乳制品配方中的使用。传统上，羊奶用于生产酸奶和奶酪，因其独特的风味和营养价值而受到重视（Nayik等人，2021年）。然而，近年来，人们对具有健康益处的食品的追求，特别是那些含有抗氧化化合物和益生菌的食品，使得开菲尔这种具有公认功能潜力的发酵乳制品受到了越来越多的关注（Farag等人，2020年；Biada?a和Adzahan，2021年；Chen等人，2023年）。
全球范围内，乳制品粉末的消费量也在增加，这得益于其便利性、微生物稳定性和更长的保质期，这些因素增加了产品的价值并便于储存和运输（Rosa和Prudencio，2023年）。尽管基于牛奶的发酵粉末在文献中有充分记载，但羊奶作为一种营养全面的替代品逐渐受到关注，因为它含有大量的蛋白质、脂质、碳水化合物和维生素。此外，由于其αs1-酪蛋白比例较低，羊奶的消化率更高，致敏潜力也更低，因此对于对牛奶蛋白过敏的消费者来说是一个有吸引力的选择（Kanetkar等人，2025年）。
在乳制品粉末的生产过程中，巴氏杀菌、浓缩和脱水等步骤可能会影响溶解度和流动性等关键物理性质。了解这些变化对于保持产品在储存和运输过程中的质量至关重要（Paul等人，2023年）。通过控制颗粒大小和分布或修改表面特性以减少颗粒间的吸引力，可以改善富含蛋白质的粉末的流动性（Stavrou等人，2020年；Sert等人，2021年）。在这种情况下，超声波（US）的应用成为一种有前景的替代方案，因为该技术已成功应用于液体和半液体食品的加工，包括牛奶和乳制品浓缩物（Lima等人，2026年）。其他新兴的非传统技术，如微波预处理，也在乳制品加工中得到了探索（Buchanan等人，2025年）。虽然微波加热能快速传递能量，但它伴随着热效应，如果控制不当，可能导致加热不均匀或局部蛋白质变性。相比之下，超声波的应用基于声空化现象，可以在较低温度下引起食品基质的有利物理和化学变化（Abesinghe等人，2019年；Pacheco等人，2023年）。最近的研究表明，超声波处理可以减小颗粒大小，尤其是脂肪颗粒的大小，从而形成更均匀的产品（Brito等人，2024年；Lima等人，2026年；Pacheco等人，2025a；Pacheco等人，2025b）。在适当的操作条件下，超声波在生产感官和功能质量更优的发酵食品方面被证明是有效的（Yu等人，2021年）。尽管发酵有助于产品的保存，但许多这类产品仍需要冷藏以确保微生物和感官稳定性（Santos等人，2021年）。在这种背景下，生产羊奶开菲尔粉末是一种可行的策略，具有延长保质期、便于储存和复水的优势（Teijeiro等人，2018年）。
生产乳制品粉末最常用的方法是喷雾干燥和冷冻干燥（冻干），尽管真空干燥也是一种选择（Chaturvedi等人，2021年）。真空干燥在低压和适中温度下进行，有助于保护热敏感化合物。然而，与喷雾干燥相比，它需要更长的处理时间（Kang等人，2025年）。然而，喷雾干燥由于受到强烈的机械、热和渗透力的影响，可能会对产品的物理化学、结构和技术功能性质产生负面影响（Teijeiro等人，2018年）。相比之下，冷冻干燥在低温和低压下进行，能更好地保护生物活性化合物、蛋白质结构和微生物活性，尽管其操作成本和处理时间较长。
Lima等人（2026年）的一项最新研究评估了不同处理时间（0–10分钟）和超声强度（30–90%）对羊奶的影响。作者观察到超声波引起了羊奶的结构变化，提高了胶体稳定性，并改善了发酵饮料的技术性能，包括更高的持水能力、减少的收缩率、更高的稠度指数和增强的剪切强度。然而，尽管食品技术有所进步，据我们所知，之前没有研究系统地探讨过在开菲尔发酵前对羊奶进行超声波预处理，并结合不同的干燥技术，重点研究所得粉末的结构-功能关系。因此，本研究的创新之处在于将超声波预处理与开菲尔发酵及随后的两种不同干燥方法相结合，全面评估了这些组合过程对羊奶开菲尔粉末的结构、物理化学和技术功能性质的影响。目的是了解超声波的应用如何影响最终产品的结构、物理化学和技术功能性质，同时保持其营养和功能质量。因此，这项工作旨在为开发高质量、高附加值的脱水乳制品的创新和可持续技术做出贡献。
章节片段
用超声波预处理羊奶并进行开菲尔发酵
原始羊奶的成分包括3.76%的蛋白质、3.25%的脂肪、0.89%的灰分和3.55%的碳水化合物，来自巴西米纳斯吉拉斯州科罗内尔帕谢科（Coronel Pacheco）的Caprilat公司，并在分析前保存在4°C下最多24小时。开菲尔使用丹麦Chr. Hansen公司的商业培养物eXact? KEFIR 12进行生产，由Chr. Hansen Indústria e Comércio Ltda.（瓦林霍斯，圣保罗州）提供，根据制造商的说明，在-20°C下保存直至使用。
对于超声波预处理，大约使用了500毫升的羊奶
超声波和干燥方法对开菲尔粉末结构特性的影响
图2显示了超声波和干燥方法对平均粒径（MPS）、多分散性指数（PDI）和ζ电位的影响。在不进行超声波预处理的情况下，与冻干相比，喷雾干燥产生的颗粒明显更小（减少了16.7%，p > 0.05），这可以归因于雾化过程和水的快速蒸发，这些因素有利于形成较大直径的颗粒
结论
本研究表明，超声波预处理有效改善了羊奶开菲尔粉末的技术性能，具体效果取决于干燥方法。喷雾干燥产生的粉末颗粒更小、更均匀，流动性更好；而冷冻干燥则更好地保持了乳酸菌的活性，并提高了孔隙率、溶解度以及持水能力和持油能力。超声波预处理进一步增强了两种干燥方法的积极效果
作者贡献声明
弗拉维安娜·科埃略·帕谢科（Flaviana Coelho Pacheco）：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，验证，方法学，形式分析。安娜·卡罗莱纳·坎波斯·迪亚斯（Ana Carolina Campos Dias）：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，形式分析。希亚斯米娜·席尔瓦·德梅德罗斯（Hiasmyne Silva de Medeiros）：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，形式分析。若泽·安东尼奥·德凯罗斯·拉费塔·朱尼奥尔（José Ant?nio De Queiroz Lafetá Junior）：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，可视化。保罗·恩里克·科斯塔·帕伊瓦（Paulo Henrique Costa Paiva）：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿
未引用的参考文献
Codex Alimentarius Commission, 2003; de Almeida等人，2024; dos Santos等人，2021; Gholamhosseinpour等人，2025; Haas等人，2024; Jafari等人，2017; Pugliese等人，2017; PUGLIESE等人，2017; Ratti，2001; Rosa和Prudencio，2023; Sert和Mercan，2021; Song等人，2022.
资助
作者感谢米纳斯吉拉斯研究基金会（FAPEMIG）在项目APQ-01782-23、PPE-00090-23/PPE-00079-24/PPE-00045-24以及米纳斯吉拉斯农业研究公司（EPAMIG）提供的财政支持。
利益冲突声明
? 作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。
