超高温灭菌乳凝胶化机制解析：成分变化与蛋白质组学特征揭示品质调控新靶点

《Food Research International》：Unraveling gelation in ultra-high-temperature sterilized milk: compositional changes and proteomic characterization

本文首次通过理化表征与蛋白质组学（proteomics）系统解析UHT灭菌乳贮藏期凝胶化（gelation）机制，发现纤溶酶系统（plasmin）失调、钙结合蛋白（如S100-A12）介导的离子释放及脂代谢紊乱（如载脂蛋白A-II/E上调）协同驱动酪蛋白水解与凝胶网络形成，为早期预测乳品品质劣变提供了新型生物标志物。

　　

Highlight

超高温（UHT）灭菌乳的凝胶化是贮藏期间最严重的品质问题。尽管内源性酶活性被公认为诱因之一，但酪蛋白胶束失稳和凝胶网络形成的精确分子机制尚未完全阐明。本研究首次对UHT乳凝胶化相关的潜在生物标志物进行了理化表征和蛋白质组学鉴定。研究发现纤溶酶系统（plasmin）失调会加速酪蛋白水解，同时伴随酸度升高、粒径增大和粘度上升等理化变化。蛋白质组学共鉴定到247种蛋白质，其中113种存在差异表达。这些蛋白主要涉及纤溶酶系统相关蛋白、钙结合蛋白及脂代谢调节因子。纤溶酶系统失调（包括α-2-抗纤溶酶、α-2-巨球蛋白和丝氨酸蛋白酶抑制剂A3–8等纤溶酶抑制剂活性降低）被确定为促进酪蛋白水解和凝胶网络形成的核心机制。钙结合蛋白（如S100-A12、膜联蛋白A1和钙网蛋白）通过介导钙离子释放与再捕获，显著促进蛋白质聚集和凝胶化；其中S100-A12可能在凝胶网络构建中发挥关键作用。脂代谢紊乱（如载脂蛋白A-II/E上调）会加剧脂肪球聚集，与沉淀蛋白形成不可逆凝胶。这些发现不仅深化了对贮藏过程中蛋白质不稳定性的理解，也为早期检测凝胶化风险提供了潜在生物标志物。

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样品采集

六批商业无菌包装的UHT灭菌乳均采购自本地乳企。其中三批产品（实验组GM, GM1-GM3）在保质期内出现沉淀和凝胶现象且未进入销售渠道，另三批同源产品（灭菌工艺相同：137?°C?±?2?°C，4–6?s）品质正常作为对照组（NM, NM1-NM3）。所有样品均在25?°C室温下贮藏。

UHT乳的感官与视觉品质

食品品质异常通常表现为可察觉的异味和可见的理化变化（如非期望褐变、沉淀或凝胶化）。其中视觉特征的变化尤为直观，颜色和外观的异常往往先于凝胶化等严重问题的出现。不同样品的视觉特征如图1所示（注：图示已省略）。不稳定样品（GM）失去乳白色光泽，呈现轻微黄变并出现絮凝颗粒，而正常样品（NM）始终保持均匀乳白色。凝胶化样品底部可见致密蛋白沉淀，倾倒时呈现典型凝胶状粘稠结构。

讨论

UHT灭菌乳通常具有6个月保质期，因其储运便利性已成为乳制品市场主导产品。但贮藏期间可能因原料乳质量波动、加工偏差、包装缺陷或储存条件不佳导致理化劣变。其中凝胶化是UHT乳贮藏期最严重的缺陷，表现为致密蛋白沉淀和粘弹性凝胶网络形成。本研究通过整合理化分析与蛋白质组学，揭示凝胶化是蛋白质水解、胶束结构破坏和脂代谢紊乱等多维度因素协同作用的结果。纤溶酶系统失调直接引发κ-酪蛋白和β-酪蛋白降解，破坏胶束稳定性；钙结合蛋白通过调控Ca²⁺动态平衡促进蛋白交联；脂代谢相关蛋白异常则加速脂肪球膜破裂，与变性蛋白共沉淀形成不可逆凝胶网络。

Conclusions

UHT乳凝胶化是多重机制协同作用的结果，涉及蛋白水解、胶束结构破坏和脂代谢紊乱等多维度因素。通过系统比较正常与凝胶化UHT乳的品质特征和蛋白质组谱，本研究阐明了核心劣变机制：包括pH值和ζ电位降低、粒径与粘度升高等关键理化变化，以及纤溶酶系统失调、钙信号通路异常和脂代谢紊乱等分子事件。这些发现为开发早期预警生物标志物和优化UHT乳品质控制策略提供了理论依据。