想象一下，你是一位乳品工程师，正致力于开发一款新型的、质地更佳的功能性干酪或酸奶。传统的原料，比如低热脱脂奶粉，虽然常用，但其凝乳特性——无论是依靠凝乳酶（制作切达干酪等）还是依靠酸（制作酸奶或夸克干酪）形成凝胶——往往受到原料奶中成分，特别是乳清蛋白的影响。热处理会使乳清蛋白变性并与酪蛋白结合，可能延缓凝乳或改变凝胶结构。那么，有没有一种方法能更“纯净”地富集牛奶中真正形成凝胶的主角——酪蛋白，并通过对加工条件的调控来“定制”我们想要的凝乳特性呢？
膜分离技术，特别是微滤（Microfiltration, MF），为此提供了可能。微滤能够像筛子一样，让乳清蛋白、乳糖等小分子物质透过膜孔，而将体积较大的酪蛋白胶束截留浓缩，得到所谓的胶束酪蛋白浓缩物（Micellar Casein Concentrate, MCC）。这就像是把牛奶中构建凝胶网络的“主力军”酪蛋白更集中地提取出来。然而，微滤操作本身有个关键变量——温度。工业上常用热微滤（约45-55°C）以保证过滤通量，但低温（如≤20°C甚至更低）微滤能减少膜污染，并且有一个意想不到的效果：在低温下，酪蛋白胶束中的β-酪蛋白（β-CN）和胶体磷酸钙（Colloidal Calcium Phosphate, CCP）会部分解离进入乳清相，从而在微滤过程中随渗透液流失。这就导致了冷微滤得到的MCC其β-酪蛋白和CCP含量相对较低，酪蛋白胶束的组成和结构可能发生改变。这种组成和结构的差异，是否以及如何影响MCC最终的凝乳特性，进而影响以其为原料的干酪或酸奶的品质，成为了研究人员关注的核心问题。
为了解决这一问题，发表在《Journal of Dairy Science》上的这项研究，系统比较了以低热脱脂奶粉（LHSMP）为对照，冷、热微滤制备的MCC（包括实验室规模和试点工厂规模生产的液态样品和喷雾干燥粉末）在重构后，其凝乳酶诱导和酸诱导的凝固特性。
为了开展这项研究，作者们运用了几个关键技术方法：首先，他们分别利用试点工厂规模的陶瓷膜和聚合物膜系统，以及实验室规模的聚合物膜系统，在不同的温度条件下（冷微滤约4-8.5°C，热微滤47-50°C）对原料脱脂奶或复原脱脂奶进行微滤和渗滤，制备出冷、热MCC的液态浓缩物和喷雾干燥粉末。其次，他们采用标准的化学方法（如凯氏定氮法）和仪器（MilkoScan）分析了所有样品的蛋白质组成，特别是酪蛋白占总蛋白的比例。接着，利用十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳（SDS-PAGE）和尿素-聚丙烯酰胺凝胶电泳（Urea-PAGE）分析了样品的蛋白质谱和酪蛋白谱，重点关注乳清蛋白残留、β-酪蛋白解离以及酪蛋白水解情况。凝乳酶凝乳特性通过改良的Berridge法测定凝乳时间（Rennet Coagulation Time, RCT），并通过流变仪的小振幅振荡测量动态监测凝胶形成过程中储能模量（G′）的变化，以确定凝胶形成时间（Tg，G′≥1 Pa的时间点）和最终凝胶强度（60分钟时的G′值）。酸凝乳特性则通过添加葡萄糖酸-δ-内酯（Glucono-δ-lactone, GDL）模拟缓慢酸化过程，同样利用流变仪监测G′随pH值的变化，确定凝胶点pH（G′=1时的pH），并观察G′随酸化的变化趋势。此外，研究还使用质构分析仪对酸诱导凝胶在特定pH值（pH 5.0和4.6）下的硬度进行了测定，并利用共聚焦激光扫描显微镜（Confocal Laser Scanning Microscopy, CLSM）观察了酸凝胶的微观结构。
组成
所有微滤浓缩物的酪蛋白占总蛋白的比例均高于低热脱脂奶粉，证实了微滤有效去除了乳清蛋白。实验室规模的液态微滤浓缩物酪蛋白比例高于试点工厂规模的喷雾干燥粉末，可能与渗滤次数和膜类型差异有关。冷微滤浓缩物中β-酪蛋白的减少程度（试点工厂规模降低4.25%，实验室规模降低40.3%）高于热微滤浓缩物，这与低温下β-酪蛋白从胶束中解离并随渗透液流失的特性一致。
蛋白质谱
SDS-PAGE显示所有微滤浓缩物的乳清蛋白（β-乳球蛋白β-LG和α-乳白蛋白α-LA）条带强度均低于低热脱脂奶粉，且低热脱脂奶粉中存在热诱导的κ-酪蛋白/β-乳球蛋白聚集体。Urea-PAGE显示热微滤浓缩物中β-酪蛋白水解片段（如β-CN (f106–209)）的水平高于冷微滤浓缩物，可能与热微滤温度更接近纤溶酶最适温度（约37°C）导致纤溶酶活性较高有关，而冷微滤过程中β-酪蛋白及其水解片段的解离流失也是原因之一。
凝乳酶凝乳特性
在相同酪蛋白含量下，所有微滤浓缩物的凝乳时间（RCT）和凝胶形成时间（Tg）均显著短于低热脱脂奶粉，而60分钟时的凝胶强度（G′值）则显著更高。这归因于微滤浓缩物中乳清蛋白（无论是天然还是变性）含量较低，减少了其对κ-酪蛋白酶切和副酪蛋白胶束聚集的空间位阻效应。在酪蛋白含量相近的情况下，冷微滤浓缩物的凝乳时间和凝胶形成时间长于热微滤浓缩物。研究人员认为，这是由于冷微滤浓缩物中β-酪蛋白的耗竭导致κ-酪蛋白占总酪蛋白的比例相对升高，需要更长时间酶切才能达到触发聚集的临界点；同时，β-酪蛋白的耗竭可能使胶束结构更为松散、水合程度增加，也可能影响凝乳。液态微滤浓缩物（尤其是冷微滤）的凝乳特性通常优于对应的复原粉末，可能与粉末复原后体系中残留的少量乳清蛋白或其他成分的轻微影响有关。
酸凝乳特性
所有微滤浓缩物开始形成酸诱导凝胶的pH值均大于5.0，显著高于低热脱脂奶粉的凝胶pH值（约4.7-4.9）。这表明去除乳清蛋白后，酪蛋白胶束在更高的pH下即可发生聚集。所有热微滤浓缩物（无论是陶瓷膜还是聚合物膜制备）在酸化过程中（约pH 5.1处）均出现一个明显的G′拐点，即G′值先达到一个峰值，随后下降，直至pH 4.6。而冷微滤浓缩物和低热脱脂奶粉则没有出现这种拐点。这种拐点可能与凝胶网络的结构重排有关，例如CCP的释放、酪蛋白水合以及凝胶结构的压实。冷微滤浓缩物中CCP含量显著低于热微滤浓缩物，可能是其缺乏G′拐点的原因。在pH 4.6时，冷微滤浓缩物（尤其是试点工厂规模的PpCR）形成的酸凝胶其G′值最高，显著高于低热脱脂奶粉和热微滤浓缩物。
质构分析
在pH 5.0时，所有微滤浓缩物形成的酸凝胶其硬度均高于低热脱脂奶粉，证实了其在更高pH下凝胶的能力。在pH 4.6时，热微滤浓缩物（PcWR, PpWR）的凝胶硬度显著低于其在pH 5.0时的硬度，这与流变学观察到的G′值下降趋势一致，支持了凝胶网络重排的假设。而低热脱脂奶粉和冷微滤浓缩物（PpCR）在pH 4.6时的硬度则高于pH 5.0。
微观结构
共聚焦激光扫描显微镜图像显示，在pH 5.0时，只有热微滤浓缩物已经形成了连续的三维蛋白质网络结构，而低热脱脂奶粉和冷微滤浓缩物尚未形成明显凝胶网络，这直观解释了为何热微滤浓缩物在pH 5.0时已有较高的G′值和硬度。在pH 4.6时，低热脱脂奶粉形成致密的凝胶网络，冷微滤浓缩物（PpCR）则形成孔径较大的粗糙网络结构，热微滤浓缩物的网络结构也清晰可见。
本研究得出结论，通过微滤制备的胶束酪蛋白浓缩物，由于其乳清蛋白含量低，在凝乳酶凝乳和酸凝乳方面均表现出优于传统低热脱脂奶粉的特性，如更短的凝乳时间、更高的凝胶强度和更高的凝胶pH值。冷、热微滤由于对β-酪蛋白和胶体磷酸钙的保留程度不同，导致所得MCC的凝乳特性存在差异：热微滤MCC凝乳酶凝乳更快，但酸凝乳过程中会出现凝胶强度拐点；冷微滤MCC凝乳酶凝乳稍慢，但能形成最终强度更高的酸凝胶，且无拐点现象。这些发现表明，通过选择不同的微滤温度，可以定制化生产具有特定凝乳特性的MCC原料，从而为开发不同质构和功能特性的干酪（如利用热微滤MCC加速凝乳）、酸奶（如利用冷微滤MCC获得更坚实的凝胶）或其他乳凝胶制品提供了新的原料选择和工艺理论依据。该研究深化了对膜分离产物功能特性的理解，对乳制品工业中精准调控产品品质具有重要意义。
