高蛋白即飲飲料的受歡迎程度顯著提升，這得益于生活方式的變化以及消費者（如運動員和有特殊營養(yǎng)需求的人群，包括需要營養(yǎng)支持的臨床患者）的興趣增加（Agarwal等人，2015年；Arenas-Jal等人，2020年），以及面臨肌肉減少癥的老年人群體（Arenas-Jal等人，2020年）。這一趨勢促使乳制品行業(yè)開發(fā)出蛋白質(zhì)濃度更高的產(chǎn)品，超過了傳統(tǒng)標準（Abdallah等人，2022年），因為牛奶衍生物因其良好的口感而受到青睞。

牛奶粉被廣泛用于高蛋白乳制品的制備（Lagrange等人，2015年）。其生產(chǎn)方式有助于保存蛋白質(zhì)成分，提高牛奶資源的利用率，并降低運輸和儲存成本。此外，在沒有新鮮液態(tài)牛奶的情況下，牛奶粉可以在當?shù)刂匦屡渲疲瑸槎喾N乳制品的開發(fā)提供了便捷且多用途的原料（Walstra等人，2006年）。

重新配制后的高蛋白乳制品需要滿足多項技術性能要求：盡管蛋白質(zhì)濃度較高，但粘度仍需保持在適宜飲用范圍內(nèi)；同時，為確保長期儲存穩(wěn)定性（通常在室溫下可保存9個月），沉降現(xiàn)象必須得到控制。此外，微生物安全性和長期穩(wěn)定性要求產(chǎn)品能夠承受高溫處理（如超高溫殺菌UHT處理）（Abdallah等人，2022年，2023年）。

出于這些原因，以及牛奶粉提供必需氨基酸的營養(yǎng)價值，大多數(shù)乳制品制造商試圖在中性pH條件下在高蛋白飲料中添加高濃度的酪蛋白（CN）粉末。在牛奶中，酪蛋白約占總蛋白質(zhì)的80%，其余20%為乳清蛋白。牛奶中的主要酪蛋白有四種：αS1-CN（40%）、β-CN（35%）、κ-CN（15%）和αS2-CN（10%）（Broyard & Gaucheron，2015年）。酪蛋白通過蛋白質(zhì)間的相互作用以及膠體磷酸鈣（CCP）納米簇的橋接作用形成膠體酪蛋白微粒（Dalgleish & Corredig，2012年）。

已知酪蛋白微粒（CM）具有很高的熱穩(wěn)定性，這種穩(wěn)定性得益于微粒表面κ-CN層之間的空間位阻和靜電排斥作用（Walstra，1990年）。CM的穩(wěn)定性還受到疏水作用和靜電相互作用、CCP的存在以及κ-CN鏈提供的空間屏障的影響（Walstra等人，2006年）。然而，熱處理會改變牛奶中的礦物質(zhì)平衡。這是由于磷酸鈣的溶解度隨溫度變化而變化，導致可溶性鈣和磷酸根離子沉淀，并與CM結合（Broyard & Gaucheron，2015年）。這些離子會形成不溶性的磷酸鈣沉淀物，可能沉積在微粒表面或形成新的大顆粒（Beliciu等人，2012年；Broyard & Gaucheron，2015年；Walstra等人，2006年）。雖然這些變化在較低溫度（低于95°C）下是可逆的，但在高溫殺菌條件下（高于120°C）則變得不可逆（Broyard & Gaucheron，2015年；Fox，1981年；Holt，1985年）。此外，高溫處理還會引起分子層面的其他不可逆變化，如磷酸絲氨酸殘基的水解、乳糖的降解以及κ-酪蛋白和其他酪蛋白從微粒結構中的分離（Fox，1981年；Gaucheron，2005年；Walstra等人，2006年）。這些變化的累積效應會導致微粒結構不穩(wěn)定，進而形成可見的大顆粒或使產(chǎn)品凝膠化。牛奶抵抗這種變化的能力稱為熱穩(wěn)定性，而在特定溫度下發(fā)生凝固所需的時間稱為熱凝固時間（HCT，Walstra等人，2006年）。

酪蛋白微粒的結構也容易受到物理化學環(huán)境變化的影響，因為其關鍵穩(wěn)定成分CCP對pH值敏感。因此，通過添加陽離子或螯合劑改變pH值或離子平衡可能會破壞CCP的結構，從而導致微粒不穩(wěn)定（Gaucheron，2005年）。

微膠體酪蛋白分離物（MCI）是一種在高蛋白食品工業(yè)中廣泛應用的高蛋白乳制品原料，因其富含酪蛋白（Whitt等人，2022年）。MCI的生產(chǎn)過程包括脫脂牛奶的微濾（MF）和噴霧干燥步驟。MCI粉末的一個顯著特點是能夠保持酪蛋白微粒的天然結構。

富含酪蛋白的粉末的重新水合能力是一個關鍵的功能特性。與血清蛋白相比，這類粉末需要更長的水合時間；參考研究表明，室溫下需要220-300分鐘才能恢復微粒的天然尺寸（Nasser等人，2017年；Richard等人，2013年）。這一缺點限制了它們的功能性能，也限制了其在食品工業(yè)中的應用（Dudi & Khatkar，2023年；Wu等人，2019年；Yanjun等人，2014年）。牛奶粉末的水合行為受多種物理化學和結構參數(shù)的共同影響。溫度是一個主要因素，但其影響還受到pH值、可溶性成分、蛋白質(zhì)濃度和結構以及系統(tǒng)中礦物質(zhì)鹽分布的調(diào)節(jié)（Fournaise等人，2021年；Garcia等人，2023年；Gazi & Huppertz，2015年；Nasser等人，2017年；Richard等人，2013年；Xin等人，2024年）。為了加速水合過程，工業(yè)上常用的方法是將固液分散體系加熱至約50°C并持續(xù)攪拌1小時。這種溫度依賴性的方法對于促進酪蛋白微粒的快速溶解和完全分散至關重要，因為溶解度和反應動力學受水溫和酪蛋白與鈣之間的溫度敏感相互作用的影響（McSweeney等人，2021年；Zhong等人，2025年）。已有大量研究探討了牛奶蛋白濃縮物（MPC）粉末的溶解性質(zhì)（Anema等人，2006年；Fang等人，2010年；Havea，2006年）。研究表明，鈣螯合可以改善富含酪蛋白的粉末的水合性能（Power等人，2020年）。相關研究還探討了鈣螯合的機制及其對噴霧干燥酪蛋白粉末物理化學性質(zhì)和水合行為的影響。這些研究強調(diào)了開發(fā)改性酪蛋白粉末的潛力，并指出了更好地理解鈣在膠體和血清相中作用的必要性。

為了解決富含酪蛋白粉末的高蛋白飲料的高粘度問題，一些研究指出對酪蛋白濃縮物或粉末進行部分脫礦（脫礦程度約為10%）可以降低粘度（De Kort等人，2011年；Nogueira等人，2023年）。遺憾的是，這些研究并未提供關于凝固時間和沉降時間的數(shù)據(jù)，而這些是重要的技術性能指標。盡管已有大量關于CM的研究，但這些研究大多分別針對天然或部分脫礦的粉末進行單獨分析。許多研究集中在分析個別物理化學變化上，如可溶性鈣含量（Crowley等人，2014年）、蛋白質(zhì)解離（Xu等人，2016年）或熱凝固時間（Kommineni等人，2022年；Sunkesula等人，2021年）。然而，目前仍存在一個重要空白：據(jù)我們所知，尚無研究直接比較在嚴格匹配總鈣含量、pH值和蛋白質(zhì)負荷等關鍵參數(shù)的情況下，天然和部分脫礦分散體系之間的差異。這種直接的比較方法至關重要，因為最新研究表明，即使只是部分去除CCP也會顯著改變微粒的功能（Broyard & Gaucheron，2015年；Koutina等人，2015年；Lucey & Fox，1993年；Nogueira等人，2020年；Silva等人，2013年）。因此，在使用天然或脫礦酪蛋白粉末強化飲料時（例如添加10 mM的鈣），配方師可能會遇到不確定性，因為鈣離子在CCP網(wǎng)絡和可溶相中的分布可能不同。這可能會影響粘度、HCT、加工可行性，以及與UHT設備污染相關的環(huán)境和經(jīng)濟成本，還有沉降時間。制造商必須嚴格控制這些參數(shù)，以避免高蛋白飲料開發(fā)中的問題。

為了填補這一知識空白，我們嚴格評估了兩種不同的酪蛋白粉末，在使它們的蛋白質(zhì)含量（10% w/w）和鈣濃度相同的情況下進行了對比。具體來說，我們將每種10%（w/w）的蛋白質(zhì)分散體系調(diào)整至三種精確的鈣濃度（72、74和77 mM，pH 6.9 ± 0.1），并在50°C下監(jiān)測了1小時水合過程中的可溶性鈣動態(tài)。此外，還制備了一種50:50 w/w的酪蛋白混合物，用于直接比較熱凝固時間和相應的血清鈣含量測定。隨后進行了模擬巴氏殺菌的熱處理（72°C，15秒），并測量了HCT。同時，在熱處理前后還評估了顆粒大小分布、表觀粘度和沉降現(xiàn)象，以更全面地了解脫礦和熱應力對酪蛋白結構和聚集的影響。我們假設具有完整CCP骨架的天然酪蛋白會與脫礦酪蛋白不同地重新吸附添加的Ca²⁺。此外，還研究了可溶性鈣含量與表觀粘度、膠體穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性之間的相關性。