超高溫瞬時(shí)滅菌工藝優(yōu)化

文/周 穎 黃 銳

（中墾華山牧乳業(yè)有限公司）

牛乳作為一種天然的食物，富含多種氨基酸、維生素、微量元素等營(yíng)養(yǎng)成分，但同時(shí)也是微生物繁殖的理想環(huán)境，因此，殺菌是生乳加工過程中的重要步驟[1]。為了保證乳制品的衛(wèi)生要求，熱處理是最為常用的加工工藝，但熱處理對(duì)牛乳中的蛋白質(zhì)、乳糖和礦物質(zhì)鹽會(huì)造成不同程度的物理及化學(xué)變化，所以，熱處理研究對(duì)乳制品加工工業(yè)至關(guān)重要[2]。

比較溫和的熱處理方式，如巴氏殺菌，能較少地改變牛乳中的熱不穩(wěn)定物質(zhì)；而滅菌程度較強(qiáng)的高溫?zé)崽幚韯t會(huì)導(dǎo)致牛乳的穩(wěn)定性和膠體性發(fā)生較大變化[3]，使牛乳中的營(yíng)養(yǎng)成分受到損失[4，5]。生乳中最重要的活性蛋白包含乳過氧化物酶、乳鐵蛋白、α-乳白蛋白和β-乳球蛋白，它們具有多種功能特性和生物活性，研究最為廣泛和深入[6～8]。在高強(qiáng)度熱處理下，這些活性蛋白質(zhì)發(fā)生不同程度地變性，在同樣溫度條件下，使90.0%的β-乳球蛋白變性的加熱時(shí)間，短于使90.0%的α-乳白蛋白發(fā)生變性的時(shí)間，說明β-乳球蛋白的熱敏性高于α-乳白蛋白[9]。在高溫下，蛋白質(zhì)通過與其他分子的相互作用而發(fā)生聚集和化學(xué)修飾[10，11]。Pinto等[12]研究葡萄糖對(duì)熱處理（90 ℃處理24 h）誘導(dǎo)的β-酪蛋白和β-乳球蛋白聚集及聚集物的相對(duì)消化率的影響。結(jié)果表明，還原糖的存在明顯影響蛋白質(zhì)的熱誘導(dǎo)聚集，延緩β-乳球蛋白的動(dòng)態(tài)聚集，有利于共價(jià)結(jié)合β-酪蛋白聚集體的形成。此外，在葡萄糖存在下，兩種蛋白質(zhì)形成的聚集體對(duì)酶消化的抵抗力更強(qiáng)。本文利用利樂UHT殺菌機(jī)對(duì)生乳進(jìn)行不同強(qiáng)度的熱處理，通過初步探究糠氨酸含量、乳果糖、β-乳球蛋白的變化情況，為合理設(shè)定滅菌乳殺菌強(qiáng)度提供一定的參考。

1 材料與方法

1.1 主要試劑

糠氨酸標(biāo)準(zhǔn)品（肽純度72.6%），法國(guó)Polypeptide公司；β-乳球蛋白標(biāo)準(zhǔn)品，Sigma公司。

1.2 儀器與設(shè)備

1260 Infinity液相色譜儀，美國(guó)Agilent；Atlantis?RdC18色譜柱，美國(guó)Waters；Xbridge Protein BEH C4柱，美國(guó)Waters；Kjeltec 8400自動(dòng)凱氏定氮儀，丹麥FOSS；KQ5200V超聲波清洗器，昆山舒美超聲儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 乳果糖的測(cè)定

按照NY/T939—2016《巴氏殺菌乳和UHT滅菌乳中復(fù)原乳的鑒定》對(duì)乳果糖含量進(jìn)行檢測(cè)[13]。

表1 洗脫梯度

1.3.2 β-乳球蛋白的測(cè)定

液相色譜法檢測(cè)β-乳球蛋白[14]。

1.3.3 糠氨酸含量測(cè)定

對(duì)樣品中的糠氨酸含量按照如下步驟進(jìn)行測(cè)定[13]。

（1）樣品水解液準(zhǔn)備

取2.00 mL樣品，置于密閉耐熱試管中，加入10.60 mol/L鹽酸溶液6.00 mL，混勻。密閉試管置于110 ℃烘箱中加熱水解，加熱約1 h后，輕輕搖動(dòng)試管，繼續(xù)加熱17～20 h。加熱結(jié)束后，將試管從干燥箱中取出，冷卻后用濾紙過濾，濾液供測(cè)定。

（2）樣品中蛋白質(zhì)含量測(cè)定

取2.0 mL樣品水解液，按GB 5009.5—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中蛋白質(zhì)的測(cè)定》的要求進(jìn)行檢測(cè)[15]。

（3）糠氨酸標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液和標(biāo)準(zhǔn)工作溶液的制備

糠氨酸標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液（500.00 mg/L）：稱取6.89 mg糠氨酸標(biāo)準(zhǔn)品，用3.00 mol/L鹽酸溶液溶解并定容至10.00 mL，即制得500.00 mg/L的糠氨酸標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液。

糠氨酸標(biāo)準(zhǔn)工作溶液（2.00 mg/L）：移取100.00 μL糠氨酸標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液于25.00 mL容量瓶，用3.00 mol/L鹽酸溶液溶解并定容，即制得2.00 mg/L的糠氨酸標(biāo)準(zhǔn)工作溶液。

（4）液相色譜檢測(cè)

移取1.00 mL樣品水解液，加入6.00 g/L乙酸銨溶液5.00 mL，混勻，過0.22 μm水相濾膜，濾液供上機(jī)測(cè)定。

采用Agilent液相色譜儀分析；Atlantis○RdC18色譜柱，4.60 mm×250.00 mm×5.00 μm粒徑；Agilent G7114A紫外檢測(cè)器；柱溫32 ℃；波長(zhǎng)280 nm；0.10%三氟乙酸溶液為流動(dòng)相A，甲醇為流動(dòng)相B；進(jìn)樣量10.00 μL。洗脫梯度如表1所示。

（5）糠氨酸含量計(jì)算

糠氨酸含量以質(zhì)量分?jǐn)?shù)F計(jì)，數(shù)值以mg/100 g蛋白質(zhì)表示。

公式1中At為樣品中糠氨酸峰面積的數(shù)值；Astd為糠氨酸標(biāo)準(zhǔn)溶液中糠氨酸峰面積的數(shù)值；Cstd為糠氨酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度，單位為mg/L；D為測(cè)定時(shí)稀釋倍數(shù)（D=6）；M為樣品水解液中蛋白質(zhì)濃度，單位為g/L。

1.3.4 試驗(yàn)方法

通過設(shè)定UHT殺菌機(jī)參數(shù)，對(duì)生乳分別進(jìn)行不同程度的熱處理。

（1）對(duì)生乳進(jìn)行75 ℃/15.00 s加熱抑菌后，再進(jìn)行138 ℃/5.16 s熱處理，取樣檢測(cè)糠氨酸、乳果糖、β-乳球蛋白含量。

（2）對(duì)生乳進(jìn)行75 ℃/15.00 s加熱抑菌后，再進(jìn)行137 ℃/5.16 s熱處理，取樣檢測(cè)糠氨酸、乳果糖、β-乳球蛋白含量。

（3）對(duì)生乳進(jìn)行75 ℃/15.00 s加熱抑菌后，再進(jìn)行137 ℃/4.26 s熱處理，取樣檢測(cè)糠氨酸、乳果糖、β-乳球蛋白含量。

（4）直接對(duì)生乳進(jìn)137 ℃/4.26 s殺菌，取樣檢測(cè)糠氨酸、乳果糖、β-乳球蛋白含量。

（5）直接對(duì)生乳進(jìn)80 ℃/15.00 s殺菌，取樣檢測(cè)糠氨酸、乳果糖、β-乳球蛋白含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 生乳熱處理后指標(biāo)見表2

2.2 糠氨酸含量的變化

不同殺菌強(qiáng)度下糠氨酸含量的變化見圖1。

通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，糠氨酸含量隨著熱處理強(qiáng)度的降低而降低。UHT殺菌溫度降低1 ℃，糠氨酸含量降低6.20 mg/100 g蛋白質(zhì)；UHT殺菌時(shí)間縮短0.90 s，產(chǎn)品糠氨酸含量降低14.20 mg/100 g蛋白質(zhì)；取消UHT之前的預(yù)巴氏殺菌，產(chǎn)品糠氨酸含量降低32.50 mg/100 g蛋白質(zhì)。通過樣品4中UHT工藝優(yōu)化，可使糠氨酸含量降低53.30 mg/100 g蛋白質(zhì)，降低32.70%。

表2 生乳熱處理后指標(biāo)

圖1 不同熱處理強(qiáng)度下的糠氨酸含量變化

圖2 不同熱處理強(qiáng)度下的乳果糖含量變化

2.3 乳果糖含量的變化

不同殺菌強(qiáng)度下乳果糖含量的變化見圖2。

通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，乳果糖含量隨著熱處理強(qiáng)度的降低而降低。UHT殺菌溫度降低1 ℃，產(chǎn)品乳果糖含量降低76.80 mg/L；UHT殺菌時(shí)間縮短0.90 s，產(chǎn)品乳果糖含量降低51.60 mg/L；取消UHT之前的預(yù)巴氏殺菌，產(chǎn)品乳果糖含量降低62.30 mg/L。通過樣品4中UHT工藝優(yōu)化，可使乳果糖含量降低190.70 mg/L，降低37.40%。

2.4 β-乳球蛋白含量的變化

不同殺菌強(qiáng)度下β-乳球蛋白含量的變化見圖3。

通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，β-乳球蛋白含量隨著熱處理強(qiáng)度的降低而升高。UHT殺菌溫度降低1 ℃，產(chǎn)品β-乳球蛋白含量無(wú)明顯增加；UHT殺菌時(shí)間縮短0.90 s，β-乳球蛋白含量增加34.10 mg/kg；取消UHT之前的預(yù)巴氏殺菌，β-乳球蛋白含量增加16.60 mg/kg。通過對(duì)樣品4的UHT工藝優(yōu)化，可使β-乳球蛋白含量較樣品1處理后的含量增加50.40 mg/kg，增加86.70%。

3 小結(jié)

糠氨酸和乳果糖是生乳加熱過程中的副產(chǎn)品，加熱強(qiáng)度越高，其含量越高，本文研究表明，通過UHT工藝優(yōu)化，可使糠氨酸含量降低32.70%，乳果糖含量降低37.40%。

圖3 不同熱處理強(qiáng)度下的過β-乳球蛋白含量變化

β-乳球蛋白是牛乳乳清蛋白的主要成分，約占牛乳總蛋白的12.00%，β-乳球蛋白可作為視黃醇的載體，使其免受氧化并將其從胃運(yùn)輸?shù)叫∧c，在小腸將視黃醇轉(zhuǎn)給視黃醇蛋白；同時(shí)β-乳球蛋白還能和游離脂肪酸結(jié)合，減少游離脂肪酸對(duì)脂肪酶的抑制作用，可以促進(jìn)脂質(zhì)分解。國(guó)際乳業(yè)聯(lián)合會(huì)（IDF）規(guī)定巴氏殺菌乳和高溫巴氏殺菌乳中可溶性β-乳球蛋白的質(zhì)量濃度應(yīng)分別大于2 600.00 mg/L和2 000.00 mg/L，UHT乳中可溶性β-乳球蛋白濃度應(yīng)高于50.00 mg/L[16]。加熱對(duì)β-乳球蛋白的結(jié)果和含量產(chǎn)生重要的影響，因此，β-乳球蛋白可以作為牛奶熱加工質(zhì)量評(píng)價(jià)的一種指標(biāo)，在不同熱加工處理下β-乳球蛋白的含量能夠反映熱處理強(qiáng)度。本文研究表明，80 ℃、15.00 s的熱處理下，β-乳球蛋白含量可達(dá)2 194.80 mg/kg，而通過UHT工藝優(yōu)化，β-乳球蛋白含量為108.50 mg/kg，較經(jīng)75 ℃、15.00 s預(yù)巴氏，138 ℃、5.16 s的熱處理后的含量增長(zhǎng)了86.70%。通過實(shí)驗(yàn)證明，熱處理過程中乳成分會(huì)發(fā)生各種變化，處理方法會(huì)直接影響最終產(chǎn)品的功能特性。本文的研究可對(duì)UHT殺菌溫度提供一定的參考。