基于牛奶的熱處理加工工藝變化比較分析

郭利亞，杜兵耀，趙廣英，張養(yǎng)東，張 偉，武旭芳，張曉建

1 河南科技學(xué)院，河南新鄉(xiāng) 453003

2 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所，北京 100193

3 河南花花牛乳業(yè)集團(tuán)，河南鄭州 450000

0 引言

隨著食品工業(yè)和科技的發(fā)展，乳制品加工熱處理工藝持續(xù)變化和進(jìn)步，我國奶業(yè)行業(yè)對(duì)外開放和技術(shù)融合度不斷加深。近年來，國內(nèi)乳制品市場(chǎng)新品涌現(xiàn)，有低溫、常溫等液態(tài)奶產(chǎn)品，也有奶粉、乳酪等干乳制品。特別是延長(zhǎng)貨架期的低溫液態(tài)奶的出現(xiàn)，引起人們對(duì)乳制品加工的密切關(guān)注。牛奶的熱處理加工工藝不同，對(duì)應(yīng)生產(chǎn)不同類型乳制品產(chǎn)品。牛奶的熱處理加工工藝，直接影響牛奶中營養(yǎng)物質(zhì)種類和含量的變化，特別是熱敏性的生物活性成分[1]。全球新冠肺炎疫情發(fā)生以來，牛奶等乳制品因其較高、較優(yōu)質(zhì)的營養(yǎng)價(jià)值，消費(fèi)需求持續(xù)增加，人們對(duì)牛奶及其生產(chǎn)技術(shù)的關(guān)注度也越來越高。隨著行業(yè)內(nèi)外探討和交流日益增多，筆者對(duì)國際國內(nèi)通行的熱處理技術(shù)和方法進(jìn)行歸納、整理和分析，比較牛奶熱處理工藝變化，為進(jìn)一步了解牛奶生產(chǎn)，研究乳制品熱處理加工技術(shù)等提供參考。

1 乳的來源及加工

1.1 乳的來源和牛奶生產(chǎn)

傳統(tǒng)可提供人類作為食物的乳汁，主要的奶畜品種，有牛（羊）、駝、馬（驢）、鹿四個(gè)種類。不同奶畜分泌的乳汁，滋氣味、乳固形物、乳脂肪、乳蛋白、乳糖、礦物質(zhì)、維生素等成分含量各不相同。特別是乳脂肪中飽和、不飽和脂肪酸比例，乳蛋白中酪蛋白、乳清蛋白比例等差異較大，其中的生物活性物質(zhì)差異更大[1，2]。因此，不同奶畜的乳汁，需要與之相匹配的熱處理加工工藝，才能滿足或達(dá)到商品生產(chǎn)的要求。

世界范圍看，可食用的乳的來源比較廣，其中牛奶產(chǎn)量占比最大[3]。世界上存欄最多的奶畜品種是牛，牛奶生產(chǎn)量大，消費(fèi)多，分布廣泛。同樣，我國奶類產(chǎn)量最大的是牛奶，主要來自荷斯坦牛[4]。根據(jù)我國乳品國家安全等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，乳制品主要以?；蜓蚰虨樵?，而牛奶的產(chǎn)量占絕對(duì)的主導(dǎo)。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2019年，全國奶類產(chǎn)量3297.6萬噸，其中牛奶3201.0萬噸，牛奶產(chǎn)量占奶類總產(chǎn)量的97.9%[5]。2020年，我國牛奶產(chǎn)量3440.0萬噸，同比增長(zhǎng)7.5%。因此，本文討論熱處理工藝主要針對(duì)牛奶。

1.2 牛奶的加工要求

牛奶熱處理工藝與牛奶核心價(jià)值功能緊密關(guān)聯(lián)，奶業(yè)發(fā)展的理論和實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，牛奶中的鈣與蛋白質(zhì)是牛奶的基礎(chǔ)營養(yǎng)屬性，而天然活性物質(zhì)才是牛奶的核心價(jià)值載體，但其受熱易發(fā)生失活或產(chǎn)生損傷[6]。然而，用于生產(chǎn)乳制品的生乳中會(huì)存在對(duì)人類身體健康有害的致病菌，為保證食用安全，需通過熱加工處理進(jìn)行殺滅，降低或消除人類乳源性疾病發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。

奶業(yè)生產(chǎn)的目的是消費(fèi)者的健康，牛奶真正作用在于保障人類健康的能力，這是奶業(yè)的價(jià)值本源[7]。因此，牛奶熱處理工藝需要圍繞其真正價(jià)值發(fā)揮作用，減弱、降低或抑制，甚至違反奶業(yè)真正價(jià)值的熱處理工藝都存有一定缺憾，需要審視和改進(jìn)。同時(shí)，也要看到，牛奶熱處理工藝是輔以實(shí)現(xiàn)奶業(yè)真正價(jià)值的一種手段、方式或方法。對(duì)于牛奶健康價(jià)值屬性而言，生乳起著基礎(chǔ)作用，生乳本身的質(zhì)量或等級(jí)決定著乳制品的品質(zhì)，而熱處理工藝是在生乳條件下的質(zhì)量安全加工配置選擇。

生產(chǎn)實(shí)踐中，從液態(tài)奶產(chǎn)品的加工工藝來看，盡管食品添加劑的使用、包裝材料的變化和商品名稱的多樣化，表面上新產(chǎn)品層出不窮，但實(shí)際的加工生產(chǎn)技術(shù)，即牛奶熱處理工藝沒有大的或根本變化。目前，嚴(yán)格來看，生產(chǎn)中使用巴氏殺菌（也稱巴氏消毒）、高溫殺菌（包括有巴氏高溫殺菌、超巴氏殺菌、過巴氏殺菌）和高溫滅菌等牛奶熱處理工藝，一定程度上存在偏離原有標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范的現(xiàn)象，表現(xiàn)在“超強(qiáng)度加熱”或“過度加熱”的情況[8]，易給奶業(yè)市場(chǎng)培育和奶業(yè)持續(xù)健康發(fā)展帶來一些誤判或產(chǎn)生技術(shù)阻礙，需要引起行業(yè)的高度警覺和重視[9]。

2 牛奶熱處理工藝典型的基礎(chǔ)理論

20世紀(jì)中期，在牛奶熱處理研究的基礎(chǔ)上，研究者們總結(jié)發(fā)現(xiàn)了熱處理?xiàng)l件下牛奶內(nèi)生變化或反應(yīng)的兩個(gè)基礎(chǔ)理論[10]。兩者已成為現(xiàn)代牛奶熱處理工藝及技術(shù)發(fā)展的重要理論依據(jù)。

2.1 理論一：乳蛋白的熱穩(wěn)定性

乳蛋白熱穩(wěn)定性，關(guān)聯(lián)乳蛋白熱穩(wěn)定性體系動(dòng)力學(xué)平衡。研究認(rèn)為，牛奶中的乳清蛋白隨著加熱溫度提高而發(fā)生變性。對(duì)熱處理強(qiáng)度條件進(jìn)行精準(zhǔn)控制，將促使熱處理過程中的乳清蛋白分子與牛奶中的酪蛋白結(jié)合，即乳清蛋白結(jié)合到未變性的酪蛋白大分子表面的特定位點(diǎn)（圖1）[10，11]。此過程能達(dá)到有效減弱或降低乳清蛋白因逐步受熱變性而發(fā)生沉淀，從而使整個(gè)牛奶蛋白質(zhì)體系穩(wěn)定性大大提高，并能經(jīng)受的超高溫加熱溫度，減少因高強(qiáng)度熱處理導(dǎo)致蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的變化，為高溫或超高溫處理牛奶提供了理論支持和工藝操作上的可行性。

圖1 酪蛋白結(jié)構(gòu)及乳清蛋白結(jié)合位點(diǎn)示意圖[10，11]

2.2 理論二：乳的殺菌效應(yīng)與乳中化學(xué)反應(yīng)的速差

乳的殺菌效應(yīng)與乳中化學(xué)反應(yīng)的速差，即乳在熱處理?xiàng)l件下，乳的殺菌效應(yīng)和乳中物質(zhì)化學(xué)反應(yīng)存在的速度差異。研究發(fā)現(xiàn)，在高溫情況下，牛奶熱處理工藝溫度發(fā)生變化而保持時(shí)間不變時(shí)，或者保持時(shí)間發(fā)生變化而熱處理溫度不變時(shí)，引起殺滅微生物的速度和乳中化學(xué)反應(yīng)速度的變化。但這兩種變化程度存在差異，即變化發(fā)生的加速度不同。研究表明，一般在高于100°C情況下，溫度每升高10℃，殺滅微生物的速度升高8～10倍，而引起乳中化學(xué)反應(yīng)的速度只升高2～3倍[10]。加速度的差異，保證殺滅生乳中微生物的同時(shí)不引起乳中化學(xué)反應(yīng)劇烈發(fā)生，是實(shí)現(xiàn)高溫或超高溫工藝處理牛奶可操作的一個(gè)基礎(chǔ)原理。

基于該理論，以牛奶為例，奶業(yè)生產(chǎn)中形成了常見的三大類液態(tài)奶的熱處理工藝，分別是巴氏殺菌、高溫殺菌、高溫滅菌。其中，高溫滅菌又分為直接法UHT滅菌、間接法UHT滅菌、一步保持法滅菌、二步法保持法滅菌。三大類熱處理工藝參數(shù)變化差異很大[12～15]，以適用不同生產(chǎn)目的和得到不同的乳制品。

3 牛奶熱處理工藝變化比較

3.1 熱抑菌

熱抑菌是一種對(duì)原料奶進(jìn)行熱處理的方法，嚴(yán)格意義上看，不在牛奶三大類熱處理加工工藝之中。

3.1.1 熱抑菌的概念

熱抑菌是對(duì)生乳進(jìn)行加熱處理的一種形式，不屬于牛奶熱處理工藝范疇。國際乳品聯(lián)合會(huì)（International Dairy Federation，IDF）術(shù)語標(biāo)準(zhǔn)是Thermization[16]，譯名較多，如預(yù)巴氏殺菌、原料乳的預(yù)殺菌、初次殺菌[17]。Thermization是對(duì)生乳施以輕度加熱并立即冷卻，以最低限度改變生乳性質(zhì)的處理方法，主要作用和目的在于提高生乳在冷鏈條件下的保存能力。在實(shí)踐中，加熱溫度為60～65℃，保持時(shí)間為10～20.00s。歐盟（EU）標(biāo)準(zhǔn)釋義為將生乳加熱到57～68℃并保持至少15.00s，生乳中的堿性磷酸酶未失活的加熱方法[18]。生乳經(jīng)過Thermization后，國際標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)為其不屬于生乳，而成為乳制品加工過程中的一種原料。在國內(nèi)，一般乳品企業(yè)會(huì)按照設(shè)備廠商的乳制品工藝推薦，對(duì)新入廠驗(yàn)收后的生乳進(jìn)行一次Thermization處理，儲(chǔ)存一段時(shí)間后再投料加工[12]。因國內(nèi)沒有Thermization的術(shù)語或標(biāo)準(zhǔn)，而該工藝發(fā)生在正式熱處理工藝之前，且熱強(qiáng)度低于巴氏殺菌工藝，因此，行業(yè)內(nèi)也稱該處理為預(yù)巴殺。但就國際上的標(biāo)準(zhǔn)釋義和作用來看，熱抑菌更為準(zhǔn)確[19]。

3.1.2 熱抑菌的作用

熱抑菌的作用是為了一定程度上延長(zhǎng)原料奶的保存時(shí)間，以解決現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中原料奶使用或儲(chǔ)存可能遇到的暫存等問題，但熱抑菌非必選項(xiàng)。按照國內(nèi)優(yōu)質(zhì)乳標(biāo)準(zhǔn)要求，如果原料奶檢驗(yàn)合格入廠后冷藏保存，按生產(chǎn)計(jì)劃等待時(shí)間不超過24h，無需實(shí)施熱抑菌。國際上，對(duì)生乳采取熱抑菌操作和控制，只在極低程度上影響生乳的天然狀態(tài)。但從國內(nèi)一些乳品企業(yè)在這個(gè)環(huán)節(jié)的操作看，受生乳質(zhì)量、儲(chǔ)存時(shí)間、安全保障等諸多因素影響，很大程度存在過度熱抑菌的情況，有的達(dá)到或超過巴氏殺菌的熱處理強(qiáng)度[19]，人為增加了對(duì)牛奶熱傷害次數(shù)和程度。

因此，在牛奶的加工工藝鏈條中，一般情況下熱抑菌是個(gè)別產(chǎn)品的可選項(xiàng)，其他常規(guī)品種非必選項(xiàng)。當(dāng)收集生乳的存儲(chǔ)要求和范圍，存在超出預(yù)期生產(chǎn)冷藏時(shí)間，采用熱抑菌處理是一種較為適合的選擇。經(jīng)過熱抑菌處理的生乳，在冷藏條件下最長(zhǎng)存儲(chǔ)期3～5天[16]。而實(shí)施不恰當(dāng)?shù)臒嵋志蜻^度熱抑菌操作，不僅產(chǎn)生電、水、熱等資源浪費(fèi)，也損傷生乳固有的優(yōu)質(zhì)特性，降低產(chǎn)品質(zhì)量。

3.1.3 熱抑菌的應(yīng)用

熱抑菌加熱強(qiáng)度不足以殺滅致病菌，熱抑菌的操作過程，殺死了部分細(xì)菌，其目的和效果是為了抑制牛奶里微生物的生長(zhǎng)和活動(dòng)。熱抑菌是在投料加工之前延長(zhǎng)原料奶保存時(shí)間的一種方法。經(jīng)過熱抑菌處理的生乳，屬性發(fā)生變化，適用面縮窄。目前，在我國一些乳品加工線上，采用熱抑菌的技術(shù)參數(shù)一般是80～90℃、15.00s，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于EU和IDF的標(biāo)準(zhǔn)要求，也大于巴氏殺菌工藝熱處理強(qiáng)度，存在生乳前冷鏈控制和奶源質(zhì)量管理隱患，同時(shí)，熱抑菌可能存在的過熱操作，客觀上對(duì)復(fù)原乳檢測(cè)產(chǎn)生一定干擾[19]。

實(shí)際生產(chǎn)中，如何判斷牛奶是否經(jīng)過熱抑菌，國際標(biāo)準(zhǔn)推薦了一個(gè)可檢測(cè)的指標(biāo)是堿性磷酸酶[20]。如果該加工環(huán)節(jié)中牛奶的堿性磷酸酶為陽性，可判定是熱抑菌；反之，說明采用的不是熱抑菌，而是等于或大于巴氏殺菌強(qiáng)度的牛奶熱處理加工工藝。

3.2 巴氏殺菌熱處理工藝

3.2.1 巴氏殺菌熱處理工藝分類

從巴氏殺菌工藝形成與發(fā)展看，巴氏殺菌工藝可分為低溫長(zhǎng)時(shí)間巴氏殺菌工藝（Low Temperture Longer Time，LTLT）和高溫短時(shí)間巴氏殺菌法工藝（High Temperture Shorter Time，HTST）兩類。

（1）LTLT

LTLT主要采取間歇方式，在夾套鍋等設(shè)備中，分批次對(duì)生乳處理，殺菌溫度（64±1）℃并保持該溫度至少1800.00s，該方法建立并驗(yàn)證了牛奶熱處理工藝中溫度和保持時(shí)間兩者組合的殺菌效應(yīng)。同時(shí)，實(shí)踐中證明，該工藝的應(yīng)用既能殺滅有害致病菌，又能有效防止對(duì)牛奶色香味的破壞。第一屆國際乳品聯(lián)合會(huì)大會(huì)議討論過LTLT方法，有力推動(dòng)了巴氏殺菌法及巴氏殺菌奶最終進(jìn)入市場(chǎng)。

（2）HTST

HTST基于LTLT而建立，由于LTLT是采用間歇式的生產(chǎn)方式，生產(chǎn)效率低。20世紀(jì)30年代后，學(xué)者在此基礎(chǔ)上進(jìn)行研究，開發(fā)出能夠連續(xù)不間斷處理牛奶的新工藝，典型參數(shù)是將牛奶升溫至72℃，并在此溫度下保持至少15.00s的新工藝，與LTLT等效。為了區(qū)分與LTLT工藝的不同，將該工藝也稱作連續(xù)式巴氏消毒法。經(jīng)研究和驗(yàn)證，在HTST基礎(chǔ)上，與之等效的有殺菌溫度更高而保持時(shí)間更短的工藝參數(shù)，如89℃/1.00s、90℃/0.50s等[21]。

巴氏殺菌熱處理工藝產(chǎn)生和發(fā)展過程表明，熱處理溫度高低與保持時(shí)間長(zhǎng)短的合理有效組合，決定著生乳殺菌程度和產(chǎn)品品質(zhì)的高低，這是牛奶熱處理工藝的關(guān)鍵參數(shù)。熱處理后的牛奶表現(xiàn)出來的“色香味”變化，是其內(nèi)部組分在熱處理?xiàng)l件下，產(chǎn)生物理、化學(xué)等變化的一種外在反映和表征，這種反映和表征與熱處理工藝直接相關(guān)。

3.2.2 巴氏殺菌熱處理工藝分析圖

20世紀(jì)中期前后，研究者進(jìn)一步對(duì)巴氏殺菌熱處理工藝參數(shù)和效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，首次繪制出了較為全面科學(xué)的巴氏殺菌熱處理工藝圖（圖2），指導(dǎo)巴氏殺菌熱處理工藝操作，擴(kuò)展和加深人們對(duì)巴氏殺菌熱處理工藝的理解[20]。

圖2 巴氏殺菌熱處理工藝分析圖[20]

圖2顯示，巴氏殺菌以殺滅生乳中的致病菌為目的。結(jié)核桿菌是生乳中可能存在的常見致病菌，是耐熱致病菌的一個(gè)典型代表，熱處理后保證結(jié)核桿菌被殺滅，牛奶的安全性就得到解決?！敖Y(jié)核桿菌死滅線”是臨界限，也是巴氏殺菌工藝的下限，線上任取一點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的溫度與時(shí)間組合的殺滅效果等同，即在此線的上方越遠(yuǎn)，殺滅效果表現(xiàn)越好；在此線下方越遠(yuǎn)，則殺滅效果越差。同理，在“乳油層減退線”上任意取點(diǎn)，在線上方越遠(yuǎn)，乳油層減退現(xiàn)象越明顯；而在線下方越遠(yuǎn)，減退現(xiàn)象越不明顯。因此，可以說“結(jié)核桿菌死滅線”是巴氏殺菌熱處理工藝的底線，也是巴氏殺菌奶的基準(zhǔn)線。

具體看，如果產(chǎn)品需求是乳油層可見，那么實(shí)施巴氏殺菌操作的參數(shù)組合，就是在“結(jié)核桿菌死滅線”上方和“乳油層減退線”的下方，即兩條線所圍成的區(qū)域內(nèi)。以此類推，產(chǎn)品需求不同，選擇的區(qū)域就會(huì)發(fā)生變化。圖2所示，在“結(jié)核桿菌死滅線”上方，繪制有一條“殺菌標(biāo)準(zhǔn)線”，該線上的點(diǎn)表示其熱處理強(qiáng)度大于“結(jié)核桿菌死滅線”上的點(diǎn)，是帶有“安全系數(shù)”的保障線，避免“結(jié)核桿菌死滅線”所代表的熱處理參數(shù)實(shí)際操作中可能會(huì)發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)?！敖Y(jié)核桿菌死滅線”或“殺菌標(biāo)準(zhǔn)線”沿線向左上方取點(diǎn)的空間遠(yuǎn)大于向右下方取點(diǎn)，說明巴氏殺菌熱處理工藝中，低溫長(zhǎng)時(shí)間處理工藝比高溫短時(shí)間處理工藝，在提高牛奶品質(zhì)的選擇空間上表現(xiàn)更大、優(yōu)勢(shì)也更為明顯。美國和大洋洲多采用“殺菌標(biāo)準(zhǔn)線”設(shè)置工藝參數(shù)，認(rèn)為線上所有的點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溫度和時(shí)間組合是等效的。但事實(shí)上，上下兩個(gè)限制線的“距離”不等，因此，并非完全等效，這為優(yōu)化工藝提供了理論基礎(chǔ)和空間。隨著對(duì)乳品科學(xué)，特別是人們對(duì)乳中生物活性成分的認(rèn)識(shí)，研究者對(duì)巴氏殺菌熱處理工藝的不斷補(bǔ)充和完善，引入了工藝效果評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)巴氏殺菌法進(jìn)行了優(yōu)化，形成了新的巴氏殺菌熱處理工藝圖（圖3）[21]，下限是“堿性磷酸酶失活線”，該線在“結(jié)核桿菌死滅線”的上方，代替了圖2中的“殺菌標(biāo)準(zhǔn)線”，進(jìn)一步強(qiáng)化牛奶的安全保障，上限是乳過氧化物酶失活線，代替了圖2中的“乳油層減退線”，突出牛奶中生物活性物質(zhì)的保留。

圖3 新的巴氏殺菌熱處理工藝分析圖[21]

由此可見，巴氏殺菌熱處理工藝的方向和根本，是保障牛奶的食用安全和健康營養(yǎng)功能。從巴氏殺菌熱處理工藝的演變和應(yīng)用看，巴氏殺菌工藝是牛奶熱處理技術(shù)的基礎(chǔ)，是使用范圍最廣的工藝，也是牛奶殺菌工藝的關(guān)鍵核心技術(shù)[21]。巴氏殺菌工藝的重要性不言而喻，例如，美國連續(xù)實(shí)施多年的《美國優(yōu)質(zhì)乳條例》（Grade“A”Pasteurized Milk Ordinance，簡(jiǎn)稱PMO），是以巴氏殺菌工藝為標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)的液態(tài)奶生產(chǎn)監(jiān)管強(qiáng)制性法令[22]，PMO從國家整體層面認(rèn)識(shí)到巴氏殺菌熱處理工藝具有應(yīng)用的廣度和基礎(chǔ)性。

3.3 高溫滅菌熱處理工藝

3.3.1 高溫滅菌熱處理工藝分類

從高溫滅菌工藝產(chǎn)生和發(fā)展看，主要可分為保持法滅菌熱處理工藝和超高溫滅菌熱處理工藝（Ultra-High Temperature Instantaneous Sterilization，UHT）兩類。

（1）保持法滅菌熱處理工藝

國際上，保持法滅菌因操作程序不同分為兩種，工藝參數(shù)也不同[21]。一種是在用容器做密封包裝之前或包裝之后經(jīng)過滅菌，并符合國際標(biāo)準(zhǔn)IDF發(fā)布的《滅菌乳檢驗(yàn)方法（1969）》中“合格樣品的品質(zhì)指標(biāo)”規(guī)定的乳制品，也可稱為一步保持法滅菌。另一種是指在較低的滅菌溫度下，保持一定時(shí)間，再在超高溫中維持較長(zhǎng)時(shí)間的熱處理后所得的制品，傳統(tǒng)上的做法是先密封在容器內(nèi)再滅菌，也稱為二步保持法滅菌。

（2）UHT

UHT滅菌牛奶，是原料奶在保持連續(xù)流動(dòng)的狀態(tài)下，在不低于132℃的溫度加熱很短時(shí)間[21]，然后經(jīng)無菌包裝的一種滅菌產(chǎn)品。在所有經(jīng)過高熱強(qiáng)度處理的滅菌乳制品中，這種產(chǎn)品在化學(xué)、物理和感官特性方面變化相對(duì)較小。UHT技術(shù)是對(duì)巴氏殺菌法和保持法滅菌熱處理工藝的創(chuàng)新改進(jìn)。在實(shí)際市場(chǎng)上，既能使消費(fèi)者擺脫巴氏殺菌奶需冷藏的冷鏈條件制約，購買和消費(fèi)牛奶更便捷；又實(shí)現(xiàn)在常溫條件下，延長(zhǎng)牛奶的保質(zhì)期的需求。與保持法滅菌奶相比，無論工藝或效果，技術(shù)進(jìn)步顯著；但與巴氏殺菌奶相比，天然活性營養(yǎng)物質(zhì)及保留率、牛奶滋氣味等方面相差很大。

3.3.2 高溫滅菌熱處理工藝分析圖

20世紀(jì)下半葉，隨著對(duì)牛奶熱處理技術(shù)的研究逐步深入，基于最大限度保留牛奶中的天然營養(yǎng)物質(zhì)的原則，在篩選加工工藝的同時(shí)兼顧營養(yǎng)物質(zhì)的保留程度，有研究者在滅菌工藝操作溫度（100～160℃）范圍內(nèi)，提出了以1%賴氨酸失活、90%耐熱蛋白酶失活、3%硫胺素失活等物質(zhì)變化的幅度為基準(zhǔn)。實(shí)踐中通常把“耐熱芽孢55℃對(duì)數(shù)致死值=9線”作為高溫滅菌熱處理工藝的下限，“3%硫胺素失活”線作為上限，來評(píng)估保持法滅菌和超高溫瞬時(shí)滅菌兩者的差異。同樣，與繪制巴氏殺菌熱處理工藝分析圖一樣，研究者將研究結(jié)果繪制出了高溫滅菌熱處理工藝分析圖[22]（圖4）。

圖4 高溫滅菌熱處理工藝分析圖

圖4中的黃色矩形，是優(yōu)化的傳統(tǒng)高溫高壓保持法滅菌工藝參數(shù)組合點(diǎn)的集合區(qū)域。一般以110℃，保持10～20min組合居多；紅色區(qū)域，是超高溫瞬間工藝的范圍，是一個(gè)三角形的開口區(qū)域，由“3%硫胺素失活線”和“耐熱芽孢55℃對(duì)數(shù)致死值=9線”匯合而成。其中紅色三角形的開口朝向右下，與圖2中的三角形開口朝向相反。這說明，在UHT范圍里，當(dāng)殺菌溫度大于100℃時(shí)，在同樣滅菌效果前提下，提高殺菌溫度的同時(shí)相應(yīng)縮短保持時(shí)間，對(duì)保護(hù)牛奶的營養(yǎng)成分優(yōu)勢(shì)更大，因?yàn)閳D中顯示紅色區(qū)域右下方的點(diǎn)比左上方的點(diǎn)，距離“3%硫胺素失活線”和“1%賴氨酸失活線”更遠(yuǎn)，營養(yǎng)成分保留率更高。不過，這個(gè)觀點(diǎn)與殺菌溫度低于100℃的巴氏殺菌工藝正好相反。如前所述，對(duì)于巴氏殺菌工藝來說，在同樣殺菌效果前提下，延長(zhǎng)保持時(shí)間同時(shí)降低相應(yīng)溫度，對(duì)降低牛奶熱損傷效果更明顯。

3.4 高溫殺菌熱處理工藝

高溫殺菌熱處理方式（Extended Shelf-Life，ESL；Ultra Pasteurization，UP）[21,23]，典型的工藝操作是，使用傳熱速度要快于間接加熱法100倍左右的直接加熱法[21]。與UHT相比，該工藝既能延長(zhǎng)牛奶保質(zhì)期，又保留一定程度生物活性物質(zhì)。

牛奶的熱處理理論和技術(shù)進(jìn)步，促使高溫殺菌工藝已在多個(gè)生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)用，但國際上對(duì)ESL或UP的工藝標(biāo)準(zhǔn)一直進(jìn)行著討論，還未達(dá)成一致共識(shí)。IDF曾專題討論有關(guān)ESL產(chǎn)品技術(shù)和產(chǎn)品的問題，表明ESL或UP技術(shù)的產(chǎn)生并在行業(yè)內(nèi)進(jìn)行論證，也標(biāo)志著牛奶的直接加熱法熱處理技術(shù)正在步入液態(tài)奶商業(yè)化生產(chǎn)領(lǐng)域。在此之前，直接加熱法主要局限在工業(yè)大包粉的生產(chǎn)中，由于物料在整個(gè)加工過程中受熱強(qiáng)度低，在最終產(chǎn)品奶粉的功能性指標(biāo)，如乳清蛋白變性等方面能得到明顯的改善。同時(shí)，ESL的工藝對(duì)生乳要求也在增加，以適應(yīng)工藝條件和效果，如IDF提出對(duì)ESL類產(chǎn)品適用的原料奶新增耐熱細(xì)菌的要求等，顯示了ESL整個(gè)工藝體系還需要進(jìn)行深入研究和持續(xù)的驗(yàn)證。

2019年，我國奶業(yè)市場(chǎng)公開資料顯示，有乳品企業(yè)已在積極嘗試直接加熱的高溫殺菌熱處理技術(shù)，采用生乳噴入高溫高壓蒸汽倉的方式，殺菌溫度更高而保持時(shí)間更低，降至0.09s，產(chǎn)品的保質(zhì)期在冷藏條件下達(dá)到21天，乳鐵蛋白和乳球蛋白等生物活性物質(zhì)含量明顯高于UHT奶，低于巴氏殺菌奶，為消費(fèi)者提供了一種新的牛奶產(chǎn)品選擇。2020年1月，中美兩國正式簽署的第一階段經(jīng)貿(mào)協(xié)議，中美雙方就乳制品達(dá)成一系列貿(mào)易條款中，第一條就是ESL乳的貿(mào)易[23]。但對(duì)ESL技術(shù)及ESL乳來說，我國目前沒有直接對(duì)應(yīng)的ESL或UP乳的國標(biāo)。ESL乳貿(mào)易的啟動(dòng)，也將對(duì)我國乳制品加工和標(biāo)準(zhǔn)制定與完善提出新的更高的要求。

4 小結(jié)

牛奶的熱處理工藝，就液態(tài)乳而言，國際國內(nèi)主要有巴氏殺菌、高溫殺菌（ESL或者UP）、超高溫滅菌和保持法滅菌等工藝，工藝核心是加熱溫度和在此溫度下的保溫時(shí)間兩個(gè)工藝參數(shù)的組合，即熱處理強(qiáng)度。區(qū)分這些工藝，除了具體工藝參數(shù)外，還包括關(guān)鍵指示物，在經(jīng)典工藝分析圖中（圖1～3）區(qū)分的界限，表現(xiàn)在主要的“4條線”分隔上，分別是“堿性磷酸酶失活線”“乳過氧化物酶失活線”“耐熱芽孢55℃對(duì)數(shù)致死值=9線”和“3%硫胺素失活線”。因此，嚴(yán)格執(zhí)行牛奶熱處理工藝，既是保證液態(tài)奶食用安全性和營養(yǎng)品質(zhì)高低的關(guān)鍵因素，也決定了奶類資源是否最大程度優(yōu)質(zhì)化和充分有效利用。同時(shí)，從牛奶健康功能的最新研究上看，更是乳的非營養(yǎng)功能發(fā)揮的有效控制手段[24]。

從2 0世紀(jì)8 0年代國際援助我國奶類發(fā)展項(xiàng)目[25]，到進(jìn)入21世紀(jì)我國奶業(yè)實(shí)現(xiàn)跨越發(fā)展[26]，當(dāng)下，在乳制品的品類上，我國主要還是液態(tài)奶和奶粉兩個(gè)品類。而牛奶熱處理技術(shù)多數(shù)采用間接式熱處理方法，工藝可決定產(chǎn)品性質(zhì)和品質(zhì)，從技術(shù)角度看，還存在很多情況和問題需要改進(jìn)和解決。對(duì)牛奶熱處理加工技術(shù)的客觀回顧，一定程度會(huì)幫助人們理清對(duì)牛奶熱處理工藝的認(rèn)識(shí)，幫助乳品企業(yè)產(chǎn)品定位，發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)，差異化競(jìng)爭(zhēng)。未來，優(yōu)化和激發(fā)奶業(yè)優(yōu)質(zhì)資源利用效率是方向[27]，行業(yè)內(nèi)應(yīng)切實(shí)踐行奶業(yè)高質(zhì)量發(fā)展要求，合力促進(jìn)優(yōu)質(zhì)奶源發(fā)揮優(yōu)質(zhì)價(jià)值，落實(shí)健康中國戰(zhàn)略和健康中國行動(dòng)（2019—2030）具體重大行動(dòng)要求[28]，堅(jiān)守奶業(yè)發(fā)展初心，持續(xù)推動(dòng)牛奶等乳制品的健康核心功能惠及更多消費(fèi)者。