殺菌溫度對(duì)優(yōu)質(zhì)巴氏殺菌乳中熱敏感和生物活性物質(zhì)的影響

潘永勝

福建長(zhǎng)富乳品有限公司，福建南平 353000

0 引言

優(yōu)質(zhì)乳工程是2016年農(nóng)業(yè)農(nóng)村部指導(dǎo)國(guó)家奶業(yè)科技創(chuàng)新聯(lián)盟推動(dòng)實(shí)施的，解決中國(guó)消費(fèi)者“喝好奶”問(wèn)題的重要民生工程。優(yōu)質(zhì)巴氏殺菌乳是指僅以特優(yōu)級(jí)（A+）生乳為原料，經(jīng)過(guò)濾、均質(zhì)、HTST高溫短時(shí)間殺菌工藝、潔凈灌裝等工序制得的液體產(chǎn)品。其核心指標(biāo)包含優(yōu)質(zhì)生乳、優(yōu)質(zhì)巴氏殺菌工藝、設(shè)備穩(wěn)定性、熱敏感和生物活性物質(zhì)指標(biāo)等。標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)低溫巴氏殺菌工藝推薦方式72～80 ℃，保持時(shí)間為15 s，但不同企業(yè)因生乳指標(biāo)、生產(chǎn)設(shè)備的不同，采用的殺菌溫度/時(shí)間組合不盡相同，生產(chǎn)過(guò)程中具體采用的溫度/時(shí)間組合需生產(chǎn)企業(yè)結(jié)合自身情況予以確定。為探究不同殺菌溫度對(duì)優(yōu)質(zhì)巴氏殺菌乳中熱敏感和生物活性物質(zhì)的影響，本文選取74～80 ℃殺菌溫度下的巴氏殺菌乳作為研究對(duì)象，對(duì)比成品中熱敏感和生物活性物質(zhì)含量，為行業(yè)同類產(chǎn)品生產(chǎn)參數(shù)的選取提供參考。

1 乳中熱敏感和生物活性物質(zhì)介紹

不同的殺菌溫度對(duì)成品中熱敏感和生物活性物質(zhì)指標(biāo)影響較大，優(yōu)質(zhì)乳工程技術(shù)體系核心指標(biāo)對(duì)優(yōu)質(zhì)巴氏殺菌乳中熱敏感和生物活性物質(zhì)指標(biāo)要求[1]見(jiàn)表1。

表1 優(yōu)質(zhì)乳工程技術(shù)體系對(duì)優(yōu)質(zhì)巴氏殺菌乳中熱敏感和生物活性物質(zhì)指標(biāo)的要求

1.1 熱敏感物質(zhì)

1.1.1 糠氨酸

糠氨酸（Furosine）是牛奶熱加工過(guò)程中出現(xiàn)的副產(chǎn)物。牛乳中糠氨酸由氨基酸殘基（主要是蛋白質(zhì)中的賴氨酸殘基）和主要的還原糖乳糖反應(yīng)產(chǎn)生，是早期美拉德反應(yīng)產(chǎn)生的第一階段經(jīng)酸水解的產(chǎn)物。糠氨酸作為II型熱負(fù)荷指示劑常被用于評(píng)估美拉德反應(yīng)的早期階段，不僅可用來(lái)檢測(cè)評(píng)估奶受熱損害的程度，而且可與乳果糖指標(biāo)結(jié)合鑒別復(fù)原乳[2]。

1.1.2 堿性磷酸酶

堿性磷酸酶（ALP）是牛奶中的內(nèi)源酶，其活性可用來(lái)確定巴氏殺菌乳產(chǎn)品是否經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)陌褪蠚⒕驗(yàn)锳LP滅活比結(jié)核分枝桿菌需要稍高的溫度和時(shí)間，結(jié)核分枝桿菌是巴氏殺菌乳中對(duì)熱抵抗力最強(qiáng)的病原菌。因此，ALP陰性在工藝上可以被認(rèn)為是充分巴氏殺菌的，可以安全食用[3]。

1.1.3 乳過(guò)氧化物酶

乳過(guò)氧化物酶（LPO）也是牛奶中的內(nèi)源酶，具有重要的健康應(yīng)用價(jià)值。LPO可以參與構(gòu)成宿主對(duì)抗入侵微生物的天然防御系統(tǒng)，同時(shí)具有抗菌活性、降解各種致癌物質(zhì)以及保護(hù)動(dòng)物細(xì)胞被氧化的作用[4]。

1.2 生物活性營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)

1.2.1 乳鐵蛋白

乳鐵蛋白（Lactoferrin）是牛奶中重要的活性蛋白因子之一，是由乳腺上皮細(xì)胞表達(dá)和分泌的一種非血紅素鐵結(jié)合糖蛋白，屬轉(zhuǎn)鐵蛋白家族。乳鐵蛋白具有很強(qiáng)的鐵親和能力，親和常數(shù)大約是1 020，約為血清中轉(zhuǎn)鐵蛋白的260 倍，能夠通過(guò)提高鐵在肝臟的儲(chǔ)備，改善機(jī)體的貧血狀況[5]，此外其在抗菌、抗病毒、抗腫瘤等方面的功能也得到不同研究者的科學(xué)實(shí)驗(yàn)證實(shí)[6]。

1.2.2 免疫球蛋白

免疫球蛋白（Ig）又稱為抗體，存在于所有泌乳動(dòng)物的乳和初乳中。其生物學(xué)功能是給予后代一種免疫保護(hù)，抵御微生物病原體和毒素及保護(hù)乳腺避免感染。免疫球蛋白的主要機(jī)制是增強(qiáng)吞噬作用，通過(guò)白細(xì)胞增強(qiáng)細(xì)胞介導(dǎo)的毒性反應(yīng)，凝集細(xì)菌，中和細(xì)菌和毒素。嬰兒可在子宮內(nèi)獲得免疫球蛋白，可降低腸道感染的風(fēng)險(xiǎn)[7]。

1.2.3 α-乳白蛋白

α-乳白蛋白（α-lactalbumin）是乳清蛋白中第二大豐富的蛋白質(zhì)，占乳清蛋白27%左右，α-乳白蛋白是唯一能結(jié)合鈣的乳清蛋白，從牛奶中分離出來(lái)的α-乳白蛋白在氨基酸比例和結(jié)構(gòu)方面與人乳有72%一致性，而α-乳白蛋白是人乳蛋白的主要存在形式，對(duì)嬰幼兒的生長(zhǎng)發(fā)育具有重要影響[8]。

1.2.4 β-乳球蛋白

β-乳球蛋白（β-lactoglobulin）是乳清蛋白主要成分之一，占總蛋白質(zhì)12%左右，占乳清蛋白50%左右。β-乳球蛋白的水解物或分子修飾物，具有降膽固醇與抗氧化等生理活性[9]，是牛奶中的重要活性因子。

2 優(yōu)質(zhì)生乳的選取

優(yōu)質(zhì)生乳指標(biāo)應(yīng)符合《GB19301—2010 食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 生乳》，在此基礎(chǔ)上特優(yōu)級(jí)（A+）生乳的核心指標(biāo)還包括脂肪、蛋白質(zhì)、菌落總數(shù)和體細(xì)胞數(shù)，本文選取我國(guó)東南某乳品企業(yè)特優(yōu)級(jí)（A+）生乳，對(duì)比優(yōu)質(zhì)生乳要求指標(biāo)見(jiàn)表2。

表2 試驗(yàn)選取的特優(yōu)級(jí)生乳指標(biāo)

3 巴氏殺菌乳殺菌溫度/時(shí)間組合生產(chǎn)工藝試驗(yàn)

3.1 材料與儀器

本試驗(yàn)選取49 批次特優(yōu)級(jí)（A+）生乳。采用的儀器有利樂(lè)巴氏殺菌機(jī)、丹麥福斯乳成分分析儀、液相色譜儀配紫外檢測(cè)器（PDA）和梯度洗脫裝置、分析天平、pH計(jì)、混勻器、超過(guò)水機(jī)、光學(xué)發(fā)光檢測(cè)儀、水浴鍋、乳活性成分試劑盒、糠氨酸標(biāo)準(zhǔn)品、過(guò)氧化物酶試劑盒等。

3.2 檢測(cè)方法與標(biāo)準(zhǔn)

試驗(yàn)生乳使用HTST殺菌溫度/時(shí)間組合依次為74 ℃/15 s、75 ℃/15 s、76 ℃/15 s、77 ℃/15 s、78 ℃/15 s、79 ℃/15 s、80 ℃/15 s，對(duì)殺菌后樣品進(jìn)行檢測(cè)。根據(jù)相關(guān)研究及行業(yè)共識(shí)[10]，以上殺菌溫度/時(shí)間組合均可以保證殺菌后產(chǎn)品微生物含量符合《GB19645—2010 食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 巴氏殺菌乳》，故本文不再進(jìn)行微生物菌落數(shù)的驗(yàn)證。對(duì)巴氏殺菌后成品用《NY/T 939—2016 巴氏殺菌乳和UHT滅菌乳中復(fù)原乳的鑒定》高效液相色譜法檢測(cè)分析乳中的糠氨酸含量；用《MRT/B 03—2017 奶業(yè)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)標(biāo)準(zhǔn) 乳中堿性磷酸酶的測(cè)定》規(guī)定的發(fā)光法檢測(cè)堿性磷酸酶活性指標(biāo)；用 《T/TDSTIA 001—2021 奶及奶制品中乳過(guò)氧化物酶對(duì)測(cè)定檢測(cè)》比色法檢測(cè)乳過(guò)氧化物酶活性指標(biāo)；用《MRT/B 02—2017 奶業(yè)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)標(biāo)準(zhǔn) 乳中乳鐵蛋白的測(cè)定》測(cè)量活性營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)乳鐵蛋白含量；用《MRT/B 01—2017 奶業(yè)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)標(biāo)準(zhǔn) 乳中乳球蛋白的測(cè)定》檢測(cè)β-乳球蛋白、免疫球蛋白和ɑ-乳白蛋白含量。

3.3 生產(chǎn)試驗(yàn)方案

巴氏殺菌設(shè)備工藝采用利樂(lè)LACTA高性能全自動(dòng)殺菌系統(tǒng)。LACTA主要設(shè)備及管線見(jiàn)圖1，包括平衡罐（1）、流量控制泵（2）、板式換熱器（3）、脫氣罐（4）、Tetra Alex30均質(zhì)機(jī)（5）、加壓泵（6）、15S保持管（7）、 背壓閥（8）。試驗(yàn)過(guò)程中，試驗(yàn)生乳首先進(jìn)入Tetra Plex C式換熱器組中進(jìn)行再生預(yù)熱，隨后被循環(huán)熱水系統(tǒng)加熱到殺菌溫度，產(chǎn)品在保持管中維持殺菌溫度15 s。在再生換熱段，處理后的高溫產(chǎn)品通過(guò)再生換熱的方式加熱沒(méi)有處理的產(chǎn)品，出于對(duì)產(chǎn)品安全的考慮，經(jīng)過(guò)殺菌后的產(chǎn)品側(cè)壓力高于未殺菌的產(chǎn)品側(cè)壓力。通過(guò)再生換熱后的產(chǎn)品，將繼續(xù)用冰水進(jìn)行冷卻，至設(shè)置的出口溫度。其中，平衡罐含液位傳感器和自動(dòng)調(diào)節(jié)閥，具有液位調(diào)節(jié)功能。加熱階段由雙熱水回路執(zhí)行，所有與產(chǎn)品接觸的閥門、管道和管道附件均為ANSI316材質(zhì)。

圖1 利樂(lè)巴氏殺菌系統(tǒng)

在生產(chǎn)試驗(yàn)過(guò)程中，產(chǎn)品流量穩(wěn)定在10 000 L/h，殺菌溫度偏差在±0.25 ℃，保持時(shí)間波動(dòng)相對(duì)偏差為＋0.3%，調(diào)整殺菌溫度，分別采用74 ℃/15 s、75 ℃/15 s、76 ℃/15 s、77 ℃/15 s、78 ℃/15 s、79 ℃/15 s、80 ℃/15 s的溫度時(shí)間組合，殺菌完成后，從利樂(lè)巴氏殺菌機(jī)出口取樣。分別取49 批次試驗(yàn)產(chǎn)品，試驗(yàn)產(chǎn)品菌落數(shù)由1.0×104CFU/mL降低到1.0×102CFU/mL以下。

3.4 試驗(yàn)結(jié)果

對(duì)49 批次試驗(yàn)產(chǎn)品采用3.2要求的檢測(cè)方法與標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測(cè)。取49 批次檢測(cè)值的平均值，繪制不同殺菌溫度下熱敏感物質(zhì)活性和活性物質(zhì)含量變化圖。圖2顯示不同殺菌溫度下優(yōu)質(zhì)乳中內(nèi)源酶乳過(guò)氧化物酶和堿性磷酸酶的活性變化；圖3顯示不同殺菌溫度下活性營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)平均含量變化；圖4顯示不同殺菌溫度下糠氨酸含量平均值的變化。

圖2 不同殺菌溫度下內(nèi)源酶活性變化

圖3 不同殺菌溫度下活性營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量變化

3.4.1 不同殺菌溫度下乳過(guò)氧化物酶和堿性磷酸酶活性變化

堿性磷酸酶在生產(chǎn)溫度從74～80 ℃變化過(guò)程中，各試驗(yàn)結(jié)果的平均值（含最大值）均≤350 mU/L，即巴氏殺菌溫度/時(shí)間組合74 ℃/15 s、75 ℃/15 s、76 ℃/15 s、77 ℃/15 s、78 ℃/15 s、79 ℃/15 s、80 ℃/15 s均可使堿性磷酸酶呈陰性?；诠残l(wèi)生安全性考慮，74～80 ℃/15 s的巴氏殺菌乳均符合公共衛(wèi)生安全要求。乳過(guò)氧化物酶在殺菌溫度升高的過(guò)程中活性降低，其中74 ℃和75 ℃相比變化不大，但當(dāng)殺菌溫度高于75 ℃時(shí)，乳過(guò)氧化物酶的活性急劇下降，80 ℃時(shí)活性僅存50 U/L。相關(guān)研究表明，乳中過(guò)氧化物酶在85 ℃的殺菌溫度下即失活[11]，與本試驗(yàn)結(jié)果相近。

3.4.2 不同殺菌溫度下免疫球蛋白含量變化

隨著殺菌溫度從74 ℃升高到75 ℃過(guò)程中，免疫球蛋白含量降低不明顯，均維持在200 mg/L附近。當(dāng)殺菌溫度從76 ℃升高到80 ℃過(guò)程中，免疫球蛋白含量急劇降低，80 ℃殺菌溫度下免疫球蛋白含量降低為0，活性營(yíng)養(yǎng)損失明顯。

3.4.3 乳鐵蛋白、ɑ-乳白蛋白和β-乳球蛋白含量變化

乳鐵蛋白、ɑ-乳白蛋白和β-乳球蛋白含量隨著溫度的升高都呈下降趨勢(shì)，整體下降趨勢(shì)相似。其中74 ℃和75 ℃之間含量變化不明顯。但77 ℃開始，含量下降至75 ℃的70%左右。殺菌溫度從77 ℃升高到78 ℃時(shí)，乳鐵蛋白和ɑ-乳白蛋白含量變化很小。80 ℃的乳鐵蛋白和ɑ-乳白蛋白含量?jī)H為75 ℃含量的60%。β-乳球蛋白在80 ℃殺菌后含量急劇下降至75 ℃的20%.

3.4.4 不同殺菌溫度下糠氨酸含量變化

不同殺菌溫度下糠氨酸含量變化見(jiàn)圖4，優(yōu)質(zhì)乳在殺菌溫度從74～80 ℃變化過(guò)程中糠氨酸含量隨著熱處理強(qiáng)度逐步增大，糠氨酸含量也增大，但在較低的巴氏殺菌溫度條件下，其含量都低于10 mg/100 g蛋白質(zhì)。75 ℃時(shí)糠氨酸含量增加了60%，76～80 ℃的變化過(guò)程中糠氨酸含量變化不大。

圖4 不同殺菌溫度下糠氨酸含量變化

4 小結(jié)

巴氏殺菌溫度/時(shí)間組合74 ℃/15 s、75 ℃/15 s、76 ℃/15 s、77 ℃/15 s、78 ℃/15 s、79 ℃/15 s、80 ℃/15 s均可使堿性磷酸酶呈陰性，即在15 s保持時(shí)間下，74～80 ℃的殺菌溫度下，優(yōu)質(zhì)乳的微生物熱處理程度都可以滿足公共衛(wèi)生要求。乳過(guò)氧化物酶在殺菌溫度升高的過(guò)程中活性降低，其中74 ℃和75 ℃相比變化不大，但當(dāng)殺菌溫度高于75 ℃時(shí)，過(guò)氧化物酶的活性急劇下降，80 ℃時(shí)活性僅存50 U/L.

隨著殺菌溫度的提高，乳中的活性物質(zhì)乳鐵蛋白、免疫球蛋白、ɑ-乳白蛋白和β-乳球蛋白含量呈下降趨勢(shì)，從74 ℃升高到75 ℃變化不明顯；當(dāng)殺菌溫度從76 ℃升高至80 ℃中，活性營(yíng)養(yǎng)成分急劇下降。單從乳活性物質(zhì)的保留來(lái)看，殺菌溫度越低，保留的活性營(yíng)養(yǎng)越多。加熱附產(chǎn)物糠氨酸在生產(chǎn)溫度從74～80 ℃變化過(guò)程中，隨著殺菌溫度的升高呈上升趨勢(shì)。

結(jié)合優(yōu)質(zhì)巴氏殺菌乳實(shí)際生產(chǎn)工藝，考慮產(chǎn)品公共衛(wèi)生安全、低碳加工及營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)要求，推薦采用75 ℃/15 s作為優(yōu)質(zhì)巴氏殺菌乳的生產(chǎn)溫度/時(shí)間組合，為行業(yè)同類產(chǎn)品生產(chǎn)參數(shù)的選擇提供參考。