U H T 滅菌乳最佳熱處理工藝的分析研究

劉燕珺 ，王 瓊 *，沈易霖 ，隆旭紅 ，卓玉鳳 ，胡永清 ，徐 虎

（1.嘉峪關(guān)市食品藥品和醫(yī)療器械檢驗檢測中心，甘肅 嘉峪關(guān) 735100；2.甘肅祁牧乳業(yè)有限責(zé)任公司，甘肅 嘉峪關(guān) 735100）

UHT 滅菌乳，即超高溫瞬時滅菌乳，殺滅所有導(dǎo)致牛乳變質(zhì)的微生物，一般采用無菌灌裝，保值期長達(dá)45 d 至6個月，便于攜帶儲存和飲用[1]。但是高溫加熱和過度加工會造成牛乳中活性成分和重要營養(yǎng)物質(zhì)的損失，熱加工可以有效殺滅生牛乳中的微生物，但也會對牛乳中的營養(yǎng)成分產(chǎn)生影響。熱處理強(qiáng)度不夠，牛乳中微生物無法被殺滅。因此，使UHT滅菌乳既能最大限度保留生牛乳中的優(yōu)質(zhì)蛋白等營養(yǎng)物質(zhì)，又能有效殺滅牛乳中微生物，UHT 滅菌乳的熱處理工藝至關(guān)重要。

本研究對不同熱處理條件下UHT 滅菌乳中營養(yǎng)物質(zhì)和微生物進(jìn)行了系統(tǒng)的分析，并對熱敏指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測，得出UHT 滅菌乳最佳熱處理工藝。

1 材料與方法

1.1 樣品的制備

1.1.1 生鮮乳的采集 生鮮乳采集于甘肅祁牧乳業(yè)有限責(zé)任公司牧場。檢測指標(biāo)：脂肪4.04%，蛋白3.16%，非脂乳固體 8.53%，抗生素陰性（-），黃曲霉毒素 M1 陰性（-）。

1.1.2 生鮮乳的熱處理 將生鮮乳過濾均質(zhì)后用熱加工設(shè)備分別在 132 ℃、134 ℃、136 ℃、138 ℃、140 ℃、145 ℃、150 ℃加熱4 s，樣品是生鮮乳和熱處理后的乳制品各6 份，每份樣品100 ml，用無菌袋分裝，立即4 ℃保存，24 h 內(nèi)檢測，該試驗進(jìn)行9次，結(jié)果取平均值。

1.2 儀器與設(shè)備

紫外可見分光光度計（上海美譜達(dá)，UV-6100），高效液相色譜儀（Agilent，1260 Infinity，美國），凱氏定氮儀（FOSS，丹麥），離心機(jī)（SIGMA，德國），多功能乳品分析儀（FOSS，F(xiàn)T1,丹麥），酸度計（HANNA）。

1.3 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)與試劑

乳果糖標(biāo)準(zhǔn)品（中國食品藥品檢定研究院），糠氨酸標(biāo)準(zhǔn)品（Iris，德國），β- 乳球蛋白標(biāo)準(zhǔn)品（SIGMA，美國），乳鐵蛋白標(biāo)準(zhǔn)品（北京美正檢測技術(shù)有限公司），β-D-半乳糖苷酶（酷爾化學(xué)），葡萄糖氧化酶（SIGMA，美國），過氧化氫酶（酷爾化學(xué)），己糖激酶（SIGMA，美國），葡萄糖-6-磷酸脫氫酶（酷爾化學(xué)），磷酸葡萄糖異構(gòu)酶（SIGMA，美國），5'- 腺苷三磷酸二鈉鹽（上海藍(lán)季生物），過氧化氫（天津凱信化學(xué)），碳酸氫鈉（天津凱信化學(xué)），硫酸鋅（天津凱信化學(xué)），亞鐵氰化鉀（天津大茂化學(xué)），磷酸氫二鈉（西安化學(xué)試劑廠），磷酸二氫鈉（上海中秦化學(xué)），鹽酸（天津大茂化學(xué)），乙酸銨（天津大茂化學(xué)），甲醇（色譜純）（山東禹王試劑），乙腈（色譜純）（山東禹王試劑），辛醇（山東禹王試劑），三乙醇胺鹽酸鹽（天津大茂化學(xué)），乙酸（天津大茂化學(xué)），三氟乙酸（天津大茂化學(xué)），氫氧化鈉（西安化學(xué)試劑廠），氯化鈉（上海中秦化學(xué)），結(jié)晶紫染色液（北京陸橋）等常用試劑。

1.4 試驗方法

1.4.1 乳果糖 牛乳在熱加工過程中，乳糖在酪蛋白游離氨基的催化下，堿基異構(gòu)而形成的一種雙糖。其化學(xué)名稱為4-o-β-D- 吡喃半乳糖基-D- 果糖，可作為評價牛奶熱處理效應(yīng)的指標(biāo)[1]。檢測方法參照NY/T 939-2016《巴氏殺菌乳和UHT 滅菌乳中復(fù)原乳的鑒定》。試樣經(jīng)β-D-半乳糖苷酶水解后產(chǎn)生半乳糖和果糖，通過酶法測定產(chǎn)生的果糖量計算乳果糖含量。

1.4.2 糠氨酸 牛乳在熱加工過程中，氨基酸、蛋白質(zhì)與乳糖通過美拉德反應(yīng)生成ε-N- 脫氧乳果糖基-L-賴氨酸，經(jīng)酸水解轉(zhuǎn)換成更穩(wěn)定的糠氨酸。檢測方法參照NY/T939-2016《巴氏殺菌乳和UHT滅菌如中復(fù)原乳的鑒定》。試樣經(jīng)鹽酸水解后測定蛋白質(zhì)含量，水解液經(jīng)稀釋后用高效液相色譜在紫外（波長280 nm）檢測器下進(jìn)行分析，外標(biāo)法定量。

1.4.3 β-乳球蛋白 檢測方法參照T/TDSTIA 007-2019《奶及奶制品中β-乳球蛋白的測定 液相色譜法》。試樣溶液調(diào)節(jié)至pH 4.6，使酪蛋白和變性的乳清蛋白沉淀，而未變性的β-乳球蛋白仍保留在溶液中，離心后可以在高效液相色譜儀上，經(jīng)反向蛋白質(zhì)分離柱分離，紫外光檢測，外標(biāo)法定量。

1.4.4 乳鐵蛋白 檢測方法參照T/TDSTIA 006-2019《奶及奶制品中乳鐵蛋白的測定 液相色譜法》。試樣中的乳鐵蛋白經(jīng)磷酸鹽緩沖液提取，肝素親和柱富集凈化，用液相色譜儀分析，經(jīng)反向蛋白質(zhì)分離柱分離，紫外光檢測，外標(biāo)法定量。

1.4.5 商業(yè)無菌 檢測方法參照GB 4789.26-2013《食品微生物學(xué)檢驗 商業(yè)無菌檢驗》。

1.5 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

試驗數(shù)據(jù)使用Excel 2007 進(jìn)行整理，用IBM SPSS Statistics 25.0 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，統(tǒng)計分析，圖表分析等。以P＜0.05 作為差異顯著性判斷標(biāo)準(zhǔn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同熱處理條件下牛乳中熱敏指標(biāo)

2.1.1 不同熱處理條件下牛乳中乳果糖的指標(biāo) 由表1 和圖1 可知，生鮮乳中乳果糖為4.0 mg/L，經(jīng)過132 ℃/4 s 熱處理后乳果糖升高到328 mg/L，150 ℃/4 s 熱處理后乳果糖為681 mg/L。隨著熱處理溫度的升高，牛乳中乳果糖的含量顯著增加（P＜0.05）。

圖1 不同熱處理條件下牛乳中乳果糖的指標(biāo)

表1 不同熱處理條件下牛乳中各項指標(biāo)

2.1.2 不同熱處理條件下牛乳中糠氨酸的指標(biāo) 由表1 和圖2 可知，生鮮乳中糠氨酸為7.5 mg/100 g 蛋白質(zhì)，經(jīng)過132 ℃/4 s 熱處理后糠氨酸為111.3 mg/100 g蛋白質(zhì)，150 ℃/4 s 熱處理后糠氨酸為328.3 mg/100 g蛋白質(zhì)，在熱處理條件132～150 ℃/4 s 時糠氨酸的含量顯著增加（P＜0.05）。

圖2 不同熱處理條件下牛乳中糠氨酸的指標(biāo)

2.2 不同熱處理條件下牛乳中乳蛋白的含量

2.2.1 不同熱處理條件下牛乳中β- 乳球蛋白的含量 由表1 和圖3 可知，生鮮乳中β-乳球蛋白為3 727 mg/kg，經(jīng)過132 ℃/4 s 熱處理后β-乳球蛋白為489 mg/kg，150 ℃/4 s 熱處理后β-乳球蛋白為207 mg/kg，≥132 ℃/4 s 熱處理后β-乳球蛋白含量顯著下降（P＜0.05）。

圖3 不同熱處理條件下牛乳中β-乳球蛋白的含量

2.2.2 不同熱處理條件下牛乳中乳鐵蛋白的含量 由表1 和圖4 可知，生鮮乳中乳鐵蛋白為108 mg/kg，經(jīng)過132 ℃/4 s 熱處理后乳鐵蛋白為0 mg/kg，生鮮乳中乳鐵蛋白顯著高于經(jīng)過≥132 ℃/4 s 熱處理后牛乳中的乳鐵蛋白（P＜0.05）。

圖4 不同熱處理條件下牛乳中乳鐵蛋白的含量

2.3 不同熱處理條件下牛乳中商業(yè)無菌的指標(biāo)

由表1 和圖5 可知，經(jīng)過132 ℃/4 s 和熱處理后牛乳不符合商業(yè)無菌，134 ℃/4 s 熱處理后牛乳不符合商業(yè)無菌，≥136 ℃/4 s 熱處理后牛乳符合商業(yè)無菌，滅菌效果好，符合GB 25190-2010《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 滅菌乳》規(guī)定。

圖5 不同熱處理條件下牛乳中商業(yè)無菌的指標(biāo)

3 討論

3.1 不同熱處理條件對牛乳中熱敏指標(biāo)的影響

Ⅱ型熱敏指標(biāo)生鮮乳中本身不存在或者含量很少，熱處理過程中產(chǎn)生或顯著增加的一類物質(zhì)。乳果糖和糠氨酸是比較重要的2 種Ⅱ型熱敏指標(biāo)[2]。

乳果糖是美拉德反應(yīng)過程中乳糖的堿基異構(gòu)化反應(yīng)生成的雙糖[2]。在132～150 ℃/4 s 熱處理條件下，牛乳中乳果糖顯著增加，與熱處理溫度成正比（圖1）。NY/T939-2016《巴氏殺菌乳和UHT 滅菌如中復(fù)原乳的鑒定》規(guī)定UHT 滅菌乳中乳果糖含量小于600 mg/L，≤140 ℃/4 s 熱處理條件下乳果糖含量符合該標(biāo)準(zhǔn)要求。

糠氨酸是牛乳在熱處理過程中，蛋白質(zhì)和核糖發(fā)生美拉德反應(yīng)生成的一種含有糠醛基的氨基酸[2]。在132～150 ℃/4 s 熱處理條件下，牛乳中糠氨酸顯著增加。在文獻(xiàn)中優(yōu)質(zhì)超高溫瞬時滅菌乳熱敏感和生物活性物質(zhì)指標(biāo)要求[3]中規(guī)定糠氨酸≤190 mg/100 g 蛋白質(zhì)，140 ℃/4 s 熱處理后糠氨酸為 172.2 mg/100 g 蛋白質(zhì)，145 ℃/4 s 熱處理后糠氨酸為260.7 mg/100 g 蛋白質(zhì)，≤140 ℃/4 s 熱處理條件下糠氨酸含量符合該要求。

3.2 不同熱處理條件對牛乳中乳蛋白的影響

β-乳球蛋白和乳鐵蛋白是乳制品中營養(yǎng)價值很高的優(yōu)質(zhì)乳蛋白。

β-乳球蛋白是乳清蛋白的一種，具有保健和抗菌作用[4-6]。在132～150 ℃/4 s 熱處理條件下，牛乳中β-乳球蛋白顯著減少（P＜0.05），與熱處理溫度成反比。≤140 ℃/4 s 熱處理條件下結(jié)果符合優(yōu)質(zhì)超高溫瞬時滅菌乳熱敏感和生物活性物質(zhì)指標(biāo)要求中規(guī)定β-乳球蛋白≥300 mg/kg。

乳鐵蛋白是一種鐵結(jié)合蛋白，具有抗菌、抗氧化、抗癌和抗炎等活性[5,7]。生鮮乳中乳鐵蛋白為108 mg/kg，經(jīng)≥132 ℃/4 s 熱處理后降為0 mg/kg，熱處理對乳鐵蛋白有較大影響。

3.3 不同熱處理條件對牛乳中微生物指標(biāo)的影響

GB25190-2010《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 滅菌乳》對滅菌乳中商業(yè)無菌做了明確的規(guī)定，牛乳在136～150 ℃/4 s 熱處理后均符合商業(yè)無菌。

綜上所述，牛乳在140 ℃/4 s 熱處理條件下各項指標(biāo)均符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，但是136 ℃/4 s 熱處理條件下熱敏指標(biāo)較低，乳蛋白含量較高，商業(yè)無菌，更加符合優(yōu)質(zhì)超高溫瞬時滅菌乳熱敏感和生物活性物質(zhì)指標(biāo)要求，是一種比較合理的熱處理條件。

4 結(jié)論

經(jīng)過對不同熱處理條件下牛乳中熱敏指標(biāo)、乳蛋白含量和微生物指標(biāo)的系統(tǒng)分析，最終確定牛乳在136 ℃/4 s 熱處理條件下熱敏指標(biāo)較低，乳蛋白含量較高，商業(yè)無菌，均符合優(yōu)質(zhì)超高溫瞬時滅菌乳熱敏感和生物活性物質(zhì)指標(biāo)要求，是一種比較合理的熱處理條件，為廣大乳品企業(yè)超高溫瞬時（UHT）滅菌乳熱處理工藝提供參考。