不同貯藏溫度對UHT乳品質的影響

孫 琦， 劉 鷺， 張書文， 梁 霄， 呂加平

(中國農業科學院農產品加工研究所/農業部農產品加工與質量控制重點開放實驗室，北京 100193)

不同貯藏溫度對UHT乳品質的影響

孫 琦， 劉 鷺， 張書文， 梁 霄， 呂加平

(中國農業科學院農產品加工研究所/農業部農產品加工與質量控制重點開放實驗室，北京 100193)

UHT乳作為一種經超高溫瞬時滅菌、無菌灌裝生產的長貨架期液態乳，具有品質優良，飲用方便等優點．但是在貯藏過程中，UHT乳經常會因殘留酶或微生物作用而產生蛋白質凝塊、沉淀或脂肪上浮等缺陷，從而影響UHT乳的品質．本研究通過UHT中試生產線無菌灌裝制備PET瓶裝UHT乳，將其分別置于7，25，37℃下保溫觀察，定期測定色澤、酪蛋白膠體粒徑、蛋白質水解度及理化指標等變化．結果表明，貯藏過程中UHT乳發生的主要反應為蛋白質水解、脂質氧化和美拉德反應，UHT乳的pH值、游離鈣離子含量和酪蛋白膠體粒徑呈下降趨勢，b*值、蛋白水解度、脂質氧化程度呈上升趨勢．120 d保溫試驗結束后，除37℃貯藏下的UHT乳色澤從第90 d開始發生明顯變化外，各UHT乳樣品并未產生明顯的脂肪上浮和蛋白沉淀等現象．

UHT乳;貯藏;理化性質;品質

超高溫瞬時滅菌(ultra high temperature treated，UHT)是利用超高溫瞬時滅菌及無菌灌裝技術生產的常溫下貨架期較長的商業無菌乳制品，實際生產中最為常用的滅菌方式為137℃，4 s，同時結合無菌灌裝技術，一方面可以使UHT乳達到商業無菌標準，另一方面可以使牛乳營養損失降低到最低程度，使其能在常溫下保存，貨架期長達6個月之久而不變質［1-2］．但是從實際生產和市場調查的結果來看，UHT乳在貯藏過程中經常會出現一系列質量問題，主要包括脂肪上浮，蛋白質膠凝和沉淀，色澤、風味等改變［3-4］．

影響UHT乳質量的因素很多，如原料乳質量，UHT殺菌所引起的物理化學變化、殘留酶促反應，貯藏溫度等［5-7］．Burton［8］認為貯藏時間對 UHT 乳品質的影響更大，這是因為牛乳中含有嗜冷菌產生的大量耐熱脂肪酶和蛋白酶，即使經UHT處理后酶活仍然有部分存在，在貯藏過程中繼續緩慢分解脂肪和蛋白質而導致產品品質下降，貨架期縮短．本研究通過UHT中試生產線生產UHT滅菌乳，并將其放置于7，25，37℃下進行為期120 d保溫觀察試驗，定期監測其色澤、酪蛋白膠體粒徑、蛋白質水解、脂質氧化等理化指標的變化，研究不同貯藏溫度和時間下UHT乳品質的變化規律，對造成UHT乳品質變化的規律進行初步探討，以期為UHT乳的運輸、銷售及貯藏環境的選擇提供理論依據和參考．

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

生鮮牛乳采自中國農業大學動物科學技術學院，其中細菌總數為2．38×105CFU/mL，嗜冷菌數為1．17×105CFU/mL;無水乙醇、氯化鈣、三氯乙酸(TCA)，均為分析純，購自北京市北化精細化學品有限公司;四硼酸鈉、十二烷基硫酸鈉(SDS)、硫代巴比妥酸(TBA)、正丁醇，均為分析純，購自國藥集團化學試劑有限公司;L-絲氨酸，分析純，北京拜爾迪生物公司;鄰苯二甲醛(OPA)，北京金龍化學試劑有限公司;二硫代蘇糖醇(DTT)，北京廣達恒益科技有限公司．

1.2 儀器與設備

中試UHT生產線(包括德國APV均質機，日本POWERPOINT殺菌機和上海沃迪科技有限公司的無菌填充室);DELTA 320型精密pH計，瑞士梅特勒-托利多股份有限公司;DHP-9082型電熱恒溫培養箱，上海一恒科技有限公司;Zetasizer Nano ZS型納米粒徑電位分析儀，英國馬爾文儀器公司;Minolta CR-400型色差儀，日本柯尼卡美能達公司;PHS-3CT型智能型酸度計(配有鈣離子電極和參比電極)，上?？祪x儀器有限公司;UV2300型紫外分光光度計，上海天美科學儀器有限公司．

1.3 方法

1.3.1 UHT滅菌乳的生產

超高溫瞬時滅菌(UHT)處理工藝為:原料乳的驗收→過濾與凈化→預熱(80～82℃)→超高溫瞬時滅菌(137℃，4 s)→均質(20 2 MPa)→冷卻→無菌灌裝→產品．殺菌方式采用間接殺菌，制得的UHT乳中基本組分質量分數分別為:蛋白質2．80%，脂肪2．96%，乳糖4．06%，干物質10．52%．UHT乳灌裝至500 mL經輻照滅菌后的塑料瓶后，分別模擬低溫、常溫和高溫貯藏條件，將其分別放置在7，25，37℃條件下進行保存．UHT乳各項指標的測定從取樣當天開始進行，記作0 d，之后隨貯藏時間的延長定期取樣，各組樣品貯藏時間統一為120 d．

1.3.2 酪蛋白膠體粒徑的測定

室溫下將UHT乳樣品與去離子水按照1∶1 000稀釋，然后過0．45 μm 微濾膜處理［9］，選用 DTS1060型彎曲式毛細管作為測定樣品池，利用納米粒徑電位分析儀對樣品中酪蛋白膠體粒徑進行測定，其中儀器測定參數為:散射角90°，波長633 nm，溫度20℃，折射率為1．342，分散液黏度為0．99 ×10-3Pa·s．每個樣品平行測定3次，取平均值．

1.3.3 游離鈣離子的測定

以10-1～10-5mol/L的不同濃度梯度氯化鈣溶液為橫坐標，經智能型酸度計測得電位為縱坐標，繪制鈣離子標準曲線，通過測定不同牛乳樣品的電位值來求得牛乳中游離鈣離子濃度［10］，其中標準曲線回歸方程及相關系數分別為y=23．47x+185．1，r=0．999 5．

1.3.4 b*值的測定

將色差計通過標準白板校正后，取一定量的牛乳直接進行色澤的測定，每個樣重復3次，取平均值．

1.3.5 蛋白水解度的測定

蛋白水解度的測定參考文獻［11］的方法．

1)OPA試劑的配制．7．620 g四硼酸鈉 +0．2 gSDS→150 mL去離子水→0．176 g DTT→再加0．160 g OPA(4 mL乙醇溶解)→去離子水定容至200 mL，避光保存，現用現配．

2)絲氨酸標準液配制和測定．將0．05 g絲氨酸用去離子水定容到500 mL，取400 μL絲氨酸標準液，加入3 mL OPA試劑，讓混合物準確反應2 min后在340 nm處測典型吸光度值ODstandard．用離子水反應做ODblank．

3)樣品處理和測定．乳樣4 500 r/min離心20 min除脂肪，取10 mL于離心管中，加入10 mL 12%TCA，9 500 r/min 離心20 min，取上清液400 μL，加3 mL OPA試劑，讓混合物準確反應2 min后在340 nm處測OD值．

4)計算公式．

式(1)中，htot=8．3．

1.3.6 脂質過氧化值的測定

脂質過氧化值的測定參考文獻［12］的方法．

采用硫代巴比妥酸法，測定步驟如表1．

表1 牛乳脂質過氧化值的測定步驟Tab．1 Determination steps of lipid peroxidation in milk

2 結果與分析

2.1 UHT乳貯藏期間pH值的變化

初始加工的UHT乳的pH值為6．73，整個貯藏期間不同貯藏溫度下的UHT乳樣品pH值變化見圖1．由圖1可知，貯藏于7℃和25℃下的UHT乳pH值在整個貯藏期間雖然有下降，但是總體pH值仍保持在6．6左右．而37℃貯藏下的UHT乳則呈顯著下降趨勢，在第60 d時UHT乳pH值已經下降至低于6．6，在第120 d時UHT乳pH值降至6．45．

圖1 不同貯藏溫度下UHT乳貯藏期間pH值變化Fig．1 pH values of different temperature during storage period

Kohlmann等［13］通過對 UHT乳的貯藏時間與pH值做線性回歸分析發現，貯藏期間UHT乳的pH值均呈線性下降，這與本研究結果相一致．造成UHT乳貯藏期間pH值變化的原因很多，如磷酸鈣鹽沉淀的形成、酪蛋白的脫磷酸化作用、乳糖的降解以及蛋白質和脂肪的水解等．Kelly和Foley［14］研究發現，滅菌牛乳中殘余的纖溶酶、耐熱蛋白酶和脂肪酶在貯藏過程中仍會作用于牛乳中的蛋白質和脂肪，從而生成游離氨基酸和脂肪酸，并且隨著溫度的升高酶解反應速率逐漸提高，從而進一步影響了牛乳中pH值下降的快慢．

2.2 UHT乳貯藏期間顏色的變化

本研究中以b*值作為UHT乳顏色變化的判定指標．新鮮UHT乳中b*值為4．37，貯藏開始后處于不同貯藏溫度下的UHT乳的b*值均呈上升趨勢，如圖2所示，并且在從第60 d開始，貯藏于37℃下的UHT乳b*值急劇增加，當貯藏結束時其b*值為8．99，而貯藏于7℃和25℃下的UHT乳b*值則分別為 5．36 和 6．06，這與 Gaucher等［15］發現的結果相一致．

圖2 不同貯藏溫度下UHT乳貯藏期間b*值變化Fig．2 The b*values of different temperature during storage period

研究認為，UHT乳貯藏期間顏色的變化主要是由于乳糖和乳中賴氨酸的游離ε-NH2基團發生美拉德反應造成的，并且隨著貯藏溫度的提高，貯藏期的延長，乳蛋白水解程度加劇，使得牛乳中游離ε-NH2基團增多，美拉德反應所造成的褐變程度加?。?6］，從而導致UHT乳顏色的變化．研究中發現，當貯藏結束時，通過肉眼已經可以觀察到貯藏于37℃下的UHT乳發生明顯褐變．

2.3 UHT乳貯藏期間酪蛋白膠體粒徑的變化

圖3 不同貯藏溫度下UHT乳貯藏期間酪蛋白膠體粒徑變化Fig．3 Casein micelle sizes of different temperature during storage period

牛乳經UHT處理后，由于乳清蛋白變性沉積于酪蛋白膠體表面而導致蛋白質分子發生聚集使得膠體粒徑增大，此時粒徑約為181 nm．圖3表明貯藏期間UHT乳的酪蛋白膠體粒徑均呈減小趨勢，其中貯藏于7℃下的UHT乳粒徑變化趨勢最小，當貯藏結束時粒徑約為171 nm;貯藏于25℃下的UHT乳粒徑變化趨勢次之，貯藏結束時粒徑約為166 nm;而貯藏于37℃下的UHT乳粒徑減小幅度最大，貯藏結束時粒徑約為151 nm．Famelart等［17］的研究認為，酪蛋白膠體粒徑的減小與牛乳pH值的下降有關，Crudden等［18］則認為纖溶酶所引起的蛋白質水解是造成酪蛋白膠體粒徑減小的主要原因．由于37℃貯藏下的UHT乳蛋白質水解速率加快，并且pH值變化明顯，因此使得該溫度貯藏下的UHT乳酪蛋白膠體粒徑變化最為顯著．而7℃和25℃貯藏下的UHT乳pH值變化并不顯著，因此蛋白質水解很可能是造成其粒徑變化的主要原因．

2.4 UHT乳貯藏期間游離鈣離子的變化

UHT乳貯藏期間游離鈣離子含量變化如圖4．由圖4可知，貯藏期間UHT乳中游離鈣離子含量呈下降趨勢，其中37℃貯藏下的UHT乳離子鈣含量下降趨勢最為明顯，當貯藏結束時UHT乳中離子鈣質量濃度為6．38 mg/100 mL，此時7℃和25℃貯藏下的UHT乳中離子鈣質量濃度分別為9．54 mg/100 mL和8．59 mg/100 mL．影響牛乳中游離鈣離子含量的因素很多，例如，加熱會使乳中離子鈣形成磷酸鈣沉淀，pH值的變化也會造成乳中離子鈣含量的變化;貯藏過程中CO2的溶出以及耐熱脂肪酶作用于溶解的磷酸酯，也會導致乳中離子鈣含量的降低［19］．正是在這些復雜因素的共同影響下，使得UHT乳貯藏期間游離鈣離子含量呈現下降趨勢，并且貯藏溫度不同，離子鈣含量下降幅度也不同．

圖4 不同貯藏溫度下UHT乳貯藏期間離子鈣含量變化Fig．4 Ion calcium contents of different temperature during storage period

2.5 UHT乳貯藏期間蛋白質水解度的變化

在貯藏過程中，對置于不同溫度下的UHT乳中蛋白質水解度進行測定，結果如圖5．由圖5可知，貯藏初期，UHT乳的蛋白水解度為4．2%，隨著貯藏期的延長，UHT乳的蛋白水解度逐漸呈上升趨勢，并且隨著貯藏溫度的升高，蛋白水解度的上升趨勢愈發明顯，當貯藏結束時，37℃貯藏下的UHT乳蛋白水解度已達9．7%，是其他兩個貯藏溫度下的蛋白水解度的1．5倍．

圖5 不同貯藏溫度下UHT乳貯藏期間蛋白水解度變化Fig．5 DH values of different temperature during storage period

國內外有關牛乳中酶的研究表明［20-22］:雖然牛乳經超高溫瞬時滅菌處理，但對牛乳中蛋白質起主要水解作用的纖溶酶仍未完全失活，并且牛乳中還存在著一些其他的耐熱蛋白酶，從而共同造成牛乳中蛋白質的水解．由于這些蛋白酶在牛乳中活性較低，因此在貯藏初期牛乳中蛋白水解程度較小，隨著貯藏期的延長，蛋白水解程度逐漸提高．同時蛋白酶作用的最適溫度為37℃;并且隨著環境溫度升高，由酶引起的反應速度加快，這些是導致37℃貯藏的UHT乳蛋白水解度速度較快的主要原因．

2.6 UHT乳貯藏期間脂質氧化值的變化

貯藏過程中UHT乳的脂質氧化(lipid peroxidation，LPO)程度逐漸增加，并且貯藏溫度不同，脂質氧化程度也不同，結果如圖6．牛乳的脂質氧化程度與脂肪氧化酶密切相關．作為一種耐熱酶，脂肪氧化酶即使經高溫處理仍有殘余，從而在UHT乳貯藏過程中繼續保持其活性［23］．貯藏過程中，UHT乳脂肪球膜外側的蛋白質遭蛋白酶水解，脂肪球穩定性降低，脂肪從脂肪球膜中泄露并與脂肪氧化酶發生作用，牛乳中游離脂肪酸增加，隨著貯藏溫度的升高其發生氧化反應的速率也逐漸加快［24］，因此，25℃和37℃貯藏下的UHT乳其脂質氧化程度顯著高于7℃貯藏下的UHT乳．

圖6 不同貯藏溫度下UHT乳貯藏期間脂質氧化值變化Fig．6 LPO values of different temperature during storage period

3 結論

在120 d的貯藏過程中，定期對UHT乳樣品進行細菌總數的測定，結果表明，貯藏于不同溫度下的UHT乳樣品并無微生物污染情況發生．同時UHT乳中除有少許脂肪上浮外，并沒有發生蛋白質膠凝和沉淀等現象．但是本研究對蛋白質水解、脂質氧化及牛乳顏色的監測結果表明，UHT乳在貯藏過程蛋白質水解、脂質氧化和美拉德反應仍在進行，且在37℃下反應速率更快，這主要與一些耐熱酶的作用有關，如纖溶酶、耐熱蛋白酶和脂肪酶等．同時，貯藏溫度越高，貯藏時間越長，牛乳中各理化指標的變化越明顯，UHT乳品質也將變得更差．由于UHT乳貯藏過程中發生的反應復雜并且具有多樣性，需要從生物化學、酶反應等多方面對影響UHT乳品質的各個因素進行研究，從而可以更加科學合理地控制UHT乳在貯運過程中的品質變化．

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(責任編輯:葉紅波)

Effects of Storage Temperature on Physico-chemical Characteristics of UHT Milk

SUN Qi， LIU Lu， ZHANG Shu-wen， LIANG Xiao， Lü Jia-ping
(Institute of Agro-Products Processing Science and Technology/Key Laboratory of Agro-food Processing and Quality Control，Ministry of Agriculture，Chinese Academy of Agricultural Sciences，Beijing 100193，China)

As a long shelf life liquid milk，ultra high temperature sterilized(UHT)milk has become an important part of people's diet with high quality and convenience．However，the physico-chemical changes often lead to aggregation or sedimentation of milk which affect the quality of UHT milk during storage．In this study，close attention was paid to the reactions occurred in UHT milk during 120 d of storage at 7，25 and 37℃．The UHT milk was produced by the pilot equipment and packed in PET bottle．The overall milk physico-chemical changes revealed the development of the Maillard reaction and proteolysis and lipid oxidation reaction．These reactions resulted in the reduction of pH value，colloidal casein particle size and the ionized calcium content，but the increase of the b*value，the degree of milk protein hydrolysis and the level of lipid oxidation reaction for UHT milk during storage．After the end of the storage test，the color of UHT milk at 37℃ changed significantly．However，fat floating and protein precipitation did not appear in all UHT milk samples．

UHT milk;storage;physico-chemical characteristics;quality

TS252．1

A

1671-1513(2012)04-0025-06

2012-06-26

農業部公益性行業(農業)科研專項(200903043)．

孫 琦，男，碩士研究生，研究方向為食品微生物與發酵工程;

呂加平，男，研究員，博士生導師，主要從事食品微生物與發酵和乳品科學方面的研究．通訊作者．