孙 琦， 刘 鹭， 张书文， 梁 霄， 吕加平

(中国农业科学院农产品加工研究所/农业部农产品加工与质量控制重点开放实验室，北京 100193)

不同贮藏温度对UHT乳品质的影响

孙 琦， 刘 鹭， 张书文， 梁 霄， 吕加平

(中国农业科学院农产品加工研究所/农业部农产品加工与质量控制重点开放实验室，北京 100193)

UHT乳作为一种经超高温瞬时灭菌、无菌灌装生产的长货架期液态乳，具有品质优良，饮用方便等优点．但是在贮藏过程中，UHT乳经常会因残留酶或微生物作用而产生蛋白质凝块、沉淀或脂肪上浮等缺陷，从而影响UHT乳的品质．本研究通过UHT中试生产线无菌灌装制备PET瓶装UHT乳，将其分别置于7，25，37℃下保温观察，定期测定色泽、酪蛋白胶体粒径、蛋白质水解度及理化指标等变化．结果表明，贮藏过程中UHT乳发生的主要反应为蛋白质水解、脂质氧化和美拉德反应，UHT乳的pH值、游离钙离子含量和酪蛋白胶体粒径呈下降趋势，b*值、蛋白水解度、脂质氧化程度呈上升趋势．120 d保温试验结束后，除37℃贮藏下的UHT乳色泽从第90 d开始发生明显变化外，各UHT乳样品并未产生明显的脂肪上浮和蛋白沉淀等现象．

UHT乳;贮藏;理化性质;品质

超高温瞬时灭菌(ultra high temperature treated，UHT)是利用超高温瞬时灭菌及无菌灌装技术生产的常温下货架期较长的商业无菌乳制品，实际生产中最为常用的灭菌方式为137℃，4 s，同时结合无菌灌装技术，一方面可以使UHT乳达到商业无菌标准，另一方面可以使牛乳营养损失降低到最低程度，使其能在常温下保存，货架期长达6个月之久而不变质［1-2］．但是从实际生产和市场调查的结果来看，UHT乳在贮藏过程中经常会出现一系列质量问题，主要包括脂肪上浮，蛋白质胶凝和沉淀，色泽、风味等改变［3-4］．

影响UHT乳质量的因素很多，如原料乳质量，UHT杀菌所引起的物理化学变化、残留酶促反应，贮藏温度等［5-7］．Burton［8］认为贮藏时间对 UHT 乳品质的影响更大，这是因为牛乳中含有嗜冷菌产生的大量耐热脂肪酶和蛋白酶，即使经UHT处理后酶活仍然有部分存在，在贮藏过程中继续缓慢分解脂肪和蛋白质而导致产品品质下降，货架期缩短．本研究通过UHT中试生产线生产UHT灭菌乳，并将其放置于7，25，37℃下进行为期120 d保温观察试验，定期监测其色泽、酪蛋白胶体粒径、蛋白质水解、脂质氧化等理化指标的变化，研究不同贮藏温度和时间下UHT乳品质的变化规律，对造成UHT乳品质变化的规律进行初步探讨，以期为UHT乳的运输、销售及贮藏环境的选择提供理论依据和参考．

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

生鲜牛乳采自中国农业大学动物科学技术学院，其中细菌总数为2．38×105CFU/mL，嗜冷菌数为1．17×105CFU/mL;无水乙醇、氯化钙、三氯乙酸(TCA)，均为分析纯，购自北京市北化精细化学品有限公司;四硼酸钠、十二烷基硫酸钠(SDS)、硫代巴比妥酸(TBA)、正丁醇，均为分析纯，购自国药集团化学试剂有限公司;L-丝氨酸，分析纯，北京拜尔迪生物公司;邻苯二甲醛(OPA)，北京金龙化学试剂有限公司;二硫代苏糖醇(DTT)，北京广达恒益科技有限公司．

1.2 仪器与设备

中试UHT生产线(包括德国APV均质机，日本POWERPOINT杀菌机和上海沃迪科技有限公司的无菌填充室);DELTA 320型精密pH计，瑞士梅特勒-托利多股份有限公司;DHP-9082型电热恒温培养箱，上海一恒科技有限公司;Zetasizer Nano ZS型纳米粒径电位分析仪，英国马尔文仪器公司;Minolta CR-400型色差仪，日本柯尼卡美能达公司;PHS-3CT型智能型酸度计(配有钙离子电极和参比电极)，上海康仪仪器有限公司;UV2300型紫外分光光度计，上海天美科学仪器有限公司．

1.3 方法

1.3.1 UHT灭菌乳的生产

超高温瞬时灭菌(UHT)处理工艺为:原料乳的验收→过滤与净化→预热(80～82℃)→超高温瞬时灭菌(137℃，4 s)→均质(20 2 MPa)→冷却→无菌灌装→产品．杀菌方式采用间接杀菌，制得的UHT乳中基本组分质量分数分别为:蛋白质2．80%，脂肪2．96%，乳糖4．06%，干物质10．52%．UHT乳灌装至500 mL经辐照灭菌后的塑料瓶后，分别模拟低温、常温和高温贮藏条件，将其分别放置在7，25，37℃条件下进行保存．UHT乳各项指标的测定从取样当天开始进行，记作0 d，之后随贮藏时间的延长定期取样，各组样品贮藏时间统一为120 d．

1.3.2 酪蛋白胶体粒径的测定

室温下将UHT乳样品与去离子水按照1∶1 000稀释，然后过0．45 μm 微滤膜处理［9］，选用 DTS1060型弯曲式毛细管作为测定样品池，利用纳米粒径电位分析仪对样品中酪蛋白胶体粒径进行测定，其中仪器测定参数为:散射角90°，波长633 nm，温度20℃，折射率为1．342，分散液黏度为0．99 ×10-3Pa·s．每个样品平行测定3次，取平均值．

1.3.3 游离钙离子的测定

以10-1～10-5mol/L的不同浓度梯度氯化钙溶液为横坐标，经智能型酸度计测得电位为纵坐标，绘制钙离子标准曲线，通过测定不同牛乳样品的电位值来求得牛乳中游离钙离子浓度［10］，其中标准曲线回归方程及相关系数分别为y=23．47x+185．1，r=0．999 5．

1.3.4 b*值的测定

将色差计通过标准白板校正后，取一定量的牛乳直接进行色泽的测定，每个样重复3次，取平均值．

1.3.5 蛋白水解度的测定

蛋白水解度的测定参考文献［11］的方法．

1)OPA试剂的配制．7．620 g四硼酸钠 +0．2 gSDS→150 mL去离子水→0．176 g DTT→再加0．160 g OPA(4 mL乙醇溶解)→去离子水定容至200 mL，避光保存，现用现配．

2)丝氨酸标准液配制和测定．将0．05 g丝氨酸用去离子水定容到500 mL，取400 μL丝氨酸标准液，加入3 mL OPA试剂，让混合物准确反应2 min后在340 nm处测典型吸光度值ODstandard．用离子水反应做ODblank．

3)样品处理和测定．乳样4 500 r/min离心20 min除脂肪，取10 mL于离心管中，加入10 mL 12%TCA，9 500 r/min 离心20 min，取上清液400 μL，加3 mL OPA试剂，让混合物准确反应2 min后在340 nm处测OD值．

4)计算公式．

式(1)中，htot=8．3．

1.3.6 脂质过氧化值的测定

脂质过氧化值的测定参考文献［12］的方法．

采用硫代巴比妥酸法，测定步骤如表1．

表1 牛乳脂质过氧化值的测定步骤Tab．1 Determination steps of lipid peroxidation in milk

2 结果与分析

2.1 UHT乳贮藏期间pH值的变化

初始加工的UHT乳的pH值为6．73，整个贮藏期间不同贮藏温度下的UHT乳样品pH值变化见图1．由图1可知，贮藏于7℃和25℃下的UHT乳pH值在整个贮藏期间虽然有下降，但是总体pH值仍保持在6．6左右．而37℃贮藏下的UHT乳则呈显著下降趋势，在第60 d时UHT乳pH值已经下降至低于6．6，在第120 d时UHT乳pH值降至6．45．

图1 不同贮藏温度下UHT乳贮藏期间pH值变化Fig．1 pH values of different temperature during storage period

Kohlmann等［13］通过对 UHT乳的贮藏时间与pH值做线性回归分析发现，贮藏期间UHT乳的pH值均呈线性下降，这与本研究结果相一致．造成UHT乳贮藏期间pH值变化的原因很多，如磷酸钙盐沉淀的形成、酪蛋白的脱磷酸化作用、乳糖的降解以及蛋白质和脂肪的水解等．Kelly和Foley［14］研究发现，灭菌牛乳中残余的纤溶酶、耐热蛋白酶和脂肪酶在贮藏过程中仍会作用于牛乳中的蛋白质和脂肪，从而生成游离氨基酸和脂肪酸，并且随着温度的升高酶解反应速率逐渐提高，从而进一步影响了牛乳中pH值下降的快慢．

2.2 UHT乳贮藏期间颜色的变化

本研究中以b*值作为UHT乳颜色变化的判定指标．新鲜UHT乳中b*值为4．37，贮藏开始后处于不同贮藏温度下的UHT乳的b*值均呈上升趋势，如图2所示，并且在从第60 d开始，贮藏于37℃下的UHT乳b*值急剧增加，当贮藏结束时其b*值为8．99，而贮藏于7℃和25℃下的UHT乳b*值则分别为 5．36 和 6．06，这与 Gaucher等［15］发现的结果相一致．

图2 不同贮藏温度下UHT乳贮藏期间b*值变化Fig．2 The b*values of different temperature during storage period

研究认为，UHT乳贮藏期间颜色的变化主要是由于乳糖和乳中赖氨酸的游离ε-NH2基团发生美拉德反应造成的，并且随着贮藏温度的提高，贮藏期的延长，乳蛋白水解程度加剧，使得牛乳中游离ε-NH2基团增多，美拉德反应所造成的褐变程度加剧［16］，从而导致UHT乳颜色的变化．研究中发现，当贮藏结束时，通过肉眼已经可以观察到贮藏于37℃下的UHT乳发生明显褐变．

2.3 UHT乳贮藏期间酪蛋白胶体粒径的变化

图3 不同贮藏温度下UHT乳贮藏期间酪蛋白胶体粒径变化Fig．3 Casein micelle sizes of different temperature during storage period

牛乳经UHT处理后，由于乳清蛋白变性沉积于酪蛋白胶体表面而导致蛋白质分子发生聚集使得胶体粒径增大，此时粒径约为181 nm．图3表明贮藏期间UHT乳的酪蛋白胶体粒径均呈减小趋势，其中贮藏于7℃下的UHT乳粒径变化趋势最小，当贮藏结束时粒径约为171 nm;贮藏于25℃下的UHT乳粒径变化趋势次之，贮藏结束时粒径约为166 nm;而贮藏于37℃下的UHT乳粒径减小幅度最大，贮藏结束时粒径约为151 nm．Famelart等［17］的研究认为，酪蛋白胶体粒径的减小与牛乳pH值的下降有关，Crudden等［18］则认为纤溶酶所引起的蛋白质水解是造成酪蛋白胶体粒径减小的主要原因．由于37℃贮藏下的UHT乳蛋白质水解速率加快，并且pH值变化明显，因此使得该温度贮藏下的UHT乳酪蛋白胶体粒径变化最为显著．而7℃和25℃贮藏下的UHT乳pH值变化并不显著，因此蛋白质水解很可能是造成其粒径变化的主要原因．

2.4 UHT乳贮藏期间游离钙离子的变化

UHT乳贮藏期间游离钙离子含量变化如图4．由图4可知，贮藏期间UHT乳中游离钙离子含量呈下降趋势，其中37℃贮藏下的UHT乳离子钙含量下降趋势最为明显，当贮藏结束时UHT乳中离子钙质量浓度为6．38 mg/100 mL，此时7℃和25℃贮藏下的UHT乳中离子钙质量浓度分别为9．54 mg/100 mL和8．59 mg/100 mL．影响牛乳中游离钙离子含量的因素很多，例如，加热会使乳中离子钙形成磷酸钙沉淀，pH值的变化也会造成乳中离子钙含量的变化;贮藏过程中CO2的溶出以及耐热脂肪酶作用于溶解的磷酸酯，也会导致乳中离子钙含量的降低［19］．正是在这些复杂因素的共同影响下，使得UHT乳贮藏期间游离钙离子含量呈现下降趋势，并且贮藏温度不同，离子钙含量下降幅度也不同．

图4 不同贮藏温度下UHT乳贮藏期间离子钙含量变化Fig．4 Ion calcium contents of different temperature during storage period

2.5 UHT乳贮藏期间蛋白质水解度的变化

在贮藏过程中，对置于不同温度下的UHT乳中蛋白质水解度进行测定，结果如图5．由图5可知，贮藏初期，UHT乳的蛋白水解度为4．2%，随着贮藏期的延长，UHT乳的蛋白水解度逐渐呈上升趋势，并且随着贮藏温度的升高，蛋白水解度的上升趋势愈发明显，当贮藏结束时，37℃贮藏下的UHT乳蛋白水解度已达9．7%，是其他两个贮藏温度下的蛋白水解度的1．5倍．

图5 不同贮藏温度下UHT乳贮藏期间蛋白水解度变化Fig．5 DH values of different temperature during storage period

国内外有关牛乳中酶的研究表明［20-22］:虽然牛乳经超高温瞬时灭菌处理，但对牛乳中蛋白质起主要水解作用的纤溶酶仍未完全失活，并且牛乳中还存在着一些其他的耐热蛋白酶，从而共同造成牛乳中蛋白质的水解．由于这些蛋白酶在牛乳中活性较低，因此在贮藏初期牛乳中蛋白水解程度较小，随着贮藏期的延长，蛋白水解程度逐渐提高．同时蛋白酶作用的最适温度为37℃;并且随着环境温度升高，由酶引起的反应速度加快，这些是导致37℃贮藏的UHT乳蛋白水解度速度较快的主要原因．

2.6 UHT乳贮藏期间脂质氧化值的变化

贮藏过程中UHT乳的脂质氧化(lipid peroxidation，LPO)程度逐渐增加，并且贮藏温度不同，脂质氧化程度也不同，结果如图6．牛乳的脂质氧化程度与脂肪氧化酶密切相关．作为一种耐热酶，脂肪氧化酶即使经高温处理仍有残余，从而在UHT乳贮藏过程中继续保持其活性［23］．贮藏过程中，UHT乳脂肪球膜外侧的蛋白质遭蛋白酶水解，脂肪球稳定性降低，脂肪从脂肪球膜中泄露并与脂肪氧化酶发生作用，牛乳中游离脂肪酸增加，随着贮藏温度的升高其发生氧化反应的速率也逐渐加快［24］，因此，25℃和37℃贮藏下的UHT乳其脂质氧化程度显著高于7℃贮藏下的UHT乳．

图6 不同贮藏温度下UHT乳贮藏期间脂质氧化值变化Fig．6 LPO values of different temperature during storage period

3 结论

在120 d的贮藏过程中，定期对UHT乳样品进行细菌总数的测定，结果表明，贮藏于不同温度下的UHT乳样品并无微生物污染情况发生．同时UHT乳中除有少许脂肪上浮外，并没有发生蛋白质胶凝和沉淀等现象．但是本研究对蛋白质水解、脂质氧化及牛乳颜色的监测结果表明，UHT乳在贮藏过程蛋白质水解、脂质氧化和美拉德反应仍在进行，且在37℃下反应速率更快，这主要与一些耐热酶的作用有关，如纤溶酶、耐热蛋白酶和脂肪酶等．同时，贮藏温度越高，贮藏时间越长，牛乳中各理化指标的变化越明显，UHT乳品质也将变得更差．由于UHT乳贮藏过程中发生的反应复杂并且具有多样性，需要从生物化学、酶反应等多方面对影响UHT乳品质的各个因素进行研究，从而可以更加科学合理地控制UHT乳在贮运过程中的品质变化．

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(责任编辑:叶红波)

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

农业部公益性行业(农业)科研专项(200903043)．

孙 琦，男，硕士研究生，研究方向为食品微生物与发酵工程;

吕加平，男，研究员，博士生导师，主要从事食品微生物与发酵和乳品科学方面的研究．通讯作者．