UHT乳貨架期間微生物引起的質量問題及分析

朱洪學 陳茂彬

[摘 要]UHT乳在貨架期間容易出現一些質量問題。本文綜述了引起UHT奶變質的微生物的種類,就UHT乳貨架期間由微生物引起的常見質量問題進行了分析,并提出了預防措施。

[關鍵詞]UHT乳;微生物;質量問題;分析

[中圖分類號]TS252.7 文獻標志碼:B

UHT乳是指原料乳被加熱到137℃～150℃,并在此溫度下保持4～20s的熱處理過程加工的乳。經過這一溫度和時間組合的熱處理后,乳制品中將不再含有在室溫貯存條件下可生長繁殖的微生物,達到商業無菌的要求。UHT乳在牛乳的保久和保鮮兩個方面較巴氏殺菌乳和保持滅菌乳均具有獨到的優越之處。但是,由于UHT滅菌牛乳對其原料和生產過程的控制要求相對嚴格,某些環節控制不當將會造成產品在貨架期內出現一些質量問題。本文主要就UHT乳貨架期間由微生物引起的常見質量問題進行分析,并提出預防措施。

一、不同微生物對UHT乳的影響

1.原料乳中的細茵總數

原料乳中細菌非常多,在繁殖過程當中能產生蛋白分解酶和脂肪分解酶,這些酶的耐熱性非常高,它們經過超高溫滅菌后在UHT滅菌乳中仍然存在,導致乳中蛋白質和脂肪被分解最后使UHT乳變質,影響它在貨架上的壽命。

2.嗜冷茵

嗜冷菌污染被認為是影響UHT滅菌乳保質期的重要原因之一。這種菌在低溫下大量繁殖并產生侵害乳營養成分的耐熱性酶類如:耐熱性蛋白酶、脂肪酶、磷脂酶等引起產品酸包、異味包、乳清分離、變色、哈敗、凝固、發粘等變質現象。原料乳中所含的嗜冷菌及其所產生的酶的濃度直接影響產品壽命。UHT產品加工過程中的熱殺菌能殺滅乳中細菌包括低溫菌,但所產生的耐熱酶仍然保持活性最終導致UHT乳的苦味、凝結等現象的發生。低溫菌還會導致設備堵塞、清洗困難等問題。有研究表明在147℃滅菌5s,蛋白酶的殘留量29%、脂肪酶殘留量為40%,嗜冷菌產生的蛋白酶能消化酪蛋白導致苦味、凝塊、脂肪酶導致腐爛味、肥皂味和酵母味。

3.芽孢桿茵

UHT乳大多數情況下由于滅菌不徹底而被芽孢污染。其中包括:UHT加熱溫度和時間不足、原料乳中芽孢桿菌含量過高引起產品中殘留量過多、包裝材料的滅菌和預滅菌不徹底、清洗不良和無菌系統出現故障等。

4.乳酸茵

該菌在牛乳中本身就存在。原料乳在密閉條件下運輸時,乳酸菌會大量增殖導致酸敗,這種乳不能生產UHT滅菌乳 除外乳房炎乳、初乳、未乳、摻假、摻雜乳均不能生產UHT乳。

二、UHT乳貨架期間常見質量問題與分析(表1)

1.蛋白膠凝和沉淀

有的UHT乳貯存較長時間(一般為4個月以上)時會出現蛋白膠凝現象。膠凝是以貯存過程中產品的流動性損失為特征的,表現為在貯存中UHT乳發生黏度變化,起始階段產品變薄,接下來一個階段黏度很少變化,最終黏度有一迅速上升。

目前,有兩種學說來解釋UHT乳貯存期間膠凝現象的機制。一種為蛋白酶學說,即UHT乳出現膠凝是由于酶水解乳蛋白引起的。其中起主要作用的酶是天然乳蛋白酶(纖維蛋白酶)和微生物蛋白酶。這些酶的耐熱性很高,在UHT乳貯存中繼續發揮水解作用使蛋白質水解,當蛋白水解達到一定程度時就會發生凝集反應生成凝膠。另一種為非酶的理化反應學說,即酪蛋白膠體表面性質的變化導致了膠凝。UHT乳中的酪蛋白膠體處于高表面能狀態,貯存過程中,酪蛋白從高能狀態向低能態逐步、自發地轉化,許多酪蛋白勢能下降,導致膠體粒子間的排斥作用減弱,最終導致產生凝膠。另外還有一種解釋是這兩種學說的結合,該學說認為首先是一些酶類對酪蛋白進行水解,隨后導致物理化學反應的發生,最后引起膠凝。

除了膠凝現象之外,一些UHT乳在貯存期間還會在容器底部發現蛋白沉淀。乳本身作為一個緩沖體系,蛋白質是在各種離子組成的平衡體系中處于穩定狀態的,但是當條件改變(如酸度過大、過度加熱、加入某些鹽類)可能會影響乳中固有的鹽類平衡體系,導致乳蛋白聚集形成沉淀。乳中鈣離子對乳的穩定性影響最大,因為乳中的鈣離子形成鈣橋,從而將乳蛋白連接成穩定長鏈,但是當鈣離子被沉淀時就失去了其樞紐作用,使乳蛋白膠粒變得很不穩定,最終會沉淀下來。

2.脂肪上浮

乳中的乳脂肪密度較小,依據Stokes定律,在流體動力學作用下脂肪會自然上浮。UHT乳在經過均質處理后,乳脂肪球的粒度已被細化到一定程度,并且以溶膠膠粒的形式均勻分散在乳中,脂肪球之間因帶有同種電荷而保持間距,因此在產品貨架期內乳脂肪不應較快上浮。但是,就目前的情況來看,脂肪上浮現象在UHT乳中十分常見,有的UHT乳在貯存3個月后出現,有的在貯存2周甚至更短時間內就會出現。

造成UHT乳脂肪上浮的因素很多,一般來說,一個很主要的因素就是加工過程中的均質工藝和乳化劑的選擇。在UHT乳生產中一般采用二級均質,均質溫度一般為55℃～80℃,均質壓力在10～25MPa,這樣的均質條件效果較好。在長貨架期UHT乳生產中,乳化劑的選擇尤為重要,而且添加量要適宜(0.1%左右),過量和不足都會影響產品的穩定性。

此外,乳中的酶也與脂肪上浮現象有關。在乳中,耐熱性的蛋白酶能夠水解α-CN 和β-CN,破壞乳脂肪球和酪蛋白表面結構,引起脂肪與脂肪、脂肪與酪蛋白結合并聚集,形成小的薄片浮于乳的上部;而脂肪酶通過水解乳脂肪破壞了脂肪球的結構,使脂肪球發生聚集,使乳更易發生脂肪上浮。另一方面,原料乳的質量也與脂肪上浮現象密切相關,乳的衛生質量、乳的穩定性、摻假情況以及乳中營養成分的合理配比都是影響因素。

3.褐變

UHT乳的正常色澤為乳白色或稍帶黃色。當顏色較深時,可能是發生了不同程度的褐變。牛乳的褐變有兩種:一種是乳糖的焦糖化反應;另一種是美拉德反應,即乳中蛋白質末端氨基酸的氨基與乳糖的羰基在較高溫度下脫水縮合及化學鍵斷裂重組,先后生成色素初產物和類黑精色素的過程。

正常的UHT滅菌條件一般不會造成UHT乳的明顯褐變。UHT乳的褐變主要是滅菌溫度過高或時間過長而引起的。但是,UH乳在貯存過程中若貯存溫度過高也會發生緩慢的美拉德反應,使乳的色澤呈變深傾向。控制原料乳的質量在一定程度上可以提高乳的抗褐變能力。

4.風味的改變

除了組織狀態和色澤方面的變化之外,UHT 乳在貯存期間還會產生一些風味方面的變化,主要表現為苦味、澀味、脂肪氧化味等等。

苦味、澀味的產生主要是由于UHT乳中殘留的蛋白酶水解蛋白質形成短的肽鏈和氨基酸所致,這些短肽和氨基酸殘基(如纈氨酸、蘇氨酸等)自身帶有苦味。脂肪氧化味主要是由于UHT乳中殘留脂肪酶對乳脂肪的水解造成的,水解產生的一些游離脂肪酸具有不良風味。因此,控制UHT乳中殘留蛋白酶和脂肪酶的含量可以抑制。

5.酸包和脹包

UHT乳出現酸包和脹包一般是由微生物引起。因為乳作為微生物生長最好的培養基,當乳殺菌不徹底時,殘留的微生物會利用乳中的營養迅速繁殖,一方面產酸,使產品酸度增大,并伴有酸臭味;另一方面產氣,使外包裝膨脹,即出現脹包現象。

對原料乳的衛生質量應引起注意。因為殺菌機的殺菌效率與乳的衛生狀況存在相關性,即當乳中細菌數高時,殺菌效率降低。尤其當乳中的某些耐熱芽抱菌數量較多時,由于芽抱菌本身較高的耐熱強度,再加上乳緩沖體系對微生物的保護作用,可能使乳中殘存有未被殺死的芽抱菌耐熱抱子,這些休眠的抱子在適宜條件下,隨著產品的貯存漸漸被激活,又會形成新的營養體,這些營養體的繁殖,最終給產品帶來酸包和脹包問題。所以生產優質的產品應嚴格控制原料乳的衛生質量,一般規定用于生產UHT乳的原料乳的微生物標準為:細菌總數﹤10萬個/ ml,嗜冷菌﹤1000個/ml,芽抱菌﹤100個/ml,耐熱芽抱菌﹤10個/ml。

三、UHT乳質量問題的預防措施

1.原料乳的控制

原料乳的控制主要體現在異常乳和衛生質量控制2個方面。

異常乳主要包括生理異常乳和摻假乳,這2種乳會造成產品的物理缺陷。如褐變、凝膠、沉淀等。因此,乳品企業應加強檢測、嚴格監督,避免初乳、末乳、乳房炎乳混入到超高溫用原料乳中。

原料乳的衛生質量主要是指微生物的含量。其中包括細菌總數、芽孢數、耐熱芽孢菌數及嗜冷菌數。以上這4項指標是超高溫用原料乳必須要檢測的。細菌總數及嗜冷菌的多少決定了產品在儲存期內的理化變化。根據經驗,良好的原料乳的細菌總數和嗜冷菌數應分別控制在2×l05個/mL及1 000個/mL以內。芽孢數及耐熱芽孢數的多少決定于企業制定的成品合格率的大小(AQL)。通常,若使成品的壞包率低于1:1 000,則芽孢數及耐熱芽孢數應分別控制在100～1 000個/mL以及10～100個/mL之間。

2.設備的維修保養

很多產品的微生物污染是由于設備維修保養不當造成的,如泄漏、清洗不足、壓力不穩、封合不良、預滅菌不徹底等。

UHT滅菌機、無菌罐裝機是UHT乳生產過程中運轉時間最長的設備,也是對產品質量影響最大的設備。特別是無菌罐裝機。在使用前必須對設備進行嚴格地維護和保養,才能保證設備正常完好地運轉。設備管理必須嚴格按照手冊中的程序執行, 并據此制定切實可行、便于監督管理的維護保養記錄。

每日的日護養由設備主操作工進行,同時還要根據設備運行時間規定大修的時間。設備大修應由主操作工與維修工程師共同進行。

3.操作管理

UHT滅菌機和無菌包裝機是相對較復雜的。因而對操作要求比較嚴格。操作人員必須經過良好、系統地培訓。制定詳細、明確的操作規程。同時要對生產的全過程進行準確的記錄。有關的管理人員也要及時監督以確保生產的正常進行。包裝過程中,按設備的操作要求抽檢包裝的封口質量。當封合不良時,應立即采取措施,以免導致外源性微生物污染。同時也要經常檢查設備使用的H202的濃度,以確保包材滅菌的效果。

4.衛生管理

與其他食品相比。UHT乳生產的衛生管理顯得尤為重要。這就要求乳品企業制定并實施優質生產規范,以盡量減少生產各個環節的微生物污染,減輕UHT及無菌包裝機的滅菌負擔。

四、結束語

雖然就UHT乳貨架期間一些常見的質量問題進行了分析。但是由于各生產廠家的管理水平不同、資源狀況不同、使用的設備不同(絕大多數屬引進設備)等,這必然使各廠家在UHT乳生產過程中遇到的問題也有所差異。近年來,UHT乳在乳品行業中發展迅速,隨著UHT產品生產和管理經驗的積累以及無菌控制技術的成熟,各企業UHT乳貨架期間遇到的質量問題將會逐漸得到有效控制。□ (編輯/梁永安)