超高壓射流滅菌對牛奶理化特性的影響

羅蘭，王盛民，吳貞貞，黃義娜，王懿萍，張小榮，陳波

（1.西南交通大學生命科學與工程學院，成都 610031；2.南京大地水刀股份有限公司，南京 211300）

超高壓射流滅菌對牛奶理化特性的影響

羅蘭1，王盛民1，吳貞貞1，黃義娜1，王懿萍1，張小榮1，陳波2

（1.西南交通大學生命科學與工程學院，成都 610031；2.南京大地水刀股份有限公司，南京 211300）

利用超高壓射流對撞式/碰撞式技術處理液態奶，考察其相對密度、滴定酸度、pH值、灰分堿度、濁度、顆粒粒徑等理化性質。結果表明，超高壓射流處理后，液態奶的灰分堿度及壓力≥200 MPa時滴定酸度均符合滅菌乳國家標準（GB5408.2-1999）；相對密度保持不變；濁度呈上升趨勢；對撞方式均質效果明顯優于碰撞方式。超高壓射流處理牛奶的最佳工藝為200 MPa對撞方式處理。該研究為超高壓射流殺菌奶的后續深入研究奠定了基礎。

超高壓射流；牛奶；理化特性

0 引言

牛奶含豐富乳蛋白質、乳脂肪、乳糖、多種維生素以及鈣、磷、鎂等礦物質，是人類的營養佳品[1]。基于牛奶的豐富營養，我國的奶業迅速發展，目前常用的滅菌方法有巴氏殺菌和超高溫滅菌，即巴氏奶和常溫奶，巴氏奶處理溫度較低，營養成分損失較小，但保質期短且需冷鏈保存；常溫奶處理溫度較高，保質期長，常溫保存，但營養成分損失較多。并且兩者存在能耗高、營養成分和保質期不能兼顧的問題。消毒殺菌技術成為奶業發展中的瓶頸，超高壓殺菌技術、超聲波技術、高壓脈沖電場技術是近年來研究的熱點[2]。

超高壓射流滅菌方法屬于物理滅菌中的動態滅菌方法，通過瞬時膨化作用能夠在極短的時間內殺菌，達到良好的殺菌效果[3]。本研究首次對超高壓射流滅菌奶的理化特性進行研究。

1 實驗

1.1 材料

牛奶樣品；體積分數為0.5%的酚酞乙醇溶液，濃度為0.1 mol/mL氫氧化鈉標準溶液，酚酞指示劑，濃度為0.1 mol/mL鹽酸標準溶液，超純水等。

1.2 儀器與設備

紫外可見分光光度儀（UV-2450），恒溫水浴鍋（HH-S型），全自動激光粒度測試儀（JL-1177型），超聲振蕩器（KUDOS SK7200LH），密度計，量筒，三角瓶；堿式滴定管，酸式滴定管，坩堝，燒杯等。

1.3 方法

在溫度為4℃時，取200 mL經過濾凈化的鮮奶不做任何處理，置于滅菌錐形瓶中，留樣備用。在300 MPa下將蒸餾水通過超高壓設備，在同樣條件下預處理牛奶數分鐘，然后分別在50，100，150，200，250，300 MPa壓下將蒸餾水通過超高壓設備，在同樣條件下預處理牛奶數分鐘，然后分別在50，100，150，200，250，300 MPa壓力下（對撞方式和碰撞方式）處理牛奶，各收取牛奶約200 mL置于滅菌瓶中備用，分別進行如下檢驗[4-5]。

1.3.1 相對密度

乳品檢驗中牛奶比重計是以20℃的牛奶與同體積4℃的水質量之比而制造的密度計，將密度計沉入10～25℃的牛乳樣品進行測定[1,4]。

1.3.2 滴定酸度

牛奶酸度即牛奶的滴定酸度，即以酚酞為指示劑，中和100 mL牛奶所消耗濃度為0.1 mol/L氫氧化鈉標準溶液的毫升數[1,4]。

1.3.3 pH值

分別將牛奶樣品各50 mL置于燒杯中，插入pH計內，于常溫下檢測其pH值。

1.3.4 灰分堿度測定

用濃度為0.1 mol/mL鹽酸標準溶液滴定牛乳灼燒成灰后浸漬得到的全部濾液，并用酚酞作為指示劑，濃度為0.1 mol/mL鹽酸標準溶液1 mL相當于0.0106 g碳酸鈉，用碳酸鈉的加入質量分數標定牛乳的灰分堿度[4]。

1.3.5 濁度測定

將牛奶樣品稀釋100倍，用紫外可見分光光度儀測定波長320 nm處的吸光度值，測得乳樣的濁度[5]。

1.3.6 顆粒粒徑測定

取牛奶樣品各20 mL，置于超聲振蕩器中超聲1 min，然后吸取適量加入全自動激光粒度儀的進樣器中，自行進行檢測。

2 結果與分析

2.1 相對密度的測定

正常奶的密度一般為1.028～1.032[1]。經過超高壓射流處理后，牛奶的相對密度保持恒定，該處理對牛奶的相對密度沒有產生任何影響（見表1）。

表1 牛奶物理性質的測定

2.2 滴定酸度的測定

經過超高壓射流處理后，牛奶的滴定酸度呈下降趨勢，但變化幅度不大。酸度反映了牛奶的的新鮮度和熱穩定性，正常牛奶的酸度小于等于18°T[6]。當壓力達到200 MPa及其以上時，超高壓射流對撞方式和碰撞方式處理，牛奶的酸度均符合要求。酸度是微生物活動產生乳酸的結果[7]，200 MPa以下，處理后樣品酸度比原奶高；當壓力達到200 MPa時，牛奶的酸度降低，達到正常奶的要求（見表1）。

2.3 pH值的測定

經超高壓射流對撞方式和碰撞方式處理，200 MPa以下牛奶的pH值均呈下降趨勢；200 MPa以上牛奶的pH值均呈上升趨勢。原因可能是處理過程中溫度的改變和高壓對礦物離子平衡的影響[8]，從而改變pH值（見表1）。

2.4 灰分堿度的測定

原奶和經過超高壓射流對撞式和碰撞式處理的牛奶，其檢測的灰分堿度數值都在0.025%以下，牛乳中碳酸鈉加入量不大于0.025%的牛奶都是合格的[4]，說明超高壓射流對牛奶的灰分堿度影響不大（見表1）。

2.5 濁度測定

牛奶濁度經過超高壓射流對撞式和碰撞式處理后均呈上升趨勢。在牛乳中，蛋白質和脂肪球直徑越大，濁度越大[5]。超高壓具有均質作用，對脂肪球進行機械處理后，脂肪球變小且均勻分散，表面能的作用致使小脂肪球聚集成較大脂肪球，脂肪球直徑增大，濁度上升[9]；溫度的協同作用，使蛋白質變性程度大，發生聚集，直徑增大，濁度上升[5,10，11]。因此，超高壓射流作用，牛奶的濁度稍微升高（見表1）。

2.6 顆粒粒徑測定

經過超高壓射流對撞方式處理后，壓力小于200 MPa時D6、D50、D98、體積平均粒徑D[4,3]、面積平均粒徑D[3,2]顯著降低，表面積/體積增大，牛奶顆粒平均粒徑隨壓力的增大而趨于減小，壓力為200 MPa時6個測定指標均朝相反趨勢變化，但均比原奶粒徑小；碰撞方式處理，壓力小于200 MPa時牛奶顆粒平均粒徑隨壓力的增大而趨于減小，減小程度低于對撞方式處理后效果。隨著壓力的增大，均值效果越好，平均粒徑減小。當壓力增大到一定程度時，平均粒徑朝相反趨勢變化，原因是較高壓力時，結合力較弱的聚集被破壞，顆粒重新分散，聚集成較大顆粒，粒徑增大[12，13]；過高的壓力使蛋白質疏水基團增多、蛋白質變性、蛋白質亞基游離且重新聚集成不溶性顆粒等，造成體系的不穩定[14]，牛奶粒徑增大；隨著壓力增大，牛奶溫度逐漸升高，蛋白質變性程度大，粒徑增大[11]。總之，超高壓射流處理對牛奶具有均質作用，牛奶顆粒平均粒徑先減小后增大，對撞方式處理粉碎效果優于碰撞方式處理。(見圖1和圖2)

圖1和圖2中，D為粉體直徑；D6為分布曲線中累積分布為6%時的平均粒徑(μm)，余類同；D[4,3]為體積平均粒徑(μm)；D[3,2]為面積平均粒徑(μm)；S/V為表面積/體積（m2/cm3）。

3 結論

（1）超高壓射流對撞方式和碰撞方式處理，任何壓力下液態奶的灰分堿度符合滅菌乳國家標準（GB5408.2-1999）。

（2）超高壓射流處理后，壓力大于等于200 MPa時，滴定酸度符合滅菌乳國家標準（GB 5408.2-1999）。

（3）超高壓射流對撞方式和碰撞方式處理，任何壓力下液態奶的相對密度與文獻[1]一致。

（4）超高壓射流處理后，濁度呈上升趨勢，與文獻[11]不符。

（5）超高壓射流處理后，對撞方式均質效果明顯優于碰撞方式。

吳貞貞[15]利用200 MPa超高壓射流對撞方式處理時，液態奶符合國家標準巴氏殺菌、滅菌乳衛生標準（GB 19645-2005）中巴氏滅菌乳菌落總數和大腸菌群的標準，保質期可達65 d。

綜上所述：超高壓射流處理牛奶的最佳工藝為200 MPa對撞方式處理。通過對經超高壓射流處理后液態奶相對密度、滴定酸度、pH值、灰分堿度、濁度、顆粒粒徑等理化性質的研究，為超高壓射流殺菌奶的后續深入研究奠定了基礎。

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[15]吳貞貞.超高壓射流殺菌奶的工藝優化及其理化性質研究[D].西南交通大學，2010.

Effect on phy-chemical properties of sterilization milk by ultra-high pressure jet technology

LUO Lan1,WANG Sheng-min1,WU Zhen-zhen1,HUANG Yi-na1，WANG Yi-ping1,ZHANG Xiaorong1,CHEN Bo2
(1.College of life Science and Engineering，Southwest Jiaotong University，Chengdu 610031,China;2.Dadi Water Knife Limited Company,Nanjing 211300，China)

Liquid milk was treated by ultra-high pressure jet（clash/collision）,in order to study its phy-chemical properties of relative density, titrable acidity,PH,ash alkalinity,turbidity,partical size.The result indicates that after liquid milk treated by ultra-high pressure jet,ash alkalinity is accordance with the national standard of sterilized milk(GB5408.2-1999)，and it is also with titrable acidity when the pressure was no less than 200 MPa.Relative density remains the same,while turbidity has a rising trend.The homogenizing effect of clash treatment is obviously superior to collision.Thus,the best technology of of ultra-high pressure jet sterilization is clash type at 200 MPa.The research of the phy-chemical properties of liquid milk establishes the foundation for the further study of sterilization milk by ultra-high pressure jet technology.

ultra-high pressure jet;milk;phy-chemical properties

TS252.1

A

1001-2230（2011）04-0028-03

2011-01-06

四川省科技廳（2008SZ0010），陜西省咸陽市（XK0913-2）。

羅蘭（1988-），女，碩士研究生，主要從事中藥質量控制研究工作。

王盛民