原料乳與乳制品中碳水化合物質量控制研究進展

楊自潔，龔吉軍，，3，*，任國譜，鄧放明

（1.中南林業科技大學食品科學與工程學院，湖南長沙 410004；

2.湖南農業大學生物學博士后流動站，湖南長沙 410128；

3.湖南亞華乳業有限公司博士后工作站，湖南長沙 410200）

原料乳與乳制品中碳水化合物質量控制研究進展

楊自潔1，龔吉軍1，2，3，*，任國譜1，鄧放明2

（1.中南林業科技大學食品科學與工程學院，湖南長沙 410004；

2.湖南農業大學生物學博士后流動站，湖南長沙 410128；

3.湖南亞華乳業有限公司博士后工作站，湖南長沙 410200）

原料乳與乳制品中碳水化合物具有極高的營養價值，對人體健康具有重要作用，但其摻偽現象較普遍，嚴重影響了原料乳與乳制品的品質。文章綜述了原料乳與乳制品中碳水化合物及其摻偽物質檢測技術研究進展，旨在為做好原料乳與乳制品中碳水化合物質量控制提供科學依據。

原料乳與乳制品，碳水化合物，質量控制

原料乳中的碳水化物主要是乳糖，乳制品除乳糖外，還含有乳果糖和蔗糖等。碳水化合物營養價值廣泛，如乳糖對于神經系統、皮膚紋理、骨骼等的形成有重要作用，能促進腸道益生菌的生長，此外經消化的乳糖能促進腦苷脂類和粘多糖類的生成，對于嬰幼兒腦部的發育至關重要[1-2]。乳果糖不僅能促進雙歧桿菌增殖、調整腸道菌群平衡，治療肝性腦病，降低內毒素等，還有獨特生理活性，如低熱值、不影響胰島素分泌等。因此原料乳與乳制品中的碳水化合物的質量控制具有重要意義[3]。目前，我國乳制品市場供不應求；奶牛大多采用傳統飼養方法，日食營養不合理，原料乳的質量不能符合標準要求；一些奶農為了牟取利益，向原料乳加入其他成分，一些原料乳收購者收購不達標的原料乳，為不合格原料乳進入工廠提供了機會；一些企業盲目擴大奶源基地，忽略了對原料乳與乳制品質量的監管，導致市場上發生了一系列原料乳與乳制品質量安全問題，對一些特殊人群、企業、行業的品牌和形象造成了巨大損害。常見碳水化合物摻偽物有糊精、淀粉、乳清粉等，糊精具有廉價、易得到等優點，是慣用的摻假物質之一[4]。因此，應加大原料乳與乳制品中碳水化合物質量控制力度。目前，能夠同時檢測分離出原料乳與乳制品中多種碳水化合物成分的技術有限，存在操作復雜、檢測速度慢、準確度低等缺點。因此對其高效檢測技術進行研究是非常必要的，對維護奶業健康發展，提高原料乳與乳制品質量的市場競爭力，保證消費者權益有著直接的現實意義。

1 原料乳與乳制品中碳水化合物的檢測

1.1 原料乳與乳制品中乳糖的檢測

在乳品行業中，乳糖的檢測是原料乳驗收和成品檢驗中的重要項目[5]。目前乳糖測定方法主要有酶法、直接滴定法、直接比色法、近紅外光譜法、旋光法、高效液相色譜法、毛細管電泳法等?，F在應用與研究比較多的方法主要分為化學檢測法和儀器檢測法。

1.1.1 化學法 我國現行的關于乳糖檢測的標準中推薦的化學分析法是萊因-埃農氏法（GB 5413.5-2010）。黃閩燕等[6]對萊因-埃農氏法測定乳糖進行了研究優化。實驗的相對標準偏差為0.64%，平均加標回收率分別為104.4%、105.0%，該方法回收率良好，準確度較高。由于萊因-埃農氏法測定乳糖有滴定條件不易控制且終點不易判定、操作繁瑣、無法避免其他還原糖的干擾等缺點，僅適于測定原料奶和成分簡單的乳制品中的乳糖含量，但與比色法相比精密度更高[7]。

梁敏[8]采用比色法測定乳粉中乳糖含量，線性關系較好，相關性系數r=0.9629，樣品10次平行實驗誤差較小，變異系數CV=0.65%，樣品的回收率可達99.38%～100.67%，重現性優于萊因-埃農氏法，該方法操作簡單，需要的樣品量及試劑量較少。此外，有人對比色法測定乳糖的方法進行了分析，發現該法以還原糖而非特定的乳糖為測定對象僅適用于少量多批次原料乳和成分簡單的乳制品樣品的測定，測定乳糖含量所用的顯色劑成分之一苦味酸為危險品，不易獲得[7]。伍紅等[9]對蒽酮比色法研究發現，該法具有簡便、快速、準確、靈敏且耗樣量少的優點，其回收率為99%～101%，相對誤差為±1%。管健[10]用亞砷酸鈉代替不穩定的焦硫酸鈉對比色法進行研究，其標準偏差為0.0465，變異系數為0.98%，回收率在100.0%±5%之間，提高了檢測的準確度，但是本方法不適用于其他還原糖、蔗糖的檢測。此外，尤玉如等[11]還將碘法與酶法結合測定乳糖含量，其回收率在96.14%～100.96%之間，適于低乳糖乳制品中乳糖含量的檢測。

總之，化學分析方法由于步驟繁瑣，需要的樣品量及試劑量較大，檢測時間長，對操作人員要求高，只能測定一種成分等原因只能在實驗室中作為序后測量。

1.1.2 儀器法 王林舸等[12]使用兩種近紅外光漫反射光譜技術分析測定乳糖含量，乳糖含量的相關系數（r）為0.8288，預測誤差均方根（RMSEP）為2.804。有人研究發現，雖然該法具有快速、低成本、無需樣品預處理且可同時無損測量多種成分等優點，但要建立涵蓋不同濃度范圍的不同模型，在預測分析前，要先對未知樣品光譜的適用性進行判斷，以選擇正確的校正模型并降低RMSEP，同時噪聲、樣品背景及儀器漂移等也會對光譜造成一定的影響，從而影響模型精度[13-14]。分光光度計的波長范圍的精度影響牛奶屬性的預測[15]。有人報道與其他光譜技術相比，指定的短波近紅外光譜波長工作較好，對碳水化合物的預測決定系數是0.982。利用短波近紅外區，光束測量數據不僅結果可靠同時也縮短了測量時間，從水中產生振動可以縮小長波近紅外光譜區。新鮮奶中的含水量是影響近紅外光譜的主要因素[16-17]。榮菡等[18]將Elman網絡與近紅外光譜技術結合進行分析。Elman網絡模型對樣品中乳糖含量的預測決定系數（R2）為：0.967，該方法具有檢測速度快、效率高、成本低、測試重現性好、測量方便等特點。但是由于網絡結構的確定是經驗性的問題，需要設計大量的實驗并且對樣品溫度有一定要求。Andreas等[19]研究近紅外光譜法可以在同一時間和特定的基質條件下分析多個成分。乳糖的決定系數R2=0.73和標準錯誤預測SEP=0.09。漫反射近紅外光譜法分析的原料奶的組分沒有達到實驗室精度卻有一個優點，它的檢測頻率比透射法和折射法更高。牛奶中乳糖含量的定標精確性，只在在線分析中可接受。應該進一步的提高最優化校準改善估計牛奶中乳糖的含量值。此外，還有人將近紅外光譜技術與自動擠奶系統結合使用進行了研究[20]。

有報道對光折射法測量原料乳中乳糖含量進行了分析，結果表明，采用光折射法測量乳糖含量的質量分數可達到0.1%的精度[21-22]。此外，謝家興等[23-24]還對光折射法測量原料乳乳糖質量分數單雙式樣盒進行了對比研究。研究發現，雖然該方法操作簡單，測量精確度高，速度快，但是在測試過程中，原料乳中乳糖溶液樣品的獲得、樣品測試溫度的選擇和變化、盛放乳糖溶液的試樣盒都會直接影響測量的精確度和儀器化程度，且使用雙三角形試樣盒的測量精確度比單三角形試樣盒的高。

鐘寧等[25]探索了高效毛細管電泳法配合紫外檢測器測定乳糖，其標準偏差為0.09%，測定乳糖的出峰時間、峰面積和乳糖濃度的變異系數均小于5%。該方法具有良好的重復性、精密度和準確度。但實驗結果的譜圖均存在顯著的系統峰，還需進一步的實驗探索怎樣消除系統峰，并且發現在兩種樣品類型的譜圖中，乳糖出峰后均出現了其他峰，其具體為何種物質也有待進一步分析測定。

Tommaso等[26]研究了配有脈沖電流檢測器的高效陰離子交換色譜技術（HPAE-PAD），其相對標準偏差（RSD）為4%，平均回收率為98.3%±2.5%。該技術具有無需預處理、高效、快速、微量、選擇性和重現性好的分離與檢測等優點。但乙酸鋇作為淋洗液，較易生成碳酸鋇沉淀，對柱子的壽命和淋洗液的穩定造成一定的影響，且所用儀器設備昂貴。

高效液相色譜法早在30多年以前就被使用，近年來廣泛用于糖類組分的分析[27]，是我國現行的關于乳糖檢測的標準（GB 5413.5-2010）中推薦方法之一，有研究發現，該方法具有步驟簡單、可同時測定多種組分、對乳糖有良好的選擇性、結果準確等優點，但其穩定性、重復性和選擇性均有一定程度的不足[28-29]。陳少美[30]采用該法檢測發現，乳糖在0.22～ 1.76mg/m L范圍內線性關系良好（r=0.9991），相對標準偏差（RSD）為0.84%，平均回收率為99.0%。為了優化高效液相色譜法，李公斌等[31]采用高效液相色譜-蒸發光散射法檢測乳糖，其回收率為102.0%～103.2%，相對標準偏差（RSD）為0.228%，同時，有人員研究發現，該方法穩定性好，靈敏度高，無溶劑峰干擾，彌補了HPLC傳統檢測器的不足，操作簡便，結果準確、重現性好，克服了示差檢測器檢測糖類時靈敏度低、系統平衡時間長、不能進行梯度進樣的缺點，而且在20min內即能完成對各種糖的良好分離，但流動相中水的比例會影響分離和檢測結果[32-33]。據Jose等[34]報道ELSD反應并不是基于樣品的光學特性和在基本相同反應因子下檢測的樣品組成。ELSD檢測器和UV檢測器相比對于所有的成分的反應原理是一樣的，而且所有的成分經一次簡單的跑樣就可以完成檢測。但是，ELSD檢測器的檢測限略低于UV檢測器。

孫式興等[35]應用自行開發的數字圖像檢測系統進行了乳糖數字圖像檢測方法的研究，提出了一種基于數字色度學原理的乳粉中乳糖含量的測定方法。該方法具有良好的重復性和準確性，變異系數為1.06%，加標回收率在96.67%～103.67%之間，具有良好的準確性，回收率較高，簡單、快速并可以一次測定多個樣品。

胡強等[36]對液相色譜-串聯質譜法研究發現，其最低檢測限為0.2μg/m L，平均回收率為100.3%，總分析時間為7m in。用該法檢測乳糖，樣品預處理簡單，結果靈敏、準確、精密，能滿足生物樣品分析方法的要求，但流動相中水相和有機相的比例對檢測方法靈敏度、分離度和分析時間有較大影響，需要進一步研究分析。

1.2 乳制品中乳果糖的檢測

復原乳摻偽是目前乳品行業中存在的較為嚴重的問題。乳果糖是判斷乳制品中復原乳摻偽的重要指標。此外，由于原料乳加熱滅菌過程會造成蛋白質和脂類的水解和部分維生素的損失，破壞礦物元素的平衡和熱敏性生物活性物質以及發生美拉德反應等，影響原料乳及乳制品的品質，所以乳果糖也是評價液態乳加工質量的指標。乳果糖含量的測定有薄層色譜法、氣相色譜法、液相色譜法、離子色譜法、熒光法、微分pH計法和酶法等，其中高效液相色譜法和酶法較為成熟[37-39]。

劉芳等[3]對薄層色譜法進行了優化，用鹽溶液代替水制備薄層硅膠板增加了糖在固定相中的溶解度，提高了薄層的負荷量，還使糖的斑點更集中，改善了分離效果，乳果糖的檢測限為2μg，相對標準偏差（RSD）為3.41%，平均回收率為95.6%。

酶法具有準確度高、檢出限低的優點。但該方法的顯著缺點是乳果糖水解為該方法的關鍵步驟，而該步驟中的培養溫度正是微生物適宜生長的溫度，極易產生微生物污染而造成乳果糖測定值偏低；此外測定周期過長，不利于該方法的推廣和大批量測定。該方法還受溫度、反應時間、酶量、酶活和pH等的影響。黃萌萌等[38]通過升高培養溫度和加大酶的添加量，加快酶的反應速度而對水解條件進行優化，從而建立了一種快速檢測乳果糖的方法，其平均回收率為98.6%。

曾文芳等[40]采用離子色譜電化學方法（HPAECPAD）成功地對原料乳中乳果糖含量進行測定，該方法的回收率為102.4%，檢測限低于0.002mg/m L，準確度、精密度較高，靈敏度好，是一種簡便快速、分離效果良好的分析方法，能夠滿足分析測試要求。

1.3 乳制品中蔗糖的檢測

化學分析法測定乳制品中的蔗糖占主導地位，但據報道，菲林滴定法、間苯二酚法和Se氏法等化學方法操作復雜，終點難以控制，準確度低，檢出限高，受反應條件限制較多，如反應液堿度、反應溫度、滴定速度等，所以對檢測人員的要求較高。而用于蔗糖單一成分檢測的儀器法有限，一般使用可對多組分分析檢測的方法進行蔗糖的檢測[41]。

李靜芳等[28]研究發現高效液相色譜法（配示差折光檢測器）可以同時測定多種糖，即可用于乳制品中蔗糖的檢測。用該方法測定蔗糖的檢出限為1.12mg/g，相對標準偏差為1.4%，平均回收率為104.56%，具有快速簡單、結果準確、靈敏度高的特點。梁寶愛等[42]采用高效液相色譜儀（配示差折光檢測器），對食品中蔗糖進行準確定量測定的研究。該方法回收率在95%～105%之間；相對標準偏差＜3.0%，精密度高；最低檢出限為0.9g/kg；確定檢測柱溫度為30℃，考慮到蔗糖化合物的特性及對柱溫的影響，確定檢測池溫度為35℃，確定了分離效果最佳的流動相為乙腈+水（體積比4∶1），分離效果好，準確度高。

郭曉東等[43]采用最小二乘法（PLS）回歸建模，進行模型與手工法的對比驗證。與手工法相比，近紅外透射光譜法具有測試準確度高、測試速度快、對樣品無損害等特點，證明了采用近紅外透射法測定酸奶中蔗糖含量的可行性。

2 原料乳與乳制品中碳水化合物的摻偽檢測

2.1 原料乳與乳制品中糊精的摻偽檢測

目前對于原料乳與乳制品中糊精的檢測方法有限，主要有酶解法、比色法和乳成分分析儀法。

王丹慧等[44-45]研究發現比色法針對原料乳及復原乳的檢出限為0.025%，平均回收率為98%，檢驗藥品成本很低。該方法對于原料奶和乳粉中糊精摻假檢測具有靈敏度高、檢測準確度高、成本低廉等優點。孫燕等[46-47]利用乳成分快速分析儀對原料乳與乳制品中糊精摻偽進行檢測，分析原料乳成分數據的變化規律及調整控制因素，以達到預判原料乳摻偽和確定摻偽物質—糊精檢出限的目的。樣品無需預處理、操作簡單，但是對于報警QA值需要進行多次實驗才能確定以提高乳成分檢測準確度。

2.2 原料乳與乳制品中淀粉的摻偽檢測

現階段，對于原料乳與乳制品中淀粉的摻偽檢測方法中占主導地位的也是化學分析法即碘法。但是該法只能做定性分析不能用于定量分析[48]。

吳敏等[49]研制了用于淀粉摻假快速檢測的試紙，結果比較準確，基本達到半定量，試紙選用圓形，保質期長，比較穩定。該試紙具有操作簡便、快速（10m in左右）、呈色特效、現象明顯、陽性結果容易把握、檢測限較低（最低檢測限為1.4mg/m L）、其他摻假物質不會對試紙檢測造成干擾和誤判等優點，反應在室溫下即可進行，缺點是浸泡時間太長，紙張易破，不易晾干操作，晾干后試紙的形狀保持不好且每隔一段時間要對試紙靈敏性進行檢測。

李亮等[50-51]采用Fisher多類線性判別分析法處理近紅外光譜分析中的大量數據，不僅可以從大量光譜信息中提取有用信息，降低數據維數，而且能夠運用已知樣本的特征建立摻假奶識別模型，定性判別未知樣本的屬性；此外利用PLS法定量檢測了摻偽奶中摻偽淀粉的含量，檢測結果準確可靠。建模方法為多層感知器神經網絡，比起Fisher線性判別和徑向基函數神經網絡，多層感知器神經網絡強大的非線性映射建模能力獲得了較優的識別結果；采用偏最小二乘法建立的摻偽淀粉含量定量檢測模型也達到了比較好的建模效果，摻偽原料奶摻偽淀粉含量校正模型的決定系數在94%以上，預測標準偏差RMSECV均在原料奶摻偽常規檢測偏差范圍內，利用校正模型對驗證集樣本進行驗證，各驗證模型決定系數都在96%以上，建立的校正模型預測精度達到了相關規定，且檢出精度高于常規檢測方法。

2.3 原料乳與乳制品中乳清粉的摻偽檢測

由于乳清粉成分復雜，目前可對其檢測的方法有限，秦立虎等[52]報道了一種乳清粉判別指標，即乳清粉中乳糖含量大于等于75%，摻了乳清粉的原料乳中脂肪含量甚至還低于蛋白質含量，此時再測鮮奶中的乳糖含量，如果乳糖質量分數大于等于4.80%，便可確定該原料乳與乳制品中摻有乳清粉。而一般的化學方法非常復雜不適合在線檢測。

王右軍等[53]考察了線陣電荷耦合器件（Charge coupled devices，CCD）近紅外光譜技術快速定量檢測牛奶中乳清粉摻偽的可行性。該方法無需對樣品進行預處理，加上CCD近紅外光譜儀具有小巧易攜帶，成本低等優點，為摻偽原料乳與乳制品的快速檢測提供了技術支撐。但是受近紅外光譜技術檢測限的限制，難以準確預測原料乳與乳制品中乳清粉濃度低于千分之一時的摻偽量。

3 展望

原料乳與乳制品中碳水化合物質量不僅對消費者健康有巨大影響，甚至關系到生命安全，還對我國乳產業的健康發展和社會穩定產生不可忽視的影響?，F階段，原料乳和乳制品中碳水化合物的檢測方法正由傳統的化學檢測方法向方便、快捷、準確度高的物理檢測方法與生物檢測方法發展。但是以上提到的檢測方法都存在著一些不足，主要是：操作復雜、檢測時間長、影響因素較多，尤其是化學方法，只能檢測一、兩種成分，不適合大批量的樣品的檢測，準確度、回收率和重復性不理想。

由于原料乳與乳制品中碳水化合物及碳水化合物摻偽成分復雜，不僅局限于一、兩種碳水化合物。所以為了更有效地控制原料乳與乳制品中的碳水化合物質量，應該研發簡單、快速、準確并且可以同時檢測多種碳水化合物成分的高新技術或將已有的多種檢測方法聯用從而消除單獨使用它們時的缺點，如可考慮將高效液相色譜法與PAD、紫外檢測器或串聯質譜儀配合使用，其檢測原理及操作簡單、快速，具有廣譜性，該法對于原料乳與乳制品中碳水化合物及相應的摻偽成分檢測有較大優勢，具有推廣的價值。相關人員可對其檢測條件進一步研究優化以提高其檢測、分離的準確度、重復性和回收率。此外還可以利用科學技術研發生物檢測法。

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Research progress in carbohydrates quality controlof raw m ilk and m ilk products

YANG Zi-jie1，GONG Ji-jun1，2，3，*，REN Guo-pu1，DENG Fang-m ing2
（1.College of Food Science and Engineering，Central South University of Forestry and Technology，Changsha 410004，China；
2.Post-doctoralMobile Station of Biology，Hunan Agricultural University，Changsha 410128，China；
3.Post-doctoral Station，Hunan AWA Dairy Co.，Ltd.，Changsha 410200，China）

Carbohyd rates of raw m ilk and m ilk p roducts have significant nutritional value for human body. Adulteration，however，that is a common phenomenon at p resent.This review mainly focused on detection technology of the real and adulterated carbohyd rates in raw m ilk and m ilk p roducts，in order to p rovide theoretical guidances on quality control and adulteration detection of carbohyd rates in raw m ilk and m ilk p roducts.

raw m ilk and m ilk p roducts；carbohyd rate；quality control

TS252.7

A

1002-0306（2012）22-0409-05

2012－05－24 *通訊聯系人

楊自潔（1986-），女，碩士研究生，研究方向：乳品質量與安全。

國家十二五科技支撐計劃課題（2012BAD12B04）；國家863計劃課題（2010AA023004）。