生鮮乳質量變化規律及其影響因素

孫 濤，尹京苑，韓奕奕，孟 瑾，吳任綺，高海燕,*

(1.上海大學生命科學學院，上海 200444；2.上海大學計算機工程與科學學院，上海 200072；3.上海市乳品質量監督檢驗站，上海 200436)

乳制品含有豐富的蛋白質和人體所需的氨基酸、維生素、礦物質、鈣質等多種營養成分，被稱為最接近完善的食品，其消費水平是衡量人民生活水平的重要標志之一。生鮮乳作為乳制品的原料，其質量優劣直接關系到乳制品的風味、感官指標、理化和衛生指標以及營養價值，與乳制品質量密切相關。近年來，頻繁爆發的乳品安全事件引發了人們對乳制品安全問題的高度重視，因此，從源頭做起關注生鮮乳的質量尤為重要。生鮮乳質量包括感官指標、理化指標、衛生指標幾個方面。其中理化指標包括水分、蛋白質、乳脂肪、乳糖、礦物質、磷脂、維生素、酶類、免疫體、色素及其他微量成分。衛生指標主要包括體細胞數(SCC)、細菌總數、抗生素殘留等[1]。生鮮乳的衛生指標主要受兩方面因素影響：一方面奶牛飼養的衛生管理是保證原料乳衛生指標的關鍵因素；另一方面貯存和運輸過程的衛生條件對原料乳衛生質量有著重要的影響[2]。因此在生鮮乳的生產、加工、保藏、運輸、消費等各個環節進行衛生質量控制時經常需要進行菌落總數的檢測。目前對于生鮮乳質量的系統研究鮮有報道，未見長期監測分析生鮮乳質量變化與影響因子研究的相關文章。本實驗以上海地區2009年采集的生鮮乳為研究對象，從脂肪含量、蛋白質含量、冰點、體細胞含量、菌落總數5個影響因子入手，并結合全年平均氣溫與濕度，研究上海地區生鮮乳質量的變化規律，旨在為生鮮乳的質量控制提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

供試材料為自2009年1月1日—2009年12月31日(2月11日至2月28日空缺)采集的上海地區及周邊各大牧場生鮮乳樣品，每日采樣量為200組。

1.2 儀器與設備

FA2004電子天平 上海越平科學儀器公司；H1650-W離心機 長沙湘儀離心機儀器有限公司；FA2004電熱恒溫水浴鍋 上海精宏實驗設備有限公司；K9860自動凱氏定氮儀 濟南海能儀器有限公司；Cryostar I熱敏電阻冰點儀 德國Gerber公司；HWS智能型恒溫箱恒濕培養箱 寧波江南儀器廠。

1.3 方法

1.3.1 指標測定

脂肪含量的測定：參見GB 5413.3—2010《嬰幼兒食品和乳品中脂肪的測定》[3]；蛋白質含量的測定：參見GB 5009.5—2010《食品中蛋白質的測定》[4]；菌落總數的測定：參見GB 4789.2—2010《菌落總數測定》[5]；體細胞的測定：參見NY/T 800—2004《生鮮牛乳中體細胞測定方法》[6]；生鮮乳冰點的測定：參見GB 5413.38—2010《生乳冰點的測定》[7]。

1.3.2 平均溫度和平均濕度測定

平均溫度和平均濕度兩項數據均來自于上海市氣象臺2009年的全年的氣象報告[8]。

1.4 數據處理

所有實驗數據重復測定3次，取平均值。采用Excel 2003和PASW Statistics 18統計分析軟件[9]進行通徑分析、相關分析、主成分分析、逐步回歸分析。考慮到各影響因子單位不同，無法直接進行比較和統計，因此在進行相關分析、主成分分析、逐步回歸分析時先對數據進行標準化處理。方法為：Y=Yn/Ymax，式中：Y為處理后數據，Y∈[0,1]；Yn為第n項影響因子處理前數據；Ymax為n項影響因子中的最大者[10]。

2 結果與分析

2.1 生鮮乳質量的變化規律

由表1可知，一年中脂肪含量、蛋白質含量、冰點的變異系數較小，分別為8.11%、7.95%、7.62%，說明生鮮乳在脂肪含量、蛋白質含量、冰點方面的質量性狀較為穩定。體細胞含量、菌落總數的變異系數較大，分別為64.11%和69.38%，說明生鮮乳在體細胞含量和菌落總數兩方面的質量性狀變化較大。

表1 生鮮乳質量影響因子數據分析(±s，n=3)Table 1 Statistical analysis of quality factors of raw milk(±s，n=3)

表1 生鮮乳質量影響因子數據分析(±s，n=3)Table 1 Statistical analysis of quality factors of raw milk(±s，n=3)

指標 脂肪含量 蛋白質含量 冰點 體細胞含量 菌落總數測定值(3.46±0.28)% (3.09±0.25)% (0.53±0.04)℃(102.15±65.48)×104SCC/mL(23.35±16.20)×104CFU/mL變異系數/%8.117.957.6264.1169.38

2.1.1 脂肪含量的變化

圖 1 生鮮乳脂肪含量的變化Fig.1 Changes of fat content in raw milk

由圖1可知，全年生鮮乳中的脂肪含量呈現出明顯的遞減再遞增的趨勢。自5月中旬到8月中旬的夏秋兩季，生鮮乳中的脂肪含量較低。10月中旬到2月中旬的春冬兩季，生鮮乳中的脂肪含量較高。

2.1.2 蛋白質含量的變化

圖 2 生鮮乳蛋白質含量的變化Fig.2 Changes of protein content in raw milk

由圖2可知，生鮮乳中蛋白質含量的變化也呈現出明顯的季節性，一年中出現兩次明顯的增減變化。4月中旬到7月中旬的蛋白質含量較低，9月中旬到10月中旬，12月中旬到1月中旬的蛋白質含量較高。

2.1.3 冰點的變化

由圖3可知，全年中生鮮乳冰點的變化呈現出明顯的遞減再遞增的趨勢，變化趨勢與乳脂肪含量的變化趨勢基本相似。自5月中旬到8月中旬的夏秋兩季，冰點較低。10月中旬到2月中旬的春冬兩季，冰點較高。

圖 3 生鮮乳冰點的變化Fig.3 Changes of freezing point in raw milk

2.1.4 體細胞含量的變化

圖 4 生鮮乳體細胞含量的變化Fig.4 Changes of somatic cell count in raw milk

由圖4可知，全年中生鮮乳體細胞的變化呈現出兩次明顯的波動趨勢。11月上旬到2月上旬，生鮮乳體細胞數量較低。在2月中旬出現驟增趨勢，并在4月上旬到5月中旬達到第1個高峰期，從5月下旬到8月上旬維持在一個相對適中的水平，8月中旬到9月下旬達到第2個高峰期，隨后出現驟降，達到最低值。

2.1.5 菌落總數的變化

圖 5 生鮮乳菌落總數含量的變化Fig.5 Changes of aerobic plate count in raw milk

由圖5可知，全年中生鮮乳菌落總數的變化呈現明顯的季節性，隨著溫度的升高，菌落總數增加；溫度降低則減少，在6月上旬到8月中旬達到最高值。

2.2 生鮮乳質量各指標之間的關系

表2 生鮮乳各質量指標的相關系數Table 2 Correlation coefficients among quality indicators of raw milk

由表2可知，脂肪含量與蛋白質含量、冰點，蛋白質含量與冰點、體細胞含量，體細胞含量與冰點、菌落總數間呈極顯著正相關關系。脂肪含量與體細胞含量、菌落總數間呈顯著相關關系。

2.3 生鮮乳質量影響因素分析

2.3.1 溫度、濕度對生鮮乳各質量指標的影響

圖 6 上海地區2009年平均溫度、濕度變化Fig.6 Changes of annual average temperature and humidity in Shanghai

由圖6可知，上海地區全年的溫度變化明顯，1—7月份溫度逐漸升高，在7月中旬到達最高后逐漸下降，直至次年1月降至最低。從變化趨勢上看，全年平均溫度的變化與生鮮乳脂肪含量、冰點的變化趨勢大致相反，而與菌落總數的變化趨勢基本一致；在1—3月、9—12月，平均溫度的變化與生鮮乳體細胞的變化趨勢基本一致。由此可見，溫度變化對生鮮乳各質量指標有著明顯的影響。

上海地區全年的濕度變化較為頻繁，多次出現波峰和波谷，其中5月左右濕度最低，8月中旬最高。從整體的變化趨勢上看，與生鮮乳蛋白質的變化趨勢有一定相似之處，但并不十分明顯。

表3 生鮮乳質量影響因子與溫度、濕度之間的相關系數Table 3 Correlation coefficients between quality factors of raw milk and average temperature or humidity

由表3可知，平均溫度與脂肪含量、體細胞含量之間呈顯著和極顯著的負相關關系，與菌落總數之間呈極顯著的正相關關系。這與圖1～6觀察到的趨勢基本相符。

2.3.2 各質量指標對生鮮乳質量的影響

表4 主成分分析的結果Table 4 Results of principal component analysis

為了闡明生鮮乳各質量指標對生鮮乳質量的影響程度，利用主成分分析了各質量指標的貢獻度，結果見表4。經過主成分分析的模型匯總后，第1維數的方差的百分比為34.229%，第2維數的方差的百分比為25.685%，2個維數的方差的百分比為59.914%，說明影響生鮮乳質量的5個因子可簡化為脂肪和蛋白質含量2個主成分，可解釋所有變量59.914%的信息。

2.3.3 生鮮乳質量影響因子與菌落總數的關系

生鮮乳中菌落總數可判定生鮮乳的新鮮度、被細菌污染的程度及衛生質量，它反映生鮮乳在生產、加工、銷售等過程中是否符合衛生要求，以便對被檢樣品做出衛生學評價[11]。生鮮乳質量影響因子對菌落總數的通徑系數見表5。

表5 生鮮乳質量影響因子對菌落總數的影響Table 5 Effect of quality indicators as well as average temperature and humidity on aerobic plate count of raw milk

由表5可知，平均溫度對于生鮮乳菌落總數的影響最大，其中有小部分是通過平均溫度對菌落總數的間接影響，其次是脂肪含量對菌落總數的直接作用，而平均濕度和蛋白質含量對菌落總數的影響相對較小。

2.3.4 生鮮乳質量影響因子對菌落總數的模型建立

為了進一步闡明生鮮乳質量影響因子對生鮮乳中菌落總數的影響，利用多元回歸分析建立了生鮮乳質量影響因子對菌落總數的模型。在多元回歸分析中，由于各自變量之間往往存在著多重共線性關系，直接建立因變量與自變量之間的多重線性回歸模型往往會給偏回歸系數的估計值帶來不合理的解釋。為了得到一個穩健并且可靠的回歸模型，就要從眾多影響因素中選出對因變量貢獻大的變量[12]。逐步回歸分析是從與因變量(Y)有關的變量中選取對Y有顯著影響的變量來建立回歸方程[13]。使影響Y的因素盡可能多地包括進去，同時又能突出主要因素[14]。

本研究采用Backward(即向后剔除變量法)，將不顯著的自變量剔除，最終達到模型中只包含顯著變量且變量間構成最優組合，即總體模型的F值最大化。變量進入順序為：體細胞含量、平均溫度、蛋白質含量、平均濕度、脂肪含量、冰點，冰點和體細胞含量先后被模型剔除，最后剩下平均溫度、蛋白質含量、平均濕度、脂肪含量均顯著并構成了最優組合。并建立了菌落總數的回歸模型Y=7.592+0.465X1－4.029X2－3.494X3－0.182X4，式中：Y表示菌落總數，X1表示平均溫度，X2表示脂肪含量，X3表示蛋白質含量，X4表示平均濕度。

表6 回歸方程的顯著性檢驗Table 6 Statistical significance of the regression model

3 討 論

3.1 氣候條件對于生鮮乳質量的影響

對于生鮮乳及其乳制品質量的分析研究中鮮有關于氣候條件的研究分析，沒有將氣候條件的變化作為影響生鮮乳質量的重要因素之一。奶牛最適宜的生活環境溫度為15～22℃(適宜生活溫度為5～28℃)，溫度、濕度等氣候因素對生鮮乳的質量影響最為顯著，不僅直接影響奶牛的健康生產能力和生理能力，而且可以通過病原微生物間接影響生鮮乳質量。上海地區春季梅雨天氣持續時間長，而夏季溫度高、雨多且潮濕，對生鮮乳生產極為不利，造成發病率高、復發快、時間長，奶牛乳房炎發病率也自然增高[15]。本實驗的研究結果也表明，隨著溫度的升高，生鮮乳菌落總數逐漸升高，同時生鮮乳體細胞也始終維持在一個相對較高的水平。

溫度、濕度對于生鮮乳蛋白質含量的變化也有顯著影響。在奶牛不同泌乳期蛋白質含量不同，高峰期蛋白質含量比中后期低。我國絕大部分奶牛在5—9月份進入泌乳高峰期，這個季節又是天氣最炎熱的季節，2個因素的疊加影響導致夏季生鮮乳蛋白質含量明顯低于其他季節。另外，據統計，我國5—9月是奶牛的泌乳高峰期，但6—8月正值南方高溫高濕季節，這些因素造成5—9月期間生鮮乳中蛋白質含量下降；相反，冬、春季節蛋白質含量相對較高。因此明溫度、濕度對于生鮮乳蛋白質含量的變化有顯著影響。

生鮮乳冰點也受到溫度、濕度的影響。夏季生鮮乳的冰點較低，冬季生鮮乳的冰點較高。生鮮乳冰點與新鮮度的變化趨勢相似，隨著溫度的升高和時間的延長，酸敗程度增加，牛乳的酸度升高，冰點下降[16]。這也決定了在生鮮乳的生產、運輸、加工過程中，冷鏈的完善和效率的高低直接影響到生鮮乳的質量。

3.2 生鮮乳質量指標與生鮮乳質量的關系

影響生鮮乳中脂肪和蛋白質含量的因素有很多，除溫度、濕度的影響外，飼草的喂養質量尤為重要，而我國的多數優質飼草依賴進口，優質飼草飼喂率低，因此生鮮乳蛋白質含量也相對較低。上海地區6—9月出現持續的高溫高濕天氣，致使飼草容易出現腐爛變質現象，奶牛食用此類飼草后直接影響生鮮乳的品質。這也符合在6—9月期間生鮮乳的體細胞含量和菌落總數均維持在一個相對較高的水平的現象。

SCC是一種動態生物學現象，可作為判斷生鮮乳質量的重要指標，它不僅反映奶牛乳房受細菌感染的程度，還可以用來估計產乳量的損失[17]。SCC和乳品質量密切相關，SCC越低，生鮮乳質量越高；SCC越高，生鮮乳質量越低，并對生鮮乳的保質期和下游其他乳制品(如酸乳、奶酪等)的產量、質量和風味等產生極大的不利影響[18]。因此，一年中生鮮乳在1—2月中旬，10—12月期間氣溫較低時，SCC較低，生鮮乳質量相對較好。

從生鮮乳菌落總數含量的變化中可以看出，一年中生鮮乳菌落總數的變化較大。一般來講，規模養殖場生鮮乳的細菌總數一般都會低于2×106(CFU/g)或(CFU/mL)。但由于飼養規模參差不齊，仍有較大部分小規模飼養，使其達到較低細菌總數不切實際。另外，由于缺少長期數據的積累，2×106(CFU/g)或(CFU/mL)的細菌總數只是一個暫時標準。同時，菌落總數的測定方法受到實驗條件、操作人員的規范程度、培養箱的溫度控制等因素的影響較大，可能造成了生鮮乳菌落總數在短時期內的頻繁波動的現象。

3.3 影響生鮮乳質量的其他因素

除上述影響因素外，非脂乳固體、黃曲霉毒素、亞硝酸鹽、硝酸鹽、抗生素等都是影響生鮮乳質量的重要因素。另外孫宇等[19]研究表明隨著胎次的增加，生鮮乳中體細胞數量逐漸升高，泌乳前中后期生鮮乳體細胞含量亦有不同。Ma等[20]研究發現，嗜冷菌產生的一些胞外酶能引起乳中蛋白水解和脂肪水解，乳中溶解的CO2能延緩蛋白水解和脂肪水解作用的時間，同時延長細菌生長的周期，并在一定程度上抑制乳中嗜冷菌的生長[21-22]。對于生鮮乳的質量判定以及標準制定，由于缺乏長期系統的數據積累，也未充分考慮到地區和時間上的差異給生鮮乳質量判定和標準制定帶來的困難，所以仍需做進一步的數據采集和分析研究。

4 結 論

4.1 生鮮乳的脂肪含量、蛋白質含量、冰點等質量性狀較為穩定，而體細胞含量和菌落總數的變化較大。

4.2 生鮮乳中脂肪含量與蛋白質含量、冰點，蛋白質含量與冰點、體細胞含量，冰點與體細胞含量、體細胞含量與菌落總數間呈極顯著正相關關系。脂肪含量與體細胞含量、菌落總數間呈顯著相關關系。

4.3 溫度、濕度對生鮮乳的質量有顯著影響，溫度與脂肪含量、體細胞含量之間呈顯著和極顯著的負相關關系，而與菌落總數之間呈極顯著的正相關關系。

4.4 在所有質量指標中，生鮮乳中的脂肪和蛋白質含量是決定生鮮乳質量水平的重要因素。

4.5 生鮮乳中的菌落總數受多方面因素的影響。平均溫度對于生鮮乳菌落總數的影響最大，其次是脂肪含量，而平均濕度和蛋白質含量對菌落總數的影響較小。菌落總數與其他指標之間的回歸模型為Y=7.592+0.465X1－4.029X2－3.494X3－0.182X4，式中：Y表示菌落總數，X1表示平均溫度，X2表示脂肪含量，X3表示蛋白質含量，X4表示平均濕度。

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[5] 中華人民共和國衛生部. GB 4789.2—2010 菌落總數測定[S].

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