超高溫瞬時滅菌工藝優化

文/周 穎 黃 銳

（中墾華山牧乳業有限公司）

牛乳作為一種天然的食物，富含多種氨基酸、維生素、微量元素等營養成分，但同時也是微生物繁殖的理想環境，因此，殺菌是生乳加工過程中的重要步驟[1]。為了保證乳制品的衛生要求，熱處理是最為常用的加工工藝，但熱處理對牛乳中的蛋白質、乳糖和礦物質鹽會造成不同程度的物理及化學變化，所以，熱處理研究對乳制品加工工業至關重要[2]。

比較溫和的熱處理方式，如巴氏殺菌，能較少地改變牛乳中的熱不穩定物質；而滅菌程度較強的高溫熱處理則會導致牛乳的穩定性和膠體性發生較大變化[3]，使牛乳中的營養成分受到損失[4，5]。生乳中最重要的活性蛋白包含乳過氧化物酶、乳鐵蛋白、α-乳白蛋白和β-乳球蛋白，它們具有多種功能特性和生物活性，研究最為廣泛和深入[6～8]。在高強度熱處理下，這些活性蛋白質發生不同程度地變性，在同樣溫度條件下，使90.0%的β-乳球蛋白變性的加熱時間，短于使90.0%的α-乳白蛋白發生變性的時間，說明β-乳球蛋白的熱敏性高于α-乳白蛋白[9]。在高溫下，蛋白質通過與其他分子的相互作用而發生聚集和化學修飾[10，11]。Pinto等[12]研究葡萄糖對熱處理（90 ℃處理24 h）誘導的β-酪蛋白和β-乳球蛋白聚集及聚集物的相對消化率的影響。結果表明，還原糖的存在明顯影響蛋白質的熱誘導聚集，延緩β-乳球蛋白的動態聚集，有利于共價結合β-酪蛋白聚集體的形成。此外，在葡萄糖存在下，兩種蛋白質形成的聚集體對酶消化的抵抗力更強。本文利用利樂UHT殺菌機對生乳進行不同強度的熱處理，通過初步探究糠氨酸含量、乳果糖、β-乳球蛋白的變化情況，為合理設定滅菌乳殺菌強度提供一定的參考。

1 材料與方法

1.1 主要試劑

糠氨酸標準品（肽純度72.6%），法國Polypeptide公司；β-乳球蛋白標準品，Sigma公司。

1.2 儀器與設備

1260 Infinity液相色譜儀，美國Agilent；Atlantis?RdC18色譜柱，美國Waters；Xbridge Protein BEH C4柱，美國Waters；Kjeltec 8400自動凱氏定氮儀，丹麥FOSS；KQ5200V超聲波清洗器，昆山舒美超聲儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 乳果糖的測定

按照NY/T939—2016《巴氏殺菌乳和UHT滅菌乳中復原乳的鑒定》對乳果糖含量進行檢測[13]。

表1 洗脫梯度

1.3.2 β-乳球蛋白的測定

液相色譜法檢測β-乳球蛋白[14]。

1.3.3 糠氨酸含量測定

對樣品中的糠氨酸含量按照如下步驟進行測定[13]。

（1）樣品水解液準備

取2.00 mL樣品，置于密閉耐熱試管中，加入10.60 mol/L鹽酸溶液6.00 mL，混勻。密閉試管置于110 ℃烘箱中加熱水解，加熱約1 h后，輕輕搖動試管，繼續加熱17～20 h。加熱結束后，將試管從干燥箱中取出，冷卻后用濾紙過濾，濾液供測定。

（2）樣品中蛋白質含量測定

取2.0 mL樣品水解液，按GB 5009.5—2016《食品安全國家標準食品中蛋白質的測定》的要求進行檢測[15]。

（3）糠氨酸標準儲備液和標準工作溶液的制備

糠氨酸標準儲備液（500.00 mg/L）：稱取6.89 mg糠氨酸標準品，用3.00 mol/L鹽酸溶液溶解并定容至10.00 mL，即制得500.00 mg/L的糠氨酸標準儲備溶液。

糠氨酸標準工作溶液（2.00 mg/L）：移取100.00 μL糠氨酸標準儲備溶液于25.00 mL容量瓶，用3.00 mol/L鹽酸溶液溶解并定容，即制得2.00 mg/L的糠氨酸標準工作溶液。

（4）液相色譜檢測

移取1.00 mL樣品水解液，加入6.00 g/L乙酸銨溶液5.00 mL，混勻，過0.22 μm水相濾膜，濾液供上機測定。

采用Agilent液相色譜儀分析；Atlantis○RdC18色譜柱，4.60 mm×250.00 mm×5.00 μm粒徑；Agilent G7114A紫外檢測器；柱溫32 ℃；波長280 nm；0.10%三氟乙酸溶液為流動相A，甲醇為流動相B；進樣量10.00 μL。洗脫梯度如表1所示。

（5）糠氨酸含量計算

糠氨酸含量以質量分數F計，數值以mg/100 g蛋白質表示。

公式1中At為樣品中糠氨酸峰面積的數值；Astd為糠氨酸標準溶液中糠氨酸峰面積的數值；Cstd為糠氨酸標準溶液的濃度，單位為mg/L；D為測定時稀釋倍數（D=6）；M為樣品水解液中蛋白質濃度，單位為g/L。

1.3.4 試驗方法

通過設定UHT殺菌機參數，對生乳分別進行不同程度的熱處理。

（1）對生乳進行75 ℃/15.00 s加熱抑菌后，再進行138 ℃/5.16 s熱處理，取樣檢測糠氨酸、乳果糖、β-乳球蛋白含量。

（2）對生乳進行75 ℃/15.00 s加熱抑菌后，再進行137 ℃/5.16 s熱處理，取樣檢測糠氨酸、乳果糖、β-乳球蛋白含量。

（3）對生乳進行75 ℃/15.00 s加熱抑菌后，再進行137 ℃/4.26 s熱處理，取樣檢測糠氨酸、乳果糖、β-乳球蛋白含量。

（4）直接對生乳進137 ℃/4.26 s殺菌，取樣檢測糠氨酸、乳果糖、β-乳球蛋白含量。

（5）直接對生乳進80 ℃/15.00 s殺菌，取樣檢測糠氨酸、乳果糖、β-乳球蛋白含量。

2 結果與分析

2.1 生乳熱處理后指標見表2

2.2 糠氨酸含量的變化

不同殺菌強度下糠氨酸含量的變化見圖1。

通過試驗發現，糠氨酸含量隨著熱處理強度的降低而降低。UHT殺菌溫度降低1 ℃，糠氨酸含量降低6.20 mg/100 g蛋白質；UHT殺菌時間縮短0.90 s，產品糠氨酸含量降低14.20 mg/100 g蛋白質；取消UHT之前的預巴氏殺菌，產品糠氨酸含量降低32.50 mg/100 g蛋白質。通過樣品4中UHT工藝優化，可使糠氨酸含量降低53.30 mg/100 g蛋白質，降低32.70%。

表2 生乳熱處理后指標

圖1 不同熱處理強度下的糠氨酸含量變化

圖2 不同熱處理強度下的乳果糖含量變化

2.3 乳果糖含量的變化

不同殺菌強度下乳果糖含量的變化見圖2。

通過試驗發現，乳果糖含量隨著熱處理強度的降低而降低。UHT殺菌溫度降低1 ℃，產品乳果糖含量降低76.80 mg/L；UHT殺菌時間縮短0.90 s，產品乳果糖含量降低51.60 mg/L；取消UHT之前的預巴氏殺菌，產品乳果糖含量降低62.30 mg/L。通過樣品4中UHT工藝優化，可使乳果糖含量降低190.70 mg/L，降低37.40%。

2.4 β-乳球蛋白含量的變化

不同殺菌強度下β-乳球蛋白含量的變化見圖3。

通過試驗發現，β-乳球蛋白含量隨著熱處理強度的降低而升高。UHT殺菌溫度降低1 ℃，產品β-乳球蛋白含量無明顯增加；UHT殺菌時間縮短0.90 s，β-乳球蛋白含量增加34.10 mg/kg；取消UHT之前的預巴氏殺菌，β-乳球蛋白含量增加16.60 mg/kg。通過對樣品4的UHT工藝優化，可使β-乳球蛋白含量較樣品1處理后的含量增加50.40 mg/kg，增加86.70%。

3 小結

糠氨酸和乳果糖是生乳加熱過程中的副產品，加熱強度越高，其含量越高，本文研究表明，通過UHT工藝優化，可使糠氨酸含量降低32.70%，乳果糖含量降低37.40%。

圖3 不同熱處理強度下的過β-乳球蛋白含量變化

β-乳球蛋白是牛乳乳清蛋白的主要成分，約占牛乳總蛋白的12.00%，β-乳球蛋白可作為視黃醇的載體，使其免受氧化并將其從胃運輸到小腸，在小腸將視黃醇轉給視黃醇蛋白；同時β-乳球蛋白還能和游離脂肪酸結合，減少游離脂肪酸對脂肪酶的抑制作用，可以促進脂質分解。國際乳業聯合會（IDF）規定巴氏殺菌乳和高溫巴氏殺菌乳中可溶性β-乳球蛋白的質量濃度應分別大于2 600.00 mg/L和2 000.00 mg/L，UHT乳中可溶性β-乳球蛋白濃度應高于50.00 mg/L[16]。加熱對β-乳球蛋白的結果和含量產生重要的影響，因此，β-乳球蛋白可以作為牛奶熱加工質量評價的一種指標，在不同熱加工處理下β-乳球蛋白的含量能夠反映熱處理強度。本文研究表明，80 ℃、15.00 s的熱處理下，β-乳球蛋白含量可達2 194.80 mg/kg，而通過UHT工藝優化，β-乳球蛋白含量為108.50 mg/kg，較經75 ℃、15.00 s預巴氏，138 ℃、5.16 s的熱處理后的含量增長了86.70%。通過實驗證明，熱處理過程中乳成分會發生各種變化，處理方法會直接影響最終產品的功能特性。本文的研究可對UHT殺菌溫度提供一定的參考。