牛奶的变质与新鲜度检测探讨

2019-07-03徐楚璇

现代商贸工业 2019年10期

徐楚璇

摘要：介绍了牛奶变质的原因，从微生物、营养物质、感官性质和理化性质四个角度综述了牛奶变质过程中的变化，对各项指标在牛奶新鲜度检测中的应用进行了概述和讨论，为牛奶品质研究和新鲜度检测方法的开发提供参考。

关键词：牛奶;变质;细菌;新鲜度

中图分类号：TB文献标识码：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2019.10.084

牛奶是人们日常生活中非常重要的一种食物，含有丰富的蛋白质、脂肪、糖类、维生素以及矿物质。根据《中国食物成分表》所述，100g牛乳中平均含有蛋白质3.0g，脂肪3.2g，碳水化合物3.4g，维生素C1mg，维生素E0.21mg，钙104mg、磷73mg，能够为人体提供能量和营养。但是，丰富的营养物质也为微生物滋生提供了极佳的环境，在微生物的作用下，牛奶中的营养物质会发生一系列分解和氧化，进而导致牛奶的外观、物理性质和化学性质也发生改变，最终失去食用价值。因此，充分了解牛奶的变质过程，分析各项指标的变化，以及各项指标应用于牛奶新鲜度评价时存在的问题，对于牛奶品质的研究和新鲜度检测方法的开发具有重要的现实意义。

1牛奶变质的原因

牛奶变质的主要原因是由微生物繁殖引起的一系列化学反应，使得牛奶中的各种成分和理化性质发生变化。牛奶在生产、储存、加工、运输等环节中都有可能被微生物污染，从而引发变质。虽然大部分牛奶在出厂时已经经过了灭菌，但是灭菌过程并不能杀灭所有的微生物，一些耐高温的细菌和芽孢仍存在于牛奶中。所以，鲜牛奶常常需要在低温环境下保存，从而抑制微生物的生长，而可以常温保存的牛奶保质期也并不长。

一般而言，牛奶變质过程分为4个阶段：

（1）细菌减数阶段：鲜牛奶中本身含有一定的抗菌物质，具有一定的杀菌作用，因此在此阶段细菌数量会减少，用肉眼或显微镜难以分辨牛奶的变质程度。

（2）发酵产酸阶段：抗菌物质被消耗，细菌开始大量繁殖，导致牛奶中的乳糖被分解，产生乳酸，牛奶的酸性慢慢增大。发酵和产酸导致球形的酪蛋白变形，伸展成线性的酪蛋白分子，到后期凝结成具有网络结构的凝胶状态。在此阶段，牛奶中可能出现大量凝块，并有大量乳清析出。通过显微镜观察，能够看到凝胶状态的白色物质。

（3）中和阶段：此时可在牛奶的表面可以看到霉菌群体，通过肉眼可观察到牛奶颜色开始发黄。

（4）腐败分解阶段：进入严重变质时期，酪蛋白和脂肪被分解，牛奶的上层变成澄清的液体，并带有腐败的臭味产生。

2牛奶变质过程中的变化

牛奶在变质过程中，微生物迅速繁殖，导致蛋白质变性、脂肪酸败和碳水化合物发酵，进而导致牛奶出现凝固、色泽和风味异常等腐败现象，失去食用价值甚至对人体产生危害。以下从微生物、营养物质、感官性质和理化性质四个角度，阐述牛奶在变质过程中发生的变化。

2.1微生物数量的变化

牛奶储存时间过长或开封后暴露在空气中，一旦条件合适，牛奶中的乳酸杆菌、蛋白分解菌、大肠杆菌就会迅速繁殖。细菌的增长与温度密切相关，室温下，条件适合各种细菌的生长，因此细菌会呈现大量增长。而低温下，不耐低温的细菌受到抑制，细菌的增长速度放缓。张航晨等人对灭菌纯牛奶开封和饮用后一段时间内的细菌数进行了测定，发现室温下，牛奶开封后存放8小时细菌就开始繁殖，16小时后大量繁殖。如果饮用后再存放，则8小时后细菌就会大量繁殖。同时，新鲜牛奶本身有一定的抑菌期，在抑菌期内，微生物并不会大量繁殖，但是温度会影响抑菌期的长短，低温条件下，牛奶的抑菌期更长。杜磊等人对牛场直接购买的鲜乳在储藏过程中的细菌数进行了测定，结果表明温度影响了细菌的繁殖速度。4℃条件下储藏3天后，牛奶中的细菌开始生长，而常温条件下，细菌在1天后便迅速增长。

2.2营养物质含量的变化

从牛奶变质的四个阶段可以发现，营养物质在变质过程中不断地被分解。黄友鹰等人对消毒牛奶在保存期间的营养成分进行了分析，结果表明从第2天开始，随着时间的延长，牛奶中的蛋白质、脂肪和乳糖含量明显下降，营养物质大量损失。

牛奶中主要营养物质的变化是一个综合的过程。在牛奶变质初期，牛奶中的糖类物质——乳糖将在细菌的作用下转化成乳酸。李亮利用近红外光谱技术检测原料奶新鲜度时发现，冷藏条件下，乳糖含量在前2天下降较为平缓，第3天后下降速度加快。一方面，乳酸的积累降低了牛奶的pH，这会影响到牛奶中蛋白质尤其是酪蛋白的结构，打破原有的平衡，而发生蛋白质凝结。而另一方面，杂菌的生长代谢会产生各种酶，分解牛奶中的蛋白质和脂肪。蛋白质首先被分解成氨基酸，之后再进一步被分解成有机酸、醛、醇和其他无机小分子物质。在此过程中，常常会伴随着氨和H2S的产生，散发令人难闻的腐臭味。与此同时，牛奶中的脂肪也在不停地被水解和氧化。卢蓉蓉等人对屋顶牛奶贮藏品质变化进行了研究，发现脂肪质量分数在开始的2～3天比较稳定，而后开始明显下降，可能是由于脂肪被水解和氧化所致。施玉佳利用近红外透射光谱检测牛奶中蛋白质和脂肪的含量，以判定鲜牛奶的变质程度时发现，在0～12小时期间，牛奶中的蛋白质和脂肪并未出现减少;在12～36小时期间，牛奶中蛋白质被水解，随着时间的增加，蛋白质和脂肪含量以近线性的规律下降，并且蛋白质含量的减少比脂肪更加明显;而52小时后，牛奶严重变质，酪蛋白和脂肪被分解，并释放出腐败的臭味。

2.3感官性质的变化

牛奶的感官性质主要包括色泽、杂质、气味和组织状态等。正常新鲜的牛奶为白色或者稍带黄色不透明液体。由于挥发性脂肪酸和其他挥发性物质的存在，牛奶通常还带有特殊的香味。一般在变质过程中，由于营养物质的分解、氧化，牛奶会丧失本身具有的香气和特有的风味，因微生物的生长代谢而产生酸味和苦味，最后出现变色、凝固。夏全等人在牛奶变质过程的观察实验中发现，牛奶在放置6小时前并没有明显变化，而8小时后肉眼可见牛奶中有少量凝乳块，到12小时后，牛奶中就有大量凝乳块、乳清析出。

2.4理化性质的变化

牛奶的理化性质包括黏度和酸度等，牛奶变质过程中其组分发生变化，酸度和黏度也会发生变化。黏度是液体的一项固有属性，在牛奶变质过程中，牛奶的黏度会明显增大。麦志杰等人通过测量黏度对牛奶变质进行检测，结果发现牛奶出现异味变质时，黏度也会大幅上升，并且不同牛奶的黏度也会有所差异。然而，牛奶黏度的变化并不是平稳的。夏全等人在观察牛奶的变质过程中，发现在发酵产酸阶段，牛奶的黏度会显著增加。而随着变质过程的进行，黏度发生下降而后又上升。当牛奶彻底变质出现分层时，此时黏度又会变小。

在牛奶变质过程中其酸度也会出现明显上升，因此酸度常常被用来作为检测牛奶新鲜度的重要指标。牛奶的酸度可分为滴定酸度和活性酸度。滴定酸度是指以酚酞为指示剂，滴定100g牛奶所消耗0.1mol/L氢氧化钠的毫升数，而活性酸度通常用pH来表示。一般而言，正常牛奶的滴定酸度为12～18°T，pH为66左右。牛奶在变质过程中，乳糖转化为乳酸，滴定酸度整体呈上升趋势。但随着时间的推移，酸度可能会发生波动，这可能是由于中和阶段细菌受抑制，真菌迅速生长所致。后期脂肪被分解成脂肪酸，酸度继续上升。卢蓉蓉等人在屋顶牛奶贮藏品质变化的研究中发现，牛奶的酸度在起始的3天内为下降趋势，在随后的3～5天出现波动，接着又出现回升。

3牛奶的新鲜度检测

牛奶在变质过程中，微生物数量，黏度、酸度等理化性质，以及气味、颜色等感官特征均会发生变化，可作为牛奶的新鲜度评价指标。目前，对于牛奶新鲜度的检测，通常会采用微生物、物理、化学和感官四类指标。

3.1牛奶新鲜度的常规检测

微生物是引起牛奶變质的主要原因，菌落总数、大肠菌群等是我国检测乳及其制品新鲜度常用的指标。微生物检测通常采用菌落法，但是传统的微生物检测通常需要在实验室进行培养，耗费时间比较长，并且由于无法进行现场检验而具有一定的滞后性。

牛奶变质后，酸度和黏度均会有所提升，可以直接用酸度计、黏度计等直接测定。由于检测快速、简单易行，酸度和黏度成为衡量牛奶新鲜度的常用指标之一。但是如前文所述，随着牛奶变质进程的发展，酸度会发生一定的波动，而且牛奶中的酸可以通过加碱进行调和，因此，单纯依靠检测时的酸度判定牛奶的新鲜度并不可靠。另外，虽然黏度可以在一定程度上反应牛奶的变质情况，但是不同牛奶由于其成分的差异可能导致牛奶内部黏滞力不同，而出现黏度的差异，因此难以作统一判定。

我国国家标准GB 19301—2010《食品安全国家标准生乳》对牛奶中的蛋白质、脂肪含量做了明确要求。尽管牛奶变质过程中蛋白质、脂肪会分解或氧化，含量会有所下降，但是可能会出现尽管已发生了变质，蛋白质、脂肪的含量却不一定低于国家标准要求的情况。因此，营养物质的含量指标很少用于牛奶新鲜度的检测。而另外，营养物质的定性测定，通过对比鲜奶和变质牛奶的不同特性进行判定，可作为新牛奶鲜度评价的参考。比如，蛋白质在变质过程中稳定性会发生变化，杜慧芹菜根据蛋白质的热稳定性和牛奶的溶解性来判定牛奶的新鲜度。新鲜牛奶煮沸后，基本无白色颗粒，而变质牛奶会产生大量白色颗粒。新鲜牛奶在水中呈凝结状态，而变质牛奶随着变质程度的增加会更易溶于水。

牛奶的感官品质是消费者判定牛奶新鲜度最直观的指标，在我国的国家标准中，对牛奶的色泽、气味和组织状态做出了明确要求。微生物生长代谢活动会造成牛奶感官性质的变化，以感官品质评价牛奶新鲜度具有不需要仪器、不限定检验场所、成本低等优点。但是，感官品质的评价存在较强的主观性、结果不易量化的问题，并且非专业检验人员在牛奶变质初期难以进行准确判断。

3.2牛奶新鲜度的动态检测

在变质过程中，牛奶的各项性质是呈动态变化的，并且存在一定的规律。常规评价的各项指标虽然能够在一定程度上反映牛奶的新鲜度，但是对于具有一定波动性的酸度和黏度，以及难以统一标准的营养物质含量等指标却很难把握其准确度。尽管可以采用多次测定，观察指标的动态变化来进行辅助评价，但是由于耗时长、成本高等仍然存在一定的局限性。

近年来，随着乳品检测技术的发展，出现了很多简便、快速、准确的新型动态检测评价方法。比如应用于

微生物数量检测的ATP生物荧光技术。该技术是基于萤火虫发光的机理，测得的荧光强度与ATP数量成正比，从而间接反映细菌细胞的数量，并且反应灵敏可以实现实时监控。而在感官评价方面，电子鼻、电子舌的出现让新鲜度的感官评价更加智能化。通过模拟人体的嗅觉和味觉，对牛奶的挥发物、组分等进行识别，并且还能够对牛奶储存过程中的品质变化特征进行监控和表征。除此之外，红外光谱技术也能够实现牛奶新鲜度的动态检测，施玉佳建立了近红外透射光谱的预测模型，能够很好地判定出牛奶变质的阶段，并且能够对蛋白质、脂肪的含量进行检测。

4结论与展望

综上所述，牛奶在变质过程中其微生物数量、营养物质含量、感官品质和理化性质都会发生一系列变化，能够作为检测指标，为牛奶的新鲜度评价提供依据。目前，牛奶的新鲜度测定大多采用感官品质、酸度、黏度、菌落数等指标，传统评价方法比较成熟但仍存在一定的局限性，未来，快速、简便、智能、多维度的新鲜度动态检测方法可能成为重要的发展方向。

参考文献

[1]杨月欣，王光亚，潘兴昌.中国食物成分表[M].第2版.北京：北京大学医学出版社，2009：110-111.

[2]杜磊，陈瑞利，杜杨，毛战胜.储藏过程中鲜乳中的细菌数、pH、酸度的变化[J].河南师范大学学报（自然科学版），2011，39（05）：145-147.

[3]王彦勤.鲜牛奶酸败的原因及防止措施[J].现代农业科技，2008，（15）：307-308.

[4]夏全，缪爱龙，章燕，李建国.牛奶变质过程的观察[J].江苏卫生保健，2007，（03）：22-23.

[5]张航晨，潘丽红.纯牛奶开封后最佳饮用时间的探究[J].卫生职业教育，2017，35（07）：98.

[6]黄友鹰，马毓锦.消毒牛奶在家用电冰箱内保存期及其營养成分的变化[J].西南民族学院学报（畜牧兽医版），1989，（4）：43-49.

[7]李亮.近红外光谱技术在原料奶掺假快速检测及新鲜度检测中的应用研究[D].杨凌：西北农林科技大学，2010.

[8]巫平松，石中亮，陈尚东.牛奶的保鲜[J].化学教育，2004，25（8）：9-11.

[9]卢蓉蓉，刘莹，张国农.屋顶奶贮藏期品质变化的研究[J].中国乳品工业，2006，34（10）：29-33.

[10]施玉佳.基于光谱技术的牛奶品质及其变质程度的鉴定方法研究[D].重庆：重庆理工大学，2014.

[11]方培生.牛奶的检验[J].中国奶牛，1993，（04）：50-51.