超高温瞬时灭菌工艺优化
2020-03-14文/周颖黄锐
文/周 颖 黄 锐
（中垦华山牧乳业有限公司）
牛乳作为一种天然的食物，富含多种氨基酸、维生素、微量元素等营养成分，但同时也是微生物繁殖的理想环境，因此，杀菌是生乳加工过程中的重要步骤[1]。为了保证乳制品的卫生要求，热处理是最为常用的加工工艺，但热处理对牛乳中的蛋白质、乳糖和矿物质盐会造成不同程度的物理及化学变化，所以，热处理研究对乳制品加工工业至关重要[2]。
比较温和的热处理方式，如巴氏杀菌，能较少地改变牛乳中的热不稳定物质；而灭菌程度较强的高温热处理则会导致牛乳的稳定性和胶体性发生较大变化[3]，使牛乳中的营养成分受到损失[4，5]。生乳中最重要的活性蛋白包含乳过氧化物酶、乳铁蛋白、α-乳白蛋白和β-乳球蛋白，它们具有多种功能特性和生物活性，研究最为广泛和深入[6～8]。在高强度热处理下，这些活性蛋白质发生不同程度地变性，在同样温度条件下，使90.0%的β-乳球蛋白变性的加热时间，短于使90.0%的α-乳白蛋白发生变性的时间，说明β-乳球蛋白的热敏性高于α-乳白蛋白[9]。在高温下，蛋白质通过与其他分子的相互作用而发生聚集和化学修饰[10，11]。Pinto等[12]研究葡萄糖对热处理（90 ℃处理24 h）诱导的β-酪蛋白和β-乳球蛋白聚集及聚集物的相对消化率的影响。结果表明，还原糖的存在明显影响蛋白质的热诱导聚集，延缓β-乳球蛋白的动态聚集，有利于共价结合β-酪蛋白聚集体的形成。此外，在葡萄糖存在下，两种蛋白质形成的聚集体对酶消化的抵抗力更强。本文利用利乐UHT杀菌机对生乳进行不同强度的热处理，通过初步探究糠氨酸含量、乳果糖、β-乳球蛋白的变化情况，为合理设定灭菌乳杀菌强度提供一定的参考。
1 材料与方法
1.1 主要试剂
糠氨酸标准品（肽纯度72.6%），法国Polypeptide公司；β-乳球蛋白标准品，Sigma公司。
1.2 仪器与设备
1260 Infinity液相色谱仪，美国Agilent；Atlantis®RdC18色谱柱，美国Waters；Xbridge Protein BEH C4柱，美国Waters；Kjeltec 8400自动凯氏定氮仪，丹麦FOSS；KQ5200V超声波清洗器，昆山舒美超声仪器有限公司。
1.3 方法
1.3.1 乳果糖的测定
按照NY/T939—2016《巴氏杀菌乳和UHT灭菌乳中复原乳的鉴定》对乳果糖含量进行检测[13]。
表1 洗脱梯度
1.3.2 β-乳球蛋白的测定
液相色谱法检测β-乳球蛋白[14]。
1.3.3 糠氨酸含量测定
对样品中的糠氨酸含量按照如下步骤进行测定[13]。
（1）样品水解液准备
取2.00 mL样品，置于密闭耐热试管中，加入10.60 mol/L盐酸溶液6.00 mL，混匀。密闭试管置于110 ℃烘箱中加热水解，加热约1 h后，轻轻摇动试管，继续加热17～20 h。加热结束后，将试管从干燥箱中取出，冷却后用滤纸过滤，滤液供测定。
（2）样品中蛋白质含量测定
取2.0 mL样品水解液，按GB 5009.5—2016《食品安全国家标准食品中蛋白质的测定》的要求进行检测[15]。
（3）糠氨酸标准储备液和标准工作溶液的制备
糠氨酸标准储备液（500.00 mg/L）：称取6.89 mg糠氨酸标准品，用3.00 mol/L盐酸溶液溶解并定容至10.00 mL，即制得500.00 mg/L的糠氨酸标准储备溶液。
糠氨酸标准工作溶液（2.00 mg/L）：移取100.00 μL糠氨酸标准储备溶液于25.00 mL容量瓶，用3.00 mol/L盐酸溶液溶解并定容，即制得2.00 mg/L的糠氨酸标准工作溶液。
（4）液相色谱检测
移取1.00 mL样品水解液，加入6.00 g/L乙酸铵溶液5.00 mL，混匀，过0.22 μm水相滤膜，滤液供上机测定。
采用Agilent液相色谱仪分析；Atlantis○RdC18色谱柱，4.60 mm×250.00 mm×5.00 μm粒径；Agilent G7114A紫外检测器；柱温32 ℃；波长280 nm；0.10%三氟乙酸溶液为流动相A，甲醇为流动相B；进样量10.00 μL。洗脱梯度如表1所示。
（5）糠氨酸含量计算
糠氨酸含量以质量分数F计，数值以mg/100 g蛋白质表示。
公式1中At为样品中糠氨酸峰面积的数值；Astd为糠氨酸标准溶液中糠氨酸峰面积的数值；Cstd为糠氨酸标准溶液的浓度，单位为mg/L；D为测定时稀释倍数（D=6）；M为样品水解液中蛋白质浓度，单位为g/L。
1.3.4 试验方法
通过设定UHT杀菌机参数，对生乳分别进行不同程度的热处理。
（1）对生乳进行75 ℃/15.00 s加热抑菌后，再进行138 ℃/5.16 s热处理，取样检测糠氨酸、乳果糖、β-乳球蛋白含量。
（2）对生乳进行75 ℃/15.00 s加热抑菌后，再进行137 ℃/5.16 s热处理，取样检测糠氨酸、乳果糖、β-乳球蛋白含量。
（3）对生乳进行75 ℃/15.00 s加热抑菌后，再进行137 ℃/4.26 s热处理，取样检测糠氨酸、乳果糖、β-乳球蛋白含量。
（4）直接对生乳进137 ℃/4.26 s杀菌，取样检测糠氨酸、乳果糖、β-乳球蛋白含量。
（5）直接对生乳进80 ℃/15.00 s杀菌，取样检测糠氨酸、乳果糖、β-乳球蛋白含量。
2 结果与分析
2.1 生乳热处理后指标见表2
2.2 糠氨酸含量的变化
不同杀菌强度下糠氨酸含量的变化见图1。
通过试验发现，糠氨酸含量随着热处理强度的降低而降低。UHT杀菌温度降低1 ℃，糠氨酸含量降低6.20 mg/100 g蛋白质；UHT杀菌时间缩短0.90 s，产品糠氨酸含量降低14.20 mg/100 g蛋白质；取消UHT之前的预巴氏杀菌，产品糠氨酸含量降低32.50 mg/100 g蛋白质。通过样品4中UHT工艺优化，可使糠氨酸含量降低53.30 mg/100 g蛋白质，降低32.70%。
表2 生乳热处理后指标
图1 不同热处理强度下的糠氨酸含量变化
图2 不同热处理强度下的乳果糖含量变化
2.3 乳果糖含量的变化
不同杀菌强度下乳果糖含量的变化见图2。
通过试验发现，乳果糖含量随着热处理强度的降低而降低。UHT杀菌温度降低1 ℃，产品乳果糖含量降低76.80 mg/L；UHT杀菌时间缩短0.90 s，产品乳果糖含量降低51.60 mg/L；取消UHT之前的预巴氏杀菌，产品乳果糖含量降低62.30 mg/L。通过样品4中UHT工艺优化，可使乳果糖含量降低190.70 mg/L，降低37.40%。
2.4 β-乳球蛋白含量的变化
不同杀菌强度下β-乳球蛋白含量的变化见图3。
通过试验发现，β-乳球蛋白含量随着热处理强度的降低而升高。UHT杀菌温度降低1 ℃，产品β-乳球蛋白含量无明显增加；UHT杀菌时间缩短0.90 s，β-乳球蛋白含量增加34.10 mg/kg；取消UHT之前的预巴氏杀菌，β-乳球蛋白含量增加16.60 mg/kg。通过对样品4的UHT工艺优化，可使β-乳球蛋白含量较样品1处理后的含量增加50.40 mg/kg，增加86.70%。
3 小结
糠氨酸和乳果糖是生乳加热过程中的副产品，加热强度越高，其含量越高，本文研究表明，通过UHT工艺优化，可使糠氨酸含量降低32.70%，乳果糖含量降低37.40%。
图3 不同热处理强度下的过β-乳球蛋白含量变化
β-乳球蛋白是牛乳乳清蛋白的主要成分，约占牛乳总蛋白的12.00%，β-乳球蛋白可作为视黄醇的载体，使其免受氧化并将其从胃运输到小肠，在小肠将视黄醇转给视黄醇蛋白；同时β-乳球蛋白还能和游离脂肪酸结合，减少游离脂肪酸对脂肪酶的抑制作用，可以促进脂质分解。国际乳业联合会（IDF）规定巴氏杀菌乳和高温巴氏杀菌乳中可溶性β-乳球蛋白的质量浓度应分别大于2 600.00 mg/L和2 000.00 mg/L，UHT乳中可溶性β-乳球蛋白浓度应高于50.00 mg/L[16]。加热对β-乳球蛋白的结果和含量产生重要的影响，因此，β-乳球蛋白可以作为牛奶热加工质量评价的一种指标，在不同热加工处理下β-乳球蛋白的含量能够反映热处理强度。本文研究表明，80 ℃、15.00 s的热处理下，β-乳球蛋白含量可达2 194.80 mg/kg，而通过UHT工艺优化，β-乳球蛋白含量为108.50 mg/kg，较经75 ℃、15.00 s预巴氏，138 ℃、5.16 s的热处理后的含量增长了86.70%。通过实验证明，热处理过程中乳成分会发生各种变化，处理方法会直接影响最终产品的功能特性。本文的研究可对UHT杀菌温度提供一定的参考。
