直接UHT灭菌对牛乳营养成分、感官和风味的影响

闫虹，李洪亮，钱文涛，王美华，王孟辉，高飞*

内蒙古蒙牛乳业（集团）股份有限公司常温研发中心（呼和浩特 011517）

市场上销售的牛乳均需要进行适当热处理。因为生鲜牛乳中含有对人体有害的微生物，进行适当的热处理可以消除牛乳中病原微生物对人体造成的危害，确保饮用牛乳制品的安全性。根据热处理工艺的不同，液态乳可分为巴氏杀菌乳、超巴氏杀菌乳、延长货架期乳、灌装高压灭菌乳和超高温灭菌乳[1]。其中，超高温灭菌乳，也称UHT乳，是采用超高温处理（高于130 ℃，一般为140～150 ℃，持续数秒，一般为1～2 s），后续完全无菌包装获得的产品[2-3]。

与巴氏杀菌乳和延长货架期乳相比，UHT乳无需冷藏，且货架期稳定；与灌装高压灭菌方式相比，其对产品质量（如风味、颜色和营养价值等）的不良影响要小得多，并且可以通过调整加工工艺和贮藏条件来控制影响程度[1,4]。因此，对工艺条件进行优化，使UHT乳既能拥有较长货架期、好的稳定性，又能较大程度地保证牛乳的营养美味，值得深入研究探讨。

UHT灭菌类型分为直接和间接2种。直接UHT是指蒸汽和牛乳直接接触的灭菌类型。间接UHT是指通过热传导进行的灭菌过程，管式和板式是间接UHT处理中最主要的2种类型[2,5]。间接UHT，特别是管式UHT的灭菌方式较为常见，而直接UHT的灭菌方式仍未普及。

此次试验采用直接UHT灭菌方式对牛乳进行灭菌，并和传统管式UHT灭菌方式进行对比，探讨这两种灭菌方式对牛乳中营养物质、感官品质和风味特征变化的影响。在进行感官品评和风味特征检测时，增加一款市售的A品牌低温巴氏奶，低温巴氏奶一般被认为能够更好地保存牛乳中的口感和风味[1]，便于将直接UHT和管式UHT灭菌乳与之进行比较。

不同灭菌温度和时间的组合可以达到相同灭菌效果，但会对牛乳有不同的影响[2]。对于直接UHT灭菌，采用3种不同的温度时间参数条件。观察比较这几种灭菌处理对牛乳产生的不同影响，为优化超高温灭菌的工艺参数提供数据支持和参考。

1 材料与方法

1.1 材料

生乳；A品牌低温巴氏奶。

1.2 试验设计

取用物理化学指标一致的原料奶，分别进行直接UHT灭菌、管式UHT灭菌处理，并比较不同灭菌方式及同一方式不同参数处理下牛乳中部分营养物质、感官品质和风味特征的表现。灭菌方式及参数见表1。

表1 灭菌方式及参数

1.3 检测内容和方法

1.3.1 微生物指标的检测

微生物指标检测参照GB 4789.26—2013《食品安全国家标准食品微生物学检验 商业无菌检验》进行。

1.3.2 营养物质的检测

钾、钠、钙、镁采用干法消化法火焰原子吸收法测定；糠胺酸和乳果糖的检测参照鉴定UHT乳中复原乳的方法进行；α-乳白蛋白和β-乳球蛋白采用Evergreen试剂盒法进行检测。

1.4 感官品评

取4种UHT灭菌处理下的牛乳，与A品牌低温巴氏奶一起进行感官品评。感官测试分为消费者喜好度测试和专业感官分析2种方式。

1.4.1 消费者喜好度

采用9点标度法，根据50人内部消费者的品评结果，评价消费者对产品的喜欢程度，评价标准见表2。数据分析采用Firedman检验（95%置信水平下）。

表2 消费者接受度评价标准

1.4.2 专业感官分析

采用10点标度法，根据10名专业品评人员的评价结果，评价产品具体属性的强弱，评价标准见表3。专业感官分析的评价属性依次为表面白度、乳香味、奶油味、甜感、咸感、蒸煮味、膻味、豆味、脂肪感、顺滑度、口中稠度、滞留度。统计方法采用Anova（95%置信水平下）。

表3 专业感官分析评价标准

1.5 风味特征物质检测

应用GC-MS法测定各种灭菌处理乳和A品牌低温巴氏牛奶中挥发性成分的相对百分含量，并对比分析其挥发成分的不同。

2 结果与分析

2.1 不同灭菌处理乳的比较

2.1.1 不同灭菌处理乳中微生物指标结果

同一批原料奶经过不同的灭菌处理后，各样品微生物检测指标见表4。可以看出，这几种灭菌处理都可以得到商业无菌性稳定的产品。

表4 不同灭菌处理下微生物的指标结果

2.1.2 不同灭菌处理乳中成分对比

干物质是牛奶除去水分后的部分，非脂乳固体是牛奶去除水分和脂肪后的部分。牛奶品质的好坏，主要与牛奶中干物质含量有关，而干物质含量则直接与牛奶中脂肪和蛋白质等组分含量相关[6]。

根据表5数据可以看出同一批原奶经过不同处理后几种组分的变化。其中，采用直接UHT（154 ℃，0.25 s）灭菌工艺的样品中干物质、非脂乳固体、脂肪和蛋白质的含量最高；其次是采用管式UHT灭菌乳中这几种组分含量较高；采用直接UHT（143 ℃，3 s）和直接UHT（143 ℃，3 s）工艺处理下奶中这几种组分含量较低。可以看出，调整工艺参数可以使直接UHT灭菌比传统管式UHT灭菌更好地保存牛奶中的干物质、非脂乳固体、脂肪和蛋白质等组分。

表5 不同灭菌方式乳中的成分变化

2.1.3 不同灭菌处理乳中营养物质的变化

牛乳中含有钠、钾、钙、磷、镁、氯、铁、碘、锰、锌、钴和铬等矿物质和微量元素[7]。其中，钾、钠、钙和镁是牛奶中的4种常量元素，对于维持人体正常的生理机能有重要作用[8]。试验检测这4种不同UHT灭菌处理下牛乳中钾、钠、钙和镁4种矿物质含量。由图1可以看出，钾和钙的含量均在直接UHT（154 ℃，0.25 s）的处理下较高，而钠和锌的含量则是在直接UHT（143 ℃，3 s）和直接UHT（143 ℃，3 s）的处理下较高，但不同处理的检测值之间差距较小，差异不明显。也有研究表明，不同热处理方式对牛乳中矿物质的影响不大[9]。

图1 不同灭菌处理下，乳中部分营养物质的变化

同时，试验检测乳中α-乳白蛋白、β-乳球蛋白，观测这4种处理下2种蛋白变性情况。由表5中数据可以看出，从α-乳白蛋白和β-乳球蛋白的数量上讲，直接UHT灭菌乳中这两种蛋白含量明显高于管式UHT灭菌方式下这两种蛋白的含量，而在直接UHT灭菌的所有处理中，154 ℃，0.25 s灭菌乳中的这2种蛋白含量最高。

糠氨酸是美拉德反应的初期产物，乳果糖是牛乳加热过程中乳糖异构化产生的物质，二者都是重要的热损标志物质[7]。由表6中的数据可以看出，143 ℃，3 s和154 ℃，0.25 s直接UHT灭菌产生的糠氨酸和乳果糖含量低于143 ℃，4 s时的含量，也远低于管式UHT灭菌方式下的含量。

结果表明，在α-乳白蛋白、β-乳球蛋白保护方面，以及糠胺酸和乳果糖的产生方面，直接UHT灭菌方式明显优于管式UHT灭菌；而在直接UHT灭菌的3种处理中，154 ℃，0.25 s和143 ℃，3 s的表现较好，143 ℃，4 s的表现较差。

2.2 感官品评结果

2.2.1 消费者喜好度测试结果

消费者喜好度测试消费者对4种灭菌处理乳和A品牌低温巴氏奶的喜爱程度，结果如图2所示。可以看出，与A品牌低温巴氏奶相比，消费者更喜欢4种UHT乳，且结果显著。在4种UHT处理乳中，消费者更喜欢直接UHT灭菌处理乳，较不喜欢管式UHT灭菌乳，虽然这一结果并不显著。

图2 消费者对5支产品的喜好度

2.2.2 专业感官分析结果

由表7中的数据看出，与A品牌低温巴氏奶相比，四种UHT乳中乳香味、奶油味、膻味、豆味、脂肪感和滞留度弱，蒸煮味重。

与管式UHT相比，直接UHT灭菌乳表面白度白，咸感较弱，蒸煮味轻。这也与前期研究结果认为直接UHT灭菌方式在降低蒸煮味方面效果显著一致[10-11]。直接UHT灭菌不同参数处理下感官属性无明显差异，其中143 ℃、4 s样品中乳香味、咸感略强。

表7 专业感官分析结果

2.3 风味特征物质检测

牛乳成分复杂，加热处理对牛奶中的化学成分影响较大，会改变牛奶的风味[12-13]。对4种不同UHT灭菌处理乳和A品牌低温巴氏奶中的挥发性风味成分进行检测，共鉴定25种挥发性化合物（图3），其中酯类物质7种、醛类4种、酸类4种、酮类5种、烯类4种、醇类1种。

通过对5个样品进行分析发现，直接UHT灭菌（154 ℃、0.25 s）处理后的牛乳由于存在萜烯类原料（蒎烯，苧烯等），呈现一个比较新鲜的牛奶味道。直接UHT灭菌143 ℃、3 s处理的牛乳中挥发性成分与前一个样品基本一致，唯一区别在于内酯类物质较前一个样品多0～10%，因此奶香味更重一些。直接UHT灭菌（143 ℃、4 s）样品中低级脂肪酸的含量是所有样品中最高的，其中丁酸、癸酸在其他几个样品中没有发现，壬酸含量也是最高的，这些酸类物质是乳经UHT处理后所特有的酸类化合物[13]。香气特点表现在口感上，更具有奶味。

管式UHT灭菌处理后的牛乳中酮含量最高，如2-庚酮、2-壬酮等，另外其内酯类物质含量表现比较均衡，应是这所有样品中香气最强的一支牛奶。乳中一些酮酸和羟基，经加热后分别形成甲基酮和内酯类化合物，对加热后的乳制品香气有影响，如：2-庚酮是由亚油酸氧化产生的，赋予UHT乳奶油气味；2-壬酮具有乳酪、奶香味。这些都是UHT处理所形成的独特风味物质[12]。

A品牌低温巴氏奶是一种新鲜的牛奶。己醛是使这种牛奶呈现新鲜感的主要原因，己醛分子结构中含有不饱和分子键，具有强烈的抗氧化作用。

结果表明，不同灭菌方式会产生不同挥发性物质，从而使牛奶呈现出不同风味。

3 结论

通过将直接UHT灭菌与传统管式UHT灭菌方式进行比较发现，直接UHT灭菌在保留乳中一些营养物质（α-乳白蛋白、β-乳球蛋白等）方面具有明显优势。由消费者接受度测试和专业感官分析的结果可以看出，直接UHT灭菌乳更受消费者的喜爱，且能更有效的降低乳中的蒸煮味。通过比较直接UHT灭菌不同参数处理下的表现发现，154 ℃，0.25 s和143 ℃，3 s这2种处理能更好地保留乳中的营养物质，在专业感官品评中也表现较好。

同时，不同处理会对牛奶的风味产生不同影响。4种灭菌处理乳在呈现风味方面各有特点，其中，直接UHT 154 ℃、0.25 s和143 ℃、3 s灭菌均能带给牛奶一种新鲜的风味，且后者奶香味更重。