牛奶光氧化感官评价的影响因素探究

张清阳，白莹，王少雷，谭冬飞，贾曼，张宏达，陈刚

（1.河北工程大学，河北 邯郸 056000；2.中国农业科学院农业质量标准与检测技术研究所，北京 100081）

0 引 言

牛奶光氧化的研究起源于20世纪初，当牛奶在受到光照时会产生很强烈的阳光味[1]。牛奶光氧化主要分两种形式，有氧时，光敏剂会诱导基态氧3O2生成单线态氧1O2，1O2可与蛋白质或脂肪发生氧化反应，最终生成戊醇、戊醛等[2-3]；无氧时，光可诱导光敏剂直接与蛋白质发生反应，最终产生蛋白质交联或者多聚体[4-5]。牛奶风味多由游离脂肪酸、醇、酯、内酯等产生，而引起牛奶产生光氧化味的物质并不明确。维生素E和异抗坏血酸钠是两种常见的抗氧化剂。维生素E是一种脂溶性抗氧化剂，其水解产物主要包括α-生育酚、β-生育酚、γ-生育酚和δ-生育酚[6]，但其在鲜奶中是否有抗氧化的作用却鲜有报道。

本研究对不同条件处理的牛奶在光照后进行感官评价，并探究了牛奶中溶氧量的变化趋势，旨在为乳制品的实际生产提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

生牛乳由四川省新希望乳业有限公司提供，维生素E、异抗坏血酸钠购自华源生物。

RW-20搅拌器套装，广州艾卡仪器设备有限公司；UPT-Ⅱ-10T超纯水机，四川优普超纯科技有限公司；APV1000均质机，北京汉默泰克流体技术有限公司；PT-20T实验室小型超高温灭菌机，上海沃迪科技有限公司；TF-AS1无菌填充室，上海沃迪科技有限公司；MT-4617LED灯用照度计，台湾宝工实业股份有限公司；Mettler Toledo溶氧仪，上海锐析仪器设备有限公司；无菌耐热瓶，杭州全泉科技有限公司；日光灯，市售。

1.2 方法

1.2.1 感官评价

将75 L生牛奶平均分成3份，分别添加0.5%异抗坏血酸钠、0.5%维生素E，另一份空白作为对照，并将所有牛奶分别均质，然后每份牛奶再均分为两份分别进行121℃和138℃加热15 s，盛装在约380 mL的PET瓶中，装满为无补充氧处理，装约1/4（95 mL）为有补充氧处理，最后将盛装好的牛奶放在20℃和30℃两个房间接受2 000 Lux和5 000 Lux光照和避光处理，一式三份，分别在光照1，4和7d后进行感官评价。

根据表1对光照后的牛奶的气味和滋味进行感官评价，每个样品进行感官评价前用纯净水漱口，以避免每个样品间评价造成的误差。

表1 感官评价评分

1.2.2 溶氧量测定

将盛有1/4液面和4/4液面138℃热处理的牛奶在26℃左右的温度下，分别进行2 000 Lux和6 000 Lux光照，一式三份，在0，24，48，72 h时采用溶氧仪对其溶氧量进行测定。

1.3 数据分析

首先对感官评价结果采用Min-max标准化法进行标准化，然后采用IBM SPSSStatistics20对数据进行差异性分析，并用OriginPro绘制柱状图及折线图。

2 结果与讨论

2.1 不同加工温度和不同储藏温度对牛奶光氧化感官评价的影响

不同加工温度处理的牛奶，在经过光照1，4，7 d后感官评价值均不存在显著性差异（P＞0.05），如图1所示，不同储藏温度下，牛奶在经过光照后感官评价也不存在显著性差异（P＞0.05），如图2所示，说明加工温度和储藏温度的不同并不能对牛奶光氧化感官效果产生影响。

图1 不同加工温度牛奶光氧化感官评价差异性分析

图2 不同储藏温度牛奶光氧化感官评价差异性分析

图1中，同一天中同一感官下的柱状图上方不同的小写字母代表数值之间具有显著性差异(P＜0.05)，不同的大写字母代表数值之间具有极显著性差异（P＜0.01），没有标注代表不存在显著性差异。下同。

牛奶根据杀菌温度的不同，简单可分为巴氏杀菌乳和灭菌乳两大类，巴氏杀菌乳的杀菌温度一般在60～80℃，灭菌乳的温度在100～150℃之间[7]。本实验采用小型超高温灭菌机，在一定程度上模拟超高温灭菌乳（UHT）和延长货架期巴氏杀菌如（ESL），为减小加热时间上的误差，都采用15 s的加热时长，基本可以杀死牛奶中的所有微生物，可在常温下储存。灭菌温度的不同不仅可以反应杀菌程度，对牛奶中的物质也会产生影响。超高温灭菌会对牛奶中的蛋白质、脂肪造成一定破坏，影响牛奶品质，而巴氏奶可最大限度保留乳蛋白，活性钙、酶等活性营养成分，以及牛奶鲜美的口感，但其对储藏条件要求较高，储藏时间较短[8-9]。有研究表明储藏时间越长，温度越高，牛奶品质下降影响越严重[10]。然而在光照后，不同加工温度和储藏温度并没有对光氧化感官效果造成影响，可能是因为核黄素作为牛奶中主要的光敏物质，在巴氏杀菌乳和超高温灭菌乳之间没有显著差异[11]，而由核黄素诱导的牛奶光敏氧化所产生的氧化改变要远远大于加工温度和储藏温度对牛奶的影响。

2.2 不同光照强度对牛奶光氧化感官评价的影响

在无氧情况下，不同光照强度对牛奶的感官评价不存在显著性差异（P＞0.05），如图3所示，但随着光照强度的增强，感官评价基本呈现下降趋势。而在有氧情况下，光照第一天，避光和光照5 000 Lux的牛奶在气味上存在显著性差异（P＜0.05），如图4所示，在滋味上更是存在极显著性差异（P＜0.01）；而在第4天的时候只有滋味上避光和受到光照存在显著性差异（P＜0.05），但2 000 Lux光照和5 000 Lux光照的牛奶感官评价上已经不存在差异了；在第7天的时候，避光和受到光照的牛奶在气味和滋味方面都具有极显著性差异（P＜0.01）。

图3 无氧情况下不同光照强度牛奶光氧化感官评价差异性分析

图4 有氧情况下不同光照强度牛奶光氧化感官评价差异性分析

由此可见，氧气在牛奶光氧化中起到重要作用。Intawiwat等[12]人在研究不同颜色滤光片对巴氏杀菌乳光氧化的影响时，认为顶空存放氮气和空气是导致在不同过滤器下牛奶酸败味有差异的原因，并且指出储存在空气中的牛奶样品在非彩色滤光器下感官评价最差。但牛奶的光氧化也不绝对依赖于氧气，主要是依靠不同光敏剂介导发生反应。Jens Petter Wold等[3]人在探究牛乳光氧化作用光谱时指出，顶空为空气的牛奶样品在蓝光照射下其挥发性成分中己醛含量比氮气和氩气更高，而在橙光照射下，氮气和氩气中戊醛的生成量比空气高。相较于在荧光灯的照射下，在有氧时也许更容易产生氧化味，而且随着光照强度的增强，其产生氧化味的效果越明显。

2.3 添加异抗坏血酸钠和维生素E对牛奶抗光氧化感官评价的影响

在有氧情况下，向牛奶中添加异抗坏血酸钠和维生素E进行不同强度光照，当光照强度为2 000 Lux时，光照第1天，添加异抗坏血酸钠与添加维生素E和不添加存在显著性差异（P＜0.05），如图5所示，光照第4天和第7天时，3种处理在气味和滋味均不存在显著性差异，但添加维生素E的牛奶感官评价均略高于添加异抗坏血酸钠和不添加的牛奶样品；当光照强度为5 000 Lux时，光照第1天，添加维生素E与添加异维C钠和不添加在气味上存在极显著性差异（P＜0.01），如图6所示，滋味上存在显著性差异（P＜0.05），光照第4天时，添加维生素E与异维C钠在滋味上存在显著性差异（P＜0.05），光照第7天时，3种处理在气味和滋味均不存在显著性差异。

图5 有氧情况下2 000 Lux不同添加剂牛奶光氧化感官评价差异性分析

图6 有氧情况下5 000 Lux不同添加剂牛奶光氧化感官评价差异性分析

异抗坏血酸钠作为一种新型食品抗氧化防腐保鲜剂，在肉制品的腌制、加工过程中，可以有效地减缓肌红蛋白和脂质的氧化速率，防止变色[13-14]。然而在本实验中异抗坏血酸钠并没有起到抗光氧化的作用，甚者其感官评价要略低于不添加的牛奶样品，其可能与异抗坏血酸钠的理化性质相关，异抗坏血酸钠具有热不稳定性[15]，在生乳高温热加工的工程中可能已经发生降解。抗坏血酸的氧化和脂质氧化导致的牛奶风味缺陷存在溶解氧的竞争关系，去除氧气的牛奶长时间暴露在阳光下，抗坏血酸的量不会明显减少，也不会产生真正的氧化风味，无氧牛奶暴露在阳光下会产生另一中异味[16]。任文亚等[17]人在研究中指出与只添加抗坏血酸相比，添加一定比例的金属离子更有助于抗牛奶光氧化引起的风味劣化。SHIOTA等[18]人在文章中也提到铜和铁等过渡金属和抗坏血酸与油脂的自氧化有关，并且还指出生育酚在抗光氧化性能方面是有效的，这与本实验结果相同。

2.4 不同液面牛奶中溶氧量的测定

不同液面牛奶在不同光照强度下随时间的变化如图7所示。由图7可以看出，装有1/4液面牛奶的溶氧量随时间延长而增多，4/4液面牛奶的溶氧量随时间延长而减少，光照强度对溶氧量的变化趋势没有影响。桂仕林等[19]人研究发现，在阻氧性能差的包装下，牛奶的溶氧量随时间的变化而增多。而充足的氧气存在无疑是加速牛奶光氧化，使其产生氧化味的主要因素之一。溶解氧浓度的测量和核黄素降解能显示出牛奶的氧化速率，并且核黄素的降解速率和溶解氧的降低速率存在一定关系[20]。

图7 1/4液面和4/4液面牛奶在2 000 Lux和6 000 Lux光照下随时间的变化情况

优质原料奶中的氧质量浓度通常接近饱和，约为9～11 mg/L，而温度越高，氧的溶解度越低，通常高温热处理的牛奶，其氧质量浓度会降至2～3 mg/L[21]，与本实验最初氧质量浓度一致。4/4液面的牛奶顶部空间几乎为0，无法对氧化反应溶解的氧进行补充，而1/4液面的牛奶拥有较大的顶部空间，其中的氧气不仅可以补充氧化反应消耗掉的氧气，并且可以使牛奶的溶氧量趋向于饱和。一些溶解氧是氧化挥发性硫化合物所必需的，挥发性硫化合物是超高温牛奶在储存前几天产生强烈的烹饪风味的原因，降低溶解氧将延迟或防止这种氧化[25]，同样，降低溶解氧也可能延缓光氧化味的产生。在相同的环境下，牛奶中溶解氧含量的变化可作为氧化引起的明显感官变化的可靠指标[22]。隔绝氧气，不仅可以减少牛奶中维生素A等物质的降解，并且可以有效地减少最终氧化产物的形成，最大程度地保留牛奶的营养物质和风味[23]。

3 结 论

本文探究了不同加工温度、储藏温度、光照强度以及添加异抗坏血酸钠和维生素E对牛奶光氧化感官评价的影响并且测定了光照下，牛奶中溶氧量的变化趋势。结果表明，加工温度为121℃和138℃，储藏温度为20℃和30℃对牛奶光氧化感官评价无显著影响。在无氧时，不同光照强度牛奶的感官评价之间不存在显著性差异，而在有氧时，牛奶的光氧化味随着光照强度和光照时间的增加而加重，在短时间的光照下，维生素E对牛奶抗光氧化具有明显效果，而异抗坏血酸钠并没有对牛奶抗光氧化做出贡献。氧气是造成牛奶光氧化味的重要因素之一，隔绝氧气可减缓牛奶中氧化味的产生。这将为乳制品在生产加工过程中抗光氧化提供一定的理论依据。