UHT乳货架期间微生物引起的质量问题及分析

朱洪学 陈茂彬

[摘 要]UHT乳在货架期间容易出现一些质量问题。本文综述了引起UHT奶变质的微生物的种类,就UHT乳货架期间由微生物引起的常见质量问题进行了分析,并提出了预防措施。

[关键词]UHT乳;微生物;质量问题;分析

[中图分类号]TS252.7 文献标志码:B

UHT乳是指原料乳被加热到137℃～150℃,并在此温度下保持4～20s的热处理过程加工的乳。经过这一温度和时间组合的热处理后,乳制品中将不再含有在室温贮存条件下可生长繁殖的微生物,达到商业无菌的要求。UHT乳在牛乳的保久和保鲜两个方面较巴氏杀菌乳和保持灭菌乳均具有独到的优越之处。但是,由于UHT灭菌牛乳对其原料和生产过程的控制要求相对严格,某些环节控制不当将会造成产品在货架期内出现一些质量问题。本文主要就UHT乳货架期间由微生物引起的常见质量问题进行分析,并提出预防措施。

一、不同微生物对UHT乳的影响

1.原料乳中的细茵总数

原料乳中细菌非常多,在繁殖过程当中能产生蛋白分解酶和脂肪分解酶,这些酶的耐热性非常高,它们经过超高温灭菌后在UHT灭菌乳中仍然存在,导致乳中蛋白质和脂肪被分解最后使UHT乳变质,影响它在货架上的寿命。

2.嗜冷茵

嗜冷菌污染被认为是影响UHT灭菌乳保质期的重要原因之一。这种菌在低温下大量繁殖并产生侵害乳营养成分的耐热性酶类如:耐热性蛋白酶、脂肪酶、磷脂酶等引起产品酸包、异味包、乳清分离、變色、哈败、凝固、发粘等变质现象。原料乳中所含的嗜冷菌及其所产生的酶的浓度直接影响产品寿命。UHT产品加工过程中的热杀菌能杀灭乳中细菌包括低温菌,但所产生的耐热酶仍然保持活性最终导致UHT乳的苦味、凝结等现象的发生。低温菌还会导致设备堵塞、清洗困难等问题。有研究表明在147℃灭菌5s,蛋白酶的残留量29%、脂肪酶残留量为40%,嗜冷菌产生的蛋白酶能消化酪蛋白导致苦味、凝块、脂肪酶导致腐烂味、肥皂味和酵母味。

3.芽孢杆茵

UHT乳大多数情况下由于灭菌不彻底而被芽孢污染。其中包括:UHT加热温度和时间不足、原料乳中芽孢杆菌含量过高引起产品中残留量过多、包装材料的灭菌和预灭菌不彻底、清洗不良和无菌系统出现故障等。

4.乳酸茵

该菌在牛乳中本身就存在。原料乳在密闭条件下运输时,乳酸菌会大量增殖导致酸败,这种乳不能生产UHT灭菌乳 除外乳房炎乳、初乳、未乳、掺假、掺杂乳均不能生产UHT乳。

二、UHT乳货架期间常见质量问题与分析(表1)

1.蛋白胶凝和沉淀

有的UHT乳贮存较长时间(一般为4个月以上)时会出现蛋白胶凝现象。胶凝是以贮存过程中产品的流动性损失为特征的,表现为在贮存中UHT乳发生黏度变化,起始阶段产品变薄,接下来一个阶段黏度很少变化,最终黏度有一迅速上升。

目前,有两种学说来解释UHT乳贮存期间胶凝现象的机制。一种为蛋白酶学说,即UHT乳出现胶凝是由于酶水解乳蛋白引起的。其中起主要作用的酶是天然乳蛋白酶(纤维蛋白酶)和微生物蛋白酶。这些酶的耐热性很高,在UHT乳贮存中继续发挥水解作用使蛋白质水解,当蛋白水解达到一定程度时就会发生凝集反应生成凝胶。另一种为非酶的理化反应学说,即酪蛋白胶体表面性质的变化导致了胶凝。UHT乳中的酪蛋白胶体处于高表面能状态,贮存过程中,酪蛋白从高能状态向低能态逐步、自发地转化,许多酪蛋白势能下降,导致胶体粒子间的排斥作用减弱,最终导致产生凝胶。另外还有一种解释是这两种学说的结合,该学说认为首先是一些酶类对酪蛋白进行水解,随后导致物理化学反应的发生,最后引起胶凝。

除了胶凝现象之外,一些UHT乳在贮存期间还会在容器底部发现蛋白沉淀。乳本身作为一个缓冲体系,蛋白质是在各种离子组成的平衡体系中处于稳定状态的,但是当条件改变(如酸度过大、过度加热、加入某些盐类)可能会影响乳中固有的盐类平衡体系,导致乳蛋白聚集形成沉淀。乳中钙离子对乳的稳定性影响最大,因为乳中的钙离子形成钙桥,从而将乳蛋白连接成稳定长链,但是当钙离子被沉淀时就失去了其枢纽作用,使乳蛋白胶粒变得很不稳定,最终会沉淀下来。

2.脂肪上浮

乳中的乳脂肪密度较小,依据Stokes定律,在流体动力学作用下脂肪会自然上浮。UHT乳在经过均质处理后,乳脂肪球的粒度已被细化到一定程度,并且以溶胶胶粒的形式均匀分散在乳中,脂肪球之间因带有同种电荷而保持间距,因此在产品货架期内乳脂肪不应较快上浮。但是,就目前的情况来看,脂肪上浮现象在UHT乳中十分常见,有的UHT乳在贮存3个月后出现,有的在贮存2周甚至更短时间内就会出现。

造成UHT乳脂肪上浮的因素很多,一般来说,一个很主要的因素就是加工过程中的均质工艺和乳化剂的选择。在UHT乳生产中一般采用二级均质,均质温度一般为55℃～80℃,均质压力在10～25MPa,这样的均质条件效果较好。在长货架期UHT乳生产中,乳化剂的选择尤为重要,而且添加量要适宜(0.1%左右),过量和不足都会影响产品的稳定性。

此外,乳中的酶也与脂肪上浮现象有关。在乳中,耐热性的蛋白酶能够水解α-CN 和β-CN,破坏乳脂肪球和酪蛋白表面结构,引起脂肪与脂肪、脂肪与酪蛋白结合并聚集,形成小的薄片浮于乳的上部;而脂肪酶通过水解乳脂肪破坏了脂肪球的结构,使脂肪球发生聚集,使乳更易发生脂肪上浮。另一方面,原料乳的质量也与脂肪上浮现象密切相关,乳的卫生质量、乳的稳定性、掺假情况以及乳中营养成分的合理配比都是影响因素。

3.褐变

UHT乳的正常色泽为乳白色或稍带黄色。当颜色较深时,可能是发生了不同程度的褐变。牛乳的褐变有两种:一种是乳糖的焦糖化反应;另一种是美拉德反应,即乳中蛋白质末端氨基酸的氨基与乳糖的羰基在较高温度下脱水缩合及化学键断裂重组,先后生成色素初产物和类黑精色素的过程。

正常的UHT灭菌条件一般不会造成UHT乳的明显褐变。UHT乳的褐变主要是灭菌温度过高或时间过长而引起的。但是,UH乳在贮存过程中若贮存温度过高也会发生缓慢的美拉德反应,使乳的色泽呈变深倾向。控制原料乳的质量在一定程度上可以提高乳的抗褐变能力。

4.风味的改变

除了组织状态和色泽方面的变化之外,UHT 乳在贮存期间还会产生一些风味方面的变化,主要表现为苦味、涩味、脂肪氧化味等等。

苦味、涩味的产生主要是由于UHT乳中残留的蛋白酶水解蛋白质形成短的肽链和氨基酸所致,这些短肽和氨基酸残基(如缬氨酸、苏氨酸等)自身带有苦味。脂肪氧化味主要是由于UHT乳中残留脂肪酶对乳脂肪的水解造成的,水解产生的一些游离脂肪酸具有不良风味。因此,控制UHT乳中残留蛋白酶和脂肪酶的含量可以抑制。

5.酸包和胀包

UHT乳出现酸包和胀包一般是由微生物引起。因为乳作为微生物生长最好的培养基,当乳杀菌不彻底时,残留的微生物会利用乳中的营养迅速繁殖,一方面产酸,使产品酸度增大,并伴有酸臭味;另一方面产气,使外包装膨胀,即出现胀包现象。

对原料乳的卫生质量应引起注意。因为杀菌机的杀菌效率与乳的卫生状况存在相关性,即当乳中细菌数高时,杀菌效率降低。尤其当乳中的某些耐热芽抱菌数量较多时,由于芽抱菌本身较高的耐热强度,再加上乳缓冲体系对微生物的保护作用,可能使乳中残存有未被杀死的芽抱菌耐热抱子,这些休眠的抱子在适宜条件下,随着产品的贮存渐渐被激活,又会形成新的营养体,这些营养体的繁殖,最终给产品带来酸包和胀包问题。所以生产优质的产品应严格控制原料乳的卫生质量,一般规定用于生产UHT乳的原料乳的微生物标准为:细菌总数﹤10万个/ ml,嗜冷菌﹤1000个/ml,芽抱菌﹤100个/ml,耐热芽抱菌﹤10个/ml。

三、UHT乳质量问题的预防措施

1.原料乳的控制

原料乳的控制主要体现在异常乳和卫生质量控制2个方面。

异常乳主要包括生理异常乳和掺假乳,这2种乳会造成产品的物理缺陷。如褐变、凝胶、沉淀等。因此,乳品企业应加强检测、严格监督,避免初乳、末乳、乳房炎乳混入到超高温用原料乳中。

原料乳的卫生质量主要是指微生物的含量。其中包括细菌总数、芽孢数、耐热芽孢菌数及嗜冷菌数。以上这4项指标是超高温用原料乳必须要检测的。细菌总数及嗜冷菌的多少决定了产品在储存期内的理化变化。根据经验,良好的原料乳的细菌总数和嗜冷菌数应分别控制在2×l05个/mL及1 000个/mL以内。芽孢数及耐热芽孢数的多少决定于企业制定的成品合格率的大小(AQL)。通常,若使成品的坏包率低于1:1 000,则芽孢数及耐热芽孢数应分别控制在100～1 000个/mL以及10～100个/mL之间。

2.设备的维修保养

很多产品的微生物污染是由于设备维修保养不当造成的,如泄漏、清洗不足、压力不稳、封合不良、预灭菌不彻底等。

UHT灭菌机、无菌罐装机是UHT乳生产过程中运转时间最长的设备,也是对产品质量影响最大的设备。特别是无菌罐装机。在使用前必须对设备进行严格地维护和保养,才能保证设备正常完好地运转。设备管理必须严格按照手册中的程序执行, 并据此制定切实可行、便于监督管理的维护保养记录。

每日的日护养由设备主操作工进行,同时还要根据设备运行时间规定大修的时间。设备大修应由主操作工与维修工程师共同进行。

3.操作管理

UHT灭菌机和无菌包装机是相对较复杂的。因而对操作要求比较严格。操作人员必须经过良好、系统地培训。制定详细、明确的操作规程。同时要对生产的全过程进行准确的记录。有关的管理人员也要及时监督以确保生产的正常进行。包装过程中,按设备的操作要求抽检包装的封口质量。当封合不良时,应立即采取措施,以免导致外源性微生物污染。同时也要经常检查设备使用的H202的浓度,以确保包材灭菌的效果。

4.卫生管理

与其他食品相比。UHT乳生产的卫生管理显得尤为重要。这就要求乳品企业制定并实施优质生产规范,以尽量减少生产各个环节的微生物污染,减轻UHT及无菌包装机的灭菌负担。

四、结束语

雖然就UHT乳货架期间一些常见的质量问题进行了分析。但是由于各生产厂家的管理水平不同、资源状况不同、使用的设备不同(绝大多数属引进设备)等,这必然使各厂家在UHT乳生产过程中遇到的问题也有所差异。近年来,UHT乳在乳品行业中发展迅速,随着UHT产品生产和管理经验的积累以及无菌控制技术的成熟,各企业UHT乳货架期间遇到的质量问题将会逐渐得到有效控制。□ (编辑/梁永安)