奶及奶制品中酸度的比较研究

杜兵耀，王加启，李发弟，郑楠，张养东，文芳，赵慧芬，苏传友，张晓音，李松励

（1.中国农业科学院北京畜牧兽医研究所a.农业部奶及奶制品质量安全控制重点实验室；b.农业部奶产品质量安全风险评估实验室；c.农业部奶及奶制品质量监督检验测试中心，北京100193；2.兰州大学草地农业科技学院，兰州730020）

0 引 言

《本草纲目》中记载，“牛乳性平味甘或微寒、无毒，补虚羸，止渴，养心肺，解热毒，润皮肤；冷补，下热气；和酥煎沸食，去冷气癖；患热风人宜食之止小儿吐乳，补劳；治反胃热哕，补益劳损，润大肠，治气痢，除疸黄，老人煮粥甚宜[1]。”说明我国饮用牛奶的历史悠久，并且牛奶具有很好的药用价值。同样，牛奶也是人类最接近完美的食物，因为它包含人体所需的营养物质，像乳糖、脂肪、蛋白质、矿物质、维生素等，并且比例关系相比较其他食物处于均衡的状态[2-5]。因此，牛奶在满足人类的营养需求方面发挥着重要的作用。

1 酸度的作用

近年来随着人们生活水平的不断提高和乳及乳制品消费量的逐渐增加，生乳作为乳制品生产加工的原料显的尤其重要，从源头上控制生乳的品质，将直接涉及到整个牛奶产业的安全。

生乳在贮存和运输环节容易受到细菌的污染，而且生乳含水量高，含有大量的蛋白质、脂肪和乳糖等，会导致细菌大量繁殖，分解乳糖等产生酸性物质，引起酸度的增加[6-7]。生乳中的酸度来源有两种：自然酸度和发酵酸度。自然酸度是指刚挤出来的生乳本身所具有的酸度，主要来源于生乳中的酪蛋白、白蛋白、柠檬酸盐、磷酸盐及二氧化碳等酸性物质，其中磷酸盐和柠檬酸盐所提供的酸度占比例最大。发酵酸度是指生乳在贮存运输的过程中，由细菌的侵入并在其中生长繁殖产生的酸性物质而升高的那部分酸度。牛奶中含乳糖4%～6%，在微生物的作用下，分解产生乳酸，酸度增高说明微生物在增长繁殖，因此通常把酸度作为衡量牛奶新鲜度的指标，监测发酵过程中产生的乳酸含量[8-10]。

Calamari等认为生乳的滴定酸度主要来自于不同的中和反应：酪蛋白的酸性基团（约占总酸度的2/5）；磷酸盐、碳酸和其他的矿物阴离子（约占总酸度的2/5）；有机酸（主要是柠檬酸）[9]。张志胜等认为新鲜牛奶的自然酸度为16～18°T，其中2～4°T来源于蛋白质，2°T来源于CO2，10～12°T来源于磷酸盐和柠檬酸盐[11]。随着机械化挤奶、快速制冷和冷链运输等技术的运用，发酵酸度对生乳的酸度影响也越来越小，而牛奶经杀菌、闪蒸等工艺处理，会导致二氧化碳散失，产品酸度可能会下降0.5～1.0°T[6]。

2 酸度的表达方式和测定方法

奶及奶制品的酸度常用吉尔涅尔度(°T)、乳酸（%）、索斯列特-格恩克尔度(°SH)、道尔尼克度(°D)、pH等表示，即中和一定量的样品所需氢氧化钠标准溶液的毫升数[9,12-15]。因此样品中加入碱类物质后，通过测定方法检测样品的酸度时，消耗的氢氧化钠标准溶液的体积减小，引起相应的酸度值降低。测定方法通常有酚酞指示剂法、电位滴定仪法等。

2.1 吉尔涅尔度

GB 5409-1985《牛乳检验方法》规定：吸取l0 mL牛乳，加入20 mL水和0.5 mL质量分数为0.5%的酚酞乙醇溶液，摇匀后，用浓度0.1 mol/L氢氧化钠标准溶液滴至微红色，在1 min内不消失为止。消耗浓度0.1 mol/L的氢氧化钠标准溶液的毫升数乘以10，即为酸度[16]。

GB 5413.34-2010《乳和乳制品酸度的测定》规定：取10 g牛奶样品，加入20 mL不含二氧化碳的水，加入2 mL 0.5%的酚酞指示液后，用氢氧化钠标准溶液（浓度0.1 mol/L）滴定至微红色，并在30 s内不褪色；或用氢氧化钠标准溶液（浓度0.1 mol/L）电位滴定至pH值8.3为终点，根据消耗的氢氧化钠标准溶液毫升数计算酸度值[17]。

GB 5009.239-2016《食品酸度的测定》规定：取10 g牛奶样品，加入20 mL不含二氧化碳的水，加入2 mL质量分数0.5%的酚酞指示液后，用氢氧化钠标准溶液（浓度0.1 mol/L）进行滴定，直到颜色与参比溶液的颜色相似，且5 s内不消退，整个滴定过程应在45 s内完成；或用氢氧化钠标准溶液（浓度0.1 mol/L）电位滴定至p H值8.3为终点，根据消耗的氢氧化钠标准溶液毫升数计算酸度值[18]。

2.2 乳酸（%）

GB 6914-1986《生鲜牛乳收购标准》规定：用吸管取两份10 mL的牛乳，一份加入1 mL稀释的乙酸玫瑰苯胺溶液作颜色对照，另一份加入1 mL酚酞溶液，用滴管迅速加入1/9 mol/L氢氧化钠溶液1 mL，然后继续逐滴加入，同时不停摇动，当颜色与对照瓶内淡红色相同时为止，滴定时间应当在20 s左右。如果不用玫瑰苯胺颜色作为对照，滴定终点可决定于奶样呈现淡品红色后，维持5 s不褪色即可。每100 mL牛乳内含有乳酸克数=滴定10 mL牛乳时消耗1/9 mol/L氢氧化钠溶液的毫升数/10(乳酸的分子量为90 u)[19]。

我国台湾的标准中规定：称取牛奶样品20 g，加入40 mL不含二氧化碳的水和2 mL质量分数1%的酚酞酒精溶液，用浓度为0.1 mol/L的氢氧化钠溶液滴定至溶液呈微红色，并且在30 s内颜色不消退。乳酸（%）=消耗的0.1 mol/L氢氧化钠的毫升数×0.009×0.1 mol/L氢氧化钠的力价×100/牛奶样品的质量(g)[20]。

日本标准中规定：取10 g牛奶样品，加入20 mL不含二氧化碳的水，加入2 mL质量分数0.5%的酚酞指示液后，用氢氧化钠标准溶液（浓度0.1 mol/L）滴定至微红色，并在30 s内不褪色。根据消耗的氢氧化钠标准溶液毫升数计算乳酸质量分数，样品的乳酸(%)=T×0.009。(T为样品的滴定酸度，0.009为乳酸的换算系数,即1 mL浓度0.1 mol/L的氢氧化钠标准溶液相当于0.009 g乳酸)[21]。

2.3 索斯列特-格恩克尔度(°SH)

取50 mL的牛奶样品，加入0.1 mL质量分数1%的酚酞指示液后，用氢氧化钠标准溶液（浓度0.25 mol/L）滴定至微红色，根据消耗的氢氧化钠标准溶液毫升数计算酸度值[9]。(索斯列特-格恩克尔度与乳酸存在换算关系，即乳酸（%）=0.0225×°SH)。

2.4 道尔尼克度(°D)

1 mL牛奶样品加入1滴1%的酚酞指示液后，用氢氧化钠标准溶液（1/9 mol/L）滴定至微红色，根据消耗的氢氧化钠标准溶液毫升数计算酸度值[22]。

2.5 pH值

中和试样溶液至p H值为8.30所消耗氢氧化钠标准溶液（浓度0.1 mol/L）的体积，根据消耗的氢氧化钠标准溶液毫升数计算酸度[18]。

3 酸度与奶及奶制品质量安全的关系

生乳从健康奶牛的乳腺分泌时属于无菌的状态，挤奶过程中可能会有细菌混入，在随后的储存、运输、加工过程中也存在着被污染的机会，由于牛奶中富含的营养物质有利于微生物快速繁殖，进而快速分解乳糖、脂肪和蛋白质等物质，从而产生酸性产物、气体及有碍产品风味及卫生状况的小分子产物及毒素，从而导致牛奶出现色泽、风味异常等腐败变质现象，降低牛奶的品质，使其失去营养价值[23-25]。

牛奶在贮存运输的过程中受贮存温度和时间的影响，会引起酸度升高；牛奶挤出后，从牧场到牛奶加工厂缺乏适当的贮存设施、没有可以使用的冷库和贮存卫生条件差，会导致酸度升高，引起牛奶的保质期缩短，因此，酸度是反映生牛乳新鲜度的重要指标，在正常范围内酸度越低，表明牛奶越新鲜，反之新鲜度越差。

Lu等[10]认为牛奶的自然酸度是0.16%～0.18%（以乳酸计），牛奶发生腐败后酸度会增加，大于0.18%时牛奶发生腐败，因此酸度可以量化牛奶的新鲜程度。李亮等[26]利用近红外光谱技术结合人工神经网络建立了牛奶冷藏过程酸度、pH值的定量校正模型，预测标准偏差分别为0.355°T和0.0256，应用聚类分析结合感官评价综合分析了原料奶冷藏过程中新鲜度的变化趋势，结果显示，生牛乳在4℃下冷藏，酸度、p H值在前2 d变化较为平缓，第3 d开始变化加速，第7 d后奶腐败比较严重。Schmidt等[27]发现生牛乳在5.5℃的条件下贮存5 d，由于微生物的作用，滴定酸度从0.15%增加到0.17%（乳酸）。Connell等[28]发现大多数的牛奶在低于5.5℃的温度下贮存不超过4 d时通常不会发生酸败。Yanwen Wang等[15]利用高通量的技术结合近红外光谱技术可以快速的分析牛奶的新鲜度，48个牛奶样品搜集于西北农林科技大学牧场，检测发现牛奶样品贮存超过8 d后呈现明显的非均质现象，酸度在16.0～-24.8°T之间，平均值为19.1°T，通过分析发现1～2 d牛奶的新鲜度比较高，3～6 d时处于过渡阶段，7～8 d时开始腐败。

表1 我国历年酸度标准中的限量

表2 不同国家酸度标准中的限量

4 奶及奶制品中酸度的限量

我国食品安全国家标准《生乳》（GB 19301-2010）中规定生牛乳的酸度为12-18°T（荷斯坦奶牛）[29]，我国各地区及行业协会也对生乳中酸度进行了限量，黑龙江省食品安全团体标准（T/HLJNX 001-2016）《生乳》12-18°T（荷斯坦奶牛）[30]，广西壮族自治区地方标准（DBS 45/011-2014）《生水牛乳》10～18°T[31]，中国乳制品工业行业规范（RHB 701—2012）《生水牛乳》13～19°T[32]，台湾地区标准（CNS 3055-2015）《生乳》0.12%～0.18%（以乳酸计）[33]。日本厚生劳动省2016年第109号令-乳及乳制品成分规格标准中规定娟珊牛的生牛乳酸度＜0.20%（以乳酸计），娟珊牛以外的生牛乳酸度＜0.18%（以乳酸计）[21]，具体历年来的酸度限量变化情况如表1所示;，表2为不同国家标准中酸度的限量情况；表3为文献报道的酸度限量情况。

表3 文献中报道的酸度限量

5 影响酸度的因素

5.1 牛奶的组成成分

牛奶的组成中87%是水，13%是乳固体，在乳固体中27%是乳蛋白质，乳蛋白质中有20%是乳清蛋白，其余80%都是酪蛋白。在夏季炎热的条件下，牛奶蛋白质浓度降低，主要原因是酪蛋白浓度的降低，其中αS-酪蛋白和β-酪蛋白是酪蛋白成分中对热最敏感的，造成αS-酪蛋白和β-酪蛋白的比例减少。αS-酪蛋白和β-酪蛋白含有丰富的磷酸基团，酪蛋白胶束含有2个酸性基团。夏季牛奶中αS-酪蛋白和β-酪蛋白含量比较低，因此牛奶的滴定酸度较低。另外新鲜牛奶滴定酸度比较高时说明蛋白质浓度高或者含有其他的缓冲成分。游离的脂肪酸也会对滴定酸度检测造成影响，脂肪发酵分解会使牛奶的酸度上升。

5.2 不同供应渠道的牛奶

Wanjala等[12]通过对肯尼亚内罗毕地区来自于城市、乡下和贫民窟三种来源的生牛奶进行检测发现平均酸度(以乳酸计)分别在0.19%，0.20%和0.22%；酸度较高可能预示着生牛乳的运输渠道缺乏冷链运输设备或者从挤奶到加工持续时间比较长或者脂肪酶活性较高或者缺乏杀菌，在农村地区由于微生物的作用也会引起酸度迅速升高。在城市和贫民窟地区都出现原料奶酸度较高的现象，可能是由于在原料奶收集期间不遵守使用冷链运输，引起牛奶的酸败。Tesfay等[43]检测发现乳品加工厂的牛奶酸度为0.195%±0.009%，巴氏杀菌奶的酸度为0.150%±0.014%，奶牛场生牛乳的酸度为0.165%±0.022%，乳品加工厂获得牛奶的酸度显著高于巴氏杀菌奶和牛场的生鲜牛乳，可能是由于乳品加工厂的牛奶在出售之前长时间的贮存或者运输过程中被污染造成细菌生长繁殖引起酸度升高。

5.3 品种、胎次、泌乳阶段和挤奶时间

生牛乳的滴定酸度与牛的品种有一定的关系，不同的品种滴定酸度有所不同，不同牛只个体所产的生牛乳的滴定酸度也有所不同。另外酸度随着泌乳阶段的改变而改变，泌乳早期所产的生牛乳酸度较高，其中初乳阶段生牛乳的酸度最高。

5.4 季节因素

Najafi等[44]对伊朗呼罗珊省的1476个样品情况进行了分析，其中123个样品搜集于2006年4月到2007年3月间，结果显示冬季的酸度是14.76°D，春季的酸度是14.75°D，夏季是14.84°D，秋季是14.81°D，各季节的生鲜牛乳的酸度差异不显著。Hui Wang等[45]在2012年3月-8月通过对甘肃定西的180头荷斯坦奶牛的牛奶样品进行分析，发现4月份酸度急剧下降，从7.552°T到7.050°T，连续下降至7月份为6.106°T，然后8月份略微上升到6.206°T。

5.5 奶牛健康状况

健康奶牛血液的pH值约为7.4，奶牛患乳房炎时，乳腺膜的通透性会增加，更多的血液成分进入到牛奶中，使牛奶的p H增加，引起酸度降低。当体细胞数较高时，相应的酸度也会降低。

5.6 掺酸掺碱

牛奶具有一定的缓冲能力，加入酸或者碱等中和剂后，缓冲化合物可以抵抗酸度的变化。牛奶的缓冲化合物主要来自于水溶性的磷酸钙盐，柠檬酸盐，碳酸氢盐和蛋白质侧链上的氨基和羧基。部分奶农为了掩饰牛奶酸度升高的现象在牛奶中加入碱类物质，牛奶中可能添加的碱性物质有碳酸氢钠、碳酸盐和氢氧化物等，它们会中和牛奶的酸度，引起矿物质在体内的聚集，导致肾结石，也可能造成体内重金属砷和铅的残留，进而对健康造成危害。许多方法可以检测牛奶中的中和剂，玫瑰红酸检测法，基于比色原理进行直接和间接灰分碱度的检测，电化学法，电位滴定和酸碱滴定等。

5.7 温度

牛奶的酸度随着加热温度的变化而变化，牛奶的酸度可表达为氢离子的活性。牛奶温度在25℃时，p H值通常在6.5-6.7。牛奶的酸碱平衡在加热过程中会受到影响，引起酸度的改变。

牛奶挤出时大约含有200 mg/L的CO2，由于空气中CO2的浓度很低，牛奶挤出后会损失部分CO2，随后加热、搅拌和真空处理的过程中进一步引起CO2损失，损失的CO2，会引起滴定酸度下降约0.02%（乳酸）。当加热温度超过100℃时，乳糖会降解生产有机酸，引起滴定酸度的增加。形成的有机酸中大多数是甲酸，乳酸约占5%[6]。

通过水的蒸发形成磷酸钙胶体，也可以引起牛奶酸度的增加。相反，磷酸钙胶体溶解到溶液中会导致氢离子浓度的降低，引起酸度的降低。

缓慢的冷冻也会引起牛奶酸度的增加，因为在缓慢冷冻形成冰的过程中，牛奶中的溶质浓缩，形成磷酸钙沉淀，同时释放氢离子。但是快速冷冻没有这种效果，因为没有时间发生这种变化。

6 展 望

近年来随着人们生活水平的不断提高和居民膳食结构的调整，奶及奶制品的消费量逐渐增加，但仍与世界平均水平有很大的差距，中国是世界上人口最多的国家，因此中国也成为奶及奶制品消费潜力最大的市场，给奶及奶制品企业带来很大的机遇。生乳作为乳及乳制品生产加工的原料显得尤其重要，从源头上控制生鲜牛奶的品质，将直接涉及到整个牛奶产业的安全。

随着政府监管力度的加强和优质乳工程的实施，中国乳及乳制品的质量得到了大幅度的提高，乳品质得到了进一步的改善。酸度作为衡量牛奶新鲜度的指标，进行相应的监测显得十分重要，部分国家和地区已设置了相应的限量，但是随着机械化挤奶、快速制冷和冷链运输等技术的运用，发酵酸度对生鲜牛奶的酸度影响越来越小，比如从挤奶开始4 h内必须冷却到10℃或10℃以下，挤奶结束2 h内必须冷却到7℃或者7℃以下；应保证开始挤出的奶和最后挤出的奶混合温度不超过10℃。如果挤出后在4 h内加工是不需要冷却的，挤出后4 h内不能加工需要迅速冷却，最好冷却到4℃，因为此时水的密度最大，渗透压对微生物的压力最大，牛奶的储存效果最好，抑制微生物的繁殖，从而抑制酸度的增加。因此，需要结合我国的国情制定出有利于提高牛奶质量、保证牛奶质量安全的限量要求。