UHT乳贮藏期间理化特性和感官品质的变化

刘海燕，任青兮，李启明，马莺，*

（1.哈尔滨工业大学化工与化学学院，黑龙江哈尔滨150001；2.新控国际健康管理有限公司，四川成都610044；3.新希望乳业股份有限公司，四川成都610000；4.乳品营养与功能四川省重点实验室，四川成都610000）

UHT 乳以其饮用方便、保质期长、食用安全性高以及可远距离运销等优点，在我国液态奶的消费中所占比例正在逐年上升[1]。UHT 杀菌乳是商业无菌状态，而并非绝对无菌，一些耐热性微生物仍然存在于乳中[2]。因此，UHT 乳在不同贮藏期会发生不同程度的物理化学变化，从而产生一系列问题，如在贮藏期出现脂肪上浮、蛋白质胶凝和沉淀、风味和色泽的改变等[2]。影响UHT 乳品质的因素很多，如原料乳的品质、残留酶促反应、贮藏温度和贮藏时间等[3]。其中，贮藏时间被认为是影响UHT 乳品质的最重要因素，脂肪和蛋白质在贮藏过程中仍在持续的缓慢分解，从而导致产品品质的下降和货架期的缩短[3]。

本研究监测了UHT 乳的化学组成（基本成分和酸度、游离氨基酸、游离钙离子、VC和泛酸）和物理性状（粒径和黏度）随贮藏时间的变化，并初步探讨了产生这些变化的原因，同时对各个贮藏阶段UHT 乳的感官品质展开评价。通过分析UHT 乳的品质在贮藏期的变化，为液态乳储运条件的选择、口感风味的保护提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

UHT 乳：安徽新希望白帝乳业有限公司，并在4 ℃条件下贮藏不同时间。正辛醇、磷酸一氢钾、磷酸二氢钾、甲醇、盐酸、硫酸锌、过氧化氢、四甲基氢氧化铵：分析纯，国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

牛奶成分测定仪（FT120）：丹麦福斯（FOSS）集团公司；氨基酸分析仪（121MB）：美国贝克曼库尔特（Beckman Coulter）公司；液相色谱仪（LC-10AD）：日本岛津（SHIMADZU）公司；钙离子选择性电极（9720BNWP）：美国 Thermo Fisher Scientific 公司；电感耦合等离子体质谱（7800）：美国安捷伦（Agilent）科技有限公司；离心机（4D-WS）：广州吉迪仪器有限公司；qNano分析仪（CPC 100）：新西兰 Izon Science 公司；流变仪（MCR 302）：德国 Technik GmbH 公司。

1.3 试验方法

1.3.1 基本成分测定

乳品成分快速分析仪用于乳中基本成分的分析，试验结果以百分含量表示。

1.3.2 游离氨基酸的分析

取2.5 mL 待测样品与10 mL 6 mol/L 盐酸在水解管中混合，接着加入正辛醇并充氮密封，于110 ℃烘箱中保持24 h，冷却后经滤纸过滤并定容到50 mL。取1 mL 溶液蒸发干燥，然后加入2.5 mL 0.02 mol/L 盐酸溶解过滤待测，游离氨基酸的分析条件如下[4]，色谱柱：氨基酸专用分析柱（2.8mm×180mm 和2.8mm×80mm）；柱温：54 ℃；进样量：50 μL；流动相：柠檬酸缓冲液（pH 3.28、3.90 和 5.26）；流速：10 mL/min；茚三酮流速 5 mL/min；检测波长：脯氨酸在440 nm 下检测，其他氨基酸在570 nm 下检测；采用柱后衍生。

1.3.3 维生素C 和泛酸的测定

取10 mL 牛乳加入适量0.1 mol/L 盐酸超声提取30 min，定容至 50 mL，经 0.3 μm 有机微孔滤膜过滤，取上清液待分析。维生素C 分析的色谱条件，色谱柱：AQ-C18 柱（4.6 mm×250 mm，5 μm）；柱温：（30±1）℃；进样量：20 μL；流动相：0.05 mol/L 磷酸二氢钾 ∶甲醇（96 ∶4，体积比）；流速：1.0 mL/min；检测波长：285 nm。采用外标法定量。

泛酸的测定参考GB5009.210-2016《食品安全国家标准食品中泛酸的测定》。称取样品约20 g，用盐酸调节pH 值至4.5±0.1，加入5 mL ZnSO4溶液充分混合。用蒸馏水定容至50 mL，经0.45 μm 滤膜过滤后待测。取待测液10 μL 进行色谱分析。色谱条件如下，色谱柱：ODS-C18（4.6 mm × 250 mm，5 μm）；流动相：KH2PO4∶CH3OH（90 ∶10，体积比）；流速：1.0 mL/min；检测波长：200 nm；柱温：（30±1）℃；采用外标法定量。

1.3.4 钙的释放和利用率的测定

使用钙离子选择性电极测量游离钙。每25 mL 待测样品加入0.5 mL 离子强度调节剂（ionic strength adjusting reagent，ISA），在 30 ℃水浴中保持 5 min 记录读数。电感耦合等离子体质谱被用于乳中总钙的分析[5]。参数如下：采用同心雾化器，雾化室温度为2 ℃；射频功率1 550 W；采样深度8 mm；载气流速1.03 L/min。

1.3.5 粒径测定

qNano 分析仪被用于乳的粒径分析。1 mL 牛乳样品，采用4 500 r/min 离心10 min，收集上层分离相溶于10 倍体积的磷酸盐缓冲溶液（phosphate buffered solution，PBS），然后使用 0.45 μm 微膜过滤，再用 PBS 缓冲溶液进一步稀释1 000 倍待测，NP200 纳米滤芯被用于乳中酪蛋白胶束的粒径分析；牛乳样品采用PBS缓冲溶液稀释10 倍，然后采用5 μm 微膜过滤，接着被PBS 缓冲溶液稀释1 000 倍，采用NP800 纳米滤芯分析乳中脂肪球的尺寸。

1.3.6 黏度测定

采用Paar Physica 流变仪分析乳样品的黏度。在鲍勃几何形状测量杯（CC27）中加入18.0 mL 的待测乳样品，恒温在 25 ℃，在 0.01 s-1～100 s-1的剪切速率下进行测量，测试时间为10 min。在工作站内进行结果分析并保存。

1.3.7 感官评价

对UHT 乳的感官品质进行风味描述分析（flavor profile analysis）。选取10 名经过系统的筛选和培训的评定员，其中1 人担任负责人。

制定描述词汇表。每位评定员品尝完样品后将感知到的所有风味特征（香气、风味、口感、余味等）分别记录，负责人将所有描述词汇总，小组讨论改进词汇，形成一份带有定义的描述词汇表。试验前期确定了16个描述词汇如下：

香气（6）：巴氏奶味，黄油味，奶油味，蒸煮味，哈败味。

味道（7）：甜味，咸味，奶腥味，塑料/化学味，椰子味，饲料味，苦味。

口感（4）：厚实，油腻感，粉感，涩感。

感官评价。评定员分别品尝每个样品，参照描述词汇表按照感知的风味特征顺序写下相应描述词，并给出此风味特征的强度的评价。品评后由负责人收集所有评价员的结果，进行统计分析。强度标度为0～5分：0 没有；1 若有若无（存在性无法确认）；2 有一点（第一口有一点，第二口能够确认）；3 明显（第一口就有，明显特征）；4 较强；5 极强。

1.3.8 统计分析

所有结果均重复3 次，以均值±标准方差（mean±sd）表示。使用Origin 软件绘图。使用SPSS 软件中的方差分析（ANOVA）进行多重显著性比较，采用邓肯和塔姆黑尼T2 检验，P＜0.05 被认为在统计学上差异显著。

2 结果与分析

2.1 牛乳贮藏期间化学性质的变化

2.1.1 UHT 乳中基本成分和pH 值的变化

UHT 乳可长时间运输和贮藏，但是在长时间的贮藏期会发生一系列的物理化学反应，导致乳的成分和品质改变[4]。在6 个月贮藏期间，UHT 乳的基本成分和pH 值变化如表1 所示。

表1 UHT 乳贮藏期间乳成分和pH 值的变化Table 1 Changes in milk composition and pH in UHT milk during storage

UHT 乳的常规化学组分在低温长时间贮藏期间的变化并不显著，其主要成分：脂肪、蛋白质、乳糖、非脂固形物和总固形物的含量在贮藏期分别维持在3.76%～4.15%、3.11%～3.18%、4.26%～4.46%、8.49%～8.67%和12.04%～12.48%。在贮藏过程中，UHT 乳中蛋白质的水解和沉淀、脂肪的氧化和上浮以及乳糖的美拉德反应等仍在进行，这些物理化学反应会改变乳成分的结构和存在形式，但是其总量并无显著地损失[3，5]。牛乳中的磷酸盐、碳酸盐和柠檬酸盐等矿物盐平衡，赋予牛乳以一种缓冲溶液。正常牛乳的pH 值在6.4～6.8 之间，但UHT 乳的pH 在贮藏过程均出现了一定的下降。造成贮藏期UHT 乳pH 值改变的原因很多，如胶体磷酸钙的沉淀、酪蛋白的脱磷酸化、乳糖的降解以及乳中脂质和蛋白质的水解等[3，6]。

2.1.2 UHT 乳中游离氨基酸的变化

牛乳本身含有大量的非蛋白质含氮化合物，包括游离的（未结合蛋白质的）氨基酸（free amino acids，FAA）[7]。贮藏期间部分蛋白质还会水解产生少量FAA，FAA 能够被人体直接吸收，其组成和含量与乳品的营养价值息息相关[8]。UHT 乳中FFA 的组成和含量在贮藏期的变化见表2。

表2 UHT 乳贮藏过程中游离氨基酸含量Table 2 Free amino acid content in UHT milk during storage（mg/L）

续表2 UHT 乳贮藏过程中游离氨基酸含量Continue table 2 Free amino acid content in UHT milk during storage （mg/L）

17 种FAA 被检测到，GLU 含量最高。对每一种FAA 的含量进行方差分析，17 种氨基酸各自的含量在6 个月的贮藏期间均无显著的差异（P＞0.05），但乳中FFA 的总量显著升高，提高了5.35%。牛乳经过超高温瞬时灭菌处理后，乳中的纤溶酶仍未完全失活，此外还存在着一些耐热蛋白酶，它们造成了UHT 乳中蛋白质的水解和FFA 的释放[3]。贮藏期间必需氨基酸（essential amino acid，EAA）的含量增加了5.60%，而非必需氨基酸（nonessential amino acids，NAA）的含量无显著变化。这种差异可能跟牛乳中存在的高耐热性纤维蛋白酶特异性水解乳中的酪蛋白有关。因此，贮藏期间水解形成的EAA 是造成FAA 总量上升的主要原因。EAA 是促进生长和维持人体正常代谢的重要物质基础[9]，从营养学角度来说，UHT 乳FAA 的营养价值在贮藏期间并无损失。

2.1.3 UHT 乳中维生素C 和泛酸的变化

牛乳中维生素主要包括水溶性维生素（B1、B2、B5、B6、B12、叶酸以及抗坏血酸）以及脂溶性维生素（A、D、E、K 和胡萝卜素）。维生素 C（vitamin C，VC）极易被氧化，热稳定性最差；泛酸（vitamin B5，VB5）对光和热不敏感[10-11]。以 VC和泛酸为研究对象能代表性地反应UHT乳中维生素在贮藏期间的整体变化趋势，具体结果见表3。

表3 贮藏期间UHT 乳中VC和泛酸含量Table 3 Free calcium content in UHT milk during storage

在6 个月的贮藏过程中，UHT 乳中VC损失了24.45%，这与文献报道相一致[12]。并且VC的含量在贮藏的最初一个月内快速降低，损失了3.42 mg/100 g，而在接下来的5 个月来损失速率降低。VC作为最不稳定的维生素，其质量浓度的不断下降与诸多因素有关，包括起始浓度、水分活度、pH 值、氧气、酶、金属离子以及盐和糖的浓度等[11-12]。贮藏初期体系的pH 值和氧气浓度等条件有利于VC的降解，而后pH 值和氧气浓度的降低放缓了VC的损失速率[12]。泛酸在6 个月的贮藏期也损失了29.27%。泛酸主要是以辅酶A（coenzyme A，CoA）或泛酰巯基乙胺（脂肪酸合成酶复合物）的形式存在，泛酸虽然对光和热不敏感，但是CoA 和泛酰巯基乙胺是贮藏期间脂肪酸β-氧化和氨基酸氧化降解过程中C2 单元转移的重要参与组分。UHT 乳在贮藏期发生的一系列理化反应，如蛋白质乙酰化、脂质氧化以及氨基酸降解等会降低和损耗乳中的泛酸[10]。因此，维生素在长时间贮藏期间会参与UHT 乳中的各类生化反应，造成UHT 乳营养价值的降低。

2.1.4 UHT 乳中游离钙释放量的变化

牛乳中钙的存在形式直接影响酪蛋白胶束的稳定性，进而决定牛乳的理化特性，如黏度、凝胶性和乳化性等[13]。在不同贮藏期间UHT 乳中游离钙含量的变化见表4。

表4 贮藏期间UHT 乳中游离钙含量的变化Table 4 Changes in free calcium content in UHT milk during storage

UHT 乳中游离钙含量约为85 mg/L，这与文献报道相一致[14-16]。UHT 乳中游离钙含量在前3 个月的贮藏期间呈下降趋势，减少了4.14%，而在贮藏6 个月后乳中游离钙含量相较于未经贮藏的UHT 乳提高了6.73%。天然牛乳中钾、钠、氯等矿物盐绝大多数以离子形式存在，而钙、镁和磷等以胶体相和游离相这两种形式存在，并且维持着动态平衡。牛乳经过UHT 热处理之后，钙和磷酸盐的平衡被不可逆或者部分可逆的破坏，这取决于加热强度[16]。有研究显示，热杀菌后的牛乳在初始的贮藏阶段，乳清相中约60%的钙和40%的磷酸盐转移至胶体相，其中75%～90%的热沉淀磷酸钙被溶解。足够时间的冷藏后，磷酸钙的组成、溶解行为以及直接与酪蛋白结合的钙的数量不会受到很大影响[16-17]。此外，贮藏过程中UHT 乳pH 值降低，磷酸钙在相对较低的pH 值环境中溶解[6]。蛋白酶和微生物造成酪蛋白胶束结构的破坏而释放出游离钙[3]。这些复杂的理化反应共同导致了在贮藏期UHT乳中游离钙含量的变化。

2.2 UHT乳贮藏期间物理性质和感官品质的变化

2.2.1 UHT 乳的粒径变化

牛乳中乳脂肪球（milk fat globules，MFG）的粒径大小是维持乳液稳定性以及影响乳脂肪生物利用率的关键因素[18]。而乳中酪蛋白胶束的尺寸对于乳制品的结构和口感具有重要意义[19]。采用qNano 粒度分析仪搭配NP800 和NP4000 纳米滤芯分别分析乳中MFG和酪蛋白胶束在贮藏期的粒径变化，结果见表5。

表5 贮藏期间UHT 乳平均粒径的变化Table 5 Changes in average particle size of UHT milk during storage

天然乳脂肪球的粒径范围是0.1 μm～15 μm，平均粒径约4 μm[20]。试验用UHT 乳中MFG 的粒径大约为620 nm，因为其生产过程中经过均质工艺。均质是UHT 乳在长时间贮藏期预防脂肪上浮的标准化工艺，其有效地减小了MFG 的粒径[21]。在贮藏的第1 个月，MFG 的粒径显著增加，贮藏3 个月后，粒径显著降低并基本维持不变。新鲜均质的MFG 特别不稳定，小球之间倾向共享酪蛋白胶束（甚至单个酪蛋白胶束可以在两个相邻小球之间形成桥）聚集成簇或团块（即均质簇）。在冷藏初期，依赖于pH 值以及矿物阳离子浓度和化合价，免疫球蛋白M（immunoglobulin M，IgM）活力较强，均质后破碎的MFG 发生类似于细菌或红细胞的凝集，被称为冷凝集[22]。这共同造成了贮藏初期MFG的粒径增加，而所有食品乳液在热力学上都是不稳定的，因此UHT 乳在经历足够长时间的贮藏后会分解导致MFG 粒径减小并维持稳定。

UHT 乳中的酪蛋白胶束尺寸在160 nm～170 nm之间，这与文献报道相一致[19-23]。在6 个月的贮藏期间，酪蛋白胶束的尺寸增大了10.7 nm。这是由UHT 热处理后变性的乳清蛋白与酪蛋白之间的相互作用所导致的。经超高温处理的液态奶中会有β-乳球蛋白与κ-酪蛋白的聚合体产生。这种聚合物附在胶束表面从而形成较大的蛋白凝胶网络，并最终导致蛋白沉淀，影响牛奶的稳定性[24]。这说明酪蛋白胶束的粒径受均质处理的影响不大，但是长时间贮藏会对其尺寸产生较大改变。

2.2.2 UHT 乳的黏度变化

黏度在乳品加工上有重要意义，其影响因素很多，包括温度、牛乳成分及加工工艺等[25]。剪切速率分别为10 s-1和50 s-1时，UHT 乳重复测量的平均黏度结果如表6 所示。

表6 贮藏期间UHT 乳黏度变化Table 6 Changes in viscosity of UHT milk during storage

所有的样品表现出牛顿流体特性，即黏度不依赖于剪切速率。所有UHT 乳样品的黏度在贮藏期内均无出现显著的改变。有研究表明牛乳的黏度与加工的温度紧密相关，均质乳在经过UHT 热处理后，在温度从常温（25 ℃）升高到100 ℃的过程中，黏度有降低趋势，而从100 ℃升高140 ℃的过程中，黏度呈现上升趋势，并在140 ℃达到峰值[25]。这主要是因为热处理使UHT乳中易变性的乳清蛋白与酪蛋白发生了凝胶化反应而聚集，增大了酪蛋白胶束之间的空间位阻而影响UHT 乳的表观黏度[26]。本次试验表明在低温贮藏过程中，UHT 乳的理化性质维持稳定，在恒定温度和不同剪切速率条件下其黏度值基本维持不变。

2.2.3 感官评价

牛乳经过UHT 加热杀菌后，以酯类和酮类为主风味物质的种类和含量显著增加。此外，在贮藏期间，UHT 乳会发生一系列的色泽和风味变化，影响产品品质[27]。UHT 乳在6 个月贮藏期的感官品质评价结果见图1。

图1 贮藏期间UHT 乳的感官评价雷达图和展开图Fig.1 Radar diagram and expanded diagram of sensory evaluation of UHT milk during storage

新鲜的UHT 乳有巴氏奶味、甜味、厚实、黄油、奶油5 个基本属性外，还有咸味、粉感、涩感、蒸煮味和油腻感5 个属性，共10 个属性。新鲜牛乳经过超高温瞬时杀菌过程后，乳中的麦芽酚、甲基酮、3-羟基-2-呋喃酮、δ-葵内酯和γ-十二内酯以及乙酸乙酯等赋予了UHT 乳以独特的风味，苯甲醛赋予了它苦杏仁味和焦味[28]。粉感可能是由于UHT 热处理导致酪蛋白与脂肪的团聚，而咸味主要来源于乳中的氯化物[29]。蒸煮味主要来源于含硫氨基酸形成的挥发性含硫化合物[30]。低温贮藏1 个月后，巴氏奶味、黄油、奶油、咸味、蒸煮味5 个属性强度均有所降低，甜味、厚实、油腻感3 个属性强度有所增加，粉感和涩感消失，新出现了椰子味，共9 个属性。蒸煮味的减弱可能是因为含硫化合物在贮藏期被氧化以及参与了与褐变产物进一步的反应[31]。UHT 乳中的不饱和脂肪酸在贮藏期水解成羟基酸，经过β-氧化形成更多的δ-和γ-内酯，大量的内酯能产生椰子风味[29]。贮藏3 个月后，巴氏奶味、厚实、黄油、咸味、蒸煮味味较贮藏1 个月样品的强度有所增强，在甜味和奶油的强度降低，油腻感消失，新出现苦味、塑料味和氧化味3 个属性，共13 个属性。后期乳中的风味改变可能是由于乳中假单胞菌等低温菌产生的耐热性蛋白酶和解脂酶造成了蛋白水解和脂肪氧化[32]。经历6 个月的贮藏后，新出现了玉米味、金属味以及陈腐味，共计16 个属性。乳中蛋白质的进一步水解以及美拉德反应产生甲基酮等，造成UHT 乳较差的感官风味[27]。

由感官评定结果来看，牛乳在经历高强度的热处理的过程中发生了剧烈的理化反应，因此新鲜的UHT乳口感一般，有较重的涩感和蒸煮味。贮藏1 个月过程中，UHT 乳中发生了一系列非酶促水解反应，新鲜UHT 乳中产生不良风味的中间物被转化，并产生了椰子味。此时，UHT 乳在色泽、气味和口感方面具有更好的表现。贮藏3 个月后，UHT 乳的奶油味减弱，并伴有苦味、塑料味和氧化味。贮藏期到第6 个月时，UHT 乳的5 种基本属性强度大幅度降低，且出现了玉米味、金属味和陈腐味等许多不良风味。

3 结论

UHT 乳在不同贮藏阶段的理化指标和感官特性均有不同程度的变化。其中，感官特性与贮藏期的各项理化反应息息相关，是UHT 乳品质变化的综合体现。贮藏期间，UHT 乳中蛋白质、乳糖、乳脂肪以及固形物等大分子营养物质（第一前体物）的总含量的变化不显著。乳中小分子前体物（单糖、氨基酸、脂肪酸以及肽类等）随贮藏时间的影响较大，如随贮藏时间的延长，游离氨基酸和游离钙离子被逐渐释放而含量增加；VC

和泛酸的含量逐渐降低，这些小分子前体物含量的变化是因为一些中间物（醇、醛、硫化物以及内酯等）的形成，这些中间物最终决定了不同贮藏阶段的UHT 乳的感官品质和风味特征，同时伴随着一系列的物理变化，如粒径和黏度的改变。这为UHT 杀菌乳产销各个环节的品控提供了一定的应用参考。