不同贮存条件下UHT咖啡牛奶中糠醛类化合物含量变化研究

曹庆 ，邢倩倩 ，扶晓菲 ，万嗣宝 ，游春苹

（1.乳业生物技术国家重点实验室上海乳业生物工程研究中心光明乳业股份有限公司乳业研究院，上海200436；2.上海大学生命科学学院，上海200444；3.食品营养与安全协同中心，江苏无锡214122）

0 引 言

17 世纪60 年代荷兰人首次将咖啡与牛奶混合，混合后的咖啡牛奶味道更加香醇。咖啡中含有丰富的维生素B、游离脂肪酸、咖啡因、单宁酸等营养成分[1]，可以弥补普通牛乳中维生素含量不足的问题[2]。近年来，随着人们生活水平的提高，咖啡奶越来越受到消费者的喜爱，但针对咖啡奶中糠醛类化合物的研究涉及较少。

已有研究表明，牛奶中的糖类物质可与游离胺基发生美拉德反应生成5-羟甲基糠醛及其它糠醛类物质[3-5]，牛奶中的单糖也可在酸性条件下降解为5-羟甲基糠醛[6-7]。在整个反应过程中，食品中部分氨基酸降解，并产生一些损害营养的物质，且美拉德反应随温度的升高而加剧。因此，糠醛类化合物可作为监测牛乳热损伤程度的指标[8-9]。另一方面，咖啡作为咖啡豆烘焙的产物，在咖啡豆褐变产生独特香味的同时，也会在咖啡中积聚糠醛类物质，影响咖啡奶的品质。由牛奶和咖啡二者结合而成的咖啡奶，含有大量的单糖、蛋白质等物质，其化学组成更复杂。当咖啡浓缩液与牛奶混合经过超高温灭菌（UHT）后，高温条件继续诱导美拉德反应生成更多的糠醛类化合物。由此推测咖啡奶中糠醛类化合物含量高于一般的UHT奶，有必要对其所含糠醛类化合物的含量和贮存过程中糠醛类化合物含量的变化规律进行研究。

糠醛类化合物的毒理学性质尚未明确证实，但体外研究表明其有细胞毒性，具有致突变、致癌和遗传毒性[10-11]。迄今为止，关于糠醛类化合物的研究主要集中于以下4 种：5-羟甲基糠醛（5-hydroxymethyl-2-furaldehyde，HMF）、2-糠醛（2-furaldehyde，F）、2-呋喃甲基酮（2-furyl-methyl ketone，FMC）和5-甲基糠醛（5-methyl-2-furaldehyde，MF）。已有研究表明HMF 是美拉德反应中首先形成的糠醛化合物，其次是F、FMC 和MF[12]。欧盟食品安全委员会认为每人每天摄入的HMF 上限为1.6 mg[13]。目前，糠醛已在多种食物中有所研究，如蜂蜜[14-15]、葡萄干[16-17]、奶粉[18]、桔汁[19]等。周碧青等人[14-15]用分光光度法测得蜂蜜中 HMF 的含量为20～40 mg/kg；Wang 等人[16-17]实验发现红葡萄干中HMF 含量高于绿葡萄干；Chávez S等人[18]研究发现6 个月左右的婴儿HMF 每日摄入量在 0.63～3.25 mg 之间；Nagy 等人[19]发现当桔汁中 HMF含量超过55 mg/L 时，感官小组可以品尝到桔汁的口感发生了变化，因此桔汁中HMF 的含量可作为评价桔汁新鲜度的参考方法。

本文参考药物研发稳定性设置指导原则，首先研究高温高湿影响因素下咖啡奶中糠醛类化合物含量变化，进而研究加速保存条件下咖啡奶中糠醛类化合物的含量变化规律。本研究有助于了解咖啡奶中糠醛类物质含量分布，并为该类产品贮存方式提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

某品牌咖啡奶，购于上海某超市；草酸二水合物（纯度99.5%～102.5%），上海安谱实验科技有限公司；三氯乙酸（纯度≥99.0%），国药集团化学试剂有限公司；糠醛标准品，5-羟甲基糠醛（纯度98%，CAS 号：67-47-0）、2-糠醛（纯度99.5%，CAS 号：98-01-1）、2-呋喃甲基酮（纯度95.5%，CAS 号：1192-62-7）、5-甲基糠醛（纯度99.6%，CAS 号：620-02-0），德国Dr.Ehrenstorfer 公司；乙腈与甲醇均为色谱纯，德国默克股份两合公司。

1.2 仪器与设备

PL2002 电子天平，梅特勒-托利多仪器上海有限公司；AL104 电子天平，梅特勒-托利多仪器上海有限公司；SK5210HP 超声清洗仪，上海科导超声仪器有限公司；DK-8B 电热恒温水槽，上海精宏实验设备有限公司；ZWY-2102C 恒温培养振荡器，上海智城分析仪器制造有限公司；Beckman Avanti J-30I落地式离心机，美国贝克曼库尔特有限公司；ICH1102 恒温恒湿培养箱，美墨尔特有限公司；1200 型高效液相色谱仪，美国安捷伦科技有限公司；Milli-Q 超纯水机，默克化工技术（上海）有限公司。

1.3 方法

1.3.1 高效液相色谱分析条件

选用填料粒径为3 μm 的反相C18 色谱柱，色谱柱：Waters Atlantis T3(3.0 mm×15 cm，3 μm)；流动相：流动相 A 为水，流动相 B 为乙腈；梯度洗脱：0～10.0 min，5%B～95%B，10.0～12.0 min，95%B～95%B，12.0～12.1 min，95%B～5%B，12.1～20.0 min，5%B～5%B；流速 0.6 mL/min；色谱柱温度：30 ℃ ；进样量：5 μL；进样盘温度：4 ℃；紫外检测波长：280 nm。

1.3.2 样品的前处理

称取15 g 牛乳样品，加入5 mL 0.15 mol/L 当日配置草酸100 ℃水浴加热25 min，冷却至室温；然后加入3 mL 浓度40 g/mL 三氯乙酸溶液A，震荡10 min后，4.355 g 离心15 min；取上清液倒入25 mL 容量瓶，滤渣加入5 mL 4 g/mL 三氯乙酸溶液B，震荡10 min后，4.355 g 离心 15 min；上清液合并，加入4 g/mL，5 mL 三氯乙酸溶液B 定容至刻度；取适量液体过0.45 μm 尼龙滤膜，进色谱仪分析。

1.3.3 影响因素实验

影响因素实验是在剧烈的条件下进行，如光照、温度、湿度、酸和碱等，了解咖啡奶在以上条件下的变化情况，可为咖啡奶的生产工艺，贮存条件提供参考信息。本文根据咖啡奶产品的特征，选取高温及高湿两个影响因素进行实验。

高温实验方法为：将样品置于（60 ℃，湿度50%）的恒温恒湿箱中，放置10 d。分别于0、5、10 d 取样，检测其中所含糠醛类化合物的含量。

高湿实验方法为：将样品置于（25 ℃，湿度90%）的恒温恒湿箱中，放置10 d。分别于0、5、10 d 取样，检测其中所含糠醛类化合物的含量。

1.3.4 加速保存实验

加速保存实验是在特定条件下进行的实验。主要用于评估短期偏离标签上的贮存条件对咖啡奶的质量的影响（如在运输途中可能发生的情况），并为长期试验条件的设置及加工工艺提供依据和支持性信息，为咖啡奶运输，贮存条件提供实验依据，并初步预测样品的稳定性。

加速保存实验方法为：将样品置于（37 ℃，湿度75%）的恒温恒湿箱中，放置60 d。分别于0、5、10、20、60 d取样，检测其中所含糠醛类化合物的含量。

1.4 数据处理

采用Origin 对本文中的数据进行处理并制图，SPSS 22.0 统计分析软件进行数据处理，应用单因素方差分析(One-way ANOVA)差异分析，p＜0.05 为统计学显著性差异。

2 结果与分析

2.1 高温条件

Arena S 等[20]通过2，4-二硝基苯肼（DNPH）与柱前衍生化结合法分析食物中HMF的含量，发现HMF主要存在于面包、咖啡及焦糖制品中。Murkovic M 等人研究发现咖啡粉中 HMF 的含量为 300～2 900 μg/g[21]。本文所用咖啡奶配料表每100 g约含1 g咖啡粉，咖啡所引入的HMF含量约为300～2 900 μg/100g，因此咖啡奶中HMF含量远高于UHT白奶的22.65～66.44 μg/100g[22]。HMF 易被氧化，咖啡奶中的HMF 处于一个被氧化分解和前体生成的动态变化过程之中[17，23]。高温条件对咖啡奶中HMF 与F 的含量具有显著影响，结果如表1和图1 所示。高温条件下HMF 的含量先迅速下降，由973.21 μg/100g迅速下降至682.52 μg/100g，然后缓慢下降，由 682.52 μg/100g 下降到 657.08 μg/100g；室温避光保存条件（推荐保存条件）下HMF 的含量变化较小，由 973.21 μg/100g 升高至 1 080.63 μg/100g 而后下降至1 012.38 μg/100g；高温条件下F 的含量由81.98 μg/100g 迅速下降至 58.66 μg/100g，而室温避光保存下第10 天的F 含量与第零天相比无显著变化。高温条件与室温避光条件的HMF 含量组间差异具有显著统计学意义（p＜0.01），高温条件下HMF 含量由 973.21 μg/100g 降至 657.08 μg/100g，而室温避光保存条件下的HMF 则由973.21 μg/100g 升至了1012.38 μg/100g；高温条件与室温避光条件的F 含量组间差异也具有显著统计学意义（p＜0.01），高温条件下F 含量由81.98 μg/100g 降至58.66 μg/100g，而室温避光保存条件下则由81.98 μg/100g升至96.37 μg/100g。吕文佳等[24]研究发现，咖啡中HMF的含量随烘焙程度呈先上升后下降趋势，其下降趋势是由于咖啡中美拉德反应进行到了一定程度，糠醛类化合物分解为糠酸，并进一步转化为二氧化碳逸出。本研究咖啡奶随着贮存时间的延长，HMF 含量反而要低于0 天时，原因可能为咖啡中的糠醛类化合物分解为糠酸，并转化为二氧化碳逸出使得咖啡奶中HMF 含量呈下降趋势。咖啡奶中的FMC 与MF 在本实验方法和实验条件下均未达检测限。

表1 咖啡奶在室温避光保存和高温条件下糠醛含量的变化

2.2 高湿条件

高湿条件对咖啡奶中HMF 与F 含量的影响如表2 和图2 所示。高湿条件与室温避光保存对照组下的HMF 含量均无明显变化，差异不具统计学意义（p＞0.05）。两种条件下F 的含量均在第5 天开始有所上升，在第10 天时明显上升，其中，高湿条件下的F 含量由 78.50 μg/100g 增加到 130.78 μg/100g，室温避光保存对照组的F 含量则由72.42 μg/100g 增加到98.45 μg/100g，F 含量在高湿条件下呈明显上升趋势。咖啡奶中的FMC 与MF 在本实验方法和实验条件下均未达检测限。

图1 咖啡奶在室温避光保存条件和高温条件下糠醛含量的变化

表2 咖啡奶在室温避光保存和高湿条件下糠醛含量的变化

图2 咖啡奶在室温避光保存条件和高湿条件下糠醛含量的变化

2.3 加速保存条件

加速保存条件下的咖啡奶中糠醛变化如表3 和图3 所示。加速保存条件下HMF 的含量在第5 天开始便呈现出明显的下降趋势，60 d 后从844.53 μg/100g降到481.74 μg/100g，室温避光保存下咖啡奶的HMF含量在第20 天开始呈明显下降趋势，60 d 后从812.33 μg/100g 降到 625.56 μg/100g；F 的含量在加速保存条件和室温避光保存均在后段40 天有所上升，其中，加速保存条件下，F 含量由 83.24 μg/100g 增加到142.41 μg/100g，室温避光保存下F 的含量从79.27 μg/100g 增加到 154.33 μg/100g。F 的含量在两种保存条件下的组间差异不具统计学意义（p＞0.05）。咖啡奶中的FMC与MF在本实验方法和实验条件下均未达检测限。

表3 咖啡奶在室温避光保存和加速保存条件下糠醛含量的变化

图3 咖啡奶在室温避光保存条件和加速保存条件下糠醛含量的变化

3 结 论

本实验研究发现，高温条件对咖啡奶中糠醛类化合物含量具有显著影响，HMF 与F 含量均随保存时间的延长而迅速降低；高湿条件对咖啡奶中的HMF 含量没有显著影响；加速保存条件下的HMF 含量呈明显下降趋势，F 的含量呈上升趋势。在高温条件及加速保存条件下咖啡奶中HMF 及F 含量变化较为明显，说明糠醛类化合物在这些保存条件下很不稳定，会发生快速的反应，是否生成了其他有害健康的产物，尚需进一步研究。室温避光保存更有利于保持产品的稳定性，因此一般建议室温避光保存，在保质期内尽快饮用为佳。