杀菌温度对优质巴氏杀菌乳中热敏感和生物活性物质的影响

潘永胜

福建长富乳品有限公司，福建南平 353000

0 引言

优质乳工程是2016年农业农村部指导国家奶业科技创新联盟推动实施的，解决中国消费者“喝好奶”问题的重要民生工程。优质巴氏杀菌乳是指仅以特优级（A+）生乳为原料，经过滤、均质、HTST高温短时间杀菌工艺、洁净灌装等工序制得的液体产品。其核心指标包含优质生乳、优质巴氏杀菌工艺、设备稳定性、热敏感和生物活性物质指标等。标准中对低温巴氏杀菌工艺推荐方式72～80 ℃，保持时间为15 s，但不同企业因生乳指标、生产设备的不同，采用的杀菌温度/时间组合不尽相同，生产过程中具体采用的温度/时间组合需生产企业结合自身情况予以确定。为探究不同杀菌温度对优质巴氏杀菌乳中热敏感和生物活性物质的影响，本文选取74～80 ℃杀菌温度下的巴氏杀菌乳作为研究对象，对比成品中热敏感和生物活性物质含量，为行业同类产品生产参数的选取提供参考。

1 乳中热敏感和生物活性物质介绍

不同的杀菌温度对成品中热敏感和生物活性物质指标影响较大，优质乳工程技术体系核心指标对优质巴氏杀菌乳中热敏感和生物活性物质指标要求[1]见表1。

表1 优质乳工程技术体系对优质巴氏杀菌乳中热敏感和生物活性物质指标的要求

1.1 热敏感物质

1.1.1 糠氨酸

糠氨酸（Furosine）是牛奶热加工过程中出现的副产物。牛乳中糠氨酸由氨基酸残基（主要是蛋白质中的赖氨酸残基）和主要的还原糖乳糖反应产生，是早期美拉德反应产生的第一阶段经酸水解的产物。糠氨酸作为II型热负荷指示剂常被用于评估美拉德反应的早期阶段，不仅可用来检测评估奶受热损害的程度，而且可与乳果糖指标结合鉴别复原乳[2]。

1.1.2 碱性磷酸酶

碱性磷酸酶（ALP）是牛奶中的内源酶，其活性可用来确定巴氏杀菌乳产品是否经过适当的巴氏杀菌，因为ALP灭活比结核分枝杆菌需要稍高的温度和时间，结核分枝杆菌是巴氏杀菌乳中对热抵抗力最强的病原菌。因此，ALP阴性在工艺上可以被认为是充分巴氏杀菌的，可以安全食用[3]。

1.1.3 乳过氧化物酶

乳过氧化物酶（LPO）也是牛奶中的内源酶，具有重要的健康应用价值。LPO可以参与构成宿主对抗入侵微生物的天然防御系统，同时具有抗菌活性、降解各种致癌物质以及保护动物细胞被氧化的作用[4]。

1.2 生物活性营养物质

1.2.1 乳铁蛋白

乳铁蛋白（Lactoferrin）是牛奶中重要的活性蛋白因子之一，是由乳腺上皮细胞表达和分泌的一种非血红素铁结合糖蛋白，属转铁蛋白家族。乳铁蛋白具有很强的铁亲和能力，亲和常数大约是1 020，约为血清中转铁蛋白的260 倍，能够通过提高铁在肝脏的储备，改善机体的贫血状况[5]，此外其在抗菌、抗病毒、抗肿瘤等方面的功能也得到不同研究者的科学实验证实[6]。

1.2.2 免疫球蛋白

免疫球蛋白（Ig）又称为抗体，存在于所有泌乳动物的乳和初乳中。其生物学功能是给予后代一种免疫保护，抵御微生物病原体和毒素及保护乳腺避免感染。免疫球蛋白的主要机制是增强吞噬作用，通过白细胞增强细胞介导的毒性反应，凝集细菌，中和细菌和毒素。婴儿可在子宫内获得免疫球蛋白，可降低肠道感染的风险[7]。

1.2.3 α-乳白蛋白

α-乳白蛋白（α-lactalbumin）是乳清蛋白中第二大丰富的蛋白质，占乳清蛋白27%左右，α-乳白蛋白是唯一能结合钙的乳清蛋白，从牛奶中分离出来的α-乳白蛋白在氨基酸比例和结构方面与人乳有72%一致性，而α-乳白蛋白是人乳蛋白的主要存在形式，对婴幼儿的生长发育具有重要影响[8]。

1.2.4 β-乳球蛋白

β-乳球蛋白（β-lactoglobulin）是乳清蛋白主要成分之一，占总蛋白质12%左右，占乳清蛋白50%左右。β-乳球蛋白的水解物或分子修饰物，具有降胆固醇与抗氧化等生理活性[9]，是牛奶中的重要活性因子。

2 优质生乳的选取

优质生乳指标应符合《GB19301—2010 食品安全国家标准 生乳》，在此基础上特优级（A+）生乳的核心指标还包括脂肪、蛋白质、菌落总数和体细胞数，本文选取我国东南某乳品企业特优级（A+）生乳，对比优质生乳要求指标见表2。

表2 试验选取的特优级生乳指标

3 巴氏杀菌乳杀菌温度/时间组合生产工艺试验

3.1 材料与仪器

本试验选取49 批次特优级（A+）生乳。采用的仪器有利乐巴氏杀菌机、丹麦福斯乳成分分析仪、液相色谱仪配紫外检测器（PDA）和梯度洗脱装置、分析天平、pH计、混匀器、超过水机、光学发光检测仪、水浴锅、乳活性成分试剂盒、糠氨酸标准品、过氧化物酶试剂盒等。

3.2 检测方法与标准

试验生乳使用HTST杀菌温度/时间组合依次为74 ℃/15 s、75 ℃/15 s、76 ℃/15 s、77 ℃/15 s、78 ℃/15 s、79 ℃/15 s、80 ℃/15 s，对杀菌后样品进行检测。根据相关研究及行业共识[10]，以上杀菌温度/时间组合均可以保证杀菌后产品微生物含量符合《GB19645—2010 食品安全国家标准 巴氏杀菌乳》，故本文不再进行微生物菌落数的验证。对巴氏杀菌后成品用《NY/T 939—2016 巴氏杀菌乳和UHT灭菌乳中复原乳的鉴定》高效液相色谱法检测分析乳中的糠氨酸含量；用《MRT/B 03—2017 奶业创新团队标准 乳中碱性磷酸酶的测定》规定的发光法检测碱性磷酸酶活性指标；用 《T/TDSTIA 001—2021 奶及奶制品中乳过氧化物酶对测定检测》比色法检测乳过氧化物酶活性指标；用《MRT/B 02—2017 奶业创新团队标准 乳中乳铁蛋白的测定》测量活性营养物质乳铁蛋白含量；用《MRT/B 01—2017 奶业创新团队标准 乳中乳球蛋白的测定》检测β-乳球蛋白、免疫球蛋白和ɑ-乳白蛋白含量。

3.3 生产试验方案

巴氏杀菌设备工艺采用利乐LACTA高性能全自动杀菌系统。LACTA主要设备及管线见图1，包括平衡罐（1）、流量控制泵（2）、板式换热器（3）、脱气罐（4）、Tetra Alex30均质机（5）、加压泵（6）、15S保持管（7）、 背压阀（8）。试验过程中，试验生乳首先进入Tetra Plex C式换热器组中进行再生预热，随后被循环热水系统加热到杀菌温度，产品在保持管中维持杀菌温度15 s。在再生换热段，处理后的高温产品通过再生换热的方式加热没有处理的产品，出于对产品安全的考虑，经过杀菌后的产品侧压力高于未杀菌的产品侧压力。通过再生换热后的产品，将继续用冰水进行冷却，至设置的出口温度。其中，平衡罐含液位传感器和自动调节阀，具有液位调节功能。加热阶段由双热水回路执行，所有与产品接触的阀门、管道和管道附件均为ANSI316材质。

图1 利乐巴氏杀菌系统

在生产试验过程中，产品流量稳定在10 000 L/h，杀菌温度偏差在±0.25 ℃，保持时间波动相对偏差为＋0.3%，调整杀菌温度，分别采用74 ℃/15 s、75 ℃/15 s、76 ℃/15 s、77 ℃/15 s、78 ℃/15 s、79 ℃/15 s、80 ℃/15 s的温度时间组合，杀菌完成后，从利乐巴氏杀菌机出口取样。分别取49 批次试验产品，试验产品菌落数由1.0×104CFU/mL降低到1.0×102CFU/mL以下。

3.4 试验结果

对49 批次试验产品采用3.2要求的检测方法与标准进行检测。取49 批次检测值的平均值，绘制不同杀菌温度下热敏感物质活性和活性物质含量变化图。图2显示不同杀菌温度下优质乳中内源酶乳过氧化物酶和碱性磷酸酶的活性变化；图3显示不同杀菌温度下活性营养物质平均含量变化；图4显示不同杀菌温度下糠氨酸含量平均值的变化。

图2 不同杀菌温度下内源酶活性变化

图3 不同杀菌温度下活性营养物质含量变化

3.4.1 不同杀菌温度下乳过氧化物酶和碱性磷酸酶活性变化

碱性磷酸酶在生产温度从74～80 ℃变化过程中，各试验结果的平均值（含最大值）均≤350 mU/L，即巴氏杀菌温度/时间组合74 ℃/15 s、75 ℃/15 s、76 ℃/15 s、77 ℃/15 s、78 ℃/15 s、79 ℃/15 s、80 ℃/15 s均可使碱性磷酸酶呈阴性。基于公共卫生安全性考虑，74～80 ℃/15 s的巴氏杀菌乳均符合公共卫生安全要求。乳过氧化物酶在杀菌温度升高的过程中活性降低，其中74 ℃和75 ℃相比变化不大，但当杀菌温度高于75 ℃时，乳过氧化物酶的活性急剧下降，80 ℃时活性仅存50 U/L。相关研究表明，乳中过氧化物酶在85 ℃的杀菌温度下即失活[11]，与本试验结果相近。

3.4.2 不同杀菌温度下免疫球蛋白含量变化

随着杀菌温度从74 ℃升高到75 ℃过程中，免疫球蛋白含量降低不明显，均维持在200 mg/L附近。当杀菌温度从76 ℃升高到80 ℃过程中，免疫球蛋白含量急剧降低，80 ℃杀菌温度下免疫球蛋白含量降低为0，活性营养损失明显。

3.4.3 乳铁蛋白、ɑ-乳白蛋白和β-乳球蛋白含量变化

乳铁蛋白、ɑ-乳白蛋白和β-乳球蛋白含量随着温度的升高都呈下降趋势，整体下降趋势相似。其中74 ℃和75 ℃之间含量变化不明显。但77 ℃开始，含量下降至75 ℃的70%左右。杀菌温度从77 ℃升高到78 ℃时，乳铁蛋白和ɑ-乳白蛋白含量变化很小。80 ℃的乳铁蛋白和ɑ-乳白蛋白含量仅为75 ℃含量的60%。β-乳球蛋白在80 ℃杀菌后含量急剧下降至75 ℃的20%.

3.4.4 不同杀菌温度下糠氨酸含量变化

不同杀菌温度下糠氨酸含量变化见图4，优质乳在杀菌温度从74～80 ℃变化过程中糠氨酸含量随着热处理强度逐步增大，糠氨酸含量也增大，但在较低的巴氏杀菌温度条件下，其含量都低于10 mg/100 g蛋白质。75 ℃时糠氨酸含量增加了60%，76～80 ℃的变化过程中糠氨酸含量变化不大。

图4 不同杀菌温度下糠氨酸含量变化

4 小结

巴氏杀菌温度/时间组合74 ℃/15 s、75 ℃/15 s、76 ℃/15 s、77 ℃/15 s、78 ℃/15 s、79 ℃/15 s、80 ℃/15 s均可使碱性磷酸酶呈阴性，即在15 s保持时间下，74～80 ℃的杀菌温度下，优质乳的微生物热处理程度都可以满足公共卫生要求。乳过氧化物酶在杀菌温度升高的过程中活性降低，其中74 ℃和75 ℃相比变化不大，但当杀菌温度高于75 ℃时，过氧化物酶的活性急剧下降，80 ℃时活性仅存50 U/L.

随着杀菌温度的提高，乳中的活性物质乳铁蛋白、免疫球蛋白、ɑ-乳白蛋白和β-乳球蛋白含量呈下降趋势，从74 ℃升高到75 ℃变化不明显；当杀菌温度从76 ℃升高至80 ℃中，活性营养成分急剧下降。单从乳活性物质的保留来看，杀菌温度越低，保留的活性营养越多。加热附产物糠氨酸在生产温度从74～80 ℃变化过程中，随着杀菌温度的升高呈上升趋势。

结合优质巴氏杀菌乳实际生产工艺，考虑产品公共卫生安全、低碳加工及营养品质要求，推荐采用75 ℃/15 s作为优质巴氏杀菌乳的生产温度/时间组合，为行业同类产品生产参数的选择提供参考。