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牛乳杀菌技术钻研进展2023-09-13

牛乳是天然界最靠近美满的食品，含有丰硕的人体必须营养成分，蕴含蛋白质、能量、维生素、矿物质等。随着检测技术的进取，一些对成长发育、肠路健康蹬仔益的微量物质受到关注，如乳铁蛋白、过氧化物酶、免疫球蛋白等。同时，牛乳也是微生物成长极好的造就基，由于生牛乳中含有大量的耐冷菌、乳酸菌等微生物，若不实时进行杀菌或灭菌处置，细菌滋生和酶类反映会导致牛乳凋落变质，无法食用。现今，全球对牛乳的杀菌或灭菌处置通常为巴氏杀菌或超高温（ultrahigh temperature,UHT）瞬时灭菌。随着消费者对活性营养物质的谋求和工业技术的迭代进取，更多的乳杀菌技术逐步从尝试室走向出产利用。

1 热处置杀菌

热处置的重要主张是粉碎病原微生物、削减凋落微生物和灭活酶。牛乳热杀菌处置过程涉及热不变性、杀菌效应和化学反映效应。牛乳热不变是判断乳蛋白热不变的沉要成分。高温易导致蛋白质二级和三级结构产生扭转，结构变得疏松，酪蛋白热不变性最强，乳清蛋白热不变性较差，其中免疫球蛋白耐热能力最差，β-乳球蛋白稍强于免疫球蛋白。变性后的蛋白更易被酶水解，消化效力提高。生乳中的微生物蕴含乳酸菌、肠细菌、嗜热菌、耐冷菌、芽孢菌和致病菌等，分歧的热处置强度能导致某些或全数微生物殒命�；Х从吃毯岬牟⒘姿岣瞥恋怼⒚览路从场⒗业鞍捉ㄊ渭佰匣嗷シ从�。选取何种热处置取决于过程和终产品工艺成分，国际乳品结合会建议使用的最和善的热处置大局为57～68℃加热5 s，最长可达30 min，能够使原料乳在加工前保留更长功夫，如干酪加工。牛乳低温处置前提通常为72～80℃巴氏杀菌15～30 min，酸乳处置前提为90～95℃巴氏杀菌3～5 min。UHT处置（135～150℃处置1～10 s）可使牛乳在环境温度下贮存，拥有较长的保质期。

1.1 巴氏杀菌

巴氏杀菌的道理是基于病原体耐热性差的个性，使用和善的温度和适当的功夫杀灭牛乳中的病原微生物，无法杀死牛乳中的耐热芽孢，因而巴氏杀菌牛乳要在4℃左右的温度下保留。目前巴氏杀菌乳的评定指标和步骤多样，重要凭据蛋白质变性、美拉德反映和乳糖异构化等指标进行评定。钻研杀菌强度对牛乳活性蛋白的影响，了局发现，随着热处置强度提高，牛乳中糠氨酸含量逐步增长，乳铁蛋白和β-乳球蛋白含量削减。牛乳经75℃、15 s热处置后，其活性蛋白有较大水平保留；但是经85℃、15 s热处置后，牛乳中的活性蛋白变性率达到63.7%～78.5%。光明乳业75?℃优倍鲜牛乳中乳铁蛋白、免疫球蛋白含量均值别离达到62、250 mg/L，与85℃鲜牛乳相比（乳铁蛋白含量27 mg/L、免疫球蛋白含量107 mg/L），营养指标大幅提高。

利用高通量测序技术钻研分歧巴氏杀菌前提下乳中优势菌群变动，了局批注，变形菌门和厚壁菌门为优势菌群，假单胞菌占所有属的42%以上。同时检测巴氏杀菌乳中16种游离氨基酸、9种脂肪酸和17种挥发性成分的变动。了局批注，主题职能菌群显著影响韵味物质及牛乳质量安全，假单胞菌、隐杆菌、蓝藻和棒状杆菌与韵味物质含量呈正有关，而链球菌和拟杆菌与这些物质呈显著负有关。

1.2 长保质期（extended shelf-life,ESL）巴氏杀菌

ESL巴氏杀菌乳介于巴氏杀菌乳和UHT乳之间，杀菌温度为115～130℃，功夫节造在1 s或更短的功夫。出产ESL牛乳的重要主张是使所有营养细菌和嗜冷细菌的孢子失活，并引起最幼的化学变动。与未经热处置及2?种常用巴氏杀菌（65℃、30 min,72℃、15 s）处置乳相比，ESL乳（121℃、5 s）酪蛋白粒径显著增长，破宦芬蛋白胶束结构，产生大规模的交联和凝聚，但是凝聚作用可能使酪蛋白胶束出现出更均一的状态，其酪蛋白胶束的变性温度略高于未经热处置的对照组，热不变性最高的为72℃、15 s巴氏杀菌乳，变性温度达到99℃。对比分析巴氏杀菌与ESL巴氏杀菌（121℃、5 s）处置对牛乳乳清蛋白结构的影响，红表光谱了局显示，巴氏杀菌处置对乳清蛋白二级结构影响不显著，而经ESL巴氏杀菌处置后的乳清蛋白中α-螺旋结构含量显著削减，无规定卷曲结构含量显著增多，结构转变的更为无序，不变性更好。荧光光谱了局批注，ESL巴氏杀菌处置扭转了乳清蛋白二级和三级结构。差示扫描量热法分析了局显示，ESL巴氏杀菌处置的乳清蛋白热变性温度为99.9℃，高于巴氏杀菌处置乳清蛋白，批注ESL巴氏杀菌处置后的乳清蛋白不变性显著提高。报路了创新蒸汽注入加热技术的发展，该技术能够将牛乳加热到150～180℃，功夫节造在0.1 s内。该工艺实现了极度高的细菌杀灭率，可能出产贸易无菌牛乳，化学变动最幼，仅有20%～25%的β-乳球蛋白变性，7℃贮藏28 d期间未产生蛋白水解。

ESL巴氏杀菌牛乳不是无菌包装，在冷藏温度下有7～10 d和21 d或更长的保质期。脂肪含量越高，黏度越大，ESL巴氏杀菌牛乳含有更宽泛的韵味物质，且韵味和挥发性物质含量随功夫耽搁而降落。与高温短时巴氏杀菌相比，ESL巴氏杀菌牛乳有显著的蒸煮味和硫化味及轻微的涩味。使用直接蒸汽注射进行ESL巴氏杀菌的脱脂牛乳比间接加热方式含有较高含量的二甲基硫化物、2-丁酮、3-甲基丁醛和己醛。

1.3 UHT灭菌

高温灭菌蕴含直接法UHT灭菌、间接法UHT灭菌、一步法维持灭菌和二步法维持灭菌，通常用于常温长保质期牛乳出产。UHT牛乳的优势在于贮藏期内微生物指标极其不变，但在贮藏过程中会产生一些化学和物理变动，降低牛乳质量，限度了牛乳的接受度或保质期。其中，UHT牛乳在贮藏过程中最严沉的变动是胶凝化，形成不成逆的三维蛋白质网络，导致过度沉淀，在包装底部形成一层致密的富含蛋白质的沉淀物，在顶部堆集含有过多脂肪的奶油，出现显著分层。牛乳中耐热酶水解蛋白质导致蛋白系统不不变，此表，物理化学成分，如牛乳/蛋白质浓度、加工过程中的热负荷及牛乳成分等，均会导致胶凝景象产生。酪蛋白胶束大幼被以为是UHT处置牛乳不变性的沉要影响成分。将全脂牛乳与分歧尺寸的酪蛋白胶束混合，进行均质和UHT处置，发现与含有中等或较大尺寸酪蛋白胶束的牛乳相比，加工前含有较幼酪蛋白胶束的牛乳在贮藏过程中形成的沉积物显著较少，这批注牛乳质量的内涵变动对UHT牛乳的不变性很沉要。

韵味变动是UHT灭菌乳的另一大限度成分，在热加工时，牛乳中蛋白质的赖氨酸残基会与乳糖的羰基产生美拉德反映，不仅影响牛乳的表观，还会降低乳蛋白和氨基酸的生物学价值，一些热加工副产品糠氨酸等对人体有潜在的风险。用蛋白质组学和免疫化学步骤钻研在UHT前提下调造乳中酪蛋白和β-乳球蛋白的糖基化行为，αs2-酪蛋白和β-酪蛋白对形成Nε-羧甲基赖氨酸的贡献较大，κ-酪蛋白贡献相对较幼。糖基化κ-酪蛋白的糠氨酸、5-羟甲基糠醛和羰基化合物含量最低。相反，α-酪蛋白组分阐发出高度的糖基化易感性，拥有最高的美拉德反映产品水平。

U H T加热是使用蒸汽直喷或蒸气注入，即直接加热，或通过间接加热热互换器。由于直接和间接加热拥有分歧利益，也有使用这2?种步骤的组合系统。报路了间接、直接和2?种步骤组合系统的一些代表性温度-功夫曲线。了局批注：与直接加热系统相比，间接加热系统的加热速度更低，因而总热负荷更大，β-乳球蛋白变性水平更高，导致牛乳的化学变动更大；通过间接加热处置工艺出产的UHT牛乳往往含有更高水平的挥发性巯基化合物，拥有更强烈的蒸煮韵味；热处置对骆驼乳、牛乳和山羊乳中氨基酸组成和相对含量有显著影响，且UHT加热处置差距最大，分歧水平的热处置均能增长3种乳中Glu、Asp、Met和Cys的含量，赋予处置乳浓郁的乳香味。

2 非热处置技术

随着消费者对安全、营养和新鲜产品需要的日益增长，削减传统热处置带来的负面影响成为学者的钻研热点，非热处置加工技术起头崭露头角。

2.1 超高压处置技术

超高压杀菌是将牛乳置于超高压装置中加压处置，增长微生物细胞膜的通透性，选择性钝化酶活性，导致微生物原有的生理机能产生不成逆危险。

超高压处置强度对牛乳的杀菌成效影响很大。，生牛乳经工作压力600 MPa、保压功夫15 min、50℃保温30 min后，大肠菌群全数被杀灭，2～6℃前提下可贮藏30 d。低压有利于牛乳中芽孢激活，高压有利于细菌杀灭，选取低压200 MPa、保压5 min，高压500 MPa、保压30 min后，大肠杆菌全数被杀灭，菌落总数降低99.91%。

超高压处置睬扭转脱脂乳的色泽，由白色浑浊状变为淡黄色通明或半通明状，色泽的扭转重要是由脂肪球粒径和酪蛋白胶束性质的变动引起的。超高压处置对牛乳韵味也有影响。在未处置牛乳样品中检测到44种韵味化合物，重要为芳香烃类、脂肪烃类和酸类物质，经600 MPa、5 min高压处置后，牛乳中检测到更多种类的韵味物质，脂肪烃类和酸类化合物含量显著提高，而芳香烃类化合物含量显著降低。

超高压处置能够最大限度保留牛乳中的营养成分。相对而言，压力敏感的微生物耐热性强，热敏性的微生物耐压能力强，因而超高压技术时时与其他工艺结合使用。

2.2 超声波技术

超声波是频率大于20 kHz的声波，由于其频率高、波长短，不仅拥有方向性好、功率大、穿透力强等特点，还能引起空化作用、力学效应、热学效应、化学效应和生物效应等特特效应。超声波的空化效应能够导致细胞被粉碎和病毒失活，达到耽搁牛乳保鲜期的主张。牛乳经超声波处置15～60 s后，能够保留5 d不变质，经杀菌处置的牛乳再经超声波处置，在冷藏前提下可保留18个月。钻研超声波、微波和热处置对牛乳发酵过程中菌株活力、乳酸浓度和生物活性（自由基断根能力、蛋白酶活性、肽含量、抗癌活性、α-淀粉酶抑造率和胞表多糖含量）的单独和结合影响。了局批注：超声波处置的微波样品拥有更高的抗氧化和抗癌活性，其胞表多糖含量、抗癌活性和α-淀粉酶抑造率显著高于其他处置组；发酵实现时，超声波与微波结合处置的牛乳抗氧化活性别离比超声波高压灭菌、微波灭菌和高压灭菌样品高13.9%、44.7%和77.3%。

2.3 脉冲电场技术

脉冲电场处置杀菌道理是极短的脉冲在极高的电场强度下影响细胞膜带电分子，增长膜流动性，在膜中形成孔隙，从而杀灭微生物。1958—1985年，德国工程师Heinz Doeven-Speck起头开发脉冲电场技术。单独使用脉冲电�。ǖ绯∏慷�30～35 kV/cm、温度30～40℃）处置全脂牛乳时，微生物数量降低103 CFU/m L，当温度提高至55℃后，微生物数量降低106 CFU/mL。脉冲电场的杀菌成效与温度、微生物种类和成长阶段的有关性较强。碱性磷酸酶、过氧化氢酶、溶菌酶等是影响牛乳质量的有关酶，可能被通例热处置钝化、灭活，能够作为热处置成功的指标。脉冲电场通过影响蛋白酶导致构象产生扭转，与酶的类型、结构和辅助因子蹬仔关。通过脉冲电场处置（电场强度26 kV/cm）全脂牛乳，黄嘌呤氧化酶和脂肪酶活性别离降低32%和82%。该钻研还评估了脉冲电场对酶的敏感性挨次，顺次为碱性磷酸酶>脂肪酶>黄嘌呤氧化酶>纤溶酶。脉冲电场处置和脉冲电场协同加热（52℃）处置对牛乳中纤溶酶活性无影响，但将脉冲电场处置乳温度降至42?℃时，纤溶酶活性大幅降低。以上钻研批注，单独使用脉冲电场对一些微生物和酶的影响有限，必要协同和善热处置技术能力达到更好成效。杀菌时高压脉冲电场影响较大，灭酶时温杜装响较大。

2.4 微波技术

微波杀菌道理是扭转微生物细胞膜达到致死成效，蕴含热成分和非热成分。在肯定强度微波场的作用下，高温会使得蛋白质变性失活，从而杀灭微生物。与传统的热力杀菌相比，微波杀菌拥有升温效能快、功夫短、杀菌均匀、穿透力强、营养成分不被粉碎蹬着点。随着微波强度和杀菌实现时牛乳温度的升高，纯造就的微生物数量逐步降低，微波功率700 W、加热38 s、最终温度27℃时的杀菌前提达到饮用牛乳要求。微波加热相比急剧传导加热对钙强化牛乳系统的组分影响差距较幼，以离子大局存在的钙强化牛乳系统在微波加热过程中热不变性较差。钻研中试规模下执行陆续微波加热（110～125℃、5 s）处置沉组脱脂浓缩乳，了局批注，与管式加热相比，微波加热的沉组脱脂浓缩乳的乳清蛋白变性（β-乳球蛋白变性削减35%～40%）和沉积物形成（污垢削减90%）显著削减，而色彩变动在所有尝试中均不显著。

2.5 膜过滤技术

膜过滤除菌是利用物理截留的步骤，将不能透过膜孔隙的微生物从食品中分离出来，达到除菌的作用。膜过滤除菌只是将食品中的微生物分离出来，而不会杀灭微生物，这既切合食品卫生要求，同时又有利于耽搁食品的贮藏期和货架期。选取孔径1.4μm的陶瓷微滤膜对原料乳进行微滤处置，了局批注，微滤UHT灭菌乳的pH值、滴定酸度、上层脂肪球粒径等瓢荼鸶标均优于非微滤UHT灭菌乳，货架期也相应耽搁21～63 d。钻研分歧工艺下乳过氧化物酶的活性，经85℃或125℃加热15 s后的牛乳险些检测不到乳过氧化物酶活性，而经75℃加热15 s及低温陶瓷膜过滤处置后的牛乳均能检测出较强的乳过氧化物酶活性，仅经低温陶瓷膜过滤处置后的牛乳中乳过氧化物酶活性损失率最低，即过多的工艺流程会导致乳过氧化物酶活性损失。与高温短时杀菌和紫表处置相比，膜过滤处置能有效截留芽孢和体细胞，在活性成分保留方面，经孔径1.4μm膜过滤处置后，其活性成分的保留率显著高于高温短时处置，活性乳铁蛋白、免疫球蛋白A、免疫球蛋白G、黄嘌呤氧化酶、乳过氧化物酶和免疫球蛋白M保留率别离为90%、88%、87%、72%、97%和94%。

各杀菌技术曲直势如表1所示。

表1 各杀菌技术曲直势对比

Table 1 Advantages and disadvantages of various sterilization techniques

3 结语

微生物是乳制品加工过程中的重要传染源，随着时期的进取，消费需要的升级也正不休催生乳业科技和产品的创新，使得乳制品的杀菌技术有了进一步发展。非热杀菌技术在维持乳制品品质方面拥有怪异优势，添补了传统热杀菌技术的不及。与此同时，非热杀菌技术也有一些待解决的问题：一是其钻研仍普遍停顿在尝试室阶段，暂未形成肯定规模的推广及利用；二是单种非热杀菌技术杀菌不彻底、杀菌设备成本高、杀菌处置影响成分不明确等。这些都影响非热杀菌技术在乳制品加工过程中的利用。未来，通过设备开发、工艺优化、非热多技术联用等势必会让非热杀菌技术成为乳业的主流杀菌方式。

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