奶及奶制品中酸度的比較研究

杜兵耀，王加啟，李發弟，鄭楠，張養東，文芳，趙慧芬，蘇傳友，張曉音，李松勵

（1.中國農業科學院北京畜牧獸醫研究所a.農業部奶及奶制品質量安全控制重點實驗室；b.農業部奶產品質量安全風險評估實驗室；c.農業部奶及奶制品質量監督檢驗測試中心，北京100193；2.蘭州大學草地農業科技學院，蘭州730020）

0 引 言

《本草綱目》中記載，“牛乳性平味甘或微寒、無毒，補虛羸，止渴，養心肺，解熱毒，潤皮膚；冷補，下熱氣；和酥煎沸食，去冷氣癖；患熱風人宜食之止小兒吐乳，補勞；治反胃熱噦，補益勞損，潤大腸，治氣痢，除疸黃，老人煮粥甚宜[1]?！闭f明我國飲用牛奶的歷史悠久，并且牛奶具有很好的藥用價值。同樣，牛奶也是人類最接近完美的食物，因為它包含人體所需的營養物質，像乳糖、脂肪、蛋白質、礦物質、維生素等，并且比例關系相比較其他食物處于均衡的狀態[2-5]。因此，牛奶在滿足人類的營養需求方面發揮著重要的作用。

1 酸度的作用

近年來隨著人們生活水平的不斷提高和乳及乳制品消費量的逐漸增加，生乳作為乳制品生產加工的原料顯的尤其重要，從源頭上控制生乳的品質，將直接涉及到整個牛奶產業的安全。

生乳在貯存和運輸環節容易受到細菌的污染，而且生乳含水量高，含有大量的蛋白質、脂肪和乳糖等，會導致細菌大量繁殖，分解乳糖等產生酸性物質，引起酸度的增加[6-7]。生乳中的酸度來源有兩種：自然酸度和發酵酸度。自然酸度是指剛擠出來的生乳本身所具有的酸度，主要來源于生乳中的酪蛋白、白蛋白、檸檬酸鹽、磷酸鹽及二氧化碳等酸性物質，其中磷酸鹽和檸檬酸鹽所提供的酸度占比例最大。發酵酸度是指生乳在貯存運輸的過程中，由細菌的侵入并在其中生長繁殖產生的酸性物質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，分解產生乳酸，酸度增高說明微生物在增長繁殖，因此通常把酸度作為衡量牛奶新鮮度的指標，監測發酵過程中產生的乳酸含量[8-10]。

Calamari等認為生乳的滴定酸度主要來自于不同的中和反應：酪蛋白的酸性基團（約占總酸度的2/5）；磷酸鹽、碳酸和其他的礦物陰離子（約占總酸度的2/5）；有機酸（主要是檸檬酸）[9]。張志勝等認為新鮮牛奶的自然酸度為16～18°T，其中2～4°T來源于蛋白質，2°T來源于CO2，10～12°T來源于磷酸鹽和檸檬酸鹽[11]。隨著機械化擠奶、快速制冷和冷鏈運輸等技術的運用，發酵酸度對生乳的酸度影響也越來越小，而牛奶經殺菌、閃蒸等工藝處理，會導致二氧化碳散失，產品酸度可能會下降0.5～1.0°T[6]。

2 酸度的表達方式和測定方法

奶及奶制品的酸度常用吉爾涅爾度(°T)、乳酸（%）、索斯列特-格恩克爾度(°SH)、道爾尼克度(°D)、pH等表示，即中和一定量的樣品所需氫氧化鈉標準溶液的毫升數[9,12-15]。因此樣品中加入堿類物質后，通過測定方法檢測樣品的酸度時，消耗的氫氧化鈉標準溶液的體積減小，引起相應的酸度值降低。測定方法通常有酚酞指示劑法、電位滴定儀法等。

2.1 吉爾涅爾度

GB 5409-1985《牛乳檢驗方法》規定：吸取l0 mL牛乳，加入20 mL水和0.5 mL質量分數為0.5%的酚酞乙醇溶液，搖勻后，用濃度0.1 mol/L氫氧化鈉標準溶液滴至微紅色，在1 min內不消失為止。消耗濃度0.1 mol/L的氫氧化鈉標準溶液的毫升數乘以10，即為酸度[16]。

GB 5413.34-2010《乳和乳制品酸度的測定》規定：取10 g牛奶樣品，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，用氫氧化鈉標準溶液（濃度0.1 mol/L）滴定至微紅色，并在30 s內不褪色；或用氫氧化鈉標準溶液（濃度0.1 mol/L）電位滴定至pH值8.3為終點，根據消耗的氫氧化鈉標準溶液毫升數計算酸度值[17]。

GB 5009.239-2016《食品酸度的測定》規定：取10 g牛奶樣品，加入20 mL不含二氧化碳的水，加入2 mL質量分數0.5%的酚酞指示液后，用氫氧化鈉標準溶液（濃度0.1 mol/L）進行滴定，直到顏色與參比溶液的顏色相似，且5 s內不消退，整個滴定過程應在45 s內完成；或用氫氧化鈉標準溶液（濃度0.1 mol/L）電位滴定至p H值8.3為終點，根據消耗的氫氧化鈉標準溶液毫升數計算酸度值[18]。

2.2 乳酸（%）

GB 6914-1986《生鮮牛乳收購標準》規定：用吸管取兩份10 mL的牛乳，一份加入1 mL稀釋的乙酸玫瑰苯胺溶液作顏色對照，另一份加入1 mL酚酞溶液，用滴管迅速加入1/9 mol/L氫氧化鈉溶液1 mL，然后繼續逐滴加入，同時不停搖動，當顏色與對照瓶內淡紅色相同時為止，滴定時間應當在20 s左右。如果不用玫瑰苯胺顏色作為對照，滴定終點可決定于奶樣呈現淡品紅色后，維持5 s不褪色即可。每100 mL牛乳內含有乳酸克數=滴定10 mL牛乳時消耗1/9 mol/L氫氧化鈉溶液的毫升數/10(乳酸的分子量為90 u)[19]。

我國臺灣的標準中規定：稱取牛奶樣品20 g，加入40 mL不含二氧化碳的水和2 mL質量分數1%的酚酞酒精溶液，用濃度為0.1 mol/L的氫氧化鈉溶液滴定至溶液呈微紅色，并且在30 s內顏色不消退。乳酸（%）=消耗的0.1 mol/L氫氧化鈉的毫升數×0.009×0.1 mol/L氫氧化鈉的力價×100/牛奶樣品的質量(g)[20]。

日本標準中規定：取10 g牛奶樣品，加入20 mL不含二氧化碳的水，加入2 mL質量分數0.5%的酚酞指示液后，用氫氧化鈉標準溶液（濃度0.1 mol/L）滴定至微紅色，并在30 s內不褪色。根據消耗的氫氧化鈉標準溶液毫升數計算乳酸質量分數，樣品的乳酸(%)=T×0.009。(T為樣品的滴定酸度，0.009為乳酸的換算系數,即1 mL濃度0.1 mol/L的氫氧化鈉標準溶液相當于0.009 g乳酸)[21]。

2.3 索斯列特-格恩克爾度(°SH)

取50 mL的牛奶樣品，加入0.1 mL質量分數1%的酚酞指示液后，用氫氧化鈉標準溶液（濃度0.25 mol/L）滴定至微紅色，根據消耗的氫氧化鈉標準溶液毫升數計算酸度值[9]。(索斯列特-格恩克爾度與乳酸存在換算關系，即乳酸（%）=0.0225×°SH)。

2.4 道爾尼克度(°D)

1 mL牛奶樣品加入1滴1%的酚酞指示液后，用氫氧化鈉標準溶液（1/9 mol/L）滴定至微紅色，根據消耗的氫氧化鈉標準溶液毫升數計算酸度值[22]。

2.5 pH值

中和試樣溶液至p H值為8.30所消耗氫氧化鈉標準溶液（濃度0.1 mol/L）的體積，根據消耗的氫氧化鈉標準溶液毫升數計算酸度[18]。

3 酸度與奶及奶制品質量安全的關系

生乳從健康奶牛的乳腺分泌時屬于無菌的狀態，擠奶過程中可能會有細菌混入，在隨后的儲存、運輸、加工過程中也存在著被污染的機會，由于牛奶中富含的營養物質有利于微生物快速繁殖，進而快速分解乳糖、脂肪和蛋白質等物質，從而產生酸性產物、氣體及有礙產品風味及衛生狀況的小分子產物及毒素，從而導致牛奶出現色澤、風味異常等腐敗變質現象，降低牛奶的品質，使其失去營養價值[23-25]。

牛奶在貯存運輸的過程中受貯存溫度和時間的影響，會引起酸度升高；牛奶擠出后，從牧場到牛奶加工廠缺乏適當的貯存設施、沒有可以使用的冷庫和貯存衛生條件差，會導致酸度升高，引起牛奶的保質期縮短，因此，酸度是反映生牛乳新鮮度的重要指標，在正常范圍內酸度越低，表明牛奶越新鮮，反之新鮮度越差。

Lu等[10]認為牛奶的自然酸度是0.16%～0.18%（以乳酸計），牛奶發生腐敗后酸度會增加，大于0.18%時牛奶發生腐敗，因此酸度可以量化牛奶的新鮮程度。李亮等[26]利用近紅外光譜技術結合人工神經網絡建立了牛奶冷藏過程酸度、pH值的定量校正模型，預測標準偏差分別為0.355°T和0.0256，應用聚類分析結合感官評價綜合分析了原料奶冷藏過程中新鮮度的變化趨勢，結果顯示，生牛乳在4℃下冷藏，酸度、p H值在前2 d變化較為平緩，第3 d開始變化加速，第7 d后奶腐敗比較嚴重。Schmidt等[27]發現生牛乳在5.5℃的條件下貯存5 d，由于微生物的作用，滴定酸度從0.15%增加到0.17%（乳酸）。Connell等[28]發現大多數的牛奶在低于5.5℃的溫度下貯存不超過4 d時通常不會發生酸敗。Yanwen Wang等[15]利用高通量的技術結合近紅外光譜技術可以快速的分析牛奶的新鮮度，48個牛奶樣品搜集于西北農林科技大學牧場，檢測發現牛奶樣品貯存超過8 d后呈現明顯的非均質現象，酸度在16.0～-24.8°T之間，平均值為19.1°T，通過分析發現1～2 d牛奶的新鮮度比較高，3～6 d時處于過渡階段，7～8 d時開始腐敗。

表1 我國歷年酸度標準中的限量

表2 不同國家酸度標準中的限量

4 奶及奶制品中酸度的限量

我國食品安全國家標準《生乳》（GB 19301-2010）中規定生牛乳的酸度為12-18°T（荷斯坦奶牛）[29]，我國各地區及行業協會也對生乳中酸度進行了限量，黑龍江省食品安全團體標準（T/HLJNX 001-2016）《生乳》12-18°T（荷斯坦奶牛）[30]，廣西壯族自治區地方標準（DBS 45/011-2014）《生水牛乳》10～18°T[31]，中國乳制品工業行業規范（RHB 701—2012）《生水牛乳》13～19°T[32]，臺灣地區標準（CNS 3055-2015）《生乳》0.12%～0.18%（以乳酸計）[33]。日本厚生勞動省2016年第109號令-乳及乳制品成分規格標準中規定娟珊牛的生牛乳酸度＜0.20%（以乳酸計），娟珊牛以外的生牛乳酸度＜0.18%（以乳酸計）[21]，具體歷年來的酸度限量變化情況如表1所示;，表2為不同國家標準中酸度的限量情況；表3為文獻報道的酸度限量情況。

表3 文獻中報道的酸度限量

5 影響酸度的因素

5.1 牛奶的組成成分

牛奶的組成中87%是水，13%是乳固體，在乳固體中27%是乳蛋白質，乳蛋白質中有20%是乳清蛋白，其余80%都是酪蛋白。在夏季炎熱的條件下，牛奶蛋白質濃度降低，主要原因是酪蛋白濃度的降低，其中αS-酪蛋白和β-酪蛋白是酪蛋白成分中對熱最敏感的，造成αS-酪蛋白和β-酪蛋白的比例減少。αS-酪蛋白和β-酪蛋白含有豐富的磷酸基團，酪蛋白膠束含有2個酸性基團。夏季牛奶中αS-酪蛋白和β-酪蛋白含量比較低，因此牛奶的滴定酸度較低。另外新鮮牛奶滴定酸度比較高時說明蛋白質濃度高或者含有其他的緩沖成分。游離的脂肪酸也會對滴定酸度檢測造成影響，脂肪發酵分解會使牛奶的酸度上升。

5.2 不同供應渠道的牛奶

Wanjala等[12]通過對肯尼亞內羅畢地區來自于城市、鄉下和貧民窟三種來源的生牛奶進行檢測發現平均酸度(以乳酸計)分別在0.19%，0.20%和0.22%；酸度較高可能預示著生牛乳的運輸渠道缺乏冷鏈運輸設備或者從擠奶到加工持續時間比較長或者脂肪酶活性較高或者缺乏殺菌，在農村地區由于微生物的作用也會引起酸度迅速升高。在城市和貧民窟地區都出現原料奶酸度較高的現象，可能是由于在原料奶收集期間不遵守使用冷鏈運輸，引起牛奶的酸敗。Tesfay等[43]檢測發現乳品加工廠的牛奶酸度為0.195%±0.009%，巴氏殺菌奶的酸度為0.150%±0.014%，奶牛場生牛乳的酸度為0.165%±0.022%，乳品加工廠獲得牛奶的酸度顯著高于巴氏殺菌奶和牛場的生鮮牛乳，可能是由于乳品加工廠的牛奶在出售之前長時間的貯存或者運輸過程中被污染造成細菌生長繁殖引起酸度升高。

5.3 品種、胎次、泌乳階段和擠奶時間

生牛乳的滴定酸度與牛的品種有一定的關系，不同的品種滴定酸度有所不同，不同牛只個體所產的生牛乳的滴定酸度也有所不同。另外酸度隨著泌乳階段的改變而改變，泌乳早期所產的生牛乳酸度較高，其中初乳階段生牛乳的酸度最高。

5.4 季節因素

Najafi等[44]對伊朗呼羅珊省的1476個樣品情況進行了分析，其中123個樣品搜集于2006年4月到2007年3月間，結果顯示冬季的酸度是14.76°D，春季的酸度是14.75°D，夏季是14.84°D，秋季是14.81°D，各季節的生鮮牛乳的酸度差異不顯著。Hui Wang等[45]在2012年3月-8月通過對甘肅定西的180頭荷斯坦奶牛的牛奶樣品進行分析，發現4月份酸度急劇下降，從7.552°T到7.050°T，連續下降至7月份為6.106°T，然后8月份略微上升到6.206°T。

5.5 奶牛健康狀況

健康奶牛血液的pH值約為7.4，奶?；既榉垦讜r，乳腺膜的通透性會增加，更多的血液成分進入到牛奶中，使牛奶的p H增加，引起酸度降低。當體細胞數較高時，相應的酸度也會降低。

5.6 摻酸摻堿

牛奶具有一定的緩沖能力，加入酸或者堿等中和劑后，緩沖化合物可以抵抗酸度的變化。牛奶的緩沖化合物主要來自于水溶性的磷酸鈣鹽，檸檬酸鹽，碳酸氫鹽和蛋白質側鏈上的氨基和羧基。部分奶農為了掩飾牛奶酸度升高的現象在牛奶中加入堿類物質，牛奶中可能添加的堿性物質有碳酸氫鈉、碳酸鹽和氫氧化物等，它們會中和牛奶的酸度，引起礦物質在體內的聚集，導致腎結石，也可能造成體內重金屬砷和鉛的殘留，進而對健康造成危害。許多方法可以檢測牛奶中的中和劑，玫瑰紅酸檢測法，基于比色原理進行直接和間接灰分堿度的檢測，電化學法，電位滴定和酸堿滴定等。

5.7 溫度

牛奶的酸度隨著加熱溫度的變化而變化，牛奶的酸度可表達為氫離子的活性。牛奶溫度在25℃時，p H值通常在6.5-6.7。牛奶的酸堿平衡在加熱過程中會受到影響，引起酸度的改變。

牛奶擠出時大約含有200 mg/L的CO2，由于空氣中CO2的濃度很低，牛奶擠出后會損失部分CO2，隨后加熱、攪拌和真空處理的過程中進一步引起CO2損失，損失的CO2，會引起滴定酸度下降約0.02%（乳酸）。當加熱溫度超過100℃時，乳糖會降解生產有機酸，引起滴定酸度的增加。形成的有機酸中大多數是甲酸，乳酸約占5%[6]。

通過水的蒸發形成磷酸鈣膠體，也可以引起牛奶酸度的增加。相反，磷酸鈣膠體溶解到溶液中會導致氫離子濃度的降低，引起酸度的降低。

緩慢的冷凍也會引起牛奶酸度的增加，因為在緩慢冷凍形成冰的過程中，牛奶中的溶質濃縮，形成磷酸鈣沉淀，同時釋放氫離子。但是快速冷凍沒有這種效果，因為沒有時間發生這種變化。

6 展 望

近年來隨著人們生活水平的不斷提高和居民膳食結構的調整，奶及奶制品的消費量逐漸增加，但仍與世界平均水平有很大的差距，中國是世界上人口最多的國家，因此中國也成為奶及奶制品消費潛力最大的市場，給奶及奶制品企業帶來很大的機遇。生乳作為乳及乳制品生產加工的原料顯得尤其重要，從源頭上控制生鮮牛奶的品質，將直接涉及到整個牛奶產業的安全。

隨著政府監管力度的加強和優質乳工程的實施，中國乳及乳制品的質量得到了大幅度的提高，乳品質得到了進一步的改善。酸度作為衡量牛奶新鮮度的指標，進行相應的監測顯得十分重要，部分國家和地區已設置了相應的限量，但是隨著機械化擠奶、快速制冷和冷鏈運輸等技術的運用，發酵酸度對生鮮牛奶的酸度影響越來越小，比如從擠奶開始4 h內必須冷卻到10℃或10℃以下，擠奶結束2 h內必須冷卻到7℃或者7℃以下；應保證開始擠出的奶和最后擠出的奶混合溫度不超過10℃。如果擠出后在4 h內加工是不需要冷卻的，擠出后4 h內不能加工需要迅速冷卻，最好冷卻到4℃，因為此時水的密度最大，滲透壓對微生物的壓力最大，牛奶的儲存效果最好，抑制微生物的繁殖，從而抑制酸度的增加。因此，需要結合我國的國情制定出有利于提高牛奶質量、保證牛奶質量安全的限量要求。