巴氏殺菌乳在保質(zhì)期內(nèi)感官品質(zhì)的穩(wěn)定性分析

宋錚，遲雪露，潘明慧，艾娜絲，孫寶國(guó)

（北京工商大學(xué)北京食品營(yíng)養(yǎng)與人類健康高精尖創(chuàng)新中心北京市食品添加劑工程技術(shù)研究中心北京市食品風(fēng)味化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100048）

0 引 言

牛乳中含有多種對(duì)人體健康有益的脂肪、蛋白質(zhì)、糖類、維生素及微量元素，其中蛋白質(zhì)和鈣更是人體生長(zhǎng)發(fā)育所必需的營(yíng)養(yǎng)成分[1]。牛乳可直接供人食用、消化吸收率高、營(yíng)養(yǎng)成分全面、營(yíng)養(yǎng)成分比例適宜人類生理需要等優(yōu)勢(shì)被公認(rèn)為是一種比較理想的完全食品[2,3]。牛乳營(yíng)養(yǎng)較為完善且易消化吸收[4-6],在人們?nèi)粘Ｉ钪姓紦?jù)重要地位。隨著生活水平的提高以及健康意識(shí)的增加，人們對(duì)于牛乳的需求逐年上升。而生牛乳中含有金黃色葡萄球菌等致病菌類，必須經(jīng)過(guò)殺菌方可飲用，對(duì)原料乳的有效滅菌是必不可少的工序步驟。巴氏殺菌相比較于其他類殺菌方法，乳制品中的β-乳球蛋白變性率和糠氨酸含量均為最低[7]。乳品中營(yíng)養(yǎng)成分包括蛋白質(zhì)及大部分維生素基本無(wú)損失，蛋氨酸、葉酸、VC、VB1的損失率低[8]。巴氏殺菌在殺滅牛乳中致病菌的同時(shí)完好地保存了對(duì)人體有益的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和純正的口感[9-11]。在加工工藝方面，巴氏殺菌工藝加工過(guò)程簡(jiǎn)單、能耗水耗低、易操作，在加工成本上有優(yōu)勢(shì)[12]，提高乳制品的保質(zhì)期，逐漸成為主流的的原料乳殺菌工藝之一[13]。

目前，國(guó)內(nèi)外乳品研究領(lǐng)域針對(duì)乳制品屬性的研究主要集中于乳制品的營(yíng)養(yǎng)和安全方面，而在保質(zhì)期內(nèi)感官特性的研究鮮見報(bào)道，本文通過(guò)巴氏殺菌乳在保質(zhì)期內(nèi)不同時(shí)期的感官評(píng)價(jià)、色澤、粒徑、電子鼻四類實(shí)驗(yàn)對(duì)其在保質(zhì)期內(nèi)感官特性進(jìn)行研究，為后續(xù)優(yōu)化生產(chǎn)工藝和提升產(chǎn)品感官品質(zhì)提供科學(xué)的理論基礎(chǔ)。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 材料與儀器

鮮牛奶樣品采自北京三元食品有限公司所屬牧場(chǎng)泌乳期荷斯坦乳牛，將樣品轉(zhuǎn)移至避光容器中置于手提式冷藏盒中。并于兩小時(shí)之內(nèi)運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室，采用MilkoScan FT120乳成分分析儀測(cè)試鮮牛乳脂肪含量為3.2%、蛋白含量為3.2%、乳糖成分為5.4%，均為質(zhì)量分?jǐn)?shù)。測(cè)試結(jié)束后置于4±1℃冰箱備用。

1.2 儀器與設(shè)備

DF-101S型恒溫水浴鍋 鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司；Mastersizer 3000粒徑儀 馬爾文儀器有限公司；CR400型色度儀 日本柯尼卡美能達(dá)有限公司；MilkoScan FT120乳成分分析儀 福斯華(北京)科貿(mào)有限公司；PEN2便攜式電子鼻系統(tǒng) 德國(guó)Airsense公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 奶粉感官評(píng)價(jià)

感官評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)由8名人員組成評(píng)價(jià)小組，其中男性4名，女性4名，年齡范圍在22-30周歲。通過(guò)小組討論描述樣品的感官特性制得感官評(píng)價(jià)打分表，采用5分制，0分為無(wú)任何感官屬性強(qiáng)度，5分為等同于參照標(biāo)準(zhǔn)的感官屬性強(qiáng)度。具體評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見表1所示。從奶香味、奶油味、焦糖味、金屬味、甜味、異味、鮮味、澀味、咸味、苦味共10個(gè)屬性對(duì)其進(jìn)行感官評(píng)價(jià)。收集8名感官評(píng)價(jià)人員的數(shù)據(jù)結(jié)果，統(tǒng)計(jì)并繪制測(cè)試樣品的感官評(píng)價(jià)雷達(dá)圖。

表1 描述性檢驗(yàn)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

1.3.2 粒徑

采用馬爾文粒徑分析儀對(duì)不同脂肪含量的牛乳樣品進(jìn)行粒徑分析，樣品經(jīng)超純水稀釋至合適濃度，并設(shè)置聚合物選項(xiàng)為：milk，折光指數(shù)為1.340，測(cè)試溫度設(shè)置為25℃，實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次。

設(shè)置儀器參數(shù)，調(diào)節(jié)儀器溫度與室溫一致，初始化儀器，調(diào)整測(cè)量背景，取適量樣品滴入測(cè)量室內(nèi)。點(diǎn)擊測(cè)量即可測(cè)出膠乳粒。每次測(cè)量完畢后清洗測(cè)量室，更換稀釋液，重復(fù)三次實(shí)驗(yàn)。

1.3.3 色度的測(cè)定

使用色度儀進(jìn)行顏色測(cè)定，以比較不同脂肪含量的牛乳樣品顏色的差異。在測(cè)色儀預(yù)熱30min后，打開顏色管理軟件，采用CIELAB系統(tǒng)，進(jìn)行顏色校準(zhǔn)。先進(jìn)行黑板校準(zhǔn)，目標(biāo)罩是φ 30mmCM-A123；再進(jìn)行白板校準(zhǔn)，目標(biāo)罩是φ 8mmCM-A122。采用石英比色皿CM-A97(2mm)裝入四分之三容積的蒸餾水進(jìn)行白板校準(zhǔn)。校正完畢后，按0.5%、1.5%、2.5%、3.5%乳脂肪含量的順序測(cè)量樣品L、a、b值，每一個(gè)脂肪含量測(cè)量三組平行值。使用數(shù)據(jù)計(jì)算總色差，公式如下：

1.3.4 電子鼻實(shí)驗(yàn)

PEN 2便攜式電子鼻設(shè)備由10種傳感器組成，分別為 W1C、W5S、W3C、W6S、W5C、W1S、W1W、W2S、W2W和W3S，電子鼻的10種傳感器對(duì)不同的揮發(fā)性化合物組成靈敏度有所差異，電子鼻傳感器性能描述見表2。

表2 電子鼻傳感器性能描述

為了保證電子鼻測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性，電子鼻系統(tǒng)在檢測(cè)之前進(jìn)行預(yù)熱和校準(zhǔn)。取5 mL脫脂純牛奶樣品裝入電子鼻20 mL具橡膠塞樣品瓶中，同時(shí)加入1.0 g氯化鈉及轉(zhuǎn)子，水浴溫度設(shè)定40±2℃，30 rpm磁力攪拌10 min。水浴結(jié)束后將補(bǔ)空氣針和樣品吸收針插入20 mL具橡膠塞樣品瓶中。同一樣品平行之間傳感器清洗時(shí)間為300 s，自動(dòng)調(diào)零時(shí)間10 s，樣品準(zhǔn)備時(shí)間5 s，樣品測(cè)試時(shí)間60 s，進(jìn)樣流量300 mL/L。要求每種樣品測(cè)量前后，傳感器都要進(jìn)行清洗和標(biāo)準(zhǔn)化，以期消除漂移現(xiàn)象及減小實(shí)驗(yàn)誤差。為了保證電子鼻測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性，每個(gè)樣品五組平行，選取測(cè)定過(guò)程中55-60 s的數(shù)據(jù)進(jìn)行后續(xù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 感官評(píng)價(jià)結(jié)果分析

從巴氏殺菌乳感官評(píng)價(jià)雷達(dá)圖（圖1）中可以看出，咸味、甜味、鮮味變化幅度很小。奶香味和奶油味的感官指標(biāo)有小幅度的下降。72 h的樣品滋氣味有所變化，細(xì)微的澀味和異味開始被覺查出來(lái)，到168 h苦味也更明顯。奶油味、奶香味的感官?gòu)?qiáng)度在保質(zhì)期內(nèi)隨著時(shí)間的增加而降低。有研究指出，奶香味和奶油味主要來(lái)自于牛乳脂肪中的不飽和醛、酮類物質(zhì)[14]，醛酮類風(fēng)味物質(zhì)含量的變化導(dǎo)致了奶油味、奶香味感官?gòu)?qiáng)度的變化。不良風(fēng)味如金屬味、苦味、異味部分來(lái)源于脂類氧化，部分來(lái)源于脂肪酸、甘油單酯和甘油二酯中的短鏈脂肪酸如丁酸、己酸等產(chǎn)生[15]。其感官?gòu)?qiáng)度的升高，表明在保質(zhì)期內(nèi)隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，乳品逐步變質(zhì)并伴隨著感官品質(zhì)的劣變。保質(zhì)期內(nèi)巴氏殺菌乳的總體可接受性也隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而降低。

圖1 感官評(píng)價(jià)雷達(dá)圖

2.2 色澤

產(chǎn)品的色澤是消費(fèi)者選擇食品時(shí)考慮的主要因素之一，食品的色澤能反映出食品的成熟和新鮮程度，也是食品安全性和吸引力的重要指標(biāo)[16]。市售巴氏乳色澤得分和色度儀測(cè)定值如表3所示，其中，L*表示樣品的亮度，L*越大表明樣品亮度越大，反之樣品亮度越小。a*表示樣品的紅綠值，a*越大表明樣品越偏紅，反之偏綠。b*表示樣品黃藍(lán)值，b*越大表明樣品越偏黃，反之偏藍(lán)[17-18]，ΔEab*色差在8～72 h間的變化不顯著（P＞0.05），有略微上升，在72～168 h間變化顯著（P＜0.05），上升幅度加大，增長(zhǎng)率為256.28%。色度變化顯著（P＜0.05）。紅綠度參數(shù)a*、黃藍(lán)度參數(shù)b*值隨著時(shí)間的增加逐顯著（P＜0.05）減少，說(shuō)明牛乳色調(diào)的色度綠色增加，黃色逐漸變淡。a*、b*基礎(chǔ)數(shù)值很小，色度差變化值很小，保質(zhì)期內(nèi)處于不同貯藏時(shí)間巴氏殺菌乳顏色稍有差別，導(dǎo)致肉眼難以觀察到明顯區(qū)別。L*亮度值顯著（P＜0.05）下降，說(shuō)明在保質(zhì)期內(nèi)的牛乳樣品隨著時(shí)間的延長(zhǎng)亮度變暗。L*數(shù)值對(duì)牛乳色差數(shù)值影響較大，牛乳感官上的顏色變化主要是由亮度變化影響的。牛乳中的脂肪含量對(duì)黃藍(lán)值b*有很大影響，牛乳樣品隨著貯藏期的延長(zhǎng)，黃色變淡可能是由于牛乳中脂肪因氧化而含量降低的結(jié)果。另外巴氏殺菌是一種溫和的殺菌方式，相比于超高溫滅菌，不能消滅所含的所有微生物。牛乳在保質(zhì)期內(nèi)色澤的變化可能是由微生物活動(dòng)引起的。

表3 色度儀測(cè)定結(jié)果

2.3 粒徑

牛乳是以水為連續(xù)相，蛋白質(zhì)、脂肪（以油滴形式存在）為分散相不連續(xù)分散在水中形成的乳池液。乳液的粒徑大小及粒徑的分布都會(huì)影響牛乳蛋白的溶解性、穩(wěn)定性及產(chǎn)品的感官性狀等[19]。保質(zhì)期內(nèi)處于不同貯藏時(shí)間的巴氏殺菌乳樣品粒徑變化結(jié)果如圖2所示。牛乳的粒徑分布范圍主要分布在0.01～9 μm之間，粒徑最大體積峰在1.5 μm處。保質(zhì)期內(nèi)不同貯藏時(shí)間的牛乳粒徑分布圖形狀相同；隨著貯藏時(shí)間延長(zhǎng)，體積峰位置逐漸向右移動(dòng)，小于0.5 μm的顆粒增加，大于0.5 μm的顆粒減少。原因可能是牛乳中脂肪的氧化分解導(dǎo)致的大顆粒減少，小顆粒增加。小粒徑增加有利于牛乳顆粒分散，提高溶解度。若體系中存在過(guò)多大粒徑顆粒，會(huì)增加牛乳的不穩(wěn)定性。

圖2 巴氏滅菌乳8、72、168 h保質(zhì)期內(nèi)3種樣品粒徑分析結(jié)果

巴氏殺菌乳在保質(zhì)期內(nèi)的物理化學(xué)特性如表(表4）所示，處于不同保質(zhì)期內(nèi)的巴氏殺菌乳樣品中的顆粒平均直徑不同，因此界面面積也不同。168 h的巴氏殺菌乳樣品表面積平均粒徑D[3,2]和體積平均粒徑D[4,3]相較于8、72 h的巴氏殺菌乳樣品分別下降了4.14%和32%，界面比表面積上升了4.2%。顆粒群粒度大小Dv(50)也呈下降趨勢(shì)。說(shuō)明在保質(zhì)期內(nèi)的巴氏殺菌乳隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)一些理化特性發(fā)生改變。

表4 巴氏滅菌乳8、72、168 h保質(zhì)期內(nèi)3種樣品物理化學(xué)特性

2.4 電子鼻

由電子鼻對(duì)樣品進(jìn)行檢測(cè)后得到的數(shù)據(jù)為10個(gè)傳感器在1～60 s的響應(yīng)值，測(cè)試數(shù)據(jù)選取傳感器響應(yīng)趨于穩(wěn)定的結(jié)果，本實(shí)驗(yàn)選取50～60 s的數(shù)據(jù)為分析對(duì)象，采用主成分分析、聚類分析進(jìn)行處理，并對(duì)異常值進(jìn)行剔除。

2.4.1 主成分分析（PCA）

PCA是一種包含了向量分析和相關(guān)矩陣的分類技術(shù)，可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)數(shù)軸使數(shù)據(jù)間的最大差異性得以顯現(xiàn)。并通過(guò)降維計(jì)算得到一組新的數(shù)軸來(lái)捕捉整個(gè)數(shù)據(jù)集間的最大差異[20]。主成分分析圖以散點(diǎn)圖為基礎(chǔ)，每個(gè)點(diǎn)代表一個(gè)樣品，點(diǎn)之間的距離代表樣品之間特征差異的大小[21]。

通過(guò)PCA分析可以看出處于不同保質(zhì)期內(nèi)的牛乳樣品的分類貢獻(xiàn)的關(guān)系，在同一主體元件(PC1或PC2)下，揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)距離原點(diǎn)越遠(yuǎn)對(duì)顯示牛乳樣品區(qū)分差異的貢獻(xiàn)越大[22-24]。PCA圖的橫、縱坐標(biāo)分別表示在圖形轉(zhuǎn)換中得到的主成分1和主成分2的貢獻(xiàn)率，貢獻(xiàn)率越大，說(shuō)明主成分能更好的反應(yīng)樣品的信息[25]。

圖3 巴氏滅菌乳8、72、168 h保質(zhì)期內(nèi)3種樣品PCA分析結(jié)果

從處于不同保質(zhì)期內(nèi)巴氏殺菌乳樣品的PCA分析圖(圖3)中可知，第一主成分PC1的貢獻(xiàn)率為55.91%，第二主成分PC2的貢獻(xiàn)率為29.77%，總貢獻(xiàn)率為85.68%，表明PC1和PC2可以反映巴氏殺菌乳在保質(zhì)期內(nèi)不同階段的主要信息特征。電子鼻能夠較好地區(qū)分處于不同保質(zhì)期內(nèi)巴氏殺菌乳樣品氣味的差異，3個(gè)樣品被明顯區(qū)分開。每個(gè)樣品的5次重復(fù)數(shù)據(jù)點(diǎn)能夠很好的構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立的族群，表示電子鼻分析得到的樣品的重復(fù)性很好。從圖中可以看出，樣品的揮發(fā)性氣味隨著保藏時(shí)間的變化而變化。隨著保藏時(shí)間的延長(zhǎng)，樣品的氣味的響應(yīng)值的分布呈現(xiàn)一定趨勢(shì)，沿PC2軸看樣品與第二主成分負(fù)相關(guān)性增強(qiáng)，樣品在第二主成分可識(shí)別的香氣貢獻(xiàn)發(fā)生變化，變化趨勢(shì)顯示，這種香氣的變化是隨著貯藏時(shí)間的增加而逐漸改變的。

2.4.2 傳感器貢獻(xiàn)

圖4 傳感器對(duì)不同保質(zhì)期內(nèi)巴氏滅菌乳區(qū)分貢獻(xiàn)

傳感器對(duì)處于不同保質(zhì)期內(nèi)巴氏殺菌乳樣品的區(qū)分貢獻(xiàn)結(jié)果如圖（圖4）所示，第一主成分PC1的貢獻(xiàn)率為68.80%，第二主成分PC2的貢獻(xiàn)率為20.92%，總貢獻(xiàn)率為89.72%，貢獻(xiàn)率越大，說(shuō)明其主要成分可以較好地反映樣品多指標(biāo)的信息[26]。因此可以認(rèn)為PC1和PC2兩個(gè)主成分可以代表傳感器響應(yīng)的整體信息。W1S、W5C、W3C、W1C對(duì)樣品的區(qū)分及整體信息的采集貢獻(xiàn)較大。

2.4.3 聚類分析

聚類分析是把開始時(shí)參與聚類的每個(gè)樣本視為一類，根據(jù)兩類之間的相似性逐步合并，直至成為一個(gè)大類的一門技術(shù)[27]以便于用少量、有代表性的變量代替大變量集時(shí)，損失信息較少。本試驗(yàn)將電子鼻的的10根傳感器的響應(yīng)值作為變量，對(duì)樣品進(jìn)行聚類分析，結(jié)果如圖5所示。對(duì)處于不同保質(zhì)期內(nèi)巴氏殺菌乳樣品，10個(gè)傳感器的響應(yīng)程度有差異性的區(qū)分作用。W1C、W5C、W3C、W3S、W1W、W2W、W6S聚為一類，W5S、W1S起到另一種區(qū)分作用，W2S則是起到了第三種區(qū)分作用。其中W1C、W5C、W3C、W3S、W1W、W2W、W6S能夠在最小距離內(nèi)形成聚類，測(cè)出的風(fēng)味物質(zhì)含量歐氏距離小于5，說(shuō)明這7種傳感器對(duì)于樣品測(cè)出的風(fēng)味相似度非常高。

圖5 巴氏滅菌乳8、72、168 h保質(zhì)期內(nèi)3種樣品CA分析結(jié)果

3 結(jié)論

處于保質(zhì)期內(nèi)不同時(shí)期的巴氏殺菌乳感官品質(zhì)有較大差異。對(duì)保質(zhì)期內(nèi)不同時(shí)期的巴氏殺菌乳的感官屬性進(jìn)行感官評(píng)價(jià)，隨著保質(zhì)期延長(zhǎng)，奶香味和奶油味的感官指標(biāo)下降，澀味、異味和金屬味等不良感官指標(biāo)上升，乳品逐步變質(zhì)并伴隨著感官品質(zhì)的劣變，風(fēng)味變化明顯。隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)巴氏殺菌乳色度ΔEab*變深、綠色-a*顯著變深，黃色b*顯著變淡，亮度L*顯著變暗。對(duì)保質(zhì)期內(nèi)不同時(shí)期的巴氏殺菌乳進(jìn)行粒徑檢測(cè)，牛乳的粒徑分布范圍主要分布在0.01-9 μm之間，粒徑大小小于0.5 μm粒徑的顆粒增加，大于0.5 μm粒徑的顆粒減少。對(duì)保質(zhì)期內(nèi)不同時(shí)期的巴氏殺菌乳進(jìn)行電子鼻檢測(cè)。PCA分析結(jié)果顯示第一主成分PC1的貢獻(xiàn)率為55.91%，第二主成分PC2的貢獻(xiàn)率為29.77%，總貢獻(xiàn)率為85.68%。電子鼻對(duì)樣品整體風(fēng)味識(shí)別和區(qū)分效果良好，樣品與第二主成分負(fù)相關(guān)性增強(qiáng)，保質(zhì)期內(nèi)不同時(shí)期的巴氏殺菌乳風(fēng)味顯示出了差異。傳感器PCA結(jié)果顯示W(wǎng)1S、W5C、W3C、W1C對(duì)樣品的區(qū)分及整體信息的采集貢獻(xiàn)較大。W3S、W6S在第二主成分上對(duì)于區(qū)分三種不同保質(zhì)期牛奶的香氣貢獻(xiàn)較大。CA結(jié)果顯示傳感器W1C、W5C、W3C、W3S、W1W、W2W、W6S聚為一類，W5S、W1S聚為一類，W2S聚為一類。保質(zhì)期內(nèi)巴氏殺菌乳的感官屬性、色澤、粒徑、風(fēng)味等感官品質(zhì)隨著貯存期的延長(zhǎng)逐步發(fā)生改變。