UHT乳貯藏期間理化特性和感官品質的變化

劉海燕，任青兮，李啟明，馬鶯，*

（1.哈爾濱工業(yè)大學化工與化學學院，黑龍江哈爾濱150001；2.新控國際健康管理有限公司，四川成都610044；3.新希望乳業(yè)股份有限公司，四川成都610000；4.乳品營養(yǎng)與功能四川省重點實驗室，四川成都610000）

UHT 乳以其飲用方便、保質期長、食用安全性高以及可遠距離運銷等優(yōu)點，在我國液態(tài)奶的消費中所占比例正在逐年上升[1]。UHT 殺菌乳是商業(yè)無菌狀態(tài)，而并非絕對無菌，一些耐熱性微生物仍然存在于乳中[2]。因此，UHT 乳在不同貯藏期會發(fā)生不同程度的物理化學變化，從而產生一系列問題，如在貯藏期出現(xiàn)脂肪上浮、蛋白質膠凝和沉淀、風味和色澤的改變等[2]。影響UHT 乳品質的因素很多，如原料乳的品質、殘留酶促反應、貯藏溫度和貯藏時間等[3]。其中，貯藏時間被認為是影響UHT 乳品質的最重要因素，脂肪和蛋白質在貯藏過程中仍在持續(xù)的緩慢分解，從而導致產品品質的下降和貨架期的縮短[3]。

本研究監(jiān)測了UHT 乳的化學組成（基本成分和酸度、游離氨基酸、游離鈣離子、VC和泛酸）和物理性狀（粒徑和黏度）隨貯藏時間的變化，并初步探討了產生這些變化的原因，同時對各個貯藏階段UHT 乳的感官品質展開評價。通過分析UHT 乳的品質在貯藏期的變化，為液態(tài)乳儲運條件的選擇、口感風味的保護提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

UHT 乳：安徽新希望白帝乳業(yè)有限公司，并在4 ℃條件下貯藏不同時間。正辛醇、磷酸一氫鉀、磷酸二氫鉀、甲醇、鹽酸、硫酸鋅、過氧化氫、四甲基氫氧化銨：分析純，國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

牛奶成分測定儀（FT120）：丹麥福斯（FOSS）集團公司；氨基酸分析儀（121MB）：美國貝克曼庫爾特（Beckman Coulter）公司；液相色譜儀（LC-10AD）：日本島津（SHIMADZU）公司；鈣離子選擇性電極（9720BNWP）：美國 Thermo Fisher Scientific 公司；電感耦合等離子體質譜（7800）：美國安捷倫（Agilent）科技有限公司；離心機（4D-WS）：廣州吉迪儀器有限公司；qNano分析儀（CPC 100）：新西蘭 Izon Science 公司；流變儀（MCR 302）：德國 Technik GmbH 公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 基本成分測定

乳品成分快速分析儀用于乳中基本成分的分析，試驗結果以百分含量表示。

1.3.2 游離氨基酸的分析

取2.5 mL 待測樣品與10 mL 6 mol/L 鹽酸在水解管中混合，接著加入正辛醇并充氮密封，于110 ℃烘箱中保持24 h，冷卻后經濾紙過濾并定容到50 mL。取1 mL 溶液蒸發(fā)干燥，然后加入2.5 mL 0.02 mol/L 鹽酸溶解過濾待測，游離氨基酸的分析條件如下[4]，色譜柱：氨基酸專用分析柱（2.8mm×180mm 和2.8mm×80mm）；柱溫：54 ℃；進樣量：50 μL；流動相：檸檬酸緩沖液（pH 3.28、3.90 和 5.26）；流速：10 mL/min；茚三酮流速 5 mL/min；檢測波長：脯氨酸在440 nm 下檢測，其他氨基酸在570 nm 下檢測；采用柱后衍生。

1.3.3 維生素C 和泛酸的測定

取10 mL 牛乳加入適量0.1 mol/L 鹽酸超聲提取30 min，定容至 50 mL，經 0.3 μm 有機微孔濾膜過濾，取上清液待分析。維生素C 分析的色譜條件，色譜柱：AQ-C18 柱（4.6 mm×250 mm，5 μm）；柱溫：（30±1）℃；進樣量：20 μL；流動相：0.05 mol/L 磷酸二氫鉀 ∶甲醇（96 ∶4，體積比）；流速：1.0 mL/min；檢測波長：285 nm。采用外標法定量。

泛酸的測定參考GB5009.210-2016《食品安全國家標準食品中泛酸的測定》。稱取樣品約20 g，用鹽酸調節(jié)pH 值至4.5±0.1，加入5 mL ZnSO4溶液充分混合。用蒸餾水定容至50 mL，經0.45 μm 濾膜過濾后待測。取待測液10 μL 進行色譜分析。色譜條件如下，色譜柱：ODS-C18（4.6 mm × 250 mm，5 μm）；流動相：KH2PO4∶CH3OH（90 ∶10，體積比）；流速：1.0 mL/min；檢測波長：200 nm；柱溫：（30±1）℃；采用外標法定量。

1.3.4 鈣的釋放和利用率的測定

使用鈣離子選擇性電極測量游離鈣。每25 mL 待測樣品加入0.5 mL 離子強度調節(jié)劑（ionic strength adjusting reagent，ISA），在 30 ℃水浴中保持 5 min 記錄讀數(shù)。電感耦合等離子體質譜被用于乳中總鈣的分析[5]。參數(shù)如下：采用同心霧化器，霧化室溫度為2 ℃；射頻功率1 550 W；采樣深度8 mm；載氣流速1.03 L/min。

1.3.5 粒徑測定

qNano 分析儀被用于乳的粒徑分析。1 mL 牛乳樣品，采用4 500 r/min 離心10 min，收集上層分離相溶于10 倍體積的磷酸鹽緩沖溶液（phosphate buffered solution，PBS），然后使用 0.45 μm 微膜過濾，再用 PBS 緩沖溶液進一步稀釋1 000 倍待測，NP200 納米濾芯被用于乳中酪蛋白膠束的粒徑分析；牛乳樣品采用PBS緩沖溶液稀釋10 倍，然后采用5 μm 微膜過濾，接著被PBS 緩沖溶液稀釋1 000 倍，采用NP800 納米濾芯分析乳中脂肪球的尺寸。

1.3.6 黏度測定

采用Paar Physica 流變儀分析乳樣品的黏度。在鮑勃幾何形狀測量杯（CC27）中加入18.0 mL 的待測乳樣品，恒溫在 25 ℃，在 0.01 s-1～100 s-1的剪切速率下進行測量，測試時間為10 min。在工作站內進行結果分析并保存。

1.3.7 感官評價

對UHT 乳的感官品質進行風味描述分析（flavor profile analysis）。選取10 名經過系統(tǒng)的篩選和培訓的評定員，其中1 人擔任負責人。

制定描述詞匯表。每位評定員品嘗完樣品后將感知到的所有風味特征（香氣、風味、口感、余味等）分別記錄，負責人將所有描述詞匯總，小組討論改進詞匯，形成一份帶有定義的描述詞匯表。試驗前期確定了16個描述詞匯如下：

香氣（6）：巴氏奶味，黃油味，奶油味，蒸煮味，哈敗味。

味道（7）：甜味，咸味，奶腥味，塑料/化學味，椰子味，飼料味，苦味。

口感（4）：厚實，油膩感，粉感，澀感。

感官評價。評定員分別品嘗每個樣品，參照描述詞匯表按照感知的風味特征順序寫下相應描述詞，并給出此風味特征的強度的評價。品評后由負責人收集所有評價員的結果，進行統(tǒng)計分析。強度標度為0～5分：0 沒有；1 若有若無（存在性無法確認）；2 有一點（第一口有一點，第二口能夠確認）；3 明顯（第一口就有，明顯特征）；4 較強；5 極強。

1.3.8 統(tǒng)計分析

所有結果均重復3 次，以均值±標準方差（mean±sd）表示。使用Origin 軟件繪圖。使用SPSS 軟件中的方差分析（ANOVA）進行多重顯著性比較，采用鄧肯和塔姆黑尼T2 檢驗，P＜0.05 被認為在統(tǒng)計學上差異顯著。

2 結果與分析

2.1 牛乳貯藏期間化學性質的變化

2.1.1 UHT 乳中基本成分和pH 值的變化

UHT 乳可長時間運輸和貯藏，但是在長時間的貯藏期會發(fā)生一系列的物理化學反應，導致乳的成分和品質改變[4]。在6 個月貯藏期間，UHT 乳的基本成分和pH 值變化如表1 所示。

表1 UHT 乳貯藏期間乳成分和pH 值的變化Table 1 Changes in milk composition and pH in UHT milk during storage

UHT 乳的常規(guī)化學組分在低溫長時間貯藏期間的變化并不顯著，其主要成分：脂肪、蛋白質、乳糖、非脂固形物和總固形物的含量在貯藏期分別維持在3.76%～4.15%、3.11%～3.18%、4.26%～4.46%、8.49%～8.67%和12.04%～12.48%。在貯藏過程中，UHT 乳中蛋白質的水解和沉淀、脂肪的氧化和上浮以及乳糖的美拉德反應等仍在進行，這些物理化學反應會改變乳成分的結構和存在形式，但是其總量并無顯著地損失[3，5]。牛乳中的磷酸鹽、碳酸鹽和檸檬酸鹽等礦物鹽平衡，賦予牛乳以一種緩沖溶液。正常牛乳的pH 值在6.4～6.8 之間，但UHT 乳的pH 在貯藏過程均出現(xiàn)了一定的下降。造成貯藏期UHT 乳pH 值改變的原因很多，如膠體磷酸鈣的沉淀、酪蛋白的脫磷酸化、乳糖的降解以及乳中脂質和蛋白質的水解等[3，6]。

2.1.2 UHT 乳中游離氨基酸的變化

牛乳本身含有大量的非蛋白質含氮化合物，包括游離的（未結合蛋白質的）氨基酸（free amino acids，F(xiàn)AA）[7]。貯藏期間部分蛋白質還會水解產生少量FAA，F(xiàn)AA 能夠被人體直接吸收，其組成和含量與乳品的營養(yǎng)價值息息相關[8]。UHT 乳中FFA 的組成和含量在貯藏期的變化見表2。

表2 UHT 乳貯藏過程中游離氨基酸含量Table 2 Free amino acid content in UHT milk during storage（mg/L）

續(xù)表2 UHT 乳貯藏過程中游離氨基酸含量Continue table 2 Free amino acid content in UHT milk during storage （mg/L）

17 種FAA 被檢測到，GLU 含量最高。對每一種FAA 的含量進行方差分析，17 種氨基酸各自的含量在6 個月的貯藏期間均無顯著的差異（P＞0.05），但乳中FFA 的總量顯著升高，提高了5.35%。牛乳經過超高溫瞬時滅菌處理后，乳中的纖溶酶仍未完全失活，此外還存在著一些耐熱蛋白酶，它們造成了UHT 乳中蛋白質的水解和FFA 的釋放[3]。貯藏期間必需氨基酸（essential amino acid，EAA）的含量增加了5.60%，而非必需氨基酸（nonessential amino acids，NAA）的含量無顯著變化。這種差異可能跟牛乳中存在的高耐熱性纖維蛋白酶特異性水解乳中的酪蛋白有關。因此，貯藏期間水解形成的EAA 是造成FAA 總量上升的主要原因。EAA 是促進生長和維持人體正常代謝的重要物質基礎[9]，從營養(yǎng)學角度來說，UHT 乳FAA 的營養(yǎng)價值在貯藏期間并無損失。

2.1.3 UHT 乳中維生素C 和泛酸的變化

牛乳中維生素主要包括水溶性維生素（B1、B2、B5、B6、B12、葉酸以及抗壞血酸）以及脂溶性維生素（A、D、E、K 和胡蘿卜素）。維生素 C（vitamin C，VC）極易被氧化，熱穩(wěn)定性最差；泛酸（vitamin B5，VB5）對光和熱不敏感[10-11]。以 VC和泛酸為研究對象能代表性地反應UHT乳中維生素在貯藏期間的整體變化趨勢，具體結果見表3。

表3 貯藏期間UHT 乳中VC和泛酸含量Table 3 Free calcium content in UHT milk during storage

在6 個月的貯藏過程中，UHT 乳中VC損失了24.45%，這與文獻報道相一致[12]。并且VC的含量在貯藏的最初一個月內快速降低，損失了3.42 mg/100 g，而在接下來的5 個月來損失速率降低。VC作為最不穩(wěn)定的維生素，其質量濃度的不斷下降與諸多因素有關，包括起始濃度、水分活度、pH 值、氧氣、酶、金屬離子以及鹽和糖的濃度等[11-12]。貯藏初期體系的pH 值和氧氣濃度等條件有利于VC的降解，而后pH 值和氧氣濃度的降低放緩了VC的損失速率[12]。泛酸在6 個月的貯藏期也損失了29.27%。泛酸主要是以輔酶A（coenzyme A，CoA）或泛酰巰基乙胺（脂肪酸合成酶復合物）的形式存在，泛酸雖然對光和熱不敏感，但是CoA 和泛酰巰基乙胺是貯藏期間脂肪酸β-氧化和氨基酸氧化降解過程中C2 單元轉移的重要參與組分。UHT 乳在貯藏期發(fā)生的一系列理化反應，如蛋白質乙酰化、脂質氧化以及氨基酸降解等會降低和損耗乳中的泛酸[10]。因此，維生素在長時間貯藏期間會參與UHT 乳中的各類生化反應，造成UHT 乳營養(yǎng)價值的降低。

2.1.4 UHT 乳中游離鈣釋放量的變化

牛乳中鈣的存在形式直接影響酪蛋白膠束的穩(wěn)定性，進而決定牛乳的理化特性，如黏度、凝膠性和乳化性等[13]。在不同貯藏期間UHT 乳中游離鈣含量的變化見表4。

表4 貯藏期間UHT 乳中游離鈣含量的變化Table 4 Changes in free calcium content in UHT milk during storage

UHT 乳中游離鈣含量約為85 mg/L，這與文獻報道相一致[14-16]。UHT 乳中游離鈣含量在前3 個月的貯藏期間呈下降趨勢，減少了4.14%，而在貯藏6 個月后乳中游離鈣含量相較于未經貯藏的UHT 乳提高了6.73%。天然牛乳中鉀、鈉、氯等礦物鹽絕大多數(shù)以離子形式存在，而鈣、鎂和磷等以膠體相和游離相這兩種形式存在，并且維持著動態(tài)平衡。牛乳經過UHT 熱處理之后，鈣和磷酸鹽的平衡被不可逆或者部分可逆的破壞，這取決于加熱強度[16]。有研究顯示，熱殺菌后的牛乳在初始的貯藏階段，乳清相中約60%的鈣和40%的磷酸鹽轉移至膠體相，其中75%～90%的熱沉淀磷酸鈣被溶解。足夠時間的冷藏后，磷酸鈣的組成、溶解行為以及直接與酪蛋白結合的鈣的數(shù)量不會受到很大影響[16-17]。此外，貯藏過程中UHT 乳pH 值降低，磷酸鈣在相對較低的pH 值環(huán)境中溶解[6]。蛋白酶和微生物造成酪蛋白膠束結構的破壞而釋放出游離鈣[3]。這些復雜的理化反應共同導致了在貯藏期UHT乳中游離鈣含量的變化。

2.2 UHT乳貯藏期間物理性質和感官品質的變化

2.2.1 UHT 乳的粒徑變化

牛乳中乳脂肪球（milk fat globules，MFG）的粒徑大小是維持乳液穩(wěn)定性以及影響乳脂肪生物利用率的關鍵因素[18]。而乳中酪蛋白膠束的尺寸對于乳制品的結構和口感具有重要意義[19]。采用qNano 粒度分析儀搭配NP800 和NP4000 納米濾芯分別分析乳中MFG和酪蛋白膠束在貯藏期的粒徑變化，結果見表5。

表5 貯藏期間UHT 乳平均粒徑的變化Table 5 Changes in average particle size of UHT milk during storage

天然乳脂肪球的粒徑范圍是0.1 μm～15 μm，平均粒徑約4 μm[20]。試驗用UHT 乳中MFG 的粒徑大約為620 nm，因為其生產過程中經過均質工藝。均質是UHT 乳在長時間貯藏期預防脂肪上浮的標準化工藝，其有效地減小了MFG 的粒徑[21]。在貯藏的第1 個月，MFG 的粒徑顯著增加，貯藏3 個月后，粒徑顯著降低并基本維持不變。新鮮均質的MFG 特別不穩(wěn)定，小球之間傾向共享酪蛋白膠束（甚至單個酪蛋白膠束可以在兩個相鄰小球之間形成橋）聚集成簇或團塊（即均質簇）。在冷藏初期，依賴于pH 值以及礦物陽離子濃度和化合價，免疫球蛋白M（immunoglobulin M，IgM）活力較強，均質后破碎的MFG 發(fā)生類似于細菌或紅細胞的凝集，被稱為冷凝集[22]。這共同造成了貯藏初期MFG的粒徑增加，而所有食品乳液在熱力學上都是不穩(wěn)定的，因此UHT 乳在經歷足夠長時間的貯藏后會分解導致MFG 粒徑減小并維持穩(wěn)定。

UHT 乳中的酪蛋白膠束尺寸在160 nm～170 nm之間，這與文獻報道相一致[19-23]。在6 個月的貯藏期間，酪蛋白膠束的尺寸增大了10.7 nm。這是由UHT 熱處理后變性的乳清蛋白與酪蛋白之間的相互作用所導致的。經超高溫處理的液態(tài)奶中會有β-乳球蛋白與κ-酪蛋白的聚合體產生。這種聚合物附在膠束表面從而形成較大的蛋白凝膠網絡，并最終導致蛋白沉淀，影響牛奶的穩(wěn)定性[24]。這說明酪蛋白膠束的粒徑受均質處理的影響不大，但是長時間貯藏會對其尺寸產生較大改變。

2.2.2 UHT 乳的黏度變化

黏度在乳品加工上有重要意義，其影響因素很多，包括溫度、牛乳成分及加工工藝等[25]。剪切速率分別為10 s-1和50 s-1時，UHT 乳重復測量的平均黏度結果如表6 所示。

表6 貯藏期間UHT 乳黏度變化Table 6 Changes in viscosity of UHT milk during storage

所有的樣品表現(xiàn)出牛頓流體特性，即黏度不依賴于剪切速率。所有UHT 乳樣品的黏度在貯藏期內均無出現(xiàn)顯著的改變。有研究表明牛乳的黏度與加工的溫度緊密相關，均質乳在經過UHT 熱處理后，在溫度從常溫（25 ℃）升高到100 ℃的過程中，黏度有降低趨勢，而從100 ℃升高140 ℃的過程中，黏度呈現(xiàn)上升趨勢，并在140 ℃達到峰值[25]。這主要是因為熱處理使UHT乳中易變性的乳清蛋白與酪蛋白發(fā)生了凝膠化反應而聚集，增大了酪蛋白膠束之間的空間位阻而影響UHT 乳的表觀黏度[26]。本次試驗表明在低溫貯藏過程中，UHT 乳的理化性質維持穩(wěn)定，在恒定溫度和不同剪切速率條件下其黏度值基本維持不變。

2.2.3 感官評價

牛乳經過UHT 加熱殺菌后，以酯類和酮類為主風味物質的種類和含量顯著增加。此外，在貯藏期間，UHT 乳會發(fā)生一系列的色澤和風味變化，影響產品品質[27]。UHT 乳在6 個月貯藏期的感官品質評價結果見圖1。

圖1 貯藏期間UHT 乳的感官評價雷達圖和展開圖Fig.1 Radar diagram and expanded diagram of sensory evaluation of UHT milk during storage

新鮮的UHT 乳有巴氏奶味、甜味、厚實、黃油、奶油5 個基本屬性外，還有咸味、粉感、澀感、蒸煮味和油膩感5 個屬性，共10 個屬性。新鮮牛乳經過超高溫瞬時殺菌過程后，乳中的麥芽酚、甲基酮、3-羥基-2-呋喃酮、δ-葵內酯和γ-十二內酯以及乙酸乙酯等賦予了UHT 乳以獨特的風味，苯甲醛賦予了它苦杏仁味和焦味[28]。粉感可能是由于UHT 熱處理導致酪蛋白與脂肪的團聚，而咸味主要來源于乳中的氯化物[29]。蒸煮味主要來源于含硫氨基酸形成的揮發(fā)性含硫化合物[30]。低溫貯藏1 個月后，巴氏奶味、黃油、奶油、咸味、蒸煮味5 個屬性強度均有所降低，甜味、厚實、油膩感3 個屬性強度有所增加，粉感和澀感消失，新出現(xiàn)了椰子味，共9 個屬性。蒸煮味的減弱可能是因為含硫化合物在貯藏期被氧化以及參與了與褐變產物進一步的反應[31]。UHT 乳中的不飽和脂肪酸在貯藏期水解成羥基酸，經過β-氧化形成更多的δ-和γ-內酯，大量的內酯能產生椰子風味[29]。貯藏3 個月后，巴氏奶味、厚實、黃油、咸味、蒸煮味味較貯藏1 個月樣品的強度有所增強，在甜味和奶油的強度降低，油膩感消失，新出現(xiàn)苦味、塑料味和氧化味3 個屬性，共13 個屬性。后期乳中的風味改變可能是由于乳中假單胞菌等低溫菌產生的耐熱性蛋白酶和解脂酶造成了蛋白水解和脂肪氧化[32]。經歷6 個月的貯藏后，新出現(xiàn)了玉米味、金屬味以及陳腐味，共計16 個屬性。乳中蛋白質的進一步水解以及美拉德反應產生甲基酮等，造成UHT 乳較差的感官風味[27]。

由感官評定結果來看，牛乳在經歷高強度的熱處理的過程中發(fā)生了劇烈的理化反應，因此新鮮的UHT乳口感一般，有較重的澀感和蒸煮味。貯藏1 個月過程中，UHT 乳中發(fā)生了一系列非酶促水解反應，新鮮UHT 乳中產生不良風味的中間物被轉化，并產生了椰子味。此時，UHT 乳在色澤、氣味和口感方面具有更好的表現(xiàn)。貯藏3 個月后，UHT 乳的奶油味減弱，并伴有苦味、塑料味和氧化味。貯藏期到第6 個月時，UHT 乳的5 種基本屬性強度大幅度降低，且出現(xiàn)了玉米味、金屬味和陳腐味等許多不良風味。

3 結論

UHT 乳在不同貯藏階段的理化指標和感官特性均有不同程度的變化。其中，感官特性與貯藏期的各項理化反應息息相關，是UHT 乳品質變化的綜合體現(xiàn)。貯藏期間，UHT 乳中蛋白質、乳糖、乳脂肪以及固形物等大分子營養(yǎng)物質（第一前體物）的總含量的變化不顯著。乳中小分子前體物（單糖、氨基酸、脂肪酸以及肽類等）隨貯藏時間的影響較大，如隨貯藏時間的延長，游離氨基酸和游離鈣離子被逐漸釋放而含量增加；VC

和泛酸的含量逐漸降低，這些小分子前體物含量的變化是因為一些中間物（醇、醛、硫化物以及內酯等）的形成，這些中間物最終決定了不同貯藏階段的UHT 乳的感官品質和風味特征，同時伴隨著一系列的物理變化，如粒徑和黏度的改變。這為UHT 殺菌乳產銷各個環(huán)節(jié)的品控提供了一定的應用參考。