超高壓殺菌技術對鮮駝乳品質的影響

趙越，夏亞男，劉康玲，雙全，張鳳梅

(內蒙古農業大學食品科學與工程學院，呼和浩特010018)

0引言

駱駝乳被認為是人類各類營養元素攝入的最佳來源之一，如蛋白質、脂肪、氨基酸、脂肪酸、乳糖、礦物質、維生素等[1]，并且其獨特的營養構成賦予駱駝乳十分廣泛的生物活性。諸多國家和地區已經將駱駝乳當作具有醫療保健作用的健康食品，其也常被用來對肝炎[2]，過敏反應[3]，糖尿病[4]等疾病進行輔助治療及預防，且效果較為良好。近些年來，駝乳及乳制品的開發利用得到了快速發展，但其研究與開發仍明顯落后于牛乳和羊乳，并且存在產品加工技術落后、產品組成單一和附加值低等問題。

超高壓技術（Ultra-high Pressure，UHP）或高靜壓技術（High Hydrostatic Pressure，HHP），是指利用100 MPa以上的壓力，使被處理食品中的酶類、蛋白質以及淀粉等大分子物質在常溫或較低溫度下發生失活、變性或糊化，同時對細菌等微生物產生致死效應的一種非熱食品處理方法[5]。熱處理在殺菌滅酶的同時會給食品造成不好的影響，而超高壓處理對食品對共價鍵的影響不明顯，所以對決定食品風味、營養、質地以及色澤的物質破壞力較小，可以保留食品獨特的自然風味和營養物質[6]。

為了滿足消費者對鮮駝乳天然、營養、安全的要求，本研究采用超高壓技術對鮮駝乳進行不同條件（處理壓力、保壓時間、樣品溫度）的超高壓處理，探索超高壓殺菌處理對鮮駝乳微生物、理化指標及感官特性等品質的影響，以提高加工乳的安全性和營養性，優化超高壓駝乳的最佳殺菌工藝參數，為鮮駝乳的開發、利用以及超高壓技術在乳品生產中的工業化應用奠定一定的理論和實驗基礎，以此來促進超高壓處理技術在食品加工方面的發展及應用。

1材料與方法

1.1材料與儀器

1.1.1材料與試劑

材料：鮮駝乳，內蒙古阿拉善盟阿拉善左旗金戈壁駝奶農牧業專業合作社。

試劑：平板計數瓊脂培養基(PCA)，環凱公司；結晶紫中性紅膽鹽瓊，廣東環凱微生物科技有限公司；乙醇、酒石酸、氯化鉀、鹽酸、氫氧化鉀，分析純，國藥集團化學試劑有限公司。

1.1.2主要儀器設備

超高壓設備HPP 600MPa/30L，包頭市科發高壓科技有限責任公司；雙人單面垂直凈化工作臺SW-CJ-2D，蘇州安泰空氣技術有限公司；生化培養箱SPX-150B-Z，上海博迅實業有限公司醫療設備；旋轉流變儀Haake RS6000，Thermo Fisher公司；高壓蒸汽滅菌鍋KG-SX-500，日本Insent公司；電子舌SA 402B，日本Insent公司。

1.2方法

1.2.1樣品的制備

取120 mL鮮駝乳（5℃）灌裝于聚乙烯塑料瓶內，密封后在室溫下進行超高壓處理，處理介質為蒸餾水，每個處理條件設三個平行?？瞻讓φ諡槭覝叵挛刺幚淼孽r駝乳。

1.2.2單因素試驗設計

（1）壓力條件試驗：處理壓力選擇300、400、500、600 MPa四個水平，處理時間為10 min。

（2）時間條件試驗：壓力為400 MPa，處理時間選擇5、10、15、20、25 min五個水平。10 m

（in3），使溫用度水條浴件鍋試驗分：別壓將力鮮為駝4乳00加 M熱Pa到，處2理0、時40間、6為0、75℃。

1.2.3正交試驗設計

在單因素試驗的基礎上優選出超高壓處理鮮駝乳的最優壓力、時間和樣品溫度，進行正交試驗，以菌落總數為評價指標，確定超高壓處理鮮駝乳的最佳工藝參數。

對經不同條件處理后鮮駝乳樣品進行編號，樣品編號及處理條件見表1。

1.2.4微生物總數的測定

菌落總數采用平板計數法進行測定，具體方法參照國標GB 4789.2-2016食品安全國家標準食品微生物學檢驗菌落總數的測定［7］。

大腸菌群采用平板計數法進行測定，具體方法參照國標GB 4789.3-2016食品安全國家標準食品微生物學檢驗大腸菌群計數［8］。

表1不同超高壓處理后鮮駝乳樣品的編號

1.2.5表觀黏度

用移液槍移取5 mL混勻的鮮駝乳樣品，利用Haake RS6000旋轉流變儀，在恒溫20℃、恒速30 r/min、時間間隔為6 s的條件下，連續測量20個數據點，采用王松松［9］的方法進行測定研究，檢測超高壓處理前后鮮駝乳樣品的表觀黏度隨剪切時間的變化情況，測定時長為2 min。

1.2.6感官特性測定

（1）色澤

使用色差計對樣品的色度進行測定，測試模式設定為反射，樣品的色度由L*、a*、b*三個參數表示：L*值代表亮度（暗→亮：0→100），a*值代表色澤的紅/綠度（綠→紅+），b*值代表色澤的黃/藍度（藍→黃+），總體色澤變化由△E表示，△E越大說明樣品的色澤變化程度越大。色差計算公式按照公式（1）：

（2）滋味的測定

使用SA 402B電子舌進行檢測。

2結果與分析

2.1單因素試驗

2.1.1超高壓殺菌處理對鮮駝乳菌落總數的影響

未處理的鮮駝乳菌落總數為3.9×104 CFU/mL，符合國標GB 19301-2010食品安全國家標準中對生乳微生物限量的要求[10]。當處理壓力為300 MPa時，鮮駝乳的菌落總數降低了一個數量級；壓力≥400 MPa時，超高壓處理對鮮駝乳菌落總數的致死率可以達到97%以上；壓力為600 MPa時，殺菌效果最好，菌落總數＜10 CFU/mL。這與雷亞軍[11]的研究結果一樣，超高壓處理條斑紫菜，對微生物殺滅效果最好的處理壓力為600 MPa。大腸菌群對壓力更為敏感，400 MPa及以上的壓力處理，對鮮駝乳大腸菌群數的致死率可以達到99%以上。這可能是因為不同的微生物具有不同的壓力閾值，當微生物達到致死壓力時，才會有滅菌效果[12]。

當處理壓力為400 MPa時，5 min的超高壓處理就可以使菌落總數降低一個數量級，并且致死率達到96.41%；在保壓時達到20 min時，致死率達到最大值為99.91%；當保壓時間延長至25 min時，菌落總數的致死率不再上升，而是達到一個穩定值。這與張勇[13]的研究結果一致，超高壓處理牛乳，隨著保壓時間延長，殺菌效果明顯提升，在保壓時間25 min，殺菌效果趨于緩慢。超高壓處理對大腸桿菌的致死效果更加明顯，當保壓時間為5 min時，大腸桿菌的致死率就可以達到99.41%；隨著保壓時間的延長，致死率有所增加，但上升的幅度并不明顯，當時間為20 min時，鮮駝乳樣品中未檢測到大腸桿菌。這與喬長晟[14]的研究結果一致，超高壓處理生鮮牛乳對大腸桿菌的殺滅作用明顯。

當處理壓力為400 MPa，處理時間為10 min時，樣品溫度對鮮駝乳中菌落總數的致死作用并沒有呈現出很好的線性相關關系，而是出現了波動。其中，當溫度為40℃時致死率最低，僅為97.18%，可能是由于40℃時是蛋白質和酶的適宜溫度。當溫度為5℃時，大腸菌群數的致死率就達到了99.75%；溫度為20℃時，腸菌群數已經＜10 CFU/mL。隨著樣品溫度的增加，壓力對鮮駝乳中大腸菌群的殺菌效果顯著。研究表明，革蘭氏陽性菌殺死需要600 MPa，而孢子類細菌需要高壓力，較長的保壓時間及加熱[15]。結果如表2所示。

2.1.2超高壓殺菌處理對鮮駝乳色澤的影響

新鮮正常的乳呈不透明的白色或稍呈淡黃色，這是乳的基本色調，乳的色澤是乳中酪蛋白膠粒及脂肪粒對光的不規則反射的結果。在不同的壓力、時間及溫度的條件下，超高壓處理與未處理的鮮駝乳相比L*值和b*值顯著降低（P＜0.05），a*值顯著增加（P＜0.05），可能是因為超高壓處理使酪蛋白膠束分散，駝乳的透光度增加，從而導致L*值降低。這與姜雪[16]的研究結果相似，經超高壓處理后的牛乳，L*值降低。但隨著保壓時間的延長，壓力處理對L*值的影響不明顯，說明處理時間對酪蛋白的裂解程度影響不大。這與雷亞軍[11]的研究相似，處理時間對L*影響不顯著。研究發現，△E是研究色澤變化程度的標準，當△E≥2時，通過肉眼可觀察到差異[17]。隨著壓力及保壓時間的增加，駝乳總色差△E≤2，說明不同的壓力及時間對駝乳整體色澤影響較小，肉眼觀察無明顯變化。不同溫度處理駝乳，除了樣品溫度為5℃和60℃的超高壓處理外，其余各處理的總色差△E均＞2，這說明對鮮駝乳進行加熱處理后再進行超高壓處理，對樣品的色澤影響較大。結果如表3所示。

2.1.3超高壓殺菌處理對鮮駝乳黏度的影響

黏度在乳品加工上有著重要的意義，可以用來對材料流動性做出相對的比較及評價。在相同的條件下通過對樣品的表觀黏度進行測定，可以從一定程度上反映出樣品的內部結構特性和變化。未經超高壓處理的鮮駝乳的表觀黏度隨著剪切時間的延長基本保持不變，而超高壓處理后呈現下降的趨勢且最終保持穩定。300 MPa和500 MPa處理的鮮駝乳的表觀黏度變化量較小，說明這兩個壓力處理的鮮駝乳穩定性較好。600 MPa高壓處理的鮮駝乳初始表觀黏度最大，抗剪切的能力最強，且對剪切最敏感。這可能是由于超高壓處理使鮮駝乳蛋白質結構發生改變的同時，使氨基酸的親水基團增多，導致水分子的水化作用增強，水化層加厚，從而使駝乳的黏度增大[18]。這與的JPereda[19]研究結果相似，300 MPa處理牛乳形成脂肪聚集體，而200 MPa條件下沒有觀察到，說明隨著壓力增加表觀黏度隨之增加。這可能是受酪蛋白膠束聚集體和熱變性乳清蛋白的影響。

超高壓處理后鮮駝乳樣品的表觀黏度明顯高于未處理的鮮駝乳，這說明超高壓處理可以改變駝乳的結構和質地，使得鮮駝乳的表觀黏度增加。20 min的超高壓處理條件下，鮮駝乳的初始表觀黏度達到最大值，為13.80×10-2 Pa·s。其中5、10和15 min超高壓處理條件對鮮駝乳表觀黏度的影響效果基本一致。

超高壓處理可以顯著增加鮮駝乳的表觀黏度（P＜0.05），但是樣品溫度和表觀黏度之間并沒有良好的線性關系，說明超高壓處理使得駝乳中的蛋白質發生變性和凝固，導致樣品流動性變差，黏度增大，但樣品溫度和壓力同時作用下的黏度變化規律還需進一步確定。當樣品溫度為40℃時，鮮駝乳的初始表觀黏度最大，為37.800×10-2 Pa·s；當剪切速率為30 r/min時，除了未處理的鮮駝乳外，其他各處理的表觀黏度均隨著剪切時間的增加而降低，其中40℃處理的鮮駝乳下降幅度最大。結果如圖1所示。

表2不同超高壓處理對鮮駝乳菌落總數的影響

表3不同超高壓處理對鮮駝乳色澤的影響

圖1不同超高壓處理對鮮駝乳黏度的影響

2.1.4超高壓殺菌處理對鮮駝乳滋味的影響

滋味是影響食品感官特性的重要指標，通過感官鑒評方法對食品的滋味進行評價。鮮駝乳的滋味主要以咸味和鮮味為主，酸味值最低。超高壓處理后駝乳樣品與未經超高壓處理的鮮駝乳相比的酸味、苦味和澀味顯著降低(P＜0.05)，咸味和鮮味顯著上升(P＜0.05)。有研究表明，滋味的改變可能是由于乳中呈味氨基酸含量增加所引起的[17]。經超高壓處理后，駝乳的蛋白質被水解，游離氨基酸含量增加。

當處理壓力為400 MPa時，延長保壓時間對鮮駝乳的苦味、澀味、咸味、苦回味和豐度影響不顯著（P＞0.05），而對酸味、澀回味、鮮味和甜味有顯著影響（P＜0.05）。不同保壓時間的超高壓處理后鮮駝乳的酸味均下降，澀回味和鮮味則全部增加，除了5 min處理甜味顯著增大（P＜0.05），其余各處理均甜味均降低。這說明超高壓處理對鮮駝乳的滋味有一定的改善作用，但隨著保壓時間的延長，壓力處理對滋味的影響不明顯。不同樣品溫度對鮮駝乳的各滋味的影響無明顯規律性。當樣品溫度在40～60℃時，壓力處理顯著增加了駝乳的酸味（P＜0.05），而其他溫度處理則顯著降低（P＜0.05）；經高壓處理后，駝乳鮮味值顯著增大（P＜0.05），其中高溫和低溫處理效果明顯。張勇等[20]采用超高壓儀器以不同壓力、時間及溫度處理牛乳，通過測定發現超高壓處理后的牛乳中蛋白質發生變性，共價鍵遭到破壞，使氨基酸含量上升。結果如圖2所示。

2.2正交試驗

綜合處理壓力、保壓時間及樣品溫度的單因素試驗，根據殺菌效果確定最佳的正交水平，選用L9（34）正交表進行試驗方案設計，以未處理的鮮駝乳作為對照，處理后立即測定樣品的菌落總數。因素水平設置如表4所示，試驗結果及方差分析見表5。

圖2不同超高壓處理對鮮駝乳滋味的影響

表4超高壓處理鮮駝乳正交試驗表

表5超高壓處理鮮駝乳對菌落總數致死條件的優化結果

根據菌落總數的致死率優選超高壓處理鮮駝乳的最優條件。由表5中的k值可知，超過壓處理的最優組合為A 3B3C 3，即處理壓力600 MPa、保壓時間20 min、樣品溫度55℃；分析極差結果可知：R A＞R C＞R B，所以以上三個影響因素對菌落總數滅菌效果的作用大小順序為：處理壓力＞樣品溫度＞保壓時間。但在本次試驗中，其他菌落總數致死率達到100%的條件也是優 化 條 件：A 1B3C 3、A 2B1C 2、A 2B2C 3、A 3B1C 3、A 3B2C 1、A3B3C 2，即：400 MPa、20 min、55℃，500 MPa、10 min、50℃，500 MPa、15 min、55℃，600 MPa、10 min、55℃，600 MPa、15 min、45℃和600 MPa、20 min、50℃。最終由驗證試驗可得，超過壓殺菌處理的最優組合為600 MPa、20 min、55℃，此時菌落總數的致死率為100%。

3結論

超高壓處理對鮮駝乳有著顯著的殺菌作用，且隨著處理壓力及時間的增加殺菌效果越好，其中600 MPa，20 min處理對鮮駝乳微生物的致死率最大，但當時間超過20 min后，微生物的致死率無明顯變化。隨著壓力及時間增加，鮮駝乳的L*值和酸味降低，鮮味增加，對咸味無明顯影響，這說明超高壓處理駝乳之后滋味得到改善。高壓處理后的駝乳，表觀黏度增加，壓力及時間的增大會有些許結塊現象，需要后續試驗驗證。不同樣品溫度與微生物致死率并沒有呈現出良好的線性關系，當樣品溫度為40℃時致死率最低，超高壓殺菌處理的結果最差，這有待繼續研究。根據處理條件對鮮駝乳微生物致死率的影響，由正交試驗優選出超高壓處理鮮駝乳的最優條件為處理壓力600 MPa、保壓時間20 min、樣品溫度55℃，且處理因素對菌落總數滅菌效果的作用順序為：處理壓力＞樣品溫度＞保壓時間。綜上可以得出，超高壓處理對鮮駝乳具有良好的殺菌作用，同時提升了滋味，因此，在今后的的生產加工中超高壓殺菌具有很大的應用前景。