不同貯存條件下UHT咖啡牛奶中糠醛類化合物含量變化研究

曹慶 ，邢倩倩 ，扶曉菲 ，萬(wàn)嗣寶 ，游春蘋

（1.乳業(yè)生物技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室上海乳業(yè)生物工程研究中心光明乳業(yè)股份有限公司乳業(yè)研究院，上海200436；2.上海大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，上海200444；3.食品營(yíng)養(yǎng)與安全協(xié)同中心，江蘇無(wú)錫214122）

0 引 言

17 世紀(jì)60 年代荷蘭人首次將咖啡與牛奶混合，混合后的咖啡牛奶味道更加香醇。咖啡中含有豐富的維生素B、游離脂肪酸、咖啡因、單寧酸等營(yíng)養(yǎng)成分[1]，可以彌補(bǔ)普通牛乳中維生素含量不足的問(wèn)題[2]。近年來(lái)，隨著人們生活水平的提高，咖啡奶越來(lái)越受到消費(fèi)者的喜愛，但針對(duì)咖啡奶中糠醛類化合物的研究涉及較少。

已有研究表明，牛奶中的糖類物質(zhì)可與游離胺基發(fā)生美拉德反應(yīng)生成5-羥甲基糠醛及其它糠醛類物質(zhì)[3-5]，牛奶中的單糖也可在酸性條件下降解為5-羥甲基糠醛[6-7]。在整個(gè)反應(yīng)過(guò)程中，食品中部分氨基酸降解，并產(chǎn)生一些損害營(yíng)養(yǎng)的物質(zhì)，且美拉德反應(yīng)隨溫度的升高而加劇。因此，糠醛類化合物可作為監(jiān)測(cè)牛乳熱損傷程度的指標(biāo)[8-9]。另一方面，咖啡作為咖啡豆烘焙的產(chǎn)物，在咖啡豆褐變產(chǎn)生獨(dú)特香味的同時(shí)，也會(huì)在咖啡中積聚糠醛類物質(zhì)，影響咖啡奶的品質(zhì)。由牛奶和咖啡二者結(jié)合而成的咖啡奶，含有大量的單糖、蛋白質(zhì)等物質(zhì)，其化學(xué)組成更復(fù)雜。當(dāng)咖啡濃縮液與牛奶混合經(jīng)過(guò)超高溫滅菌（UHT）后，高溫條件繼續(xù)誘導(dǎo)美拉德反應(yīng)生成更多的糠醛類化合物。由此推測(cè)咖啡奶中糠醛類化合物含量高于一般的UHT奶，有必要對(duì)其所含糠醛類化合物的含量和貯存過(guò)程中糠醛類化合物含量的變化規(guī)律進(jìn)行研究。

糠醛類化合物的毒理學(xué)性質(zhì)尚未明確證實(shí)，但體外研究表明其有細(xì)胞毒性，具有致突變、致癌和遺傳毒性[10-11]。迄今為止，關(guān)于糠醛類化合物的研究主要集中于以下4 種：5-羥甲基糠醛（5-hydroxymethyl-2-furaldehyde，HMF）、2-糠醛（2-furaldehyde，F(xiàn)）、2-呋喃甲基酮（2-furyl-methyl ketone，F(xiàn)MC）和5-甲基糠醛（5-methyl-2-furaldehyde，MF）。已有研究表明HMF 是美拉德反應(yīng)中首先形成的糠醛化合物，其次是F、FMC 和MF[12]。歐盟食品安全委員會(huì)認(rèn)為每人每天攝入的HMF 上限為1.6 mg[13]。目前，糠醛已在多種食物中有所研究，如蜂蜜[14-15]、葡萄干[16-17]、奶粉[18]、桔汁[19]等。周碧青等人[14-15]用分光光度法測(cè)得蜂蜜中 HMF 的含量為20～40 mg/kg；Wang 等人[16-17]實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)紅葡萄干中HMF 含量高于綠葡萄干；Chávez S等人[18]研究發(fā)現(xiàn)6 個(gè)月左右的嬰兒HMF 每日攝入量在 0.63～3.25 mg 之間；Nagy 等人[19]發(fā)現(xiàn)當(dāng)桔汁中 HMF含量超過(guò)55 mg/L 時(shí)，感官小組可以品嘗到桔汁的口感發(fā)生了變化，因此桔汁中HMF 的含量可作為評(píng)價(jià)桔汁新鮮度的參考方法。

本文參考藥物研發(fā)穩(wěn)定性設(shè)置指導(dǎo)原則，首先研究高溫高濕影響因素下咖啡奶中糠醛類化合物含量變化，進(jìn)而研究加速保存條件下咖啡奶中糠醛類化合物的含量變化規(guī)律。本研究有助于了解咖啡奶中糠醛類物質(zhì)含量分布，并為該類產(chǎn)品貯存方式提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

某品牌咖啡奶，購(gòu)于上海某超市；草酸二水合物（純度99.5%～102.5%），上海安譜實(shí)驗(yàn)科技有限公司；三氯乙酸（純度≥99.0%），國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；糠醛標(biāo)準(zhǔn)品，5-羥甲基糠醛（純度98%，CAS 號(hào)：67-47-0）、2-糠醛（純度99.5%，CAS 號(hào)：98-01-1）、2-呋喃甲基酮（純度95.5%，CAS 號(hào)：1192-62-7）、5-甲基糠醛（純度99.6%，CAS 號(hào)：620-02-0），德國(guó)Dr.Ehrenstorfer 公司；乙腈與甲醇均為色譜純，德國(guó)默克股份兩合公司。

1.2 儀器與設(shè)備

PL2002 電子天平，梅特勒-托利多儀器上海有限公司；AL104 電子天平，梅特勒-托利多儀器上海有限公司；SK5210HP 超聲清洗儀，上海科導(dǎo)超聲儀器有限公司；DK-8B 電熱恒溫水槽，上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；ZWY-2102C 恒溫培養(yǎng)振蕩器，上海智城分析儀器制造有限公司；Beckman Avanti J-30I落地式離心機(jī)，美國(guó)貝克曼庫(kù)爾特有限公司；ICH1102 恒溫恒濕培養(yǎng)箱，美墨爾特有限公司；1200 型高效液相色譜儀，美國(guó)安捷倫科技有限公司；Milli-Q 超純水機(jī)，默克化工技術(shù)（上海）有限公司。

1.3 方法

1.3.1 高效液相色譜分析條件

選用填料粒徑為3 μm 的反相C18 色譜柱，色譜柱：Waters Atlantis T3(3.0 mm×15 cm，3 μm)；流動(dòng)相：流動(dòng)相 A 為水，流動(dòng)相 B 為乙腈；梯度洗脫：0～10.0 min，5%B～95%B，10.0～12.0 min，95%B～95%B，12.0～12.1 min，95%B～5%B，12.1～20.0 min，5%B～5%B；流速 0.6 mL/min；色譜柱溫度：30 ℃ ；進(jìn)樣量：5 μL；進(jìn)樣盤溫度：4 ℃；紫外檢測(cè)波長(zhǎng)：280 nm。

1.3.2 樣品的前處理

稱取15 g 牛乳樣品，加入5 mL 0.15 mol/L 當(dāng)日配置草酸100 ℃水浴加熱25 min，冷卻至室溫；然后加入3 mL 濃度40 g/mL 三氯乙酸溶液A，震蕩10 min后，4.355 g 離心15 min；取上清液倒入25 mL 容量瓶，濾渣加入5 mL 4 g/mL 三氯乙酸溶液B，震蕩10 min后，4.355 g 離心 15 min；上清液合并，加入4 g/mL，5 mL 三氯乙酸溶液B 定容至刻度；取適量液體過(guò)0.45 μm 尼龍濾膜，進(jìn)色譜儀分析。

1.3.3 影響因素實(shí)驗(yàn)

影響因素實(shí)驗(yàn)是在劇烈的條件下進(jìn)行，如光照、溫度、濕度、酸和堿等，了解咖啡奶在以上條件下的變化情況，可為咖啡奶的生產(chǎn)工藝，貯存條件提供參考信息。本文根據(jù)咖啡奶產(chǎn)品的特征，選取高溫及高濕兩個(gè)影響因素進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

高溫實(shí)驗(yàn)方法為：將樣品置于（60 ℃，濕度50%）的恒溫恒濕箱中，放置10 d。分別于0、5、10 d 取樣，檢測(cè)其中所含糠醛類化合物的含量。

高濕實(shí)驗(yàn)方法為：將樣品置于（25 ℃，濕度90%）的恒溫恒濕箱中，放置10 d。分別于0、5、10 d 取樣，檢測(cè)其中所含糠醛類化合物的含量。

1.3.4 加速保存實(shí)驗(yàn)

加速保存實(shí)驗(yàn)是在特定條件下進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)。主要用于評(píng)估短期偏離標(biāo)簽上的貯存條件對(duì)咖啡奶的質(zhì)量的影響（如在運(yùn)輸途中可能發(fā)生的情況），并為長(zhǎng)期試驗(yàn)條件的設(shè)置及加工工藝提供依據(jù)和支持性信息，為咖啡奶運(yùn)輸，貯存條件提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)，并初步預(yù)測(cè)樣品的穩(wěn)定性。

加速保存實(shí)驗(yàn)方法為：將樣品置于（37 ℃，濕度75%）的恒溫恒濕箱中，放置60 d。分別于0、5、10、20、60 d取樣，檢測(cè)其中所含糠醛類化合物的含量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Origin 對(duì)本文中的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并制圖，SPSS 22.0 統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，應(yīng)用單因素方差分析(One-way ANOVA)差異分析，p＜0.05 為統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著性差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 高溫條件

Arena S 等[20]通過(guò)2，4-二硝基苯肼（DNPH）與柱前衍生化結(jié)合法分析食物中HMF的含量，發(fā)現(xiàn)HMF主要存在于面包、咖啡及焦糖制品中。Murkovic M 等人研究發(fā)現(xiàn)咖啡粉中 HMF 的含量為 300～2 900 μg/g[21]。本文所用咖啡奶配料表每100 g約含1 g咖啡粉，咖啡所引入的HMF含量約為300～2 900 μg/100g，因此咖啡奶中HMF含量遠(yuǎn)高于UHT白奶的22.65～66.44 μg/100g[22]。HMF 易被氧化，咖啡奶中的HMF 處于一個(gè)被氧化分解和前體生成的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程之中[17，23]。高溫條件對(duì)咖啡奶中HMF 與F 的含量具有顯著影響，結(jié)果如表1和圖1 所示。高溫條件下HMF 的含量先迅速下降，由973.21 μg/100g迅速下降至682.52 μg/100g，然后緩慢下降，由 682.52 μg/100g 下降到 657.08 μg/100g；室溫避光保存條件（推薦保存條件）下HMF 的含量變化較小，由 973.21 μg/100g 升高至 1 080.63 μg/100g 而后下降至1 012.38 μg/100g；高溫條件下F 的含量由81.98 μg/100g 迅速下降至 58.66 μg/100g，而室溫避光保存下第10 天的F 含量與第零天相比無(wú)顯著變化。高溫條件與室溫避光條件的HMF 含量組間差異具有顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（p＜0.01），高溫條件下HMF 含量由 973.21 μg/100g 降至 657.08 μg/100g，而室溫避光保存條件下的HMF 則由973.21 μg/100g 升至了1012.38 μg/100g；高溫條件與室溫避光條件的F 含量組間差異也具有顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（p＜0.01），高溫條件下F 含量由81.98 μg/100g 降至58.66 μg/100g，而室溫避光保存條件下則由81.98 μg/100g升至96.37 μg/100g。呂文佳等[24]研究發(fā)現(xiàn)，咖啡中HMF的含量隨烘焙程度呈先上升后下降趨勢(shì)，其下降趨勢(shì)是由于咖啡中美拉德反應(yīng)進(jìn)行到了一定程度，糠醛類化合物分解為糠酸，并進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為二氧化碳逸出。本研究咖啡奶隨著貯存時(shí)間的延長(zhǎng)，HMF 含量反而要低于0 天時(shí)，原因可能為咖啡中的糠醛類化合物分解為糠酸，并轉(zhuǎn)化為二氧化碳逸出使得咖啡奶中HMF 含量呈下降趨勢(shì)。咖啡奶中的FMC 與MF 在本實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)條件下均未達(dá)檢測(cè)限。

表1 咖啡奶在室溫避光保存和高溫條件下糠醛含量的變化

2.2 高濕條件

高濕條件對(duì)咖啡奶中HMF 與F 含量的影響如表2 和圖2 所示。高濕條件與室溫避光保存對(duì)照組下的HMF 含量均無(wú)明顯變化，差異不具統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（p＞0.05）。兩種條件下F 的含量均在第5 天開始有所上升，在第10 天時(shí)明顯上升，其中，高濕條件下的F 含量由 78.50 μg/100g 增加到 130.78 μg/100g，室溫避光保存對(duì)照組的F 含量則由72.42 μg/100g 增加到98.45 μg/100g，F(xiàn) 含量在高濕條件下呈明顯上升趨勢(shì)。咖啡奶中的FMC 與MF 在本實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)條件下均未達(dá)檢測(cè)限。

圖1 咖啡奶在室溫避光保存條件和高溫條件下糠醛含量的變化

表2 咖啡奶在室溫避光保存和高濕條件下糠醛含量的變化

圖2 咖啡奶在室溫避光保存條件和高濕條件下糠醛含量的變化

2.3 加速保存條件

加速保存條件下的咖啡奶中糠醛變化如表3 和圖3 所示。加速保存條件下HMF 的含量在第5 天開始便呈現(xiàn)出明顯的下降趨勢(shì)，60 d 后從844.53 μg/100g降到481.74 μg/100g，室溫避光保存下咖啡奶的HMF含量在第20 天開始呈明顯下降趨勢(shì)，60 d 后從812.33 μg/100g 降到 625.56 μg/100g；F 的含量在加速保存條件和室溫避光保存均在后段40 天有所上升，其中，加速保存條件下，F(xiàn) 含量由 83.24 μg/100g 增加到142.41 μg/100g，室溫避光保存下F 的含量從79.27 μg/100g 增加到 154.33 μg/100g。F 的含量在兩種保存條件下的組間差異不具統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（p＞0.05）。咖啡奶中的FMC與MF在本實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)條件下均未達(dá)檢測(cè)限。

表3 咖啡奶在室溫避光保存和加速保存條件下糠醛含量的變化

圖3 咖啡奶在室溫避光保存條件和加速保存條件下糠醛含量的變化

3 結(jié) 論

本實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，高溫條件對(duì)咖啡奶中糠醛類化合物含量具有顯著影響，HMF 與F 含量均隨保存時(shí)間的延長(zhǎng)而迅速降低；高濕條件對(duì)咖啡奶中的HMF 含量沒有顯著影響；加速保存條件下的HMF 含量呈明顯下降趨勢(shì)，F(xiàn) 的含量呈上升趨勢(shì)。在高溫條件及加速保存條件下咖啡奶中HMF 及F 含量變化較為明顯，說(shuō)明糠醛類化合物在這些保存條件下很不穩(wěn)定，會(huì)發(fā)生快速的反應(yīng)，是否生成了其他有害健康的產(chǎn)物，尚需進(jìn)一步研究。室溫避光保存更有利于保持產(chǎn)品的穩(wěn)定性，因此一般建議室溫避光保存，在保質(zhì)期內(nèi)盡快飲用為佳。