光氧化對(duì)超高溫滅菌乳感官品質(zhì)的影響研究

王少雷 譚冬飛 張清陽(yáng) 蘇美丞 張霞 賈曼 陳剛

摘 要：目的：分析影響牛奶光氧化反應(yīng)的主要環(huán)境因素，為超高溫滅菌乳貨架期內(nèi)合理儲(chǔ)藏和包裝方式的選擇提供科學(xué)依據(jù)。方法：對(duì)比透明瓶中中國(guó)荷斯坦牛超高溫滅菌奶在26 ℃儲(chǔ)藏溫度下，不同光照強(qiáng)度和不同含氧量時(shí)產(chǎn)生的感官差異。結(jié)果與結(jié)論：牛奶光氧化引起的感官差異只在光照和氧氣同時(shí)存在時(shí)產(chǎn)生，并與光照強(qiáng)度和氧氣含量呈正相關(guān)。

關(guān)鍵詞：UHT;光氧化;感官評(píng)價(jià)

光導(dǎo)致乳品風(fēng)味變化對(duì)于乳品行業(yè)來(lái)說(shuō)是一個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題，包裝材料對(duì)于避免這種特殊的牛奶變質(zhì)至關(guān)重要，不同包裝材料的透氣性和透光性不同，目前市場(chǎng)上常采用利樂(lè)[1]、百利[2]等遮光材料包裝，此類包裝牛奶的溶氧量基本不隨貯存時(shí)間的增加而發(fā)生變化，且遮光性能強(qiáng)[3]。近年來(lái)，市場(chǎng)上出現(xiàn)大量透明包裝材料牛奶，同消費(fèi)者“看得見的安全”理念相符合，因此吸引了不少消費(fèi)者嘗鮮購(gòu)買，但在其儲(chǔ)藏在貨架期的過(guò)程中會(huì)發(fā)生光氧化反應(yīng)。牛奶中的光氧化分為光解自氧化（即主要由脂質(zhì)引起的紫外線誘導(dǎo)的自由基產(chǎn)生）或光敏氧化（在存在光敏劑的情況下發(fā)生）[4-5]。牛奶中最常見的光敏劑為核黃素，在全脂牛奶（通常為3.5%脂肪）中濃度為141 μg/100 g [6]。其機(jī)理主要是光照產(chǎn)生能量被牛奶中的光敏劑（核黃素、葉綠素[7]、四吡咯[8]等）吸收，變?yōu)橐子诨鶓B(tài)氧反應(yīng)的高能狀態(tài)，產(chǎn)生單線激發(fā)態(tài)氧。單線激發(fā)態(tài)氧為超強(qiáng)氧化劑攻擊電荷高密度區(qū)域（雙鍵），產(chǎn)生不穩(wěn)定的六元環(huán)過(guò)渡態(tài)，通過(guò)雙鍵位移反式構(gòu)象的氫過(guò)氧化物并繼續(xù)分解為有害物質(zhì)，進(jìn)而對(duì)牛奶品質(zhì)產(chǎn)生影響[9-11]。牛奶光氧化是限制牛奶貨架期的主要原因之一，光氧化對(duì)牛奶中蛋白質(zhì)影響主要分為兩種：一是光線直接作用于蛋白質(zhì)中的芳香族氨基酸、色氨酸和苯基丙氨酸，導(dǎo)致肽鏈斷裂蛋白質(zhì)變性，產(chǎn)生異味和毒害物質(zhì);二是光線作用于光敏劑產(chǎn)生單線態(tài)氧將蛋氨酸氧化成硫醇、硫化物、二甲基二硫化物等，能使牛奶產(chǎn)生異味而變質(zhì)的物質(zhì)影響牛奶品質(zhì)[11-13]。牛奶中脂肪的光氧化主要是單線態(tài)氧作用于油脂的不飽和脂肪酸雙鍵上，形成不穩(wěn)定六元環(huán)結(jié)構(gòu)，分解產(chǎn)生醛、酮、酸等物質(zhì)[9，13];此外，光氧化會(huì)破壞牛奶中的維生素，牛奶中的光敏劑吸收光能產(chǎn)生單線態(tài)氧，破壞維生素分子上的二、三鍵，降低牛奶營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[14-16]。本研究旨在通過(guò)對(duì)比不同光照強(qiáng)度、灌裝液面和牛奶品種對(duì)UHT奶貨架期內(nèi)光氧化程度和感官品質(zhì)的影響，找到牛奶光氧化反應(yīng)關(guān)鍵影響條件，為UHT奶的合理儲(chǔ)藏和銷售提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

從四川新希望乳業(yè)有限公司采集中國(guó)荷斯坦生牛乳。

1.2 儀器

APV1000均質(zhì)機(jī)，北京漢默泰克流體技術(shù)有限公司;PT-20T實(shí)驗(yàn)室小型超高溫滅菌機(jī)，上海沃迪科技有限公司;TF-AS1無(wú)菌填充室，上海沃迪科技有限公司;MT-4617LED燈用照度計(jì)，臺(tái)灣寶工實(shí)業(yè)股份有限公司;UPT-Ⅱ-10T超純水機(jī)，四川優(yōu)普超純科技有限公司;RW-20攪拌器套裝，廣州艾卡儀器設(shè)備有限公司;無(wú)菌耐熱瓶，杭州全泉科技有限公司;日光燈。

1.3 方法

通過(guò)酒精實(shí)驗(yàn)[17]和煮沸試驗(yàn)[18]對(duì)生牛乳品質(zhì)檢測(cè)，確定采集的生乳樣品正常。采集預(yù)冷后的中國(guó)荷斯坦牛奶生牛乳30 L，用攪拌器攪拌均勻，分裝入小桶后在微波爐上進(jìn)行水浴預(yù)熱至60 ℃。于180～200 bar進(jìn)行均質(zhì)，均質(zhì)后的樣品進(jìn)行138 ℃殺菌5 s的超高溫瞬時(shí)滅菌，在無(wú)菌罐裝室進(jìn)行灌裝。灌裝后將樣品按如下處理進(jìn)行儲(chǔ)藏，5 d后由6名專業(yè)人士組成的感官評(píng)定小組進(jìn)行感官品評(píng)，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析。

根據(jù)加速試驗(yàn)要求通過(guò)改變超高溫滅菌乳的儲(chǔ)存環(huán)境，在短時(shí)間內(nèi)影響牛奶物理或化學(xué)等理化因素，模擬自然條件下商品品質(zhì)的變化，從而預(yù)測(cè)其貨架期與實(shí)際儲(chǔ)存運(yùn)銷環(huán)境之間的關(guān)系[19]。據(jù)此設(shè)置牛奶于26 ℃儲(chǔ)存條件下，進(jìn)行不同光照強(qiáng)度（0、2 000、4 000、6 000 Lux）、不同液面高度（1/4、2/4、3/4、4/4）、不同光照時(shí)長(zhǎng)（1、2、3、4、5 d）的處理后，根據(jù)附表進(jìn)行感官評(píng)價(jià)做好記錄存于-20 ℃避光備用。

2 結(jié)果與分析

2.1 光氧化樣品滋味分析

2.1.1 不同光照強(qiáng)度對(duì)牛奶光氧化程度和感官評(píng)價(jià)的影響 對(duì)感官評(píng)價(jià)結(jié)果使用IBM SPSS Statistics 25軟件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化后，經(jīng)過(guò)GraphPad Prism 7軟件處理后得到如上結(jié)果，并使用IBM SPSS Statistics 25軟件進(jìn)行顯著性分析。由圖1可以看出，UHT牛奶儲(chǔ)存在26 ℃時(shí)，與0 Lux（遮光樣品）相比，光照強(qiáng)度為2 000、4 000、6 000 Lux對(duì)牛奶感官影響大差異顯著（P<0.05），但隨著光照強(qiáng)度的增加感官評(píng)價(jià)得分無(wú)明顯差異（P>0.05），可能是由于氧氣含量很高，在光照第一天時(shí)就可能達(dá)到感官品嘗的最大閾值，品嘗者已無(wú)法接受，故得分普遍偏高。由圖2、圖3可以看出，當(dāng)牛奶灌裝液面恒定時(shí)，感官評(píng)價(jià)得分在0 Lux時(shí)最低，隨著光照強(qiáng)度的增加感官評(píng)價(jià)得分不斷增加，在6 000 Lux時(shí)達(dá)到最高，表明隨著光照強(qiáng)度的增加牛奶光氧化反應(yīng)的程度不斷增加，產(chǎn)生含硫化合物和羰基化合物，使得品評(píng)人員打分偏高。由圖4可以看出，當(dāng)灌裝液面為4/4（即上層空氣含量為0）時(shí)，隨著光照強(qiáng)度的變化，感官評(píng)價(jià)得分并沒(méi)有較大差異（P>0.05），表明當(dāng)牛奶包裝中氧氣含量很低（接近0時(shí)），光氧化程度受到光照強(qiáng)度變化的影響很小。

2.1.2 不同氧氣含量對(duì)牛奶光氧化影響 對(duì)感官評(píng)價(jià)結(jié)果使用IBM SPSS Statistics 25軟件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化后，經(jīng)過(guò)GraphPad Prism 7軟件處理后得到如上結(jié)果，并使用IBM SPSS Statistics 25軟件進(jìn)行顯著性分析。由圖5可以看出，UHT牛奶在儲(chǔ)存在26 ℃時(shí)，光照強(qiáng)度為0 Lux時(shí)，灌裝液面高度變化并不會(huì)對(duì)光氧化感官評(píng)價(jià)得分造成影響（P<0.05）。因此當(dāng)牛奶處于遮光時(shí)，光氧化程度很小，且不會(huì)受到含氧量影響。由圖6～8可以看出，在相同光照強(qiáng)度下，隨著灌裝液面高度的降低，感官評(píng)價(jià)得分不斷增加且差異明顯（P>0.05），表明在有光照存在情況下，光氧化程度隨著氧氣含量的增加不斷加重，導(dǎo)致產(chǎn)生的含硫化合物和羰基化合物增加，進(jìn)而影響口感。

2.2 光氧化樣品組織狀態(tài)和色澤分析

對(duì)光照后的樣品進(jìn)行感官評(píng)價(jià)時(shí)，需要剔除出現(xiàn)乳清析出或者粘度增加的牛奶，因?yàn)檫@些牛奶可能在灌裝時(shí)瓶口消毒不徹底，使其受到微生物污染發(fā)生變質(zhì)。通過(guò)色澤對(duì)比可以得出，牛奶在受到光照后出現(xiàn)顏色由淡黃色變?yōu)榧儼咨鶕?jù)徐雯等[20]的研究表明，牛奶光照后顏色變化，主要是由于光照對(duì)牛奶中的光敏劑尤其是核黃素的降解作用產(chǎn)生[20]。

3 結(jié)論

根據(jù)感官評(píng)價(jià)結(jié)果可以得出，光照和氧氣含量對(duì)牛奶光氧化影響顯著，光照和含氧量在UHT牛奶儲(chǔ)藏過(guò)程發(fā)生的光氧化反應(yīng)中起重要作用。當(dāng)牛奶暴露在可見光下會(huì)產(chǎn)生與蛋白質(zhì)和脂類氧化有關(guān)的異味，如由蛋氨酸降解引起的硫化合物和脂肪酸產(chǎn)生的羰基化合物（醛和酮）[13]。在光照強(qiáng)度為0 Lux或者在灌裝滿瓶時(shí)，牛奶光氧化反應(yīng)速率大大降低，而工廠在灌裝時(shí)由于運(yùn)送過(guò)程顛簸無(wú)法達(dá)到滿瓶效果勢(shì)必會(huì)有氧氣存在，故遮光是最有效的減輕光氧化反應(yīng)的措施。而目前市場(chǎng)上出現(xiàn)的小白袋牛奶，成本固然降低但單純的透明包裝造成的光氧化使得產(chǎn)品風(fēng)味變差，影響儲(chǔ)藏時(shí)間，因此UHT奶在儲(chǔ)藏和銷售過(guò)程中應(yīng)避免光線照射。◇

參考文獻(xiàn)

[1]Oskars Platnieks，Anda Barkane，Nika Ijudina，et al.Sustainable tetra pak recycled cellulose / Poly（Butylene succinate）based woody-like composites for a circular economy[J]. Journal of Cleaner Production，2020（270）：122321.

[2]錢曙.淺析中國(guó)的百利包——百瑞包[J].飲料工業(yè)，2007（12）：4-6.

[3]桂仕林，邢慧敏，郭利春，等.包裝類型對(duì)牛奶溶氧量的影響研究[J].農(nóng)產(chǎn)品加工，2012（10）：67-69、73.

[4]Limbo Sara，Pellegrino Luisa，DIncecco Paolo，et al.Storage of pasteurized milk in clear PET bottles combined with light exposure on a retail display case：a possible strategy to define the shelf life and support a recyclable packaging[J]. Food Chemistry，2020（329）：127116.

[5]Aili Wang，Susan E.Duncan，Nicole W.Whalley，et al.Interaction effect of LED color temperatures and light-protective additive packaging on photo-oxidation in milk displayed in retail dairy case[J]. Food Chemistry，2020（323）：126699.

[6]Wold Jens Petter，Skaret Josefine，Dalsgaard Trine Kastrup.Assessment of the action spectrum for photooxidation in full fat bovine milk[J]. Food Chemistry，2015（179）：68-75.

[7]N Intawiwat，J P Wold，J Skaret，et al.Minimizing photooxidation in pasteurized milk by optimizing light transmission properties of green polyethylene films[J]. Journal of Dairy Science，2013，96（11）：6818-6829.

[8]Airado-Rodríguez Diego，Intawiwat Natthorn，Skaret Josefine，et al.Effect of naturally occurring tetrapyrroles on photooxidation in cows milk[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry，2011，59（8）：3095-3914.

[9]劉曉庚.光氧化及其對(duì)食品安全的影響[J].食品科學(xué)，2006（11）：579-583.

[10]唐平，金建昌，劉東紅.食品品質(zhì)的光影響機(jī)理及影響因素研究進(jìn)展[J].糧油加工與食品機(jī)械，2005（2）：79-81、85.

[11]Hamad M Semagoto，Dasong Liu，Kgalalelo Koboyatau，et al.Effects of UV induced photo-oxidation on the physicochemical properties of milk protein concentrate[J]. Food Research International，2014（62）：580-588.

[12]Jung M，Yoon S，Lee H，et al.Singlet oxygen and ascorbic acid effects on dimethyl disulfide and off-flavor in skim milk exposed to light [J]. Journal of Food Science，1998，63（3）：408-412.

[13]Beauchamp Jonathan，Zardin Erika，Silcock Patrick，et al.Monitoring photooxidation-induced dynamic changes in the volatile composition of extended shelf life bovine milk by PTR-MS[J]. JMS，2014，49（9）：952-958.

[14]Schiano A N，Jo Y，Barbano D M，et al.Does vitamin fortification affect light oxidation in fluid skim milk？[J]. Journal of Dairy Science，2019，102（6）：4877-4890.

[15]E Fuentes-Lemus，E Silva，F(xiàn) Leinisch，et al.α- and β-casein aggregation induced by riboflavin-sensitized photo-oxidation occurs via di-tyrosine cross-links and is oxygen concentration dependent[J].Food Chemistry，2018（256）：119-128.

[16]Ju Yeon Lee，Mun Yhung Jung.Effects and mechanisms of eugenol，isoeugenol，coniferylaldehyde and dihydroeugenol on the riboflavin-sensitized photooxidation of α-terpinene in methanol[J]. Food Chemistry，2017（220）：289-294.

[17]趙清華，趙榮華，包鳳琳，等.一種同時(shí)測(cè)定生鮮牛乳酒精實(shí)驗(yàn)和摻堿的預(yù)測(cè)方法[J].中國(guó)乳品工業(yè)，2016，44（7）：50-51.

[18]趙瑞生，梁茂文，武守艷，等.牛乳新鮮度與牛乳酸度關(guān)系的探討[J].中國(guó)乳品工業(yè)，2015，43（12）：14-15、18.

[19]杭鋒，郭本恒，任璐，等.超高溫滅菌乳貨架期加速試驗(yàn)的研究[J].化工學(xué)報(bào)，2010，61（5）：1213-1218.

[20]徐雯，盧立新.不同波段的光照對(duì)無(wú)菌牛奶中光敏劑降解的影響[J].食品工業(yè)科技，2012，33（11）：154-156.

Effect of Photooxidation on the Sensory Quality of UHT Milk

WANG Shao-lei 1，TAN Dong-fei 1，ZHANG Qing-yang 2，SU Mei-cheng 1，ZHANG Xia 1，JIA Man 1，CHEN Gang1

（1 Institute of Quality Standard and Testing Technology for Agro-products，Chinese Academy of Agricultural Sciences，Beijing 100081，China;2 Hebei University of Engineering，Handan 056000，China）

Abstract：Objective To explore the main environmental factors that affect the photooxidation reaction of milk to provide scientific basis for the selection of reasonable storage and packaging methods for UHT milk during the shelf life.Method This study compared the sensory differences of Chinese Holstein UHT milk in a transparent bottle at 26 ℃ storage temperature，with different light intensities and different oxygen levels.Result and Conclusion The sensory difference caused by milk photooxidation only occured when light and oxygen exist at the same time，and was positively Correlated with light intensity and oxygen content.

Keywords：UHT;photooxidation;sensory evaluation