貨架期內品質劣變UHT乳的理化特性及風味品質特性研究

賀凱茹，劉至立，薛瑞霞，劉曉燕，辛易燃，李欣霏，武俊瑞,3

（1.沈陽農業大學食品學院，沈陽110866；2.遼寧省食品發酵技術工程研究中心，沈陽110866；3.沈陽市微生物發酵技術創新重點實驗室，沈陽110866）

0 引言

超高溫（Ultra-high temperature，UHT）處理是指在135℃以上高溫加熱牛乳幾秒，從而殺死潛在的病原微生物和耐熱的孢子微生物[1]。其產品在室溫儲存時保質期通常為30~180 d，因加工貯運方便，在我國乳品消費市場占據主導地位。然而，因原料、加工過程、包裝、貯運條件異常，也會發生貨架期內的品質劣變問題，導致異味、不良褐變、脂肪上浮、沉積物形成或凝膠化[2-3]。脂肪球可以聚集并漂浮到頂部，導致脂肪分離和脂肪粘附在包裝材料上。沉積物是指在包裝底部形成一層致密的沉積物，由各種大小的蛋白質聚集體或蛋白質顆粒組成[4]。凝膠化是UHT乳儲存過程中最嚴重的不良現象，整個過程中形成不可逆的交聯網狀結構[5]。在UHT乳長期儲存過程中，影響風味和感官品質的主要過程是蛋白質分解、脂肪水解、氧化和美拉德（Maillard）反應[6-7]。品質劣變現象的出現嚴重影響企業效益，更加劇了對消費者健康的潛在威脅。對品質劣變問題進行分析，不僅關系到消費者的權益，也關系到企業的未來。

本研究選取某大型乳品企業正常UHT乳和品質劣變UHT乳為研究對象，通過測定分析和綜合評價各樣品的感官、脂肪、蛋白質、非脂乳固體、乳糖、Zeta電位、電導率、酶活性、色差值、揮發性風味物質等理化特性和風味品質，進而為研究貨架期內品質劣變UHT乳的產生機制及控制提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

UHT乳，來源于同一品牌某大型乳品企業。3家工廠SZ、WY、QY按照相同的工藝生產，UHT乳產品于常溫下貯藏，其中WY和QY樣品貨架期內（貯藏1個月時）觀察到品質劣變現象，每家工廠分別采集3個批次的樣品進行檢測分析。

1.1.1 試劑

2-甲基-3-庚酮（分析純），上海阿拉丁化學試劑有限公司；酪素（化學純）、L-酪氨酸、三氯乙酸（TCA）、脂肪酶（LPS）活性檢測試劑盒，北京索萊寶科技有限公司。

1.1.2 儀器與設備

電子p H計，意大利Hanna；InsentSA402B電子舌，日本Insent；120乳品綜合成分指標分析儀，美國FLOWSERVE；固相微萃取頭，美國Supelco；7890A-5975C氣相色譜質譜聯用儀，美國agilent；DDS-307A型電導率儀，上海雷磁；Mastersizer 2000納米粒徑電位分析儀，英國馬爾文。

1.2 方法

1.2.1 感官性狀和色差的測定

采用色差儀測定UHT乳色澤，用黑白板校正后，以白板顏色為標準，測定其L*、a*、b*值。將牛乳樣品倒入平皿后放置在背景板上，各樣品平行測定3次，均值為試驗結果。

1.2.2 營養成分的測定

樣品的蛋白質、脂肪、非脂乳固體及乳糖等營養指標使用乳品綜合成分指標分析儀檢測，進行3次重復測定，取平均值。

1.2.3 p H值的測定

取適當體積樣品于燒杯中，混合均勻。利用p H計測量，3次重復測定，取均值。

1.2.4 酒精陽性乳的檢驗

取5 mL樣品，加入5 mL濃度為70%的酒精，混合，搖勻。若牛乳出現凝乳塊，則為酒精陽性乳。

1.2.5 Zeta電位的測定

取適當體積的樣品于燒杯中，去離子水稀釋1 000倍。用0.45μm的微孔濾膜過濾；使用Mastersizer 2 000納米粒徑電位分析儀進行3次重復試驗，取平均值。

1.2.6 電導率的測定

取適當樣品于燒杯中，用電導率儀進行3次重復測定，取平均值。

1.2.7 蛋白酶活性的測定

通過福林酚法測定樣品中的蛋白酶活性。具體步驟參考楊旭[8]等人的研究。UHT乳中蛋白酶活力為：

X=AK·L/T

式中：X為樣品的蛋白酶活力（u/mL）；A為樣品的吸光度；K為吸光常數；L為反應試劑的總體積；T為反應時間。

1.2.8 脂肪酶活性的測定

使用脂肪酶活性檢測試劑盒測定脂肪酶活力。計算公式：

酶活力=x/T·m

式中：T為催化反應時間；m為發酵液稀釋倍數；x為吸光度。

1.2.9 揮發性風味成分的測定

根據丁瑞雪的研究方法加以改進[9]。取10 g樣品，置于頂空進樣瓶中，加入1.0 g NaCL和10μL 2-甲基-3-庚酮(1μg/m L)，50℃水浴鍋中平衡5 min后吸附40 min。通過GC-MS儀器進行揮發性風味成分的測定。

色譜柱為DB-5(30 m×0.25 mm×0.25μm)非極性毛細管柱，檢測器溫度250℃，進樣器溫度250℃，分流比1∶1，柱流速1 mL/min，載氣高純氦氣。程序升溫：初始溫度35℃，保持1 min，以10℃/min的速度升溫到110℃；再以0.5℃/min的速度升溫到115℃；再以6℃/min的速度升溫到160℃；最后以10℃/min的速度升到200℃，保持8 min。色譜分離后采用質譜儀對樣品進行質譜分析，參數設置如下：EI離子源，電子能量70 eV，質量掃描范圍40 u～350 m/e，離子源溫度200℃。

1.3 數據分析

數據采用SPSS軟件進行處理，P＜0.05為有統計學差異。

2 結果與討論

2.1 品質劣變與正常UHT乳理化指標的差異分析

2.1.1 感官性狀和色差值的差異分析

從消費者的角度來看，UHT乳的感官性狀，包括味道和顏色，以及視覺穩定性，如脂肪分離和包裝材料上沉淀物的形成，都具有重要意義。以正常UHT乳為觀察對象，觀察品質劣變UHT乳的組織狀態和色澤的變化情況，如圖1所示。

圖1 樣品的感官性狀和組織狀態

由圖1可知，正常UHT色澤普遍呈現乳白色（或稍帶微黃色），而品質劣變乳色澤有明顯變化，呈現淡黃色或是色澤灰暗。正常UHT乳質地均勻，組織細膩，無雜質、無脂肪上浮等現象；品質劣變乳中（包括WY1、WY2、WY3和QY2）出現脂肪分離情況，有少量的凝塊和沉淀。脂肪上浮是貨架期內UHT乳普遍存在的質量缺陷問題。牛乳中天然的蛋白酶能夠破壞乳脂肪球和酪蛋白表面結構，引起脂肪和酪蛋白聚集，導致脂肪上浮。此外，嗜冷菌產生的耐熱脂肪酶也能分解乳脂肪球膜，脂肪游離出來聚集成大分子脂肪球，使脂肪浮于UHT乳表面。在UHT乳產品中，沉淀物的形成也是難以解決的問題。UHT乳中的沉淀物主要是由于貯藏期間酪蛋白結構改變、膠束疏水性下降導致貯藏后期酪蛋白膠束表面κ-CN的解離，膠束團聚而發生的[4,19]。

使用色差儀來對所有樣品進行色差方面的分析，色澤的測定是基于白度（L）、紅綠值（a）和黃綠值（b）進行綜合評價，結果如表1所示。

表1 不同樣品的色度L、a和b值

由表1可知，與正常UHT乳相比，品質劣變乳（WY1、WY2、WY3和QY2）L值顯著增加，L值越大說明顏色越來越亮。這與依勝男等[11]研究發現儲藏期間超巴氏奶L值緩慢下降的結果不一致。Misawa N等[12]研究表明牛乳的L值與乳成分有較大關系，亮度取決于光線的聚集程度，酪蛋白和脂肪球的分散會對其造成影響。牛乳的亮度還與乳中蛋白質、核黃素以及天然色素含量相關，前兩者的增高和后者的降低會使牛乳具有更大的L值。同時，由表1可知，品質劣變乳與正常UHT乳的-a值和b值有統計學差異（P＜0.05）。品質劣變乳-a值顯著降低，b值顯著增加。b值增加表明品質劣變乳的顏色逐漸偏向于黃褐色如圖1所示。研究認為，b值的增加與美拉德反應有關，乳中蛋白質末端的氨基酸的氨基和乳糖發生美拉德反應；在儲存過程中，這些變化可導致棕色著色和異味形成[13]。此外，在某種程度上，b值增加也可以通過脂肪上浮現象，與空氣中的氧氣接觸發生氧化來解釋[14]。

2.1.2 營養成分差異分析

通過乳品成分分析儀對UHT乳中常規營養成分進行檢測，結果如表2所示。

表2 脂肪、脂肪、非脂乳固體、乳糖含量

從表2可以看到，與正常UHT乳相比，品質劣變乳中脂肪、蛋白質、乳糖以及非脂乳固體等常規營養物質的含量變化并不顯著。除了QY2樣品，其余樣品均達到國標中蛋白質最低限量標準2.9 g/100 g和國標中脂肪最低限量標準3.1 g/100 g。QY2樣品脂肪和蛋白質含量驟然下降，猜測這可能由于樣品中的脂肪酶和蛋白酶含量較高，導致脂肪和蛋白質被分解的程度較高。乳中的一些嗜冷菌可以產生一些耐熱蛋白酶和脂肪酶[15]，UHT處理后仍能保持一定的活性，是導致UHT乳貯藏期間品質變化的重要原因。

2.1.3 p H值差異分析

以正常UHT乳為對照，觀察品質劣變乳的p H值變化情況和差異，結果如表3所示。

表3 pH值的測定

正常產品乳的p H值為6.5～6.8之間，由表3可知，所有樣品均符合產品標準。與正常UHT乳相比，品質劣變乳的p H值均出現一定程度的下降，且具有統計學差異（P＜0.05）。這與馮曉涵等結果相一致，馮曉涵等發現[16]液態配方乳儲存期間p H值呈下降趨勢，其原因可能是脂肪與氧氣接觸發生氧化反應生成游離脂肪酸、小分子有機酸等，從而導致p H值的降低。

2.1.4 酒精陽性乳的檢驗

采用70%酒精與UHT乳1∶1混合，檢驗樣品發生酒精陽性乳情況，如表4所示。

由表4可知，WY 1、WY 2、WY3和QY 2出現酒精陽性乳現象；觀察到細微顆粒或絮狀凝塊，樣品乳汁穩定性較差。產生酒精陽性乳出現的因素有很多，包括隱性乳房炎、細菌侵入、飼料配比不當以及環境變化等[17]。酒精陽性乳試驗是檢驗蛋白質穩定性的重要指標。葛鑫等人研究表明[18]，酒精陽性乳中的絮狀沉淀物是酪蛋白膠束的凝集物，因此品質劣變乳發現的酒精陽性乳現象可能與酪蛋白本身和周圍環境的變化相關。

表4 酒精陽性乳的檢驗

2.1.5 Zeta電位差異分析

Zeta電位是表征牛乳體系穩定性的指標，絕對值越低，體系穩定性越差，越傾向于凝結[16]。通過納米粒徑電位分析儀測定品質劣變UHT乳與正常UHT乳的Zeta電位值，結果如表5所示。

表5 Zeta電位

由表5可知，UHT乳的Zeta電位值均為負數，UHT乳是帶負電的體系。與正常UHT乳相比，品質劣變乳WY1、WY2、WY3和QY2樣品的Zeta電位絕對值顯著降低（P＜0.05）。結合品質劣變乳組織狀態的變化，說明酪蛋白膠束體系穩定性下降。Zeta電位絕對值降低，體系穩定性較差的原因可能是酶的作用使乳糖分解產生乳酸，使p H值降低；體系鹽類失衡導致蛋白結構發生變化，蛋白作用程度更加強烈，蛋白凝聚致使酪蛋白所帶負電荷減少，膠體穩定性降低[19]。

2.1.6 電導率差異分析

電導率是牛乳品質檢測的重要指標，電導率結合產奶量（產奶效率）被廣泛作為規模化牧場奶牛早期乳房炎的判定依據。以正常UHT乳為對照，觀察品質劣變UHT乳的變化情況，如圖2所示。

由圖2可知，與正常UHT乳相比，品質劣變乳WY樣品的電導率顯著增加（P＜0.05），QY樣品電導率變化不明顯。趙靜等[20]通過試驗研究發現，牛乳的電導率和體細胞數成正比的關系，電導率結合體細胞數可用于判斷奶牛是否患有隱性乳房炎。奶牛患有乳腺炎時，炎癥過程增加，血-乳屏障的滲透性改變，乳中Na+和Cl-離子強度增加，引起牛乳電導率增加[21]。WY樣品品質劣變乳電導率增加，側面反應了牛乳品質的下降，表明品質劣變乳奶牛存在感染乳腺炎的風險。

圖2 電導率的測定結果

2.1.7 蛋白酶活性的差異分析

牛乳中含有少量的胞外蛋白酶和脂肪酶，UHT殺菌不能使其完全失活，殘留的酶是引起貨架期內產品質量問題的重要原因。通過福林酚法測定樣品中的蛋白酶活性，結果見圖3。

圖3 蛋白酶活性的測定

由圖3可見，與正常質量UHT乳相比，品質劣變乳WY1、WY2、WY3和QY2樣品的蛋白酶活性顯著增加（P＜0.05），QY1樣品的蛋白酶活性稍有增加。國內外有關滅菌乳酶活性的研究表明，原料乳中天然的纖維蛋白溶酶和乳中的一些嗜冷菌產生的耐熱蛋白酶[22]，UHT殺菌并不能使所有耐熱酶失活，在貨架期內造成乳蛋白質的分解，可導致蛋白沉淀和陳化凝膠等現象。

2.1.8 脂肪酶活性的差異分析

脂肪漂浮也是UHT乳的一個典型的質量缺陷。利用脂肪酶活性檢測試劑盒進行脂肪酶活性測定，結果見圖4。

圖4 脂肪酶活性的測定

由圖4可知，實驗測得UHT乳的脂肪酶活性在0.24～0.31 U/mL之間。與正常UHT乳相比，品質劣變乳QY1和QY3樣品的脂肪酶活性顯著增加（P＜0.05），WY樣品脂肪酶活性變化不明顯。姜一銘等[23]研究發現，嗜冷菌產生的脂肪酶活性UHT處理后仍有殘留。由于脂肪酶對乳脂肪產生水解作用，會導致UHT乳在貨架期內發生脂肪上浮、脂肪氧化等不良變化[11]。因此，嗜冷菌數需得到有效控制，良好的殺菌溫度和殺菌時間十分重要。

2.2 揮發性風味成分含量的差異分析

采用GC-MS技術對UHT乳中的揮發性物質成分進行分析和鑒定，結果見表6所示。

表6 9份UHT乳中揮發性風味成分的組成及含量 mg/g

（續表6）

9份樣品樣品中檢測到39種風味物質。如表6所示，包括醛類5種、酮類5種、酯類21種、醇類3種、酸酐類2種、醚類2種和呋喃類物質1種。其中酯類化合物的相對含量較高，其次相對含量較高的分別是酮類和醛類化合物。醛類物質和酮類物質一般感知閾值較低，是乳風味的重要貢獻物質。從表6可知，3-環己基-2-甲基-丙醛和光檸檬醛B在品質劣變乳中含量明顯降低；其中光檸檬醛B呈現濃郁的檸檬香味。香茅醛只在WY3品質劣變乳樣品中被發現，具有檸檬、香茅和玫瑰的香氣[24]。2-甲基-l-丁醛也只在QY2樣品中發現，被認為是不好的風味物質；趙軍等[25]認為可能是牛乳中某些鏈球菌分解氨基酸生成的，會使牛乳帶有麥芽臭味。

酮類為UHT乳中的最常見的風味物質，在乳中多數具有焦糖香氣或谷物香氣[26]。牛乳中酮類物質主要有兩種產生途徑：第一種是天然存在于生牛乳中；另一種是飽和脂肪酸或β-酮酸在高溫處理過程中通過氧化脫羧生成。與正常UHT乳相比，WY工廠和QY工廠的品質劣變乳中都增加了1種減少了3種酮類化合物。酮類化合物包括2-環己烯-1-酮、反式-4-二甲氨基-4'-甲氧基查爾酮和1，7，7-三甲基-雙環[2.2.1]庚烷-2，5-二酮等的相對含量在品質劣變乳明顯降低。此外2，5-二甲基-3-己酮和2-環己烯-1-酮只存在于品質劣變乳中；其中2-環己烯-1-酮是花香香精的主要原料。

酯類物質通常是短鏈或游離脂肪酸通過酯化反應獲得，在牛乳滋味和氣味的形成中發揮著重要作用[27]。品質劣變和正常UHT乳中酯類化合物種類及相對含量存在明顯差異。與正常UHT乳相比，WY品質劣變乳中酯類增加了7種減少了12種；QY品質劣變乳中酯類增加了4種減少了13種。品質劣變乳中影響風味的酯類化合物明顯減少，包括（2-十五烷基-1,3-二氧戊環-4-基）甲酯、甲烷，異氰酸酯，1-丙磺酸甲酯、檸檬酸香茅烯酯和十八烯酸甲酯等。在這些酯類化合物中，十六酸甲酯具有水果香味，檸檬酸香茅烯酯具有檸檬香氣[28]。

醇類化合物其閾值較高，對UHT乳香氣的影響較弱[29]。在牛乳中，醛類化合物可以通過物理作用或者是酶作用生成醇類物質。由表可知，檢出的醇類物質只存在于QY品質劣變乳中。此外，檢出的兩種酸酐類化合物，包括2-甲基丁酸酐和2-十二碳烯-1-基(-)琥珀酸酐，也主要存在于QY品質劣變乳中；具有不愉快的氣味，為酸脫水生成的。QY1和QY3還檢測出其余樣品未檢出的3-甲基四氫呋喃，呋喃類物質具有焦糖味道，其感知閾較低，特征性較強。

基于含量差異，同時采用主成分分析（PCA）方法對UHT乳中揮發性物質進行分析，如圖5所示。PCA圖顯示所有4個象限中都存在揮發性化合物，不同樣品的揮發性物質是不同的。此外，由圖可知品質劣變乳與正常產品乳SZ 1和SZ 3樣品距離較大，表明樣品間存在較大差異。WY工廠的3個品質劣變乳聚集在一起，同一工廠生產的樣品間組內差異較小。這些結果表明通過PCA方法能有效的區分品質劣變乳和正常產品乳的風味特征差異。

圖5 揮發性風味物質的PCA圖

3 結 論

UHT乳能夠達到商業無菌的要求，保質期顯著延長，無需冷藏即可輕松運輸。但在生產銷售過程中，產品貨架期內偶爾會出現脂肪上浮、凝塊、苦包、脹包等品質劣變現象，嚴重威脅企業效益和消費者安全。研究探討品質劣變UHT乳與正常UHT乳理化指標和風味品質的差異，有助于揭示品質劣變現象出現的關鍵因素，為控制乳品安全提供理論參考。

通過肉眼觀察和色度值的檢測，發現品質劣變乳出現蛋白凝塊和脂肪上浮等現象，乳品的顏色逐漸偏向于黃褐色。品質劣變乳中蛋白質、乳糖、乳脂肪以及非脂乳固體等營養物質的總含量的變化不顯著，p H值、Zeta電位絕對值降低，可見品質劣變乳體系穩定較差。多個品質劣變乳產生了酒精陽性乳現象。通過對脂肪酶活性和蛋白酶活性的檢測發現，WY工廠的品質劣變乳的蛋白酶活性顯著增加，QY工廠脂肪酶活性顯著增加。嗜冷菌菌通過產生耐熱酶影響UHT乳制品的質量及貨架期，這些熱穩定酶主要包括蛋白酶和脂肪酶。品質劣變現象的發生對UHT乳風味品質也有一定程度的不利影響，表現為酯類和酮類化合物的減少，以及一些具有良好風味的揮發性物質的缺失。實驗為提高UHT乳的穩定性和貨架期品質提供了理化特性和風味品質方面的數據支撐，但品質劣變現象發生的具體機制，有待進一步的探索。