蒸汽浸注处理对延长牛奶货架期及保留营养蛋白的影响研究

《Applied Food Research》：Effects of Pulsed Electric Field Treatment and Raw Material Storage on Processing Properties and Quality Attributes of Fried Sweet Potato Chips

本研究针对传统热加工技术难以兼顾牛奶微生物安全性与感官营养品质的行业难题，系统探讨了蒸汽浸注(INF)技术在不同温度-时间组合下对牛奶灭菌效果及营养组分保留的影响。结果表明，130°C/0.5s的INF处理在实现28天无菌储藏的同时，显著保留了α-乳白蛋白(α-lactalbumin)、β-乳球蛋白(β-lactoglobulin)和乳铁蛋白(lactoferrin)等天然蛋白，其糠氨酸(FUR)含量与巴氏杀菌奶相当且显著低于传统间接管式超高温(cUHT)奶。该研究为开发长货架期高营养乳制品提供了关键技术参数。

　　

牛奶作为全球消费量最大的天然营养食品，富含优质蛋白质、脂肪酸、维生素和多种生物活性物质。然而其丰富的营养成分也使其成为微生物生长的理想培养基，容易导致腐败变质并引发食品安全风险。目前，热加工技术仍是保障牛奶微生物安全性和延长货架期的最有效手段。在全球乳制品工业中，主要采用两种热加工方式：间接板式巴氏杀菌（72°C/15s）和间接管式超高温处理（cUHT，135-150°C/2-10s）。巴氏杀菌能较好保留牛奶的天然营养和感官特性，但需冷链储运且货架期不足两周；而cUHT处理虽可实现常温下6个月以上的货架期，却会导致蛋白质变性和美拉德反应加剧，显著降低产品的营养品质和风味特征。如何在有效杀灭微生物的同时最大限度保留牛奶的天然营养成分，成为乳品工业面临的重要技术挑战。

直接蒸汽浸注技术（INF）通过蒸汽直接接触和闪蒸蒸发实现快速升温和冷却，具有热负荷低、受热时间短的特点，有望在延长货架期的同时更好地保留热敏性营养成分。尽管已有研究报道INF处理牛奶可实现45天的冷藏货架期，且对免疫球蛋白G（Ig-G）和乳铁蛋白等天然蛋白的保留率高于cUHT奶，但其参数优化研究仍不充分，特别是在较低热强度条件下对牛奶品质的影响尚不明确。为此，中国农业大学科研团队在《Applied Food Research》发表了最新研究成果，系统探讨了不同温度-时间组合的INF处理对牛奶微生物灭活效果、热损伤指标及天然蛋白保留率的影响规律。

研究采用直接蒸汽浸注超高温中试设备，通过控制不同的温度-时间组合（137°C/0.116s、136°C/0.125s、130°C/0.5s、124°C/2s、122°C/3s、119°C/6s）制备具有相同F₀值（0.06分钟）的INF牛奶样品，以巴氏杀菌奶（72°C/15s）和传统cUHT奶（137°C/4s）作为对照。通过微生物计数、滴定酸度、碱性磷酸酶（ALP）活性、糠氨酸（FUR）含量、乳过氧化物酶（LPO）活性以及天然乳清蛋白（α-乳白蛋白、β-乳球蛋白、乳铁蛋白）含量的测定，综合评价各处理组的品质特性。

3.1 微生物含量和滴定酸度分析

所有INF处理样品在处理后第1天均未检出活菌，而巴氏杀菌奶在14天后出现微生物生长。储藏28天后，137°C/0.116s和136°C/0.125s处理的样品出现微生物增殖，而130°C/0.5s、124°C/2s、122°C/3s和119°C/6s处理的样品仍保持无菌状态。滴定酸度变化与微生物计数结果一致，表明130°C/0.5s及以上条件的INF处理可确保28天的微生物安全性。

3.2 热强度指标分析

所有INF样品均未检出ALP活性，证实其杀菌效果符合食品安全标准。INF样品的FUR含量（约5mg/100g蛋白质）显著低于cUHT奶（137.6mg/100g蛋白质），且与巴氏杀菌奶相当。值得注意的是，119°C/6s处理的样品FUR含量较高（8.7mg/100g蛋白质），表明在相同F₀值下，较长加热时间会促进美拉德反应。所有INF和cUHT样品均完全灭活了LPO活性，这与它们的高强度热处理有关。

3.3 天然蛋白分析

INF处理对天然蛋白的保留效果显著优于cUHT处理。α-乳白蛋白和β-乳球蛋白在大多数INF样品中的变性率（约15%和35%）接近巴氏杀菌奶（12%和20%），远低于cUHT奶（73%和88%）。特别是130°C/0.5s处理的样品显示出最高的蛋白保留率，而119°C/6s处理的样品因加热时间较长导致蛋白变性加剧。乳铁蛋白的保留率呈现相似规律，130°C/0.5s处理的样品变性率最低（52%），显著优于其他处理组。

本研究通过系统评估不同INF处理参数对牛奶品质的影响，发现130°C/0.5s的处理条件在实现有效微生物灭活（28天无菌储藏）的同时，最大程度地保留了天然乳清蛋白，其热损伤指标（FUR含量）与巴氏杀菌奶相当。这一优化参数为解决乳品工业中长期存在的"灭菌效果与营养保留"矛盾提供了创新解决方案，为开发长货架期、高营养品质的高端乳制品奠定了技术基础。该研究不仅阐明了加热时间对美拉德反应的关键影响机制，还证实了INF技术在平衡灭菌效率与营养保留方面的独特优势，对推动乳品加工技术升级具有重要指导意义。