直接蒸汽浸入技术对牛奶微生物灭菌效果、热强度指标及营养成分的影响研究

《Applied Food Research》：Effect of Direct Steam Infusion Technology on the microorganism sterilization, Heat Intensity Indicators, and nutrients of Milk

为解决传统热处理在延长牛奶保质期与保留营养品质间的矛盾，研究人员开展了直接蒸汽浸入技术对不同温度-时间组合处理下牛奶品质影响的研究。结果表明，INF处理在F0值为0.06时，其牛奶货架期长于巴氏杀菌奶，且糠氨酸含量与巴氏奶相当、显著低于常规间接管式超高温处理奶，其中130°C/0.5s处理样品展现出更佳的微生物灭活效果及α-乳白蛋白、β-乳球蛋白和乳铁蛋白等天然蛋白的保留率，为开发长货架期高营养乳制品提供了新思路。

　　

牛奶作为一种全球广泛消费的营养食品，富含蛋白质、脂肪酸、维生素及其他生物活性物质，为人类健康带来诸多益处。然而，其丰富的营养成分也使其成为多种微生物生长的理想培养基，容易导致腐败变质并带来健康风险。目前，常规热处理是消灭病原微生物、延长牛奶保质期最主要且有效的方法。全球范围内，牛奶生产中有两种主要的热处理方法：间接板式高温短时巴氏杀菌和间接管式超高温处理。巴氏杀菌法因其能较好地保留牛奶的营养成分和感官特性而受到消费者青睐，但其冷藏保质期通常不足两周，限制了产品的分销半径和市场适应性。相反，常规间接管式超高温处理虽能将牛奶的保质期延长至六个月以上，但往往以牺牲其感官和营养品质为代价。因此，如何在有效延长牛奶货架期的同时，最大限度地保留其营养和感官品质，成为乳品工业面临的一个重要挑战。

直接蒸汽浸入技术因其蒸汽直接接触和闪蒸蒸发带来的快速升温和冷却特性，能够结合超高温与更短的保持时间及较低的热负荷，从而有望在延长保质期的同时，减少热诱导的营养成分降解。尽管已有研究报道INF处理牛奶相比cUHT牛奶能延长冷藏货架期并更高程度地保留如免疫球蛋白G和乳铁蛋白等天然蛋白，但其浓度仍显著低于巴氏杀菌奶。这可能是由于当前INF加工采用的热强度相对较高。然而，特别是在较低加热强度下，INF工艺参数对牛奶营养品质和微生物安全的影响尚不清楚。为此，发表在《Applied Food Research》上的这项研究，旨在系统评估不同温度-时间组合的INF处理对牛奶微生物灭菌效果、热强度指标及关键营养成分的影响，为优化生产工艺提供科学依据。

为开展本研究，研究人员采用了几个关键的技术方法。他们使用直接蒸汽浸入超高温中试设备对生乳进行处理，设定了系列具有相同F₀值的热处理条件。微生物含量通过标准平板计数法、特定病原菌及芽孢计数进行评估。热强度指标如糠氨酸含量采用高效液相色谱法测定，碱性磷酸酶和乳过氧化物酶活性通过分光光度法分析。关键营养成分，包括天然α-乳白蛋白、β-乳球蛋白和乳铁蛋白的含量，则通过pH调节沉淀酪蛋白后，对上清液中的乳清蛋白进行HPLC分析来定量。

3.1. 微生物含量和可滴定酸度分析

研究结果显示，INF处理能有效灭活微生物。处理后的所有样品在初始及储存14天后均未检出细菌，表明INF过程实现了完全的微生物灭活。经过28天4°C储存后，部分高温瞬时处理样品出现了微生物生长，而采用130°C/0.5s、124°C/2s、122°C/3s和119°C/6s处理的样品则保持了优异的微生物学品质。可滴定酸度的变化与微生物生长情况一致，进一步证实了INF处理，尤其是特定参数组合，在延长保质期方面的优势。大肠菌群、金黄色葡萄球菌、沙门氏菌以及嗜温和嗜热需氧芽孢在所有INF处理样品中均未被检出，证明了INF处理的灭菌有效性。

3.2. 热强度指标分析

碱性磷酸酶活性在所有INF处理样品中均被完全灭活，符合巴氏杀菌奶的标准，表明足以灭活病原菌。糠氨酸作为美拉德反应的早期标志物和热损伤指标，其含量在INF处理奶中显著低于cUHT处理奶，表明INF过程的热损伤更小。在F₀值相同的INF样品中，加热时间较长的样品显示出更高的FUR含量，提示加热时间是影响美拉德反应程度的关键因素。样品C和E的FUR含量与巴氏杀菌奶相当，表明其热损伤较小。乳过氧化物酶活性在所有INF和cUHT样品中均被完全灭活，这归因于较高的热处理强度。

3.3. 天然蛋白质分析

乳清蛋白是牛奶中最热敏的成分。INF处理样品中的α-乳白蛋白和β-乳球蛋白的变性程度略高于巴氏杀菌奶，但远低于cUHT处理奶。这种较高的保留率可能归因于INF间接加热模式带来的较低总热负荷。在F₀值相同的INF样品中，加热时间最长的样品F显示出更高的蛋白质变性率。值得注意的是，样品C在130°C下处理0.5秒，表现出较高的β-乳球蛋白保留率。乳铁蛋白作为一种重要的营养和功能蛋白，在INF样品中的变性率约为55%，显著低于cUHT处理，其中样品C的变性率最低。相比之下，样品F由于较长的加热时间，其乳铁蛋白变性率高达80%。

本研究系统评估了直接蒸汽浸入技术在不同热处理参数下对牛奶品质的影响。研究结论表明，INF处理牛奶的糠氨酸含量和碱性磷酸酶活性与间接板式巴氏杀菌奶相当，且其产品显示出比巴氏杀菌更长的货架期。同时，所有INF处理奶中天然蛋白质的保留率均显著高于cUHT处理奶。在众多参数组合中，130°C/0.5秒的处理条件表现尤为突出，它在28天储存期内未检出微生物，同时对α-乳白蛋白、β-乳球蛋白和乳铁蛋白等关键营养成分保持了较高的保留率，实现了微生物安全性与营养品质的良好平衡。这些发现为乳品工业开发兼具长货架期和高营养价值的牛奶产品提供了重要的工艺参数依据和理论支持，指明了通过优化热处理策略来提升产品品质的新方向。