超声波处理对牛奶中水溶性和脂溶性维生素稳定性的影响

《International Dairy Journal》：The Impact of Ultrasonic Processing on the Stability of Water- and Fat-Soluble Vitamins in Milk

超声处理与72℃短时高温处理对牛乳中水溶性维生素（B1、B2、B5、B6衍生物）及脂溶性维生素（A、E）含量的影响研究，采用色谱法分析表明：超声处理在50%振幅下显著降低A、E含量，但对B1、B2、B5保留率优于HTST和55℃长时间加热。同时超声高振幅（＞50%）导致过氧化氢浓度升高，与脂溶性维生素降解相关。

　　在现代食品工业中，确保产品的安全性和营养价值是至关重要的目标。随着消费者对健康饮食和高品质食品的需求不断增加，食品加工技术也在不断发展，以寻找既能保障食品安全又能最大限度保留营养成分的方法。特别是在乳制品领域，传统的热处理方式虽然能有效杀灭病原微生物和抑制酶活性，但也可能对其中的维生素和脂肪酸等营养成分造成一定损失。因此，研究非热处理技术对乳制品营养成分的影响，成为当前食品科学领域的重要课题之一。

本研究聚焦于超声波（Ultrasound, US）和热处理对牛奶中水溶性维生素（B1、B2、B5以及B6的衍生物）和脂溶性维生素（A和E）的影响。通过实验对比分析，研究人员探讨了不同处理方式对这些维生素含量的影响，以及超声波处理过程中可能引发的氧化反应对牛奶品质的影响。研究还评估了牛奶在不同处理后的过氧化值和过氧化氢含量，从而为乳制品的加工工艺优化提供科学依据。

实验采用的处理方式包括原始牛奶、超声波处理（不同振幅）、高温短时巴氏杀菌（HTST，72 °C持续15秒）和温和加热处理（55 °C持续15分钟）。通过高效液相色谱等技术手段，研究人员对维生素的含量变化进行了定量分析。同时，使用紫外-可见光谱和荧光光谱技术对牛奶中的氧化产物进行了检测。实验结果表明，超声波处理和高温短时巴氏杀菌对牛奶中B1、B2和B5维生素的含量影响不大，这表明这两种处理方式在一定程度上能够较好地保留这些水溶性维生素。然而，对于B6的总含量以及其衍生物（如吡哆醇和吡哆醇-5-磷酸）的损失则较为显著，这提示在超声波处理过程中，B6的代谢和分解可能受到更明显的影响。

对于脂溶性维生素A和E，研究发现它们在原始牛奶、巴氏杀菌和温和加热处理后的含量保持相对稳定，说明这些维生素在热处理过程中具有一定的稳定性。然而，超声波处理对维生素A的含量产生了显著影响，尤其是在较高振幅的处理条件下，维生素A的损失更为明显。这可能与超声波处理过程中产生的高能微泡和氧化反应有关。研究还发现，超声波处理的牛奶样品中过氧化氢含量随着振幅的增加而上升，而经过巴氏杀菌和热处理的牛奶样品中过氧化氢含量则有所下降。这表明超声波处理可能在一定程度上促进了氧化反应的发生，而热处理则有助于降低氧化产物的积累。

此外，研究还探讨了超声波处理对牛奶物理化学性质的影响。超声波作为一种物理处理技术，能够通过声空化作用在液体中产生局部的高温、高压和强剪切力，从而改变液体的结构和成分。在乳制品中，超声波已被广泛应用于牛奶的均质化、脂肪乳化、乳糖结晶以及改善酸奶和乳饮料的流变特性等方面。然而，关于超声波处理对牛奶中敏感成分（如维生素和脂肪酸）的具体影响，目前的研究仍较为有限。因此，本研究不仅关注超声波处理对维生素含量的影响，还通过检测过氧化氢和过氧化值，进一步评估了超声波处理过程中可能引发的氧化反应对牛奶品质的潜在影响。

从实验结果来看，超声波处理在保持水溶性维生素B1、B2和B5含量方面表现出优势，这为乳制品的非热处理提供了有力支持。这些维生素在牛奶中具有重要的营养价值，例如B1（硫胺素）有助于维持神经系统健康，B2（核黄素）参与能量代谢，B5（泛酸）则是辅酶A的重要组成部分，而B6的衍生物则在氨基酸代谢和血红素合成中发挥关键作用。因此，如果能够通过超声波处理有效保留这些维生素，将有助于提升乳制品的营养价值，满足消费者对健康食品的需求。

然而，对于脂溶性维生素A和E的处理效果则存在较大差异。维生素A是人体必需的脂溶性维生素，具有抗氧化和免疫调节功能，而维生素E则主要作为抗氧化剂，保护细胞膜免受氧化损伤。实验发现，超声波处理在较高振幅条件下会导致维生素A的显著损失，这可能与超声波处理过程中产生的自由基和氧化反应有关。而维生素E的含量则在所有处理条件下保持不变，说明其对超声波处理的耐受性较强。这种差异提示，在实际应用中，需要根据目标营养成分的稳定性来选择合适的处理参数，以确保维生素的保留效果。

在处理过程中，过氧化氢和过氧化值的检测结果也提供了重要信息。过氧化氢是一种常见的氧化产物，通常与食品加工中的氧化反应相关。研究发现，经过超声波处理的牛奶样品中过氧化氢含量随着振幅的增加而升高，这表明超声波处理可能促进了氧化反应的发生。而经过巴氏杀菌和热处理的牛奶样品中过氧化氢含量则明显降低，说明热处理在一定程度上能够有效抑制氧化反应。过氧化值作为衡量脂肪氧化程度的指标，其变化趋势与过氧化氢含量的变化趋势一致，进一步支持了这一结论。

从营养学角度来看，维生素的损失对乳制品的营养价值会产生重要影响。因此，了解不同处理方式对维生素含量的具体影响，有助于食品加工企业优化工艺流程，提高产品的营养价值。同时，这些研究成果也为乳制品的非热处理技术提供了理论依据，使得超声波处理在保留营养成分的同时，能够实现微生物控制和产品品质提升的目标。

此外，本研究还强调了超声波处理技术在食品加工中的潜力。作为一种非热处理方式，超声波处理能够在较低温度下实现微生物的灭活，从而减少热处理过程中可能引发的营养成分损失。同时，超声波处理还能够改善乳制品的物理化学性质，例如提高均质性和乳化效果，增强产品的口感和质地。这些优势使得超声波处理成为乳制品加工中值得进一步探索的技术手段。

总体而言，本研究通过系统的实验分析，揭示了超声波处理和热处理对牛奶中维生素含量的影响，以及处理过程中可能引发的氧化反应。研究结果表明，超声波处理在保留水溶性维生素方面具有优势，但在脂溶性维生素A的保留上存在挑战。同时，热处理在降低氧化产物方面表现出较好的效果，但可能导致部分维生素的损失。这些发现为乳制品加工技术的优化提供了重要参考，也为进一步研究超声波处理对其他营养成分和食品成分的影响奠定了基础。

在实际应用中，食品加工企业可以根据产品类型和目标营养成分，灵活选择适合的处理方式。例如，对于需要保留水溶性维生素的乳制品，可以优先考虑超声波处理；而对于脂溶性维生素较为敏感的产品，则需要结合热处理或其他方式，以最大限度地减少维生素的损失。同时，研究还指出，超声波处理过程中产生的氧化反应可能对牛奶的品质产生一定影响，因此在实际操作中，应合理控制处理参数，以平衡微生物控制和营养保留之间的关系。

最后，本研究还强调了跨学科研究的重要性。食品科学不仅需要关注营养成分的保留，还需要结合化学、物理和生物学等多个学科的知识，全面评估加工技术对食品品质的影响。通过多学科交叉研究，可以更深入地理解食品加工过程中发生的复杂变化，从而为食品工业的发展提供更加科学和系统的支持。