微波辅助热处理全脂牛奶中维生素C与色泽降解的动力学模型构建及技术比较

【编辑推荐】本研究针对传统巴氏杀菌导致的营养损失问题，通过对比微波与常规加热对全脂牛奶中抗坏血酸（AA）和褐变指数（BI）的降解动力学，发现微波加热反应速率更高但等效热过程（5-log10碱性磷酸酶灭活）下处理时间缩短88%，且品质保留相当，为乳品工业提供了高效节能的替代方案。

　　

论文解读

牛奶作为全球广泛消费的营养食品，其丰富的蛋白质、维生素和矿物质也使其成为微生物滋生的温床。传统巴氏杀菌虽能保障安全性，但热交换器或直接加热导致的长时间热处理会破坏热敏感成分如维生素C（AA），并引发美拉德反应造成色泽（BI）劣变。随着消费者对“新鲜-like”食品需求增长，乳品工业亟需一种既能高效灭菌又能最大限度保留营养的替代技术。阿根廷圣克拉拉食品公司与国立比亚玛丽亚大学的研究团队在《International Dairy Journal》发表论文，首次系统比较了微波与常规加热对全脂牛奶AA和BI降解的动力学差异。

研究采用两种加热方式：家用微波炉（2450 MHz）和恒温水浴（60–100°C），通过高效液相色谱（HPLC）测定AA含量，分光光度法计算BI值。动力学分析采用一级反应模型，温度依赖性通过Arrhenius方程描述。

研究结果

1. 样本基础特性：原料奶AA初始浓度为0.51±0.18 mg/100 mL，与文献报道的0.29–1.95 mg/100 mL范围一致，证实样本代表性。
2. 降解动力学：AA和BI降解均符合一级动力学（R²>0.9），微波处理的反应速率常数（k）显著高于常规加热（如70°C时AA的k值分别为0.038 vs. 0.021 min^-1）。
3. 温度效应：Arrhenius模型显示微波组的活化能（E_a）更低（AA：45.2 vs. 52.7 kJ/mol），表明微波可能通过非热效应加速分子运动。
4. 等效工艺对比：以实现5-log₁₀碱性磷酸酶灭活为标准，微波将处理时间从常规的30分钟缩短至3.6分钟，AA保留率从78%提升至85%，BI变化无统计学差异。

结论与意义
该研究首次建立微波加热下AA和BI的降解动力学模型，证明微波技术通过缩短处理时间可达到与传统巴氏杀菌相当的安全性和更好的营养保留。M.M. Mercatante等指出，微波的快速体积加热特性避免了热表面导致的蛋白变性，同时减少能耗和清洗成本（如无结垢问题），为乳品工业提供了一种兼顾效率、可持续性和品质的解决方案。研究结果对优化加工参数、开发新型微波巴氏杀菌设备具有直接指导价值，尤其适用于高附加值乳制品的生产。