工业规模重组乳制品中α-生育酚对无水乳脂氧化稳定性及感官品质的优化研究

《Translational Food Sciences》：Optimization of alpha-tocopherol on anhydrous milk fat’s oxidative stability and sensory quality in industrial-scale recombined milk product

本研究针对乳品工业中无水乳脂(AMF)在40°C储罐长期保存易发生氧化劣变的问题，系统评估了α-生育酚(75/100/125 mg·L-1)在不同保持时间(12/18/24小时)下对AMF品质的影响。研究发现75 mg·L-1的α-生育酚即可将AMF的感官特性、游离脂肪酸(FFA)和过氧化值(PV)维持在标准限值内达30小时，较常规用量节约25%成本，为工业级重组乳制品生产提供了经济有效的抗氧化方案。

　　

在印度尼西亚乳品加工业中，新鲜原料奶的供应仅能满足约22%的国家需求，这促使乳制品生产商广泛采用重组技术，即利用无水乳脂(AMF)等保存性乳原料复原生产乳制品。然而，在实际工业生产中，AMF需要在40°C的储罐中保持液态以便连续加工，而设备故障可能导致长达18小时的生产延迟，在此期间AMF极易发生氧化变质，产生令人不悦的哈败味，影响最终产品的感官品质。

AMF虽然因多不饱和脂肪酸含量较低而相对耐氧化，但其在储存过程中仍会因脂解作用（酶促水解）和氧化反应导致品质下降。国际标准规定，一级AMF的过氧化值(PV)不得超过0.3 mEq O₂Kg^-1，游离脂肪酸(FFA)不得超过0.3%。为了维持AMF在工业储罐中的品质，添加抗氧化剂是一种常见做法。其中，α-生育酚（维生素E的一种）作为一种天然脂溶性抗氧化剂，因其不影响产品感官特性而备受青睐。然而，乳品工业中使用的α-生育酚浓度（通常为100 mg L^-1）其有效性缺乏科学验证。因此，本研究旨在工业规模下验证不同浓度α-生育酚对维持AMF感官和氧化稳定性的效果。

研究人员采用完全随机设计，考察了α-生育酚浓度（75、100、125 mg L^-1）和保持时间（12、18、24小时）两个因素对AMF品质的影响。研究首先通过加速储存实验确定了AMF感官接受的极限标准（PV 0.299 mEq O₂/Kg, FFA 0.294%），此时AMF的亮度、乳脂香气和甜味强度下降，而黄色度、哈败味和苦味后味增加。随后，在5000升工业储罐中，于40±2°C条件下，对添加不同浓度抗氧化剂的AMF样本进行双重复测定。分析手段包括定量描述分析(QDA)由9名训练有素的品评员对7项感官属性（亮度、黄色、粘度质地、哈败气味、乳脂香气、甜味、苦味后味）进行评价，以及游离脂肪酸和过氧化值的化学分析。数据采用SPSS 26进行方差分析(ANOVA)和邓肯氏事后检验，并通过线性回归分析最佳抗氧化剂用量。

3.1. 无水乳脂的初始化学测量

初始化学分析显示，未经处理的AMF在40°C储存11小时后，其过氧化值和游离脂肪酸值即达到可接受标准的极限（分别为0.299 mEq O₂/Kg和0.283%），此时AMF的感官特性被设定为可接受的质量标准下限（对亮度、乳脂香、甜味）或上限（对黄色度、哈败味、苦后味、粘度）。

3.2. 无水乳脂的感官特性

3.2.1. 感官属性谱和感官阈值

新鲜AMF的感官特征为：透明亮黄色、质地稠厚、略带哈败味和乳脂香、微甜并带轻微苦后味。这些特性与AMF中含有的β-胡萝卜素（影响颜色）、高比例饱和脂肪酸（影响粘度）以及氧化和脂解反应的初期产物有关。

3.2.2. 添加α-生育酚并于工业储罐中储存的AMF感官测量

3.2.2.1. 视觉感官分析

在所有α-生育酚浓度下，AMF储存24小时后，亮度属性略有下降，而黄色属性轻微增加，但这种变化仍在可接受标准范围内。研究表明，氧化反应会破坏类胡萝卜素等色素，并导致油脂颜色变深、亮度降低。

3.2.2.2. 气味感官分析

在长达24小时的储存期内，所有处理组的AMF均未检测到哈败气味，其乳脂香气也未发生显著变化。这表明添加α-生育酚有效抑制了导致不良气味化合物（如醛、酮）生成的氧化反应。

3.2.2.3. 滋味感官分析

AMF特有的微甜滋味在所有处理中均保持稳定，苦味后味也未发生可察觉的变化。这说明抗氧化剂抑制了氧化和非氧化反应（如内酯和酮类物质的形成），从而避免了不良风味的产生。

3.2.2.4. 质地感官分析

品评员对AMF粘稠度一致性的评估表明，所有处理组的质地在整个储存期间均无变化。氧化反应通常会破坏不饱和脂肪酸的双键，可能导致粘度增加，但本研究中α-生育酚的添加有效阻止了这种变化。

3.3. 无水乳脂的游离脂肪酸和过氧化值

游离脂肪酸和过氧化值是评价油脂品质的关键化学指标。FFA是脂解反应的产物，而PV则反映了油脂氧化的初级产物水平。

研究结果显示，保持时间的延长显著增加了AMF的FFA和PV值。例如，添加75 mg L^-1α-生育酚的AMF，在24小时储存后FFA从初始的0.170%升至0.281%，PV相应增加。α-生育酚的浓度也显著影响这两个指标，75 mg L^-1浓度下的FFA和PV增加值高于100和125 mg L^-1的处理组，这与先前研究中α-生育酚在超过最适浓度后可能呈现促氧化行为的报道一致。尽管如此，所有处理组的FFA和PV在24小时内均未超过0.3%和0.3 mEq O₂/Kg的限值。

通过线性回归分析进一步预测了各浓度α-生育酚的有效保护时间。对于FFA，75 mg L^-1浓度下其增长率为0.0044%/小时，据此推算可维持FFA达标（<0.3%）约30小时，而100和125 mg L^-1浓度下（增长率0.0036%/小时）则可维持约38小时。对于PV，75 mg L^-1浓度下的增长率为0.0033% mEq O₂/Kg/小时，可维持PV达标约31小时，100和125 mg L^-1浓度下（增长率0.0026% mEq O₂/Kg/小时）则可维持约40小时。考虑到该乳品厂记录的最长停机时间约为18小时，使用75 mg L^-1的α-生育酚足以保证AMF品质，且比使用100 mg L^-1节省25%的成本。

本研究得出结论，在工业规模储罐中，延长保持时间会降低AMF的感官品质并增加其FFA和PV值。添加α-生育酚能有效抑制氧化反应，维持AMF在可接受的质量标准内。保持时间与α-生育酚浓度的交互作用对感官品质无显著影响，但对水解和氧化反应的速率有显著影响。特别重要的是，使用75 mg L^-1的α-生育酚在40°C下维持AMF品质24小时是有效且经济的，这为乳品工业提供了一种经过科学验证的、成本优化的抗氧化剂应用方案。这项研究不仅解决了特定乳品厂的实际问题，其研究方法和结论对于其他面临类似原料保存挑战的食品工业也具有重要的借鉴意义。该成果发表于《Translational Food Sciences》期刊，体现了基础研究与工业应用之间的有效转化。