延長(zhǎng)貨架期（extended?shelf-life,ESL）牛乳最早起源于北美，意在滿足消費(fèi)者對(duì)牛乳營(yíng)養(yǎng)、新鮮和安全的要求，解決了常規(guī)巴氏乳貨架期短和超高溫滅菌乳產(chǎn)品口感差、營(yíng)養(yǎng)破壞嚴(yán)重的問(wèn)題。ESL不是一種殺菌方式，而是一種管理理念，指從原料乳到最終產(chǎn)品的各個(gè)環(huán)節(jié)都盡量減少任何形式的二次污染，減少菌落總數(shù)，來(lái)達(dá)到延長(zhǎng)貨架期的目的。
為了兼顧營(yíng)養(yǎng)和理想的貨架期，ESL牛乳目前應(yīng)用最廣泛的殺菌方式是超巴氏殺菌技術(shù)，主要的措施是采用介于巴氏殺菌和超高溫滅菌之間的熱殺菌工藝，再通過(guò)超潔凈灌裝減少二次污染，生產(chǎn)、貯藏、分銷過(guò)程中菌落數(shù)低、貨架期更長(zhǎng)的液態(tài)乳。ESL牛乳的貨架期在冷藏條件下至少15 d，最長(zhǎng)可達(dá)45 d。目前市場(chǎng)上常采用120～130℃、2～15?s的殺菌工藝，但這勢(shì)必對(duì)牛乳中蛋白的活性和部分營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)造成破壞，除了制定合理的熱處理?xiàng)l件外，新工藝也開始應(yīng)用到ESL牛乳的生產(chǎn)中，包括蒸汽浸入式殺菌、膜過(guò)濾技術(shù)結(jié)合巴氏殺菌等。本研究重點(diǎn)分析不同殺菌工藝技術(shù)對(duì)ESL牛乳品質(zhì)和貨架期的影響，從而為ESL牛乳的廣泛應(yīng)用提供參考。
生乳（菌落總數(shù)<50?000?CFU/m L，酸度13～15?oT，蛋白含量≥3.1?g/100?mL，脂肪含量≥3.3?g/100?mL）光明乳業(yè)牧場(chǎng)。
乳鐵蛋白標(biāo)準(zhǔn)品（純度≥98%）、免疫球蛋白G(immunoglobulin?G,IgG）標(biāo)準(zhǔn)品（純度≥98%）；營(yíng)養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。
蒸汽浸入式殺菌機(jī)；巴氏殺菌機(jī)、稀奶油殺菌機(jī)；管式殺菌設(shè)備、均質(zhì)機(jī)；無(wú)菌操作臺(tái);恒溫水浴鍋、生化培養(yǎng)箱。
原料乳經(jīng)不同工藝殺菌（傳統(tǒng)管式高溫殺菌、蒸汽浸入式殺菌和膜過(guò)濾結(jié)合巴氏殺菌），生產(chǎn)ESL牛乳，然后冷卻至4℃，超潔凈灌裝，備用。具體工藝流程如下：
1）傳統(tǒng)管式高溫殺菌工藝：原料乳→均質(zhì)（65℃、2 0 M P a）→殺菌（1 3 0℃、2 s命名為殺菌工藝A,120℃、15 s命名為殺菌工藝B）→冷卻→灌裝；
2）蒸汽浸入式殺菌工藝：原料乳→殺菌（147℃、0.09 s命名為殺菌工藝C）→均質(zhì)（65℃、20 MPa）→冷卻→灌裝；
3）膜（陶瓷膜）過(guò)濾結(jié)合巴氏殺菌工藝流程如下：
對(duì)不同殺菌工藝制備的ESL牛乳進(jìn)行菌落總數(shù)、大腸菌群和致病菌（沙門氏菌和金黃色葡萄球菌）的測(cè)定。具體參照GB 19645—2010《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)?巴氏殺菌乳》。
對(duì)不同殺菌工藝制備的ESL牛乳進(jìn)行貨架期測(cè)定，分別貯藏在6、10、15℃條件下，根據(jù)感官、菌落總數(shù)、煮沸實(shí)驗(yàn)、pH值和酸度，參照GB 19645—2010《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)?巴氏殺菌乳》判斷產(chǎn)品貨架期。
對(duì)不同殺菌工藝制備的ESL牛乳進(jìn)行活性物質(zhì)含量測(cè)定，包括乳鐵蛋白和IgG含量測(cè)定，并計(jì)算損失率?；钚晕镔|(zhì)的檢測(cè)參考T/CSCA?110059—2020《巴氏殺菌乳—鮮牛乳》附錄方法。活性物質(zhì)損失率按下式計(jì)算。
對(duì)不同殺菌工藝制備的ESL牛乳進(jìn)行糠氨酸含量測(cè)定。具體參照NY/T?939—2016《巴氏殺菌乳和UHT滅菌乳中復(fù)原乳的鑒定》，結(jié)果以100?g蛋白質(zhì)中糠氨酸含量表示。
比較4組熱殺菌工藝對(duì)ESL牛乳品質(zhì)的影響，為了進(jìn)一步優(yōu)化工藝，分別對(duì)蒸汽浸入式殺菌和膜過(guò)濾結(jié)合巴氏殺菌工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，具體工藝條件見表1，從活性物質(zhì)損失率和貨架期兩方面評(píng)價(jià)，確定ESL牛乳優(yōu)化工藝條件。
實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次，用Excel初步整理數(shù)據(jù)，用GraphPad?Prism?8.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，P<0.05時(shí)，表示差異顯著；P>0.05時(shí)，表示差異不顯著。
巴氏殺菌乳是通過(guò)適度的熱加工滅活生乳中的致病菌和部分腐敗菌，為了維持鮮乳的風(fēng)味和營(yíng)養(yǎng)，巴氏殺菌后的鮮乳中存在少量微生物，一般殺菌后菌落總數(shù)小于100?CFU/mL。ESL牛乳殺菌條件的制定要考慮可顯著減少牛乳中微生物數(shù)量來(lái)延長(zhǎng)產(chǎn)品的貨架期，同時(shí)又要最大限度地減輕由于熱處理造成的產(chǎn)品感官質(zhì)量變化。研究不同殺菌工藝對(duì)牛乳殺菌后微生物殘留量的影響，來(lái)判斷是否可以作為ESL牛乳殺菌工藝。
由表2可知，原料乳經(jīng)4種不同工藝殺菌后，菌落總數(shù)和大腸菌群數(shù)量都小于1 CFU/mL，并且致病菌沙門氏菌和金黃色葡萄球菌完全被殺滅，說(shuō)明4種殺菌工藝符合ESL牛乳下線微生物含量盡可能低的要求，從而能達(dá)到延長(zhǎng)產(chǎn)品貨架期的目的。
Table 2 Effects of different sterilization processes on microorganisms in raw milk
CFU/mL
由表3可知，經(jīng)過(guò)4種不同工藝殺菌后，在6、10、15℃下貯藏的牛乳貨架期存在明顯差異。除C組外，隨著貯藏溫度升高，貨架期縮短，在貨架期末因出現(xiàn)菌落總數(shù)超標(biāo)、酸度過(guò)高、性狀改變而終止貨架期。C組在3個(gè)貯藏條件下最長(zhǎng)貯藏時(shí)間45 d內(nèi)都無(wú)明顯風(fēng)味和性狀改變，微生物未超標(biāo)。在6℃貯藏條件下，A、B、D組貨架期大于20 d，說(shuō)明低溫貯藏有效抑制微生物的繁殖和各種酶的活性，延長(zhǎng)了產(chǎn)品的貨架期；在10、15℃貯藏條件下，D組貨架期分別降至最短14、7 d,D組隨溫度升高貨架期明顯縮短，分析是因?yàn)榕Ｈ橹袣埩粑⑸?，在溫度升高后迅速繁殖，進(jìn)而失去了飲用價(jià)值。D組產(chǎn)品對(duì)冷鏈要求最高，僅適宜在冷鏈好的地區(qū)銷售，全程控制在6℃為佳；而對(duì)于冷鏈不夠完善的地區(qū)，采用C工藝更安全。
Table 3 Effects of different sterilization processes on shelf life of ESL milk
牛乳的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值除了可以提供蛋白質(zhì)、脂肪和無(wú)機(jī)元素等常規(guī)營(yíng)養(yǎng)外，還含有種類繁多、無(wú)法通過(guò)其他食物提供的生物活性物質(zhì)，如乳鐵蛋白、免疫球蛋白、糖巨肽、乳過(guò)氧化物酶、鞘脂類等。這些生物活性物質(zhì)在維持和增加機(jī)體免疫力、抑菌、抗病毒及維護(hù)腸道健康等方面發(fā)揮著重要作用。然而，以乳鐵蛋白和免疫球蛋白等為代表的牛乳中活性物質(zhì)均對(duì)熱敏感，研究不同殺菌工藝對(duì)ESL牛乳中活性物質(zhì)乳鐵蛋白和IgG損失率的影響，有助于生產(chǎn)ESL牛乳工藝選擇。
由圖1可知，4種殺菌工藝ESL牛乳的乳鐵蛋白和IgG損失率有顯著差異。A、B組殺菌后幾乎檢測(cè)不到乳鐵蛋白和IgG;C組利用牛乳自由下落時(shí)與蒸汽融合殺菌，實(shí)現(xiàn)牛乳精準(zhǔn)升溫，達(dá)到殺菌的效果，相對(duì)傳統(tǒng)的高溫?zé)崽幚砉に嚕ˋ和B）而言，大大縮短了牛乳在管道內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間升溫帶來(lái)的品質(zhì)變化，從而保留了少量活性物質(zhì)；D組乳鐵蛋白和IgG損失率最低，是因?yàn)橥ㄟ^(guò)微濾去除牛乳中的大部分微生物和體細(xì)胞，大大降低了熱處理強(qiáng)度，在延長(zhǎng)產(chǎn)品貨架期的同時(shí)更好保留了牛乳中的活性物質(zhì)，提升了產(chǎn)品品質(zhì)。
圖1 不同殺菌工藝對(duì)ESL牛乳中乳鐵蛋白（A）和IgG(B）損失率的影響
Fig.1 Effects of different sterilization processes on percentage loss of LF (A) and IgG (B) in ESL milk
小寫字母不同，表示差異顯著（P<0.05）。下同。
牛乳中的乳糖作為還原糖，在熱處理過(guò)程中與牛乳蛋白中賴氨酸之間發(fā)生美拉德反應(yīng)，生成中間產(chǎn)物乳果糖基賴氨酸，該物質(zhì)經(jīng)酸水解后可生成呋喃素，呋喃素又稱糠氨酸。糠氨酸含量作為鑒別UHT滅菌純牛乳或巴氏殺菌乳是否為復(fù)原乳的定量指標(biāo)，同時(shí)也可以判斷牛乳的熱處理強(qiáng)度，在還原糖含量不變的情況下，溫度和處理時(shí)間，即熱處理強(qiáng)度是影響糠氨酸含量的最主要因素，過(guò)度的熱處理也會(huì)導(dǎo)致糠氨酸含量升高。
由圖2可知，4種不同殺菌工藝牛乳糠氨酸含量由高到低依次為A組>B組>D組>C組。C組將牛乳勻速通過(guò)小孔型分配板進(jìn)入蒸汽罐中，牛乳溫度與蒸汽溫度的溫差可以精準(zhǔn)控制在1℃以內(nèi)，并且在極短時(shí)間內(nèi)完成，減少很多不必要的熱處理，大大降低了美拉德反應(yīng)，從而降低了總體的糠氨酸含量；D組的糠氨酸含量高于C組，分析可能原因是膜過(guò)濾前分離出的稀奶油采用120℃、15?s工藝處理，這部分稀奶油中含有的少量蛋白質(zhì)經(jīng)過(guò)120℃高溫殺菌后發(fā)生了美拉德反應(yīng)，從而提高了成品的糠氨酸含量。
Fig.2 Effects of different sterilization processes on furosine content in ESL milk
與傳統(tǒng)管式高溫殺菌工藝比較，蒸汽浸入式殺菌在ESL牛乳貨架期方面更有優(yōu)勢(shì)，陶瓷膜過(guò)濾結(jié)合巴氏殺菌生產(chǎn)ESL牛乳在活性物質(zhì)保留方面更有優(yōu)勢(shì)，進(jìn)一步優(yōu)化2種工藝。
圖3 不同殺菌工藝對(duì)ESL牛乳中乳鐵蛋白（A）和IgG(B）損失率的影響
Fig.3 Effects of direct steam infusion and membrane filtration combined with pasteurization under different processing conditions on percentage loss of LF (A) and IgG (B) in ESL milk
表4 不同優(yōu)化殺菌工藝對(duì)ESL牛乳貨架期的影響
Table 4 Effects of direct steam infusion and membrane filtration combined with pasteurization under different processing conditions on shelf life of ESL milk
由圖3和表4可知：對(duì)比蒸汽浸入式殺菌3個(gè)工藝條件，降低殺菌溫度活性物質(zhì)含量增加不明顯，且導(dǎo)致貨架期顯著縮短，增加了對(duì)銷售環(huán)節(jié)冷鏈的要求，所以采用蒸汽浸入式殺菌生產(chǎn)ESL牛乳優(yōu)選147℃、0.09?s工藝參數(shù)；對(duì)比陶瓷膜過(guò)濾結(jié)合巴氏殺菌3個(gè)工藝條件，改變巴氏殺菌溫度不能明顯改變產(chǎn)品貨架期，但是活性物質(zhì)乳鐵蛋白和IgG含量隨溫度升高顯著降低，所以采用陶瓷膜過(guò)濾結(jié)合巴氏殺菌，優(yōu)選72℃、15?s工藝參數(shù)，不僅能夠更好保留牛乳中的活性物質(zhì)，而且可以減少能源消耗，降低生產(chǎn)成本，但要注意在銷售流通環(huán)節(jié)的溫度控制，冷鏈溫度控制在6℃以內(nèi)為佳。
通過(guò)研究不同熱殺菌條件對(duì)ESL牛乳品質(zhì)的影響發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)高溫殺菌（130℃、2?s或120℃、15?s）比較，蒸汽浸入式殺菌（147℃、0.09?s）生產(chǎn)的ESL牛乳貨架期更長(zhǎng)，在15℃以下，溫度的改變沒(méi)有對(duì)產(chǎn)品貨架期內(nèi)的品質(zhì)產(chǎn)生顯著影響，殺菌后糠氨酸含量降低并且保留少量的活性物質(zhì)乳鐵蛋白和IgG，該工藝即使在冷鏈欠發(fā)達(dá)的地區(qū)也能夠保證產(chǎn)品的品質(zhì)穩(wěn)定；膜過(guò)濾結(jié)合巴氏殺菌（72℃、15?s）生產(chǎn)的ESL牛乳，活性物質(zhì)乳鐵蛋白和IgG保留率更高，膜過(guò)濾后簡(jiǎn)單增加殺菌溫度，對(duì)貨架期沒(méi)有明顯改善，要確保產(chǎn)品品質(zhì)的穩(wěn)定，建議全程嚴(yán)格控制冷鏈，溫度6℃以下，貨架期內(nèi)品質(zhì)更加穩(wěn)定。
本研究通過(guò)測(cè)定不同殺菌工藝對(duì)ESL牛乳貨架期、活性物質(zhì)乳鐵蛋白和IgG損失率、糠氨酸含量的影響，為ESL牛乳的品質(zhì)提升和新技術(shù)推廣提供一定的參考依據(jù)，從而為消費(fèi)者帶來(lái)品質(zhì)更好的ESL產(chǎn)品。
