（食品科学专业论文）UHT乳货架期及预测模型的研究.pdf

摘要 本文研究了u 】 t 全脂乳在3 7 0 c 、2 0 c 两种不同贮存温度下，酸度、黏度、蛋 白水解度( 蛋白酶活性的表征参数) 、酒精稳定性、热稳定性的变化情况，并建立 了各指标与剩余货架期的关系式一u h t 乳货架期预测模型，( 1 ) 在2 0 。c 条件下， 当x 3 2 5 时，y = 1 8 7 7 3 3 1 0 0 1 x 1 9 0 3 6 8 x 3 + 0 8 1 4 x 4 + 2 2 9 2 x 5 ；当x 3 q 5 时，y = 1 8 7 7 3 3 1 0 0 1 x l - 7 0 2 4 6 x 3 + 0 8 1 4 x 4 + 2 2 9 2 x 5 ； ( 2 ) 在3 7 0 c 条件下， y = 5 4 5 3 9 7 3 5 1 6 5 0 x 3 + 5 9 3 x l + 2 4 1 9 x 5 。y 剩余货架期；x 1 ：酸度；x 3 ：蛋 白水解：x 4 ：牛奶与酒精1 ：l ( 2m l 牛奶与2 m l 酒精) ：x 5 ：牛奶与酒精1 ：2 ( 2m l 牛奶与4 m l 酒精) 。从模型计算发现：3 7 0 c 和2 & c 两种贮存温度对u h t 乳货架 寿命的影响差异显著：不同的蛋白酶活( u h t 后是否实施低温失活处理) 对u h t 乳货架寿命影响明显，与未经低温失活处理的u h t 乳相比，经低温失活处理( 5 5 0 c 、 1 5m i n ) 的u h t 乳货架寿命可延长2 0 3 0 d 。 本文还研究了蛋白质酒精稳定性检测方法的改进，发现p h 值显著影响酒精稳 定性，且牛奶与酒精l ：2 的变异系数明显低于牛奶与酒精1 ：1 的变异系数，大大提 高了酒精试验的精确度。研究了用油浴进行u h t 乳蛋白质热稳定性的检测方法， 经试验发现1 2 0 0 c 的恒温条件比较合适。 一 关键词：u h t 乳：货架期；预测模型；加速试验；低温失活 s t u d y o nu h tm i l ks h e l f - l i f ea n di t sp r e d i c t i o nm o d e l a b s t r a c t p r o t e o l y s i s ，v i s c o s i t y , a c i d d e g r e e ，a l c o h o l s t a b i l i t y , h e a t s t a b i l i t yc h a n g ew e r e s t u d i e da b o u tw h o l eu h tm i l ka t3 7 0 ca n d2 0 0 c ，a n dt h ee v a l u a t i o nm o d e lo f u h tm i l k s h e l f - l i f ew a se s t a b l i s h e dt h r o u g ht h ep e r f o r m a n c er e l a t i o no fe v e r yi n d e xa n ds u r p l u s s h e l f - l i f ei nt w od i f f e r e n ts t o r a g et e m p e r a t u r e ，( 1 ) w h e nt h ei n d e xx 3i sl a r g e rt h a n 2 5 u m o l m l ，t h em o d e li sy = 1 8 7 7 3 3 1 0 0 1 x 1 9 0 3 6 8 x 3 + 0 8 1 4 x 4 + 2 2 9 2 x 5 但o d c ) ；w h e nt h ei n d e xx 3i ss m a l l e rt h a n2 。5 u m o l m l ，t h em o d e li sy = l 8 7 7 3 3 1 0 0 1 x l 一7 0 2 4 6 x 3 + 0 8 1 4 x | 4 + 2 2 9 2 x 5 ；( 2 ) y = 一5 4 5 3 9 7 3 5 1 6 5 0 x 3 + 5 9 3 x 4 + 2 4 1 9 x 5 ( 3 7 0 c ) a m o n gt h et o t a l ，yr e f e r e dt ot h es u r p l u ss h e l f - l i f e ，x 1r e f e r e dt ot h e a c i d d e g r e e ，x 3r e f e t e dt op r o t e o l y s i s ，x 4r e f e r e dt ot h er a t i oo ft h em i l ka n da l c o h o li s l ：l ( 2 m lm i l ka n d2 m la l c o h 0 1 ) ，x 5r e f e r e dt ot h er a t i oo ft h em i l ka n da l e o h o l i s1 ：2 ( 2 m lm i l ka n d4 m la l c o h 0 1 ) i tw a sf o u n dt h a tt h ed i f f e r e n c eo fu h tm i l ks h e l f - l i f e i n f l u e n c ew a sv e r ys i g n i f i c a n tw i t h s i g n i f i c a n ta n a l y s i s a tt w od i f f e r e n ts t o r a g e t e m p e r a t u r e i tw a sa l s of o u n dt h a tc o m p a r e dw i t ht h eu h t m i l kw i f l a o u tl t it r e a t m e n t ， t h es h e l f - l i f eo ft h eu h tm i l kw a se x t e n d e db y2 0 3 0d a y s ，w h i c hw a st r e a t e db yl t i t r e a t m e n t ( 5 5 * c 、1 5r a i n ) t h em e t h o do fc h e c k i n g - o u tp r o t e i na l c o h o l s t a b i l i t yw a sa l s os t u d i e di nt h i s r e s e a r c h ，i t w a sf o u n dt h a tt h ea l c o h o l - s t a b i l i t yi si n f l u e n c e dg r e a t l yb yp h ，a n d c o m p a r e dw i t ht w ok i n d so fm e t h o do f m i l ka n da l c o h o lw i t h1 ：2a n d1 ：1 ，i tw a sf o u n d t l l a tt h ec o e f t i c i e n to fv a r i a t i o n ( c v ) o ft h ef o r m e rw a ss m a l l e rt h a nt h e1 a 钍e r ，s ot h e a c c u r a c yo fa l c o h o l - e x p e r i m e n tw a sr a i s e dg r e a t l y n em e t h o do fc h e c k i n g o u tp r o t e i n h e a t - s t a b i l i t yw a sa l s or e s e a r c h e d ，i tw a sf o u n dt h a tt h et e m p e r a t u r ew a sc h a n g e dt o c o n s t a n tt e m p e r a t u r ea t12 0 0 ci ss u i t a b l e k e y w o r d s ：u h tm i l k ；s h e l f - l i f e ； l o w - t e m p e r a t u r e i n a c t i v a t i o n t r e a t m e n t dir e c t e db y ：p r o f h eyin f e n ga n dd o c t o r 。y u nz h a n y o u k o pi ic a n tf o rm a s t e rd e g r e e ：w a n gy a n ii ( f o o ds c i e n c ea n de n g i n e e r i n g ) ( f o o ds c i e n c ea n de n g i n e e r i n gc o l l e g e ，i n n e rm o n g o l i aa g r i c u l t u r a lu n i v e r s i t y ，h u h h o t0 1 0 0 1g ，c h i n a ) 内蒙古农业大学 研究生学位论文独创。声明 本人申明所呈交的学位论文是我本人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的 地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包 含为获得我校或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料，与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说。 明并表示谢意 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任 论文作者签名： 内蒙古农业大学研究生学位论文版权使用授权书 本人完全了解内蒙古农业大学有关保护知识产权的规定，即：研 究生在攻读学位期间论文工作的知识产权单位属内蒙古农业大学本 人保证毕业离校后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位为内蒙 古农业大学，且导师为通讯作者，通讯作者单位亦署名为内蒙古农业 大学学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的寥印件和电 子文档，允许论文被查阅和借阒。学校可以公布学位论文的全部或部 分内容( 保密内容除外) ，采用影印、缩印或其他手段保存论文 论文作者签名： ”建廷两 指导教师签名：经丝透l 日 期：婴墨：笪：纽 内蒙古农业大学硕士学位论文 l 1引言 1 1u h t 乳概述 u h t ( u l t r ah i g ht e m p e r a t u r e ) 是超高温灭菌技术的简称，它最早是在1 9 世纪 末提出的，应用于乳品工业是在2 0 世纪4 0 年代末，于6 0 年代与无菌灌装技术结 合用于生产删t 乳m 。对于巴氏杀菌乳制品，即使冷藏，其货架期也只有几天， u h t 乳则可达到6 8 个月，浓缩乳和甜炼乳在室温下可达到几年。产品的组成、 热处理的强度、贮存条件以及消费者的态度一起决定了产品货架期的长短嘲。 u h t 灭菌所依据的原理是加热产生的灭菌效果大大快于乳中所引起的的化学 变化。巴顿通过试验绘制了灭菌效果与褐变速率之比与温度的曲线，从曲线来看， 当温度低于1 3 5 ( 2 时两者之比未发生急剧变化；而在1 3 5 0 c 以上，灭菌效果比褐变 的增长要快得多；当温度升高至1 4 0 c ，灭菌效果与褐变速率之比增大到2 0 0 0 ：1 ； 1 5 ( y c 时，两者之比增大到5 0 0 0 ：l ；从1 5 0 0 c 再升高温度，曲线呈直线上升，说 明再提高温度使灭菌效果与褐变速率都增大，没有太大意义。因此，u h t 灭菌一般 为1 3 5 - - 一1 5 0 0 c 加热4 - - 1 5 s ，而u h t 乳生产中最为常用的是1 3 7 0 c ，4 s 的灭菌方式。 u h t 乳的基本生产工艺如下所示：超高温瞬间灭菌迅速冷却到常温无菌灌 装保温观察期产品合格后出厂。我国从2 0 世纪8 0 年代引进国外超高温 杀菌技术，发展至今已有近三十年的历史，由于u h t 乳的特性十分适合我国的乳 品市场，u i - i t 乳以其高品质、饮用方便、长保鲜期以及可远距离销售等特点已悄然 走进千家万户，所以它在我国液态奶消费中所占的比例一直都在逐步上升，在人们 的饮食文化中扮演着越来越重要的角色。目前在全球液态奶市场中，巴氏杀菌技术 和u h t 杀菌技术同时被广泛采用，但是巴氏乳对仓储、运输、销售各环节的冷藏 条件要求非常严格，一旦一个环节的冷藏条件不达标，乳中细菌数量就会呈几何级 数增加，造成产品变质。与巴氏乳相比，u i t 乳解决了液态奶运输、储存、保鲜难 的问题，有效地保持了蛋白质、钙等营养物质。 然而，从市场调查的结果来看，u h t 乳在贮存过程中常会出现一些质量问题影 响到产品的品质。这些问题包括脂肪上浮、蛋白沉淀、胶凝及色泽风味的改变等等。 就目前的情况来看，脂肪上浮现象在u i t 乳中十分常见，有的u h t 乳在贮存 3 个月后出现，有的在贮存2 周甚至更短时间内就会出现【4 1 。造成切订乳脂肪上浮 的因素很多，一般来说，一个很主要的因素就是加工过程中的均质工艺和乳化剂的 选择啼1 。另一方面，原料乳的质量也与脂肪上浮现象密切相关。此外，乳中的酶也 与脂肪上浮现象有关。 胶凝是以贮存过程中产品的流动性损失为特征的，表现为在贮存中u h t 乳发 生黏度变化，起始阶段产品变薄，接下来一个阶段黏度很少变化，最终黏度有一迅 速上升过程。除了胶凝现象之外，一些u h t 乳在贮存期间还会在包装底部发现蛋 白沉淀现象。乳本身作为一个缓冲体系，蛋白质是在各种离子组成的平衡体系中处 2 u h t 乳货架期及预测模型的研究 于稳定状态的，但是当条件改变( 如酸度过大、过度加热、加入某些盐类) 可能会 影响乳中固有的盐类平衡体系，导致乳蛋白聚集形成沉淀璩1 。 u h t 乳的正常色泽为乳白色或稍带黄色。当颜色较深时，可能是发生了不同程 度的褐变。正常的u h t 灭菌条件一般不会造成u h t 乳的明显褐变，u i - i t 乳的褐 交主要是灭菌温度过高或时间过长丽引起的。但是，u h t 乳在贮存过程中若贮存温 度过高也会发生缓慢的美拉德反应，使乳的色泽呈变深倾向阳3 。除了组织状态和色 泽方面的变化之外，u h t 乳在贮存期间还会产生一些风味方面的变化，主要表现为 苦味、涩味、脂肪氧化味等等“0 1 。 1 2u h t 乳贮存过程中各项理化指标的变化 由于u h t 处理不能完全钝化乳中的酶，因此在产品贮存过程中，乳蛋白酶、 脂肪酶能够水解乳中的蛋自质和脂肪，最终使产品发生一定程度的水解，并表现为 乳的黏度、酸度增大，导致u h t 乳蛋白稳定性降低，使产品具有形成胶凝的倾向， 最终达到货架寿命口。 1 2 1 酸度 牛乳经过超高温灭菌处理后，酸度会有所增加，这主要是由乳糖和酪蛋白磷酸 肽分解及磷酸盐类平衡变化所引起的，在贮存前7 0 d 中酸度基本保持恒定，贮存期 7 0 d 至1 0 0 d 酸度迅速下降，这可能主要是灭菌乳在贮存期中蛋白质肽涟上的一s h 基 游离被氧化，蛋白质两性移动，使滴定酸度下降；另一种可能是存在于乳中的某些 挥发性酸在包装盒残余顶隙空气的作用下氧化分解，使酸度降低。随后，酸度又回 升，这可能是因为脂肪酶水解乳中脂肪变成脂肪酸，使酸度进一步上升；另一种可 能由于贮藏期内c 0 2 损失，酶对溶解的磷酸酯的作用，使有机磷酸酯键( 酪蛋白) 水解，引起磷酸钙沉淀而导致h 的释放“筋。 i 2 2 黏度 目前，有两种学说来解释u i - i t 乳贮存期间胶凝现象的机制。一种为蛋白酶学 说，即u h t 乳出现胶凝是由于酶水解乳蛋白引起的。其中起主要作用的酶是天然 乳蛋白酶- ( 纤维蛋白酶) 和微生物蛋白酶“副。这些酶的耐热性很高，在u h t 乳贮 存中继续发挥水解作用使蛋白质水解，当蛋白质水解达到一定程度时就会发生凝集 反应生成凝胶。另一种为非酶的理化反应学说，即酪蛋白胶体表面性质的变化导致 了胶凝。u h t 乳中的酪蛋白胶体处于高表匾能状态，贮存过程中，酪蛋白从高能状 态向低能状态逐步、自发地转化，许多酪蛋自势能下降，导致胶体粒子阃的排斥作 用减弱，最终导致胶凝的发生n 引。 内蒙古农业大学硕士学位论文 3 1 2 3 蛋白水解度 蛋白水解是由于蛋白酶的存在，蛋白酶可以是乳中固有的，也可以是微生物蛋 白分解菌的存在导致的，蛋白分解菌是指能产生蛋白酶而将蛋白质分解的菌群，它 能使蛋白质分解出氨和胺类，可使牛乳产生黏性、碱性、胨化，产生的蛋白酶在高 温杀菌过程中，一些活性基团可能没有完全失活，在适宜条件下，蛋白酶再次被激 活，分解蛋白质。乳中的蛋白酶有两个来源途径：一是乳本身存在的蛋白酶；二是 乳贮藏中由某些微生物产生的蛋白酶。一些嗜冷菌产生的耐热性蛋白酶非常耐热， 经删t 处理后也不会完全失活。存在于乳中的主要天然性蛋白酶是纤维蛋白溶酶， 它也具有一定的耐热性，经灭菌处理后仍可残留一定的活性。由于蛋白酶的影响，使 u h t 乳在贮存过程中蛋白稳定性逐渐降低，酒精稳定性和热稳定性的测定可以检测 u h t 乳在贮存过程中的品质变化n 匐。 1 2 4 酒精稳定性 u h t 乳在贮存过程中蛋白稳定性逐渐降低，测量蛋白稳定性种最直接、简 单的办法就是做酒精试验。主要机理是利用酒精对蛋白质的腹水作用，破坏酪蛋白 酸一磷酸钙胶粒的水合作用，使其不稳定，产生凝集而结块。但是，在以往的酒精试 验中发现酒精稳定性相同的原料乳而其成品一m t 乳货架期却不同，因此许多乳 品厂对酒精试验的适用性和准确性提出了质疑。质疑问题之一就是在用酒精试验去 准确描述乳蛋白稳定性时是否需要同时描述被测样品的p h 值n 氟州；质疑问题之二 就是当牛奶p h 值足够大时牛奶中加入等体积的无水乙醇也不会引起沉淀，所以考 虑到1 体积牛奶中加入1 体积酒精有可能影响试验的精确度，故应向l 体积牛奶中 加入2 体积酒精n 町。所以本研究目的就是确定欲准确描述乳蛋白稳定性时是否需要 同时描述被测样品的p h 值；对牛奶与酒精1 ：1 和牛奶与酒精1 ：2 两种检测方法进行 对比，看是否牛奶与酒精l ：2 能提高酒精试验的精确度、准确度。 1 2 5 热稳定性 m i l l e r 和s o m m e r 在早期的测定牛奶热稳定性的试验中就提出，牛奶p h 值与 热稳定性的关系曲线和牛奶p h 值与酒精稳定性的关系曲线很相似，也呈s 形，低 p h 时稳定性最低，高p h 时稳定性最大，但热稳定性曲线较靠近p h 轴原点。施正 学做了在牛奶中添加钙磷后对蛋白质稳定性影响的试验，试验表明，钙磷的添加对 牛奶热稳定性的影响和对酒精稳定性的影响很相似，牛奶的酒精稳定性和热稳定性 间有很好的相关性。 蛋白质稳定性测定除酒精试验外还有一种就是热稳定性测定，传统的验证蛋白 质稳定性的方法是煮沸试验，是利用加热蛋白质变性这一原理，但煮沸试验与检验 人员主观因素有很大关系，而油浴试验是利用模拟超高温试验机、模拟超高温瞬时 4 u h t 乳货架期及预测模型的研究 杀菌来验证蛋白质的稳定性，受检测人员的主观因素影响小，检测更准确。 但是通过多次试验发现以往油浴试验的温度设定条件不适合u h t 乳蛋白质稳 定性的检测，使当天生产的u h t 乳在恒温0 s 时就已经变质e 呈豆腐块状) ，无法 进行牛奶的组织状态、有无絮片、颗粒状或结块现象的观察，更不用说对于生产出 一个月或更长时间的了，这样的试验条件无法对不同剩余货架期的u h t 乳进行区 分。考虑到是1 7 0 c 的升温条件和1 4 0 0 c 的恒温条件，这样过高的温度设定条件使 u h t 乳蛋白在极短的恒温时间内就已经变质。所以本试验的目的就是对油浴试验的 试验条件( 温度设定) 进行改进，适度的降低预热、升温、恒温时的温度条件，使 u h t 乳在恒温一段时间后才出现变质、有絮片、颗粒状或结块等的现象，从而通过 不同的恒温时间段达到区分不同剩余货架期u h t 乳的目的。 1 - 3u h t 乳的货架期 在机械电子等工程产品设计和制造领域，通过对试验中产品实效数据的可靠性 分析，可掌握在预定时间内( 即预期寿命) 产品正常工作的概率。1 9 7 5 年，g a c u l a 等将工程产品失效的概念引入了食品领域，认为随着时间的推移，食品将发生品质 下降的过程，并最终降低到人们不能接受的程度，这种情况称为食品失效( f o o d f a i l u r e ) ，失效时间则对应着食品的货架寿命( s h e l f - l i f e ) ( 1 9 o 在商品流通销售使用 中，包装商品的货架期( 也称商品货架寿命) 是消费商品尤其是食品的重要技术指 标，也是当今商品社会使用十分频繁的术语。食品的保质期( 货架寿命) 指的是 食品的最佳食用期，也就是在食品标签规定的条件下，保持食品质量( 品质) 的期 限。g r a f 和s a g u y ( 1 9 9 2 ) 将食品货架期定义为产品可以被接受并且满足顾客质量 要求的时间长度，它是厂商对流通期内商品质量功效的保证与承诺。 货架寿命理论产生于现代食品加工技术和包装技术，货架寿命概念中包含了食 品学、包装学、材料学、市场营销学等方面的技术知识。产品货架寿命的长短主要 取决于产品本身的性质、包装工艺与材料、以及产品流通过程的环境条件等，其影 响因素较多，形成机理与相互关系也较为复杂。在此期限内，食品的所有指标( 感 官要求、理化指标、卫生指标) 都应符合标签上或产品标准的规定。食品是一个多 元的、活跃的复杂体系，与食品品质有关的微生物增殖、酶反应、物化变化等都可 能会在同一时间发生，而外界些条件如温度、湿度等也会影响这些反应的进行， 因此与食品货架寿命有关的因素主要有食品的化学组成、加工技术、包装形式和贮 藏条件等n l 踟。 ( 1 ) 产品本身。产品货架期受产品本身的微生物、酶类和生化反应的影响。微生 物自身产生的一些有害物质或微生物利用了产品中的某些营养成分生成其它物质， 从而影响了产品的货架期。大量的资料显示酶的作用是导致货架期问题的重要原 因，而生物化学方面的变化着重表现在氧化反应上，生化反应主要影响产品的外观， 内蒙古农业大学硕士学位论文 5 风味和口感。 ( 2 ) 环境。影响产品货架期的环境因素有：保存温度、相对湿度、水分含量，水 分活度、气体浓度、p h 值、金属离子、氧化还原电势、压力和辐射等。其中最重 要的环境影响因素是温度。温度会影响反应速度，一般来说，反应速度随着温度的 升高而加快。产品的储存温度高，货架期缩短。 ( 3 ) 包装材料。不同的包装材料其透气性、密封性、透光性、阻湿性等都不同， 从而影响产品的货架期。但是包装材料对货架期的影响也与产品所处的环境条件有 关，p a i n e 和p a k e r ( 1 9 8 3 ) 的研究指出在扩散的气体或水分不与阻隔材料发生相互关 系的情况下，包装材料的渗透性与温度呈指数相关。 货架寿命对于厂商的信誉，对于消费者的健康与安全至关重要。中国是个食品 加工与消费大国，随着中国人民生活水平的提高和社会经济的进一步发展，货架寿 命或货架寿命预测问题的研究对国家经济和社会生活具有重要的意义乜引。通过对食 品货架寿命的研究，不仅可以预测食品的保质期，而且可以通过对影响食品质量的 关键因素的研究，找出关键因子，为延长食品的货架寿命提供理论依据。 1 3 1 货架期加速试验 货架期确定传统的方法是延伸贮藏研究和加速贮藏研究二种方法。目前应用 最广泛的是利用加速寿命试验( a s l t ，a c c e l e r a t e ds h e l f - l i f et e s t i n g ) 来测定食品 货架寿命，即在复杂的环境条件下储藏产品，测试产品周期性的变化直到货架期结 束，然后用这些数据分析在实际销售情况下的货架期。3 0 年来a s l t 得到了广泛的 关注，它提供了一种不需要等上一两年才能得到结果的货架期测定方法。加速货架 寿命试验通常采取将食品暴露在恶劣的温度或相对湿度条件下加速劣变的方法。目 前国内外大多采取数学模型来预测，数学模型的建立需要考虑食品降解的机制、环 境因素、包装材料特性等对食品的影响嘲。 货架期加速试验( a s l t ) 主要是针对长货架期的产品在研究中周期长、效率 低的问题而发展起来的一种实验方法，是将产品置于激烈的条件下加速其反应，使 得在较短的时间内( 短于其真正货架期的时间) 预测出产品的真正货架期。但在使 用激烈的条件时不能发生在正常情况下不可能发生的反应，否则加速试验就是失败 的。本试验采用高温使u h t 乳的物理化学变化加快，从而达到对其货架期加速的 目的，在试验时，没有采用过高的温度，避免过高的温度产生副反应。b m a n j i ( 1 9 8 6 ) 的研究结果和验证试验表明，3 7 c 可以加速u h t 乳的p h 值的下降、脂肪上浮、 蛋白水解，3 7 c 的高温比4 5 0 c 的高温加速效果更好汹】。在凝胶时间上，3 7 c 下贮 存组与对照组( 常温下贮存的) 之间存在极显著的差异( c t = 0 0 1 ) ，但4 5 c 组与3 代 组在a = 0 0 1 水平下差异不显著。在4 5 0 c 下贮存的u h t 乳的蛋白水解比在3 7 * 0 下 贮存的显著降低，可能是4 5 0 c 的温度抑制了部分蛋白酶的活性，因此3 7 c 是最佳 6 u h t 乳货架期及预测模型的研究 加速试验条件幢 。通过试验可以看出研究u h t 乳货架期加速试验，不易采用过高 的温度。加速式贮藏研究多采用高湿、光照、更严格的温度循环和高震荡等，在食 品行业多用高湿、高温和光照，其中温度加速试验使用的较为广泛。胶凝的温度依 赖性可能也是一个相似的现象，胶凝在2 5 0 c 时最迅速，低于此温度胶凝速度变慢， 而高于3 0 c 胶凝不发生啪一，这可能是因为在3 0 - - - 4 0 0 c 时，纤维蛋白溶酶引起的 蛋白水解速度太快的缘故。 1 3 2 延长u h t 乳货架期的方法 对于u h t 乳来说提高其质量，延长其货架期，可以通过以下几个方面来解决： ( 1 ) 严格控制用于生产的原料乳的质量。一方面控制原料乳的体细胞数( s c c ) 。 康奈尔大学的d a v i d eb a r b a n o 领导的课题小组研究了生奶中不同体细胞数对原料奶 的质量影响，发现s c c 高的奶样本比s c c 低的奶样本中游离脂肪酸( f l 认) 平均 增长率和酪蛋白水解率分别高两倍或三倍。另一方面，要严格控制原料乳的微生 物指标：若生牛乳的细菌总数 8 x 1 0 6 万个m i , ，则u h t 乳的胶凝化将逐渐在较短时间内出 现，货架期会缩短测。 ( 2 ) 加入合适的添加剂。矿物元素平衡的变化是酪蛋白胶体解离的原因之一 3 1 。长期贮存时会引起多种形式的磷酸钙沉淀，因为磷酸钙对酪蛋白胶体的稳定性 是必需的，所以矿物元素的变化会影响酪蛋白的稳定性。当钙被除后会引起酪蛋白 胶体解离的增加，酪蛋白胶体解离产生非沉淀性的酪蛋白，因此贮存过程中乳中非 沉淀性酪蛋白量增加。为防止c a 、m g 盐类沉淀析出，保持盐类平衡添加磷酸盐、 柠檬酸盐、e d t a 等与c a 2 + ，m 9 2 + 结合，使胶体形式盐类转变为可溶性盐类，保持 乳中盐类平衡，提高牛乳的热稳定性，如于u h t 乳中加入复合磷酸盐就可延长其 货架期。磷酸钠、柠檬酸盐的添加会加速胶凝，而多聚磷酸盐可减缓胶凝。研究表 明，多聚磷酸盐防止胶凝的有效性随其链长度和浓度的增加而增加，链长4 8 个原 子的多聚磷酸盐对防止胶凝是有效的。 ( 3 ) 改进生产工艺，即在u h t 灭菌处理后加一低温失活处理洲。与在高温时具 有高稳定性相比，多数嗜冷菌产生的胞外蛋白酶对4 0 - 7 0 c 左右的热处理非常敏 感，这种现象被称为低温失活。酶分子间的自我分解，即非折叠状态的酶分子( 无活 性) 被天然构像( 处于折叠状态，有蛋白水解活性) 的酶分子所分解，可能是引起低温 失活现象的主要原因。b u c k y 等( 1 9 8 8 ) 设计了一种热处理工艺，乳在1 4 0 c 加热 5 s 后冷却到6 0 c 保温5 m i n 。结果表明低温热处理工艺能缓解u h t 乳脂肪上浮现 象，可有效地抑制假单胞菌蛋白酶的活性。同时由试验结果得到，5 5 t 2 和6 0 c 的温度处理与4 5 c 和5 0 c 的温度处理相比对蛋白水解活性的抑制程度更高b 叮。 ( 4 ) 灭菌方式不同的影响通常有两种超高温加热方式可供采用：一种为直 内蒙古农业大学硕士学位论文 7 接加热的方法，即蒸汽喷入牛乳或牛乳喷入蒸汽，在真空条件下蒸发冷却；另一种 为间接加热的方法，即在热交换器中间接加热和冷却汹1 。间接法u h t 处理较直接 法u h t 处理胶凝出现慢。这主要是因为经间接u h t 灭菌的乳比直接u h t 灭菌 的乳，纤维蛋白溶酶活性残留更低。m a n j i 观察了2 0 0 c 条件下贮存1 0 个星期，经 直接法u h t ( 1 4 2 ( 2 、2 s ) 灭菌后脱脂乳的胶凝形成情况。形成的凝胶是弱而透明 的，并且容易重新分散。凝胶不是酪蛋白胶束的聚集体。胶凝发生时，所有的粥一 酪蛋白和大多数p 酪蛋白被水解，而k 酪蛋白保持完整，并且含有纤维蛋白溶酶抑 制剂的乳不发生胶凝，在这样的乳中没有酪蛋白被水解，酪蛋自胶束保持完整。其 它一些研究者也得出了相似的结果。m a n j i ( 1 9 8 6 ) 等报导在2 4 0 c 贮存条件下，直接 u h t 灭菌乳( 1 4 2 0 c 、5 s ) 1 3 个星期后出现胶凝，而间接灭菌乳在6 个月内不发生 胶凝绉 。在直接灭菌乳里检测到的酶活性是间接灭菌乳的两倍还高，间接法u h t 处理较直接法u h t 处理胶凝出现更慢嘲。 ( 5 ) 贮存温度最好能控制在2 0 c 以下，使u h t 牛乳色泽、风味的不良变化 减到最低限度。 1 3 3 货架寿命终点判断 判定食品货架寿命终点的指标应根据不同食品体系的质量损失机理、法律、标 准、消费者偏爱性或市场对产品质量的要求来确定，要对特定食品的货架寿命进行 测定，则应该对产品在储藏过程中质量损失的机理进行研究，确定影响产品质量变 化的主要因素，确定货架期结束的关键指标，建立相应的试验方法和适当的模型对 货架期进行测定。目前主要采用理化指标、微生物指标和感官指标，货架寿命终点 的判断对于不同产品应采用不同的指标。易腐败的产品和半易腐败的产品几乎主要 是以感官质量为指标。如鲜肉主要是由于细菌活动引起质量降低和快速的化学氧化 反应产生异味、色泽的损失，这些变化消费者都容易识别。而很多货架期长的食品， 主要是由于缓慢的化学反应如营养素的损失使食品质量降低，如一些冷冻水果和蔬 菜的v c 含量在感官质量变得不能接受之前就可能降低到标签标示的标准以下，对 于特定食品，其货架寿命终点指标应通过试验研究或消费者的投诉等来选择。食品 货架寿命的确定主要有以下一些方法，基于已公布的相关数据估计货架期；采用消 费者的投诉作为评定货架寿命的依据，然后利用市场上已知同类产品的数据，在产 品上市后，再继续通过实际货架条件下随机抽取样品的方式来验证保质期嘲。u h t 乳最开始货架期定为7 个月是通过大量的跟踪试验得出的，在常温贮存7 个月时产 品出现大量的蛋白沉淀、包项出现较厚的脂肪上浮，几乎无牛奶的醇香气味，褐变 也较严重，7 0 的乳样煮沸时出现豆腐脑状，从各项感官指标及热稳定性检测综合 评定出u h t 乳货架期为7 个月。在本试验中主要以煮沸时7 0 的乳样出现豆腐脑 状这一指标为关键指标，因为这一指标消费者更易识别，同时观察u h t 乳的各项 u h t 乳货架期及预测模型的研究 其余感官指标。 1 3 4 货架期预测模型 在食品科学中，数学模型在预测食品货架期领域，进年来得到了显著的提高， 通过使用数学和统计学知识进行食品货架期预测的目的是为了保障食品卫生安全 和提高食品品质。数学模型预测法的魅力所在便是在可变的条件下它仍然可靠并轻 松自如地进行预测，而不象传统的贮藏方法、模式那么僵化。货假期预测模型是建 立在计算机基础上的对食品中各项指标的数量化预测方法，它将食品科学与工程、 统计学等结合在一起，建立温度、p h 值、水分活度、防腐剂等环境因素与食品货 架期之间的数学模型啪1 。货架期预测模型建立在食品质量损失模型的基础上，主要 是指在食品体系中发生的不同衰败机制的动力模型。一般描述食品体系的质量损失 方程为：r q = ( p h i ) ( c i ，e j ) ，它描述了质量衰败速度( r q ) 是多种混合因素( c i ) 共同 的作用，例如反应物的浓度，微生物水平，催化剂，反应阻聚剂，p h 值和水分活 度等。环境因素( e j ) 方面如温度、相对湿度、光照、机械压力和整体压力等，在 动力学试验中需要密切的监控。一个质量损失的动力学模型不仅仅研究食品系统， 也是研究环境条件的实验，包括包装材料的渗透性等。随着模型化的建立，能够使 用化学、物理、微生物或感官参数来衡量影响质量变化的因素，对一些长保存期的 食品建立货架期预测模型在国内外已有很多报道“。 国内外对u h t 乳产品的需求量持续增长，但是大量研究和实践认识到，u h t 乳在长期贮存过程中发生了一系列变化，蛋白水解程度加大、黏度提高、酸度升高、 蛋白稳定性降低等等，这些指标的变化和u h t 乳剩余货架期之间存在密切关系， 因此有可能依据这些指标的跟踪数值来建立u h t 乳货架期预测模型。任何食品都 有保质期，就u h t 乳而言其包装上标注的保质期为7 个月，但是受原料乳及贮存 期间温度等因素的影响，其货架期有的长于7 个月，有的短于7 个月，甚至5 、6 个月就已达到货架期，这给产品的销售带来很大的麻烦，给消费者的健康带来很大 的威胁。货架期预测模型能在不考虑包装上标注的剩余货架期的情况下，通过检测 u h t 乳各项指标，将各项指标值带入货架期预测模型中即可精确的预测u h t 乳的 剩余货架期，从而进一步指导销售，给企业减少大量的经济损失，使消费者买到的 u h t 乳更营养、更新鲜。 1 4 本课题研究目的和主要研究内容 从u h t 乳发展的整个历程来看，在贮存中常会出现一些质量问题而影响到产 品货架期的长短。该课题的主要目的就是研究u h t 乳在3 7 0 c 加速和2 0 0 c 常温两 种贮存条件下，随贮存时间的延长u h t 乳各项指标与其剩余货架期的关系建立 u h t 乳货架期预测模型，从而对成品简单的检验就能预测u h t 乳的剩余货架期， 内蒙古农业大学硕士学位论文 9 简便易行，为企业提供销售建议，减少不必要的经济损失，同时研究低温失活工艺 是否能有效的延长u h t 乳的货架期，使u h t 乳能长期贮存。 主要研究内容：u h t 乳贮存期间各项指标的变化；u h t 乳货架期预测模型的 建立；试验方法的改进( 酒精试验和油浴试验) 。 2 材料与方法 2 1 材料 2 1 1 材料与试剂 原料奶( 蛋白质之3 o 、脂肪三3 6 、 u h t 乳 t n b s ( 三硝基苯磺酸钠) 磷酸二氢钠 亚硫酸钠 硼酸钠 无水乙醇 t c a ( 三氯醋酸) 氢氧化钠 盐酸 2 1 2 仪器与设备 紫外可见分光光度计 乌氏粘度计 不绣钢电热恒温水浴锅 紫外可见分光光度计 d h 计 酒精计 牛奶p d p 试验机 干物质2 1 2 1 )伊利集团提供 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 伊利集团提供 s i g m a 天津市北宏试剂厂 天津市化学试剂三厂 天津市化学试剂三厂 天津市永大化学试剂开发中心 北京市兴津化工厂 天津市化学试剂三厂 天津市化学试剂三厂 北京光学仪器厂 7 5 2 型 上海启航玻璃仪器厂8 8 5 型 德国h a a k e 公司。t 1 泞0 0 3 2 7 0 北京光学仪器厂 7 5 2 型 北京赛多利斯系统有限公司p b 一1 0 河北省河间市黎民居标准玻璃仪器厂 内蒙古大地工控有限公司p a 2 2 试验方法 2 2 1 试验设计 2 2 1 1 u h t 乳货架期预测模型的建立 通过对五批u h t 乳各项指标的跟踪测定，得到的实验数据采用s a s 分析软件 ( v 6 1 2 ，s a si n s t i t u t ei n e ) 中的s t e p w i s e 程序建立u h t 乳货架期预测模型； u h t 乳贮存期间各项指标与贮存时间之间采用r e g 程序进行线性回归分析“钉； u h t 乳货架期预测模型中各项指标与剩余货架期之间、各项指标之间均采用c o i 狠 1 0 u h t 乳货架期及预测模型的研究 程序进行p e a r s o n 相关系数分析m 1 。 2 2 1 2 货架期加速试验 共计五批试验( 编号1 稃、2 撑、3 、4 、5 ) ，u h t 乳各项指标的测定从取样当 天开始测定，记为0 d ，之后随贮存时间的延长前3 个月每3 0 d 测次各项指标，从 第4 个月开始3 7 0 c 的每1 0 d 测一次各项指标、2 0 c 的每1 5 d 测次各项指标，一 直到货架寿命结束为止，货架寿命结束的标志为7 0 乳样煮沸时出现豆腐脑状、较 严重的蛋白沉淀及脂肪上浮现象。所有检测项目都测定五个平行样，检查项目包括 感观检查凝结状态，随后进行酸度、粘度、蛋白水解度、酒精稳定性、热稳定性测 定。 2 2 1 3 低温失活处理 低温失活处理程序：取当日生产的u h t 乳( 2 5 0 m l ) 1 6 0 包，在6 0 0 c 水浴中 加热，同时开启两包，在吸管口处插入温度计监测温度，当温度达到5 5 0 c 时，将 这些u h t 乳迅速移入5 5 0 c 恒温水浴中，保持1 5 m i n ，然后迅速转移至7 0 c - 8 0 c 左 右的冷水中，冷却至1 0 。c ，迅速取出，擦拭干后于2 0 c 恒温室保存，以待后期跟 踪检测。重复三次实验( 编号d l 、d 2 、d 3 ) 。随贮存时间的延长，前3 个月每3 0 d 测一次各项指标，从第4 个月开始每1 5 d 测一次各项指标。每次取出经低温失活处 理的u h t 乳和对照组各5 包检测各项指标，每个指标测三个平行样。检查项目包 括感观检查凝结状态，随后进行酸度、粘度、蛋白水解度、酒精稳定性、热稳定性 测定。 2 2 1 ，4 酒精试验方法的改进 将乳样( 原料乳、成品) 预热至2 0 。c ，分成6 个平行样放置于烧杯中，测定其 中一个乳样的p h 值即自然p h 值( 原料乳为6 7 5 、成品为6 5 0 ) ，其余的平行样用 0 i m o l l n a o h 和0 1 m o l lh c l 分别调节，原料乳p n 值分别调为6 6 4 、6 6 9 、6 8 、 6 8 6 、6 9 1 ，成品p h 值分别调为6 3 8 、6 4 4 、6 5 4 、6 6 0 、6 6 5 、6 7 1 ，由四名检验 人员分别对这些p h 值下的牛奶做酒精试验，每个p h 值下每个检验人员做十个平 行样。 一 具体检测方法：吸取2 m l 牛奶于干燥洁净平皿中，在加有奶样的平皿中分别 加入2 m l 或4 m l 不同浓度的酒精，边加边摇，使酒精与牛奶均匀混合，在3 0 s 内 观察现象，记录数据及试验现象。本试验只记录最开始出现酒精阳性时的酒精度。 牛奶与酒精l ：l 表示2 m l 牛奶与2 m l 酒精，牛奶与酒精l ：2 表示2 m l 牛奶与4 m l 酒精。阳性分为颗粒型、絮片型、棉花型，阴性为无任何颗粒及絮片。 内蒙古农业大学硕士学位论文 ll 2 2 1 5 油浴试验方法的改进 试验l ：将3 5 m l 不同批次、不同剩余货架期的u h t 乳分别倒入清洗干净的耐 压、配有热电阻测温器、不锈钢的4 0 m l 油浴试管中，在8 5 。c 的恒温温场中进行预 热排气，当牛奶温度达到6 0 0 c 时，将试管密封，然后迅速移入1 2 0 。c 的恒温温场 中进行快速升温，当牛奶的温度达到1 0 0 。c ，迅速移入1 0 0 0 c 的恒温温场中恒温( 牛 奶的实际检测温度为1 0 0 - a ：2 。c ) 。待恒温o s 、l s 、1 0 s 、3 0 s 、l m m 、5 r a i n 等不同的 时间段( 不同保质期的u h t 乳采取不同的恒温时间段) 后，迅速取出油浴试管在 7 - 8 0 c 冷水中迅速冷却，开管将牛乳倒入清沈干净的平皿中，检查牛奶的组织状态， 观察有无絮片，颗粒状或结块的现象。 试验2 ：将3 5 r n l 不同批次、不同剩余货架期的u h t 乳分别倒入清洗干净的 4 0 m l 的耐压、配有热电阻测温器、不锈钢的油浴试管中，在8 5 。c 的恒温温场中进 行预热排气，当牛奶温度达到6 0 0 c 时，将试管密封，然后迅速移入1 4 0 0 c 的恒温 温场中进行快速升温，当牛奶的温度达到1 2 0 0 c ，迅速移入1 2 0 0 c 的恒温温场中恒 温( 牛奶的实际检测温度为1 2 0 - 圭2 0 c ) 。待恒温o s 、l s 、1 0 s 、3 0 s 、l m i n 、5 m i n 等 不同的时间段( 不同保质期的u h t 乳采取不同的恒温时间段) 后，迅速取出油浴 试管在7 8 。c 冷水中迅速冷却，丌管将牛乳倒入清洗干净的平皿中，检查牛奶的组 织状态，观察有无絮片，颗粒状或结块