高压处理对于脱脂牛乳品质的影响

范丽芳 南庆贤 车荣钲

    　　
　　摘 要

　　本论文研究了超高压（200MPa－420MPa）处理生鲜脱脂牛乳3－15 分钟对其微生物指标和理化性质的影响。发现高压对脱脂牛乳的杀菌作用明显。其杀菌效应是非在位的，即压力撤除后，杀菌效应仍然存在。由于非在位杀菌效应的作用特点，采用相对较低的压力配合适当的保压时间可能达到高压杀菌的效果。高压使脱脂牛乳的透明度显著增加。高压对于色度的影响只与压力有关，而与压力持续时间无关，证实高压作用遵循均衡原理。高压处理使脱脂牛乳的粘度增加。本论文通过二次回归分析，采用权重法确定最佳的压力－时间组合为420MPa处理10分钟。

　　关键词：高压 脱脂牛乳 非在位效应

　　1．前言

　　高压加工食品就是将高压作用在压力介质水或油上，使介质中的食物发生变化。液体食物本身就可以作为压力介质。高压处理同热处理一样能够杀菌，使蛋白变性，淀粉糊化；但由于高压主要改变疏水相互作用和离子键，对共价键的影响很小，处理温度又远低于热处理，所以处理后的食品能保持原有的营养、色泽和天然风味。此外，高压能够影响食品蛋白的功能性，可用于蛋白修饰。高压处理也可应用于保藏，高压速冻、高压解冻和不冻冷藏与相应在常压下的食品处理相比，食品物料的营养损失大大减小。研究者对高压乳杀菌的安全性持肯定态度[1][2]。本文对脱脂牛乳进行高压处理，研究了高压对于脱脂牛乳的卫生指标、透明度和粘度的影响，并采用权重法确定了综合实验指标。

　　2．材料和方法

　　2.1 实验材料

　　生鲜脱脂牛乳：从北京西郊农场畜牧一队购买，脱脂。无菌灌入螺口塑料瓶，拧紧瓶盖，用胶布密封。压力处理前后及测定前都保存于4℃。

　　酸奶菌种：益康乳品厂

　　2.2 主要仪器设备

　　高压设备 Hyprex 日本

　　菌落计数器 TYJ－2B 江苏省泰县医疗器械厂

　　全自动测色色差计 TC－PIIG型 北京光学仪器厂

　　奥式粘度计 直径0.5-0.6mm 北京化学仪器试剂公司

　　盖式乳脂计 BSS No. 696 英国

　　2.3 实验设计

　　超高压实验设备昂贵，因此要考虑以尽量少的实验次数获得较好的预期效果。 为此选用均匀设计。从预实验得知，200MPa以上的压力处理有较好的抑菌效果。

　　选用U7*（74）的1，3列安排实验如下：
　　1 2 3 4 5 6 7
　　压力（MPa） 200 240 280 320 360 380 420
　　时间（min） 11 5 15 9 3 13 7

　　另设0组为空白组, 8组进行煮沸处理。 压力处理1至7组后立即对8组进行煮沸处理。处理后第1，3，5天测定总菌数，粘度，色度。

　　考虑压力处理对于脱脂牛乳的卫生品质和理化品质的综合影响, 通过用SAS统计软件进行分析，确定最佳压力时间组合。

　　2.4测定项目及方法

　　总菌数：平皿培养法

　　粘度：奥式粘度计法

　　色度：全自动色差计

　　3．结果与分析

　　3.1不同压力－时间对总菌数的影响

　　压力处理后第1，3，5天测定总菌数，结果如表1和图1。

表1  压力－时间对总菌数的影响

图1  压力－时间对总菌数的影响

　　3.1.1压力的杀菌效果

    　　从图1可见，在保藏的5天之内，所有压力处理组的总菌数均在消毒牛乳的国家标准GB5406的3×10⁴ 个/ml之内。说明高压确实能够杀死鲜牛乳中的细菌，而且能达到食用安全的标准。

　　3.1.2 压力杀菌的非在位效应

    　　从表1可见，随着保藏时间的延长，0组(对照组)的菌数急剧上升，而各压力组的总菌数却持续下降。可见压力的杀菌作用是非在位的，即压力撤掉以后，杀菌的作用仍然存在，高压可以在作用后一段时间内抑制细菌的生长和繁殖。关于压力杀菌是一种非在位效应，池元斌等在1995年的报道中有所涉及^[1]。
　　
　　他们发现，以20MPa，60MPa，80MPa，100MPa，120MPa分别处理生鲜牛乳5min（4℃），卸压95小时后，与天然牛乳相比，培养基培养的菌落数目没有减少；与市售消毒牛乳和天然牛乳相比，菌落面积显著减小，直径分别为1mm，3.5mm和4mm。说明120MPa以下的静水压不能杀死鲜牛乳中的细菌，但是20MPa以上的静水压能显著降低牛乳中细菌的生理活性，使细菌的生长繁殖能力在一定时间内受到强烈抑制，而且是一种卸压后仍能维持的非在位效应。本实验的压力高达能够杀死牛乳中细菌的水平，因而从储藏实验的数据分析中确证了压力杀菌的非在位效应。励建荣等在1997年报道^[3]，以250MPa处理果汁15分钟后，残留菌数为每毫升20个以内。37℃培养7天后，微生物增加的个数为0。如果高压灭菌后的残留菌数不为0，则在培养期间一定会生长繁殖，培养期过后残留菌数应有所增加。我们认为，报道中没有增加的原因也是压力杀菌的非在位效应。这种效应可以应用于生牛奶的保鲜，其优点是能原原本本地保留生牛奶原有的营养性和味道，与低温保鲜相比，还可节约能源。

　　3.1.3 压力－时间的协同作用

　　第一天测得的总菌数与压力，时间的相关系数分别为－0.900和－0.190，可见处理压力及保压时间对降低总菌数都有作用，压力的影响更大。即压力越高，第一天的总菌数越低。

　　分别求出各处理组的总菌数逐日递减的速率，通过计算发现递减速率与压力、时间的相关系数分别为－0.823和－0.028，可见压力与总菌数递减速率成负相关，即处理的压力越低，在保藏期中菌数减少得越快，意味着有可能采用较低的压力配合适当的保压时间来达到杀菌的目的。

 　　在食品工业推广高压技术的最大障碍之一就是超高压容器的价格问题，其高价格一方面来自严格的承压要求，另一方面来自对容器密封结构的要求。与化工上的高压设备相比，高压食品生产装置频繁升压降压，装置将承受频率较高的循环荷载，因而对压力容器密封结构有特殊要求^[4]，从而提高设备造价。如果在相对较低的压力下配合适当的保压时间可以达到高压处理的目的，不仅可以降低承压要求，而且由于升降压频繁程度的降低，也可以降低对容器密封结构的要求，从而降低设备造价，有利于高压技术的推广。

　　3.2不同压力－时间对透明度的影响

　　压力处理后第1，3，5天测定透明度，结果如表2。

 表2  压力－时间对脱脂乳透明度的影响

　　3.2.1压力处理使脱脂牛乳的透明度增大

    　　由表2可知，在压力处理后第一天, 对照组（0组）与加热组（8组）脱脂牛乳的透明度接近，分别为8.72和8.41。而压力处理组（1至7组）脱脂牛乳的透明度均有不同程度的增大，平均值16.65。

　　因为脱脂乳是酪蛋白粒子的胶体乳浊液，脱脂牛乳的白色来自酪蛋白胶束对光的散射，所以脱脂牛乳的色度是酪蛋白粒子大小的函数。 脱脂牛乳的透明度增大是因为酪蛋白粒子变小，说明高压下酪蛋白胶束发生分散。脱脂牛乳的透明度增大这种变化是偏离消费者对于消毒牛乳的感官喜好的, 所幸的是，当脱脂乳的透明度在压力处理下大幅度升高时，全脂乳的透明度升高幅度很小^[5]。压力处理下全脂牛乳的透明度变化不大是因为全脂牛乳的白色不仅来自酪蛋白胶束对光的散射，更来自脂肪球对光的散射。所以高压下，虽然全脂牛乳的酪蛋白胶束也发生分散，但乳脂的存在掩盖了蛋白的变化。

　　3.2.2脱脂牛乳透明度的变化仅与压力有关，而与压力处理时间无关。

　　分别用SAS6.12作出压力处理后第1，3，5天脱脂牛乳透明度对压力P、处理时间T的回归方程。

  　　L₁= -11.44 + 0.167× P - 0.00023× P× P

  　　L₃= -9.994 + 0.158× P - 0.00022× P× P

  　　L₅= 9.99 + 0.017× P

　　式中： L₁ L₃ L₅分别为压力处理后第1，3，5天测得的透明度

       　　P为压力

    　　在最终的回归方程中只保留了压力项，这说明脱脂牛乳的透明度的变化仅与压力有关，而与压力处理时间无关。

　　高压作用遵循的基本原理之一是均衡原理，其含义是当压力作用到一个样品上，压力在样品内部的传递是瞬时的，因此对于整个样品体积来说，所受压力的变化是同时发生的，均匀的。因此压力作用直接产生的效应与处理时间无关^[6]。而酪蛋白胶束在压力下分散这一变化是压力作用直接产生的，不是压力作用诱导产生的，所以透明度增大与处理时间无关验证了高压作用的均衡原理。

　　3.3不同压力－时间对粘度的影响

　　压力处理后第1，3，5天测定粘度，结果如表3。

 表3  压力－时间对脱脂牛乳粘度的影响