杀菌条件对羊乳品质特性及储藏稳定性的影响

马月; 刘鑫; 吴梦果; 张雪薇; 韦旋; 侯栋栋; 姜瞻梅; 侯俊财

doi:10.13386/j.issn1002-0306.2022050060

杀菌条件对羊乳品质特性及储藏稳定性的影响

东北农业大学食品学院，黑龙江哈尔滨 150030

详细信息

作者简介:
马月（1998−），女，硕士研究生，研究方向：食品科学，E-mail：Myue09418@neau.edu.cn

通讯作者:
侯俊财（1975−），男，博士，教授，研究方向：食品科学，E-mail：jchou@neau.edu.cn

中图分类号: TS252
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出版历程
- 收稿日期: 2022-05-08
- 网络出版日期: 2023-02-28
- 刊出日期: 2023-04-30

Effect of Sterilization Conditions on Quality Characteristics and Storage Stability of Goat Milk

College of Food Science, Northeast Agricultural University, Harbin 150030, China

摘要

摘要: 本研究通过不同条件（65 ℃、30 min，75 ℃、20 min，85 ℃、15 min，90 ℃、10 min）对羊乳进行杀菌处理，主要利用色差仪、电子鼻分析、高效气相色谱检测及超高分辨显微镜分别对羊乳色度及外观状态、风味、中-短链游离脂肪酸含量等进行测定，并探究21 d贮藏期内羊乳的平均粒径与微观结构的变化。结果表明，不同杀菌条件对羊乳色度及外观状态无显著影响（P>0.05），电子鼻检测可明显区分不同杀菌条件下羊乳的风味变化，杀菌后乳中-短链游离脂肪酸含量均显著增加（P<0.05）。经21 d储藏后，羊乳粒径增大导致体系稳定性降低，90 ℃、10 min杀菌条件可有效抑制羊乳贮藏期内粒径的增加，有利于提高羊乳稳定性，为增强羊乳品质特性并改善其加工工艺提供理论依据。
- 羊乳 /
- 杀菌条件 /
- 品质特性 /
- 储藏稳定性 /
- 微观结构
Abstract: In this study, goat milk was sterilized under different conditions (65 ℃, 30 min; 75 ℃, 20 min; 85 ℃, 15 min; 90 ℃, 10 min). The chromaticity, appearance, flavor and content of medium-short chain free fatty acids of goat milk were determined by chromaticity analyzer, electronic nose analysis, high performance gas chromatography and ultra-high resolution microscope, and the changes of average particle size and microstructure of goat milk were investigated during 21 days of storage. The results showed that different sterilization conditions had no significant effect on the color and appearance of goat milk (P>0.05). Electronic nose detection could obviously distinguish the flavor changes of goat milk under different sterilization conditions, and the contents of medium-short chain free fatty acids in milk were significantly increased after sterilization (P<0.05). After 21 days of storage, the increase of goat milk particle size led to the decrease of system stability. The sterilization condition of 90 ℃ and 10 min could effectively inhibit the increase of goat milk particle size during storage, which would be beneficial to improve the stability of goat milk and provide theoretical basis for enhancing the quality characteristics of goat milk and improving its processing technology.
- goat milk /
- sterilization conditions /
- quality characteristic /
- storage stability /
- microstructure

HTML全文

近年来，消费者对羊乳制品的兴趣持续增长。羊乳被认为是各种宏量和微量营养素的潜在来源^[1]，由于其营养价值丰富，有益于人体消化吸收，不易产生过敏反应等特性在工业生产中具有重要的应用价值^[2-3]。相关研究表明羊乳中营养物质均衡，且维生素及矿物质含量丰富，被公认为是比牛乳更接近母乳的营养产品，享有“奶中之王”的美誉^[4-5]。羊乳中乳糖含量较低，有利于调节肠道微生态健康^[6]，可在一定程度上缓解乳糖不耐反应^[7]，此外，山羊乳中含有多种生物活性物质，能够促进人类上皮细胞的生长，修复受损的皮肤黏膜组织^[8]，其中牛磺酸含量较高，对人体的神经、视觉、婴幼儿脑组织发育等起到重要作用^[9]。

然而，由于羊乳中α-酪蛋白含量较低，乳清中的游离钙离子含量丰富，因此羊乳的热稳定性较差^[10]。因此在热加工过程中会导致羊乳产生多种理化性质的变化，从而导致乳制品的色度、风味、黏度以及蛋白质结构发生改变^{[8, 11]}。杀菌技术作为商业化生产加工食品的必要条件，是控制乳及其他液体食品中病原菌的成熟工艺^[12]，其中巴氏杀菌是一种较温和的热处理方法，作为保留其营养成分较佳的一种杀菌方式，对于热敏性营养素含量高的乳源尤为重要^[13]。然而，由于巴氏杀菌乳贮存过程中的生物化学反应可能会破坏产品的品质特性，并对产品的保质期产生负面影响^[14-15]。目前，对羊乳巴氏杀菌处理的相关研究局限于几种温度工艺下的热处理，而并未对羊乳巴氏杀菌条件进行系统的比较分析^[16]。由此，针对羊乳较差的热稳定性，进一步探究适宜的杀菌条件对羊乳及其制品生产具有积极作用。

因此，本实验对不同杀菌条件（65 ℃、30 min，75 ℃、20 min，85 ℃、15 min，90 ℃、10 min）下羊乳的色度及外观状态、风味、中-短链游离脂肪酸含量进行测定，并探究21 d贮藏期内羊乳的平均粒径与微观结构的变化，对羊乳品质特性及贮藏稳定性进行评估，以期为羊乳制品的工业生产提供参考。

1. 材料与方法

1.1 材料与仪器

鲜羊乳样品　采自于黑龙江哈尔滨羊奶厂；尼罗红、尼罗蓝（≥95%）　购于Amresco公司；丙酮、溴化钾、三氯化硼甲醇　购于西陇化工股份有限公司；正己烷、氯化钠、无水硫酸钠（分析纯）　均购于上海景颜化工科技有限公司。

HJ-4D恒温磁力搅拌水浴锅　金坛区水北科普实验仪器厂；APV-60高压均质机　上海顺义实验设备有限公司；LGJ-18真空冷冻干燥机　北京松源华兴科技发展有限公司；ZE6000色差仪　日本电色公司；7890B气相色谱仪　美国安捷伦公司；Deltavision OMX SR超高分辨显微镜　美国GE公司；S3500激光粒度分析仪　美国麦奇克仪器有限公司；DM6电子鼻　德国AIRSENSE公司。

1.2 实验方法

1.2.1 不同杀菌羊乳样品的制备

取生羊乳经300目滤网过滤，过滤后羊乳采用高压均质机进行20 MPa，5 min均质处理，利用恒温水浴锅分别对羊乳进行不同条件（65 ℃、30 min，75 ℃、20 min，85 ℃、15 min，90 ℃、10 min）杀菌处理，即获得不同杀菌条件的羊乳样品，以均质后未杀菌的羊乳为对照组，以备进一步分析测定。此外，在4 ℃冰箱中分别对不同杀菌条件的羊乳贮存0、7、14、21 d，以备平均粒径测定和微观结构观察。

1.2.2 色度的测定

使用色差仪对羊乳的色度进行测定，将羊乳放入洁净的器皿中，使用校准后的色差仪分别测定不同样品L^*、a^*、b^*值，其中L^*值表示明暗度（黑白色），a^*值表示红绿色，b^*值表示为黄蓝色，并计算样品总色差ΔE（式1），同时对羊乳样品外观进行拍照观察。

Δ E = \sqrt{{(L_{1} - L_{0})}^{2} + {(a_{1} - a_{0})}^{2} + {(b_{1} - b_{0})}^{2}}

$\mathrm{\Delta }E=\sqrt{{({L}_{1}-{L}_{0})}^{2}+{({a}_{1}-{a}_{0})}^{2}+{({b}_{1}-{b}_{0})}^{2}}$

(1)

式中：L₁为杀菌羊乳样品L值；L₀为均质处理后未杀菌羊乳L值；a₁为杀菌羊乳样品a值；a₀为均质处理后未杀菌羊乳a值；b₁为杀菌羊乳样品b值；b₀为均质处理后未杀菌羊乳b值。

1.2.3 电子鼻分析

电子鼻检测设备中包含一个带有10个传感器的探测器单元。其中W1C传感器主要检测甲苯，W5S传感器主要检测NO₂，W3C传感器主要检测氨气，W6S传感器主要检测氢气，W5C传感器主要检测丙烷，W1S传感器主要检测甲烷，W1W传感器对含硫有机物等化合物较为敏感，W2S传感器主要检测乙醇，W2W传感器主要检测含硫有机化合物，W3S传感器对甲烷较为敏感^[17]。

根据Yang等^[17]的方法对羊乳进行电子鼻分析检测。取10 mL羊乳样品于专用顶空瓶中。25 ℃平衡30 min后，将进样针插入顶空瓶中对待测乳液进行电子鼻分析，测量期间以400 mL/min的流速吸收其中积聚的空气。传感器响应值定义为电导率G₀/G或G/G₀（其中，G₀和G为分别在暴露于气体样品之前和之后传感器的电导）。系统每秒记录一次数据，试验持续60 s。每检测一个样品后进行清零和标准化，每组试验重复3次，分析10个不同选择性传感器的G/G₀值。在所有试验中，电子鼻的使用温度为25±2 ℃。

1.2.4 中-短链游离脂肪酸含量的测定

根据Kiełczewska等^[18]的方法并稍作修改。采用面积归一化法测定中短链游离脂肪酸含量，以BF₃-MeOH为原料，经碱皂化、甲酯化法制备脂肪酸甲酯作为标准品。将羊乳进行冷冻干燥后，取约0.2 g的冻干样品加入3 mL 2% NaOH-甲醇溶液，2000 r/min振摇2 min后置于80 ℃中水浴25 min，待样品冷却后，加入1.5 mL BF₃-MeOH，振摇2 min后置于80 ℃水浴7 min，待冷却后加入2 mL正己烷振摇，再向其中加入1 mL饱和氯化钠，振摇2 min后取上清液，移入2 mL离心管中，加入少量无水硫酸钠后振摇，再取1 mL上清液过0.22 μm有机系滤膜。

气相色谱条件：SP-2560气相色谱柱（100 m×0.25 mm×0.20 μm）。程序升温模式，初始温度为40 ℃，以8 ℃/min的速度使温度由40 ℃升至180 ℃，保持30 min，再以4 ℃/min升至250 ℃，保持10 min，载气为氮气，进样器温度为250 ℃，流速1.0 mL/min，不分流进样，进样量为1 μL。

1.2.5 贮藏期平均粒径的测定

根据Attaie等^[19]的方法，通过激光散射分别对贮藏期0、7、14、21 d羊乳的粒径分布进行测定。用去离子水将羊乳样品稀释10倍，将样液直接添加到激光粒度分析仪的样品室中，并以2000 r/min搅拌10 min，对稀释后的样品进行粒径分布测定。其中羊乳脂的折射率为1.45，羊酪蛋白的折射率为1.47，水的折射率为1.33。分别记录D[4,3]，检测乳液稳定性。

1.2.6 贮藏期乳液微观结构的测定

使用超高分辨显微镜分别对贮藏期0、21 d的羊乳进行微观结构观察。取适量羊乳用去离子水稀释8倍，取1 mL稀释后的羊乳用加入20 μL尼罗红染液和25 μL尼罗蓝染液分别对脂质和蛋白质染色，混合均匀后避光反应30 min，染色结束。取8 μL染色乳液制片观察。

1.3 数据处理

将结果表示为平均值±标准偏差的形式（n=3），并使用SPSS Statistics 25.0进行单因素方差分析（ANOVA）；通过Duncan的多重法判断各平均值之间的显著差异（P<0.05表示差异显著，P>0.05表示无显著差异）；使用Origin 2019对实验结果进行绘图。

2. 结果与分析

2.1 不同杀菌条件对羊乳色度的影响

羊乳的色泽可在一定程度上反映乳的新鲜程度，是反映产品品质特性，影响消费者选择性的重要指标。不同杀菌条件对羊乳色度的影响如表1所示。由表1可知，不同杀菌条件下羊乳的L^*值无显著变化（P>0.05），随杀菌温度的提高，a^*值显著降低（P<0.05），与未处理组相比，不同条件杀菌后b^*值均有所降低，其中65 ℃、30 min和90 ℃、10 min杀菌条件对羊乳ΔE无显著影响（P>0.05）。

表 1 不同杀菌条件对羊乳色度的影响

Table 1. Effect of different sterilization conditions on the color of goat milk

杀菌条件	L^*	a^*	b^*	ΔE
未处理组	96.23±3.10^a	−1.94±0.03^a	7.46±0.05^a	8.38±0.68^a
65 ℃、30 min	98.76±0.87^a	−2.69±0.02^b	6.99±0.04^b	7.56±0.03^ab
75 ℃、20 min	99.72±1.68^a	−2.70±0.08^b	6.42±0.15^d	7.12±0.39^b
85 ℃、15 min	99.29±1.61^a	−2.80±0.04^b	6.67±0.04^c	7.38±0.17^b
90 ℃、10 min	100.99±1.29^a	−2.95±0.04^c	6.82±0.05^bc	7.67±0.24^ab
注：数值表示为平均值±标准偏差（n=3）；同列不同小写字母表示显著性差异（P<0.05）；表2同。

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不同杀菌条件下羊乳样品的外观如图1所示，相关研究表明牛乳感官上的颜色变化主要受到亮度的影响^[20]，观察发现各处理组的羊乳外观无明显变化，均表现为乳白色，这是由于色度变化值较小，不同杀菌条件下羊乳色度虽稍有差别，但肉眼难以观察出明显现象。由此可见，本研究中不同杀菌条件均可保持羊乳正常色度及外观状态，为羊乳制品后续加工利用提供良好基础。

图 1 不同杀菌条件羊乳样品外观图

Figure 1. Appearance of goat milk samples under different sterilization conditions

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2.2 不同杀菌条件对羊乳风味的影响

为探究不同杀菌条件对羊乳风味的影响，本研究通过电子鼻分析检测技术对羊乳中挥发性风味成分进行测定，并对实验结果进行主成分分析。

不同杀菌条件对羊乳风味的影响如图2所示。其中W1S、W1W、W2S、W5S、W6S传感器对不同杀菌条件羊乳风味响应差异明显，而W5C、W2W、W1C传感器未表现出明显差异。结果表明，不同的羊乳杀菌条件主要对甲烷、含硫有机物、乙醇、氮氧化合物以及部分芳香类化合物影响较大。这归因于不同杀菌条件下，羊乳中风味物质含量及挥发性有所差异。而有研究分别在70、80和90 ℃下将生牛乳加热15 min，结果发现随着热处理强度的增加，液态乳中醛、甲基酮、烷烃、烯醛和烯酮的含量均有所增加^[21]，从而导致原料乳风味产生变化。

图 2 羊乳样品对传感器阵列响应值的影响

Figure 2. Effect of goat milk samples on response value of sensor array

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主成分分析结果如图3所示，其中第一主成分PC1方差贡献率为69.3%，第二主成分PC2方差贡献率为19.5%，累计贡献率为88.8%，结果表明PC1和PC2可充分描述不同杀菌条件下羊乳样本信息，并有效区分不同处理组间挥发性风味成分，且组间数据重复性较高，与本研究结果相似，有研究证明电子鼻能够较好区分不同保质期内巴氏杀菌乳样品风味差异^[20]，进一步证实电子鼻可作为区分不同杀菌条件下羊乳风味变化的有效手段。

图 3 不同杀菌条件下羊乳的主成分分析

Figure 3. Principal component analysis of goat milk under different sterilization conditions

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2.3 不同杀菌条件对羊乳中-短链游离脂肪酸含量的影响

研究通过高效气相色谱法对不同杀菌条件下羊乳短中链脂肪酸含量进行测定。结果如表2所示。羊乳经杀菌处理后C4:0、C6:0、C8:0、C10:0、C12:0、C14:0含量均显著提高（P<0.05）。且随着杀菌温度的升高，中-短链游离脂肪酸的含量逐渐增加。这可能是由于杀菌温度的提高，牛乳中各组分的相互作用增强，促进乳脂肪的氧化反应进一步发生，因此促进了羊乳中脂肪酸的释放，使酸类物质含量增加^[22]。而羊乳中挥发性游离脂肪酸含量决定羊乳中膻味强度，Jia等^[23]的研究结果表明羊乳中的特有膻味随中-短链脂肪酸含量的增加而增强，而加热处理后羊乳中脂肪酸更易挥发，导致膻味被明显感知，从而影响羊乳相关产品的感官接受度。此外，有研究证明高温短时巴氏杀菌不会促进短链和中链游离脂肪酸含量的显著改变，未对羊乳风味产生负面影响^[24]。因此，在实际生产中应选择适当的杀菌条件，从而减轻膻味对羊乳制品的不良影响。

表 2 不同杀菌条件对羊乳中-短链游离链脂肪酸含量的影响（%）

Table 2. Effects of different sterilization conditions on medium-short chain free fatty acids content in goat milk (%)

脂肪酸种类	C4:0	C6:0	C8:0	C10:0	C12:0	C14:0
未处理组	0.89±0.02^d	1.61±0.02^d	7.12±0.02^d	4.68±0.03^d	8.70±0.02^d	19.94±0.05^d
65 ℃、30 min	0.92±0.03^d	1.71±0.03^c	7.43±0.02^c	5.52±0.03^c	8.75±0.03^c	21.08±0.06^c
75 ℃、20 min	0.98±0.02^c	1.81±0.03^b	7.67±0.02^b	5.80±0.10^b	8.84±0.03^b	22.74±0.06^b
85 ℃、15 min	1.06±0.01^b	1.84±0.04^b	7.67±0.04^b	6.37±0.05^a	8.85±0.03^b	22.83±0.08^ab
90 ℃、10 min	1.11±0.02^a	1.92±0.02^a	7.95±0.02^a	6.38±0.05^a	8.99±0.02^a	22.94±0.08^a

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2.4 不同杀菌条件对羊乳贮藏期平均粒径的影响

乳液的粒径大小及分布都会影响羊乳蛋白的溶解性、稳定性及产品的感官性状等^[25]。分别对不同杀菌条件羊乳在0、7、14、21 d贮藏后体积平均径D[4,3]进行测定。结果如图4所示，羊乳的粒径均呈单峰形式分布，随着贮藏天数的增加，所有羊乳样品中乳脂肪球的粒径均呈增大趋势。这表明羊乳稳定性随贮藏时间增加而逐渐降低。而在0 d时不同杀菌条件下羊乳的粒径无显著差异（P>0.05），经21 d贮藏后，不同杀菌条件均能降低羊乳粒径的增加，其中90 ℃、10 min杀菌条件表现出最佳效果，可进一步提高羊乳的稳定性。

图 4 不同杀菌条件对羊乳贮藏期平均粒径的影响

Figure 4. Effect of different sterilization conditions on the average particle size of goat milk during the storage period

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2.5 不同杀菌条件对羊乳贮藏期微观结构的影响

脂肪球微粒大小对乳的质地和稳定性影响明显^[26]。通过超高分辨显微镜对羊乳储藏期微观结构进行探究，结果如图5所示，所有样品标尺均为15 μm，可以观察到乳滴均表现为蛋白质包裹着脂肪形态，并随机分布。且羊乳样品在21 d贮藏后脂肪球颗粒显著增大，这是由于羊乳在储藏过程中蛋白质发生聚集而产生沉淀，稳定性降低^[27]。贮藏0 d时，不同杀菌条件下羊乳的脂肪球颗粒大小无显著差异，而在21 d贮藏后，随杀菌温度的升高，羊乳脂肪球颗粒逐渐减小，其中90 ℃、10 min杀菌条件下，脂肪球颗粒最小，羊乳稳定性最高。该结果与不同杀菌条件的羊乳平均粒径大小的结果分析保持一致。相关研究证实牛乳脂肪及蛋白会受到热处理及贮藏期的共同影响，在一定温度范围内，脂肪球膜由于对变性乳清蛋白的吸附作用，颗粒直径逐渐增大，而进一步升温会导致脂肪球变形及脂肪球膜破裂，脂肪球粒径减小^[28]，这与本研究观察到的现象相似，在90 ℃、10 min杀菌条件下羊乳脂肪球表现出最小的颗粒直径，因此可作为有效的杀菌方法提高羊乳的储藏稳定性。

图 5 不同杀菌条件对羊乳贮藏期微观结构的影响

Figure 5. Effects of different sterilization conditions on the microstructure of goat milk during the storage period

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3. 结论

探究不同杀菌条件（65 ℃、30 min，75 ℃、20 min，85 ℃、15 min，90 ℃、10 min）对羊乳色度及外观状态、风味、中-短链游离脂肪酸含量的影响，并探究21 d贮藏期内羊乳的平均粒径与微观结构的变化。研究结果表明，不同杀菌条件对羊乳色度及外观状态无显著影响，但明显改变了羊乳风味，杀菌后乳中-短链游离脂肪酸含量均显著增加（P<0.05）。经21 d储藏后，羊乳粒径增大导致体系稳定性降低，90 ℃、10 min杀菌条件可有效抑制羊乳贮藏期内粒径的增加，羊乳脂肪球表现出最小的颗粒直径，有利于提高羊乳储藏稳定性，因此，工业化生产中应综合考虑杀菌条件对羊乳品质特性及储藏稳定性的影响，进一步提升羊乳系列产品市场竞争力。

图 1 不同杀菌条件羊乳样品外观图

Figure 1. Appearance of goat milk samples under different sterilization conditions

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图 2 羊乳样品对传感器阵列响应值的影响

Figure 2. Effect of goat milk samples on response value of sensor array

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图 3 不同杀菌条件下羊乳的主成分分析

Figure 3. Principal component analysis of goat milk under different sterilization conditions

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图 4 不同杀菌条件对羊乳贮藏期平均粒径的影响

Figure 4. Effect of different sterilization conditions on the average particle size of goat milk during the storage period

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图 5 不同杀菌条件对羊乳贮藏期微观结构的影响

Figure 5. Effects of different sterilization conditions on the microstructure of goat milk during the storage period

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表 1 不同杀菌条件对羊乳色度的影响

Table 1 Effect of different sterilization conditions on the color of goat milk

杀菌条件	L^*	a^*	b^*	ΔE
未处理组	96.23±3.10^a	−1.94±0.03^a	7.46±0.05^a	8.38±0.68^a
65 ℃、30 min	98.76±0.87^a	−2.69±0.02^b	6.99±0.04^b	7.56±0.03^ab
75 ℃、20 min	99.72±1.68^a	−2.70±0.08^b	6.42±0.15^d	7.12±0.39^b
85 ℃、15 min	99.29±1.61^a	−2.80±0.04^b	6.67±0.04^c	7.38±0.17^b
90 ℃、10 min	100.99±1.29^a	−2.95±0.04^c	6.82±0.05^bc	7.67±0.24^ab
注：数值表示为平均值±标准偏差（n=3）；同列不同小写字母表示显著性差异（P<0.05）；表2同。

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表 2 不同杀菌条件对羊乳中-短链游离链脂肪酸含量的影响（%）

Table 2 Effects of different sterilization conditions on medium-short chain free fatty acids content in goat milk (%)

脂肪酸种类	C4:0	C6:0	C8:0	C10:0	C12:0	C14:0
未处理组	0.89±0.02^d	1.61±0.02^d	7.12±0.02^d	4.68±0.03^d	8.70±0.02^d	19.94±0.05^d
65 ℃、30 min	0.92±0.03^d	1.71±0.03^c	7.43±0.02^c	5.52±0.03^c	8.75±0.03^c	21.08±0.06^c
75 ℃、20 min	0.98±0.02^c	1.81±0.03^b	7.67±0.02^b	5.80±0.10^b	8.84±0.03^b	22.74±0.06^b
85 ℃、15 min	1.06±0.01^b	1.84±0.04^b	7.67±0.04^b	6.37±0.05^a	8.85±0.03^b	22.83±0.08^ab
90 ℃、10 min	1.11±0.02^a	1.92±0.02^a	7.95±0.02^a	6.38±0.05^a	8.99±0.02^a	22.94±0.08^a

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