延長貨架期（extended?shelf-life,ESL）牛乳最早起源于北美，意在滿足消費者對牛乳營養(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、營養(yǎng)破壞嚴重的問題。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)，來達到延長貨架期的目的。
為了兼顧營養(yǎng)和理想的貨架期，ESL牛乳目前應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，再通過超潔凈灌裝減少二次污染，生產(chǎn)、貯藏、分銷過程中菌落數(shù)低、貨架期更長的液態(tài)乳。ESL牛乳的貨架期在冷藏條件下至少15 d，最長可達45 d。目前市場上常采用120～130℃、2～15?s的殺菌工藝，但這勢必對牛乳中蛋白的活性和部分營養(yǎng)物質(zhì)造成破壞，除了制定合理的熱處理條件外，新工藝也開始應用到ESL牛乳的生產(chǎn)中，包括蒸汽浸入式殺菌、膜過濾技術(shù)結(jié)合巴氏殺菌等。本研究重點分析不同殺菌工藝技術(shù)對ESL牛乳品質(zhì)和貨架期的影響，從而為ESL牛乳的廣泛應用提供參考。
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。
乳鐵蛋白標準品（純度≥98%）、免疫球蛋白G(immunoglobulin?G,IgG）標準品（純度≥98%）；營養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基國藥集團化學試劑有限公司。
蒸汽浸入式殺菌機；巴氏殺菌機、稀奶油殺菌機；管式殺菌設備、均質(zhì)機；無菌操作臺;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）過濾結(jié)合巴氏殺菌工藝流程如下：
對不同殺菌工藝制備的ESL牛乳進行菌落總數(shù)、大腸菌群和致病菌（沙門氏菌和金黃色葡萄球菌）的測定。具體參照GB 19645—2010《食品安全國家標準?巴氏殺菌乳》。
對不同殺菌工藝制備的ESL牛乳進行貨架期測定，分別貯藏在6、10、15℃條件下，根據(jù)感官、菌落總數(shù)、煮沸實驗、pH值和酸度，參照GB 19645—2010《食品安全國家標準?巴氏殺菌乳》判斷產(chǎn)品貨架期。
對不同殺菌工藝制備的ESL牛乳進行活性物質(zhì)含量測定，包括乳鐵蛋白和IgG含量測定，并計算損失率?；钚晕镔|(zhì)的檢測參考T/CSCA?110059—2020《巴氏殺菌乳—鮮牛乳》附錄方法?；钚晕镔|(zhì)損失率按下式計算。
對不同殺菌工藝制備的ESL牛乳進行糠氨酸含量測定。具體參照NY/T?939—2016《巴氏殺菌乳和UHT滅菌乳中復原乳的鑒定》，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ESL牛乳品質(zhì)的影響，為了進一步優(yōu)化工藝，分別對蒸汽浸入式殺菌和膜過濾結(jié)合巴氏殺菌工藝參數(shù)進行調(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價，確定ESL牛乳優(yōu)化工藝條件。
實驗重復3次，用Excel初步整理數(shù)據(jù)，用GraphPad?Prism?8.0軟件進行統(tǒng)計分析，P<0.05時，表示差異顯著；P>0.05時，表示差異不顯著。
巴氏殺菌乳是通過適度的熱加工滅活生乳中的致病菌和部分腐敗菌，為了維持鮮乳的風味和營養(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)量來延長產(chǎn)品的貨架期，同時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牛乳殺菌后微生物殘留量的影響，來判斷是否可以作為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，從而能達到延長產(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、酸度過高、性狀改變而終止貨架期。C組在3個貯藏條件下最長貯藏時間45 d內(nèi)都無明顯風味和性狀改變，微生物未超標。在6℃貯藏條件下，A、B、D組貨架期大于20 d，說明低溫貯藏有效抑制微生物的繁殖和各種酶的活性，延長了產(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，分析是因為牛乳中殘留微生物，在溫度升高后迅速繁殖，進而失去了飲用價值。D組產(chǎn)品對冷鏈要求最高，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
牛乳的營養(yǎng)價值除了可以提供蛋白質(zhì)、脂肪和無機元素等常規(guī)營養(yǎng)外，還含有種類繁多、無法通過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、乳過氧化物酶、鞘脂類等。這些生物活性物質(zhì)在維持和增加機體免疫力、抑菌、抗病毒及維護腸道健康等方面發(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)均對熱敏感，研究不同殺菌工藝對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組殺菌后幾乎檢測不到乳鐵蛋白和IgG;C組利用牛乳自由下落時與蒸汽融合殺菌，實現(xiàn)牛乳精準升溫，達到殺菌的效果，相對傳統(tǒng)的高溫熱處理工藝（A和B）而言，大大縮短了牛乳在管道內(nèi)長時間升溫帶來的品質(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，是因為通過微濾去除牛乳中的大部分微生物和體細胞，大大降低了熱處理強度，在延長產(chǎn)品貨架期的同時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，在熱處理過程中與牛乳蛋白中賴氨酸之間發(fā)生美拉德反應，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?？钒彼岷孔鳛殍b別UHT滅菌純牛乳或巴氏殺菌乳是否為復原乳的定量指標，同時也可以判斷牛乳的熱處理強度，在還原糖含量不變的情況下，溫度和處理時間，即熱處理強度是影響糠氨酸含量的最主要因素，過度的熱處理也會導致糠氨酸含量升高。
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組將牛乳勻速通過小孔型分配板進入蒸汽罐中，牛乳溫度與蒸汽溫度的溫差可以精準控制在1℃以內(nèi)，并且在極短時間內(nèi)完成，減少很多不必要的熱處理，大大降低了美拉德反應，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120℃高溫殺菌后發(fā)生了美拉德反應，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，陶瓷膜過濾結(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，進一步優(yōu)化2種工藝。
圖3 不同殺菌工藝對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
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：對比蒸汽浸入式殺菌3個工藝條件，降低殺菌溫度活性物質(zhì)含量增加不明顯，且導致貨架期顯著縮短，增加了對銷售環(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)；對比陶瓷膜過濾結(jié)合巴氏殺菌3個工藝條件，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。
通過研究不同熱殺菌條件對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，在15℃以下，溫度的改變沒有對產(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)達的地區(qū)也能夠保證產(chǎn)品的品質(zhì)穩(wěn)定；膜過濾結(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，膜過濾后簡單增加殺菌溫度，對貨架期沒有明顯改善，要確保產(chǎn)品品質(zhì)的穩(wěn)定，建議全程嚴格控制冷鏈，溫度6℃以下，貨架期內(nèi)品質(zhì)更加穩(wěn)定。
本研究通過測定不同殺菌工藝對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)，從而為消費者帶來品質(zhì)更好的ESL產(chǎn)品。
