牛奶光氧化感官評價的影響因素探究

張清陽，白瑩，王少雷，譚冬飛，賈曼，張宏達，陳剛

（1.河北工程大學，河北 邯鄲 056000；2.中國農業(yè)科學院農業(yè)質量標準與檢測技術研究所，北京 100081）

0 引 言

牛奶光氧化的研究起源于20世紀初，當牛奶在受到光照時會產生很強烈的陽光味[1]。牛奶光氧化主要分兩種形式，有氧時，光敏劑會誘導基態(tài)氧3O2生成單線態(tài)氧1O2，1O2可與蛋白質或脂肪發(fā)生氧化反應，最終生成戊醇、戊醛等[2-3]；無氧時，光可誘導光敏劑直接與蛋白質發(fā)生反應，最終產生蛋白質交聯(lián)或者多聚體[4-5]。牛奶風味多由游離脂肪酸、醇、酯、內酯等產生，而引起牛奶產生光氧化味的物質并不明確。維生素E和異抗壞血酸鈉是兩種常見的抗氧化劑。維生素E是一種脂溶性抗氧化劑，其水解產物主要包括α-生育酚、β-生育酚、γ-生育酚和δ-生育酚[6]，但其在鮮奶中是否有抗氧化的作用卻鮮有報道。

本研究對不同條件處理的牛奶在光照后進行感官評價，并探究了牛奶中溶氧量的變化趨勢，旨在為乳制品的實際生產提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

生牛乳由四川省新希望乳業(yè)有限公司提供，維生素E、異抗壞血酸鈉購自華源生物。

RW-20攪拌器套裝，廣州艾卡儀器設備有限公司；UPT-Ⅱ-10T超純水機，四川優(yōu)普超純科技有限公司；APV1000均質機，北京漢默泰克流體技術有限公司；PT-20T實驗室小型超高溫滅菌機，上海沃迪科技有限公司；TF-AS1無菌填充室，上海沃迪科技有限公司；MT-4617LED燈用照度計，臺灣寶工實業(yè)股份有限公司；Mettler Toledo溶氧儀，上海銳析儀器設備有限公司；無菌耐熱瓶，杭州全泉科技有限公司；日光燈，市售。

1.2 方法

1.2.1 感官評價

將75 L生牛奶平均分成3份，分別添加0.5%異抗壞血酸鈉、0.5%維生素E，另一份空白作為對照，并將所有牛奶分別均質，然后每份牛奶再均分為兩份分別進行121℃和138℃加熱15 s，盛裝在約380 mL的PET瓶中，裝滿為無補充氧處理，裝約1/4（95 mL）為有補充氧處理，最后將盛裝好的牛奶放在20℃和30℃兩個房間接受2 000 Lux和5 000 Lux光照和避光處理，一式三份，分別在光照1，4和7d后進行感官評價。

根據(jù)表1對光照后的牛奶的氣味和滋味進行感官評價，每個樣品進行感官評價前用純凈水漱口，以避免每個樣品間評價造成的誤差。

表1 感官評價評分

1.2.2 溶氧量測定

將盛有1/4液面和4/4液面138℃熱處理的牛奶在26℃左右的溫度下，分別進行2 000 Lux和6 000 Lux光照，一式三份，在0，24，48，72 h時采用溶氧儀對其溶氧量進行測定。

1.3 數(shù)據(jù)分析

首先對感官評價結果采用Min-max標準化法進行標準化，然后采用IBM SPSSStatistics20對數(shù)據(jù)進行差異性分析，并用OriginPro繪制柱狀圖及折線圖。

2 結果與討論

2.1 不同加工溫度和不同儲藏溫度對牛奶光氧化感官評價的影響

不同加工溫度處理的牛奶，在經過光照1，4，7 d后感官評價值均不存在顯著性差異（P＞0.05），如圖1所示，不同儲藏溫度下，牛奶在經過光照后感官評價也不存在顯著性差異（P＞0.05），如圖2所示，說明加工溫度和儲藏溫度的不同并不能對牛奶光氧化感官效果產生影響。

圖1 不同加工溫度牛奶光氧化感官評價差異性分析

圖2 不同儲藏溫度牛奶光氧化感官評價差異性分析

圖1中，同一天中同一感官下的柱狀圖上方不同的小寫字母代表數(shù)值之間具有顯著性差異(P＜0.05)，不同的大寫字母代表數(shù)值之間具有極顯著性差異（P＜0.01），沒有標注代表不存在顯著性差異。下同。

牛奶根據(jù)殺菌溫度的不同，簡單可分為巴氏殺菌乳和滅菌乳兩大類，巴氏殺菌乳的殺菌溫度一般在60～80℃，滅菌乳的溫度在100～150℃之間[7]。本實驗采用小型超高溫滅菌機，在一定程度上模擬超高溫滅菌乳（UHT）和延長貨架期巴氏殺菌如（ESL），為減小加熱時間上的誤差，都采用15 s的加熱時長，基本可以殺死牛奶中的所有微生物，可在常溫下儲存。滅菌溫度的不同不僅可以反應殺菌程度，對牛奶中的物質也會產生影響。超高溫滅菌會對牛奶中的蛋白質、脂肪造成一定破壞，影響牛奶品質，而巴氏奶可最大限度保留乳蛋白，活性鈣、酶等活性營養(yǎng)成分，以及牛奶鮮美的口感，但其對儲藏條件要求較高，儲藏時間較短[8-9]。有研究表明儲藏時間越長，溫度越高，牛奶品質下降影響越嚴重[10]。然而在光照后，不同加工溫度和儲藏溫度并沒有對光氧化感官效果造成影響，可能是因為核黃素作為牛奶中主要的光敏物質，在巴氏殺菌乳和超高溫滅菌乳之間沒有顯著差異[11]，而由核黃素誘導的牛奶光敏氧化所產生的氧化改變要遠遠大于加工溫度和儲藏溫度對牛奶的影響。

2.2 不同光照強度對牛奶光氧化感官評價的影響

在無氧情況下，不同光照強度對牛奶的感官評價不存在顯著性差異（P＞0.05），如圖3所示，但隨著光照強度的增強，感官評價基本呈現(xiàn)下降趨勢。而在有氧情況下，光照第一天，避光和光照5 000 Lux的牛奶在氣味上存在顯著性差異（P＜0.05），如圖4所示，在滋味上更是存在極顯著性差異（P＜0.01）；而在第4天的時候只有滋味上避光和受到光照存在顯著性差異（P＜0.05），但2 000 Lux光照和5 000 Lux光照的牛奶感官評價上已經不存在差異了；在第7天的時候，避光和受到光照的牛奶在氣味和滋味方面都具有極顯著性差異（P＜0.01）。

圖3 無氧情況下不同光照強度牛奶光氧化感官評價差異性分析

圖4 有氧情況下不同光照強度牛奶光氧化感官評價差異性分析

由此可見，氧氣在牛奶光氧化中起到重要作用。Intawiwat等[12]人在研究不同顏色濾光片對巴氏殺菌乳光氧化的影響時，認為頂空存放氮氣和空氣是導致在不同過濾器下牛奶酸敗味有差異的原因，并且指出儲存在空氣中的牛奶樣品在非彩色濾光器下感官評價最差。但牛奶的光氧化也不絕對依賴于氧氣，主要是依靠不同光敏劑介導發(fā)生反應。Jens Petter Wold等[3]人在探究牛乳光氧化作用光譜時指出，頂空為空氣的牛奶樣品在藍光照射下其揮發(fā)性成分中己醛含量比氮氣和氬氣更高，而在橙光照射下，氮氣和氬氣中戊醛的生成量比空氣高。相較于在熒光燈的照射下，在有氧時也許更容易產生氧化味，而且隨著光照強度的增強，其產生氧化味的效果越明顯。

2.3 添加異抗壞血酸鈉和維生素E對牛奶抗光氧化感官評價的影響

在有氧情況下，向牛奶中添加異抗壞血酸鈉和維生素E進行不同強度光照，當光照強度為2 000 Lux時，光照第1天，添加異抗壞血酸鈉與添加維生素E和不添加存在顯著性差異（P＜0.05），如圖5所示，光照第4天和第7天時，3種處理在氣味和滋味均不存在顯著性差異，但添加維生素E的牛奶感官評價均略高于添加異抗壞血酸鈉和不添加的牛奶樣品；當光照強度為5 000 Lux時，光照第1天，添加維生素E與添加異維C鈉和不添加在氣味上存在極顯著性差異（P＜0.01），如圖6所示，滋味上存在顯著性差異（P＜0.05），光照第4天時，添加維生素E與異維C鈉在滋味上存在顯著性差異（P＜0.05），光照第7天時，3種處理在氣味和滋味均不存在顯著性差異。

圖5 有氧情況下2 000 Lux不同添加劑牛奶光氧化感官評價差異性分析

圖6 有氧情況下5 000 Lux不同添加劑牛奶光氧化感官評價差異性分析

異抗壞血酸鈉作為一種新型食品抗氧化防腐保鮮劑，在肉制品的腌制、加工過程中，可以有效地減緩肌紅蛋白和脂質的氧化速率，防止變色[13-14]。然而在本實驗中異抗壞血酸鈉并沒有起到抗光氧化的作用，甚者其感官評價要略低于不添加的牛奶樣品，其可能與異抗壞血酸鈉的理化性質相關，異抗壞血酸鈉具有熱不穩(wěn)定性[15]，在生乳高溫熱加工的工程中可能已經發(fā)生降解?？箟难岬难趸椭|氧化導致的牛奶風味缺陷存在溶解氧的競爭關系，去除氧氣的牛奶長時間暴露在陽光下，抗壞血酸的量不會明顯減少，也不會產生真正的氧化風味，無氧牛奶暴露在陽光下會產生另一中異味[16]。任文亞等[17]人在研究中指出與只添加抗壞血酸相比，添加一定比例的金屬離子更有助于抗牛奶光氧化引起的風味劣化。SHIOTA等[18]人在文章中也提到銅和鐵等過渡金屬和抗壞血酸與油脂的自氧化有關，并且還指出生育酚在抗光氧化性能方面是有效的，這與本實驗結果相同。

2.4 不同液面牛奶中溶氧量的測定

不同液面牛奶在不同光照強度下隨時間的變化如圖7所示。由圖7可以看出，裝有1/4液面牛奶的溶氧量隨時間延長而增多，4/4液面牛奶的溶氧量隨時間延長而減少，光照強度對溶氧量的變化趨勢沒有影響。桂仕林等[19]人研究發(fā)現(xiàn)，在阻氧性能差的包裝下，牛奶的溶氧量隨時間的變化而增多。而充足的氧氣存在無疑是加速牛奶光氧化，使其產生氧化味的主要因素之一。溶解氧濃度的測量和核黃素降解能顯示出牛奶的氧化速率，并且核黃素的降解速率和溶解氧的降低速率存在一定關系[20]。

圖7 1/4液面和4/4液面牛奶在2 000 Lux和6 000 Lux光照下隨時間的變化情況

優(yōu)質原料奶中的氧質量濃度通常接近飽和，約為9～11 mg/L，而溫度越高，氧的溶解度越低，通常高溫熱處理的牛奶，其氧質量濃度會降至2～3 mg/L[21]，與本實驗最初氧質量濃度一致。4/4液面的牛奶頂部空間幾乎為0，無法對氧化反應溶解的氧進行補充，而1/4液面的牛奶擁有較大的頂部空間，其中的氧氣不僅可以補充氧化反應消耗掉的氧氣，并且可以使牛奶的溶氧量趨向于飽和。一些溶解氧是氧化揮發(fā)性硫化合物所必需的，揮發(fā)性硫化合物是超高溫牛奶在儲存前幾天產生強烈的烹飪風味的原因，降低溶解氧將延遲或防止這種氧化[25]，同樣，降低溶解氧也可能延緩光氧化味的產生。在相同的環(huán)境下，牛奶中溶解氧含量的變化可作為氧化引起的明顯感官變化的可靠指標[22]。隔絕氧氣，不僅可以減少牛奶中維生素A等物質的降解，并且可以有效地減少最終氧化產物的形成，最大程度地保留牛奶的營養(yǎng)物質和風味[23]。

3 結 論

本文探究了不同加工溫度、儲藏溫度、光照強度以及添加異抗壞血酸鈉和維生素E對牛奶光氧化感官評價的影響并且測定了光照下，牛奶中溶氧量的變化趨勢。結果表明，加工溫度為121℃和138℃，儲藏溫度為20℃和30℃對牛奶光氧化感官評價無顯著影響。在無氧時，不同光照強度牛奶的感官評價之間不存在顯著性差異，而在有氧時，牛奶的光氧化味隨著光照強度和光照時間的增加而加重，在短時間的光照下，維生素E對牛奶抗光氧化具有明顯效果，而異抗壞血酸鈉并沒有對牛奶抗光氧化做出貢獻。氧氣是造成牛奶光氧化味的重要因素之一，隔絕氧氣可減緩牛奶中氧化味的產生。這將為乳制品在生產加工過程中抗光氧化提供一定的理論依據(jù)。