《Innovative Food Science & Emerging Technologies》：Gentle heating and extending shelf-life: Customized phase treatment for shelf-stable whole milk combining microfiltration with microwave and indirect ultra-high temperature heating
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本研究将定制化相态处理（CPT）工艺适配于全脂牛奶（脂肪含量3.5 g 100 g?1），旨在实现温和加热并延长CPT牛奶的贮藏稳定性。通过微滤（膜孔径0.1 μm），乳清蛋白等热敏性成分进入透过液，而细菌、芽孢和纤溶酶（plasmin）
本研究将定制化相态处理（CPT）工艺适配于全脂牛奶（脂肪含量3.5 g 100 g?1），旨在实现温和加热并延长CPT牛奶的贮藏稳定性。通过微滤（膜孔径0.1 μm），乳清蛋白等热敏性成分进入透过液，而细菌、芽孢和纤溶酶（plasmin）等限制货架期的成分则截留于浓缩液中。针对CPT全脂牛奶，研究人员将原料乳分离为稀奶油和脱脂乳并分别进行巴氏杀菌；脱脂乳经微滤后，透过液采用微波加热（温度? = 120 °C，时间t = 4 s）以尽量减少有价值成分的损失；浓缩液则用巴氏杀菌稀奶油标准化（脂肪含量≈ 9 g 100 g?1）并均质后，进行长时间预热（? = 95 °C，t = 128 s）及间接超高温（UHT）灭菌（? = 140 °C，t = 4 s）。CPT全脂牛奶与直接UHT（dUHT）和间接UHT（iUHT）全脂牛奶（脂肪含量3.5 g 100 g?1）进行了对比。结果表明，CPT牛奶的乳清蛋白变性程度介于两种UHT牛奶之间；dUHT牛奶因蛋白水解活性升高而导致粒径和黏度增加，而CPT和iUHT牛奶在20 °C和30 °C条件下贮藏24周期间保持稳定，未出现脂肪失稳、游离脂肪酸含量增加或酸败异味等脂肪降解迹象。因此，CPT工艺是生产长货架期全脂牛奶的可行替代方案。
本研究由德国霍恩海姆大学（University of Hohenheim）软物质科学与乳品技术系的Lena Drotleff、J?rg Hinrichs、Melanie Rosenberger和Britta Graf完成，发表于《Innovative Food Science》期刊。该研究旨在将定制化相态处理（CPT）工艺从脱脂牛奶拓展至全脂牛奶，以解决传统UHT灭菌中热负荷与品质保留之间的矛盾。
研究背景与问题：原料乳作为高易腐动物源食品，需经加热处理以确保消费安全并延长货架期。然而，热处理程度直接影响营养成分保留与货架期长短。传统UHT灭菌（135–150 °C，10–1 s）虽能保证无菌状态，但存在乳清蛋白过度变性、维生素损失及贮藏期间老化胶凝等问题。特别是纤溶酶（plasin，EC 3.4.21.7）等热稳定内源性蛋白酶若未充分灭活，会导致蛋白质水解、凝胶形成及品质劣变。此外，全脂牛奶中的脂肪相易受脂解酶作用产生酸败异味。现有工艺如直接UHT（dUHT）乳清蛋白变性程度较低但纤溶酶灭活不足；间接UHT（iUHT）虽通过长时间预热可有效灭活纤溶酶，但热负荷过高导致营养损失和不良风味。因此，如何在保证微生物安全和酶学稳定的前提下降低总热负荷，成为长货架期牛奶生产的关键挑战。
研究内容：研究人员将CPT工艺应用于脂肪含量3.5 g 100 g
?1的全脂牛奶。该工艺先将原料乳分离为稀奶油和脱脂乳并分别巴氏杀菌；脱脂乳经0.1 μm微滤后，热敏性成分（乳清蛋白、维生素等）进入透过液，微生物、芽孢、纤溶酶及酪蛋白等截留于浓缩液。两相分别处理：浓缩液用巴氏杀菌稀奶油标准化至约9 g 100 g
?1脂肪含量、均质后，经95 °C预热128 s再进行iUHT灭菌（140 °C，4 s）；透过液则经微波加热（120 °C，4 s）灭活残留内源性酶。最后两相混合得到CPT全脂牛奶，并与dUHT及iUHT全脂牛奶在加工后及20 °C和30 °C贮藏24周期间进行对比，评估乳清蛋白变性、维生素保留、理化特性、酶学活性、脂肪稳定性及感官品质。
主要结论：CPT全脂牛奶在贮藏期间未出现脂肪失稳、游离脂肪酸增加或酸败异味，纤溶酶活性低于0.02 pkat mL
?1，无蛋白水解迹象；乳清蛋白变性程度（α-乳白蛋白（α-La）约48%，β-乳球蛋白（β-Lg）约66%）介于dUHT和iUHT之间；感官评价显示其风味优于iUHT牛奶。该研究证实CPT工艺是生产长货架期全脂牛奶的可行替代方案。
本研究使用的主要关键技术方法包括：原料乳源自德国霍恩海姆大学Meiereihof乳品研究站；采用分离机将原料乳分离为脱脂乳（≤0.1 g 100 g
?1脂肪）和稀奶油（36.7±2.7 g 100 g
?1脂肪）；采用傅里叶变换红外（FT-IR）光谱仪测定蛋白质和脂肪含量；采用错流膜过滤单元配合陶瓷膜（0.1 μm孔径，有效过滤面积1.69 m
2）进行微滤，控制跨膜压力0.1 MPa、温度50 °C，质量浓缩比约3；采用连续式微波加热装置（μWaveFlow 0620 hp）对透过液进行微波加热；采用板式换热器进行巴氏杀菌和预热，采用管式换热器进行iUHT灭菌，采用蒸汽喷射进行dUHT灭菌；采用高压均质机进行两段式均质（15/3 MPa，65 °C）；采用高效液相色谱（RP-HPLC DAD法）测定乳清蛋白变性程度；采用荧光胺法测定表观纤溶酶活性（以亮氨酰-甘氨酸（Leu-Gly）当量表示）；采用激光衍射粒度分析仪测定粒径分布（d
90,3）；采用流变仪测定表观黏度；采用光学显微镜观察微观结构；采用外部感官小组（n=10）进行定量描述性分析；采用动力学模型（阿伦尼乌斯方程）预测乳清蛋白变性及硫胺素、赖氨酸损失。
研究结果部分：
微生物稳定性与化学组成：所有加热牛奶样品加工后菌落总数均低于定量限（<10 CFU mL
?1），CPT、dUHT和iUHT全脂牛奶的蛋白质、脂肪含量及pH值无显著差异。原料乳和浓缩液中假单胞菌（Pseudomonas spp.）检测证实热稳定细菌酶污染概率极低，确保24周贮藏期间的微生物稳定性。
营养成分保留：
乳清蛋白变性：dUHT牛奶乳清蛋白变性程度最低（α-La约13%，β-Lg约26%），iUHT最高（α-La约82%，β-Lg约97%），CPT牛奶介于两者之间（α-La约48%，β-Lg约66%）。动力学计算结果与实测值一致，表明CPT工艺可显著降低乳清蛋白变性。降低透过液加热温度有望进一步优化营养保留。
硫胺素和赖氨酸损失：CPT牛奶的硫胺素损失（1.03%）和赖氨酸损失（0.20%）均介于dUHT（0.60%和0.12%）与iUHT（2.10%和0.40%）之间，未超过UHT牛奶的典型阈值。
贮藏期间稳定性：
蛋白水解活性与老化胶凝：dUHT牛奶在30 °C贮藏12周后、20 °C贮藏16周后出现粒径增大（d
90,3达3–25 μm）和黏度上升（>20 mPa·s），24周时形成凝胶；表观纤溶酶活性分别为0.26和0.34 pkat mL
?1。CPT和iUHT牛奶粒径稳定在约1.5 μm，黏度约2.5 mPa·s，纤溶酶活性低于0.02 pkat mL
?1，无凝胶形成。
脂肪相稳定性：所有牛奶样品均质度维持在80%左右，避免严重 creaming 现象。dUHT牛奶贮藏后期出现均质度下降、脂肪 globule 聚集和相分离，与纤溶酶介导的蛋白质水解导致脂肪 globule 界面失稳有关。CPT和iUHT牛奶脂肪相保持稳定。
脂解活性：游离脂肪酸含量在各样品间无差异，波动于1.29–2.58 mEq 100 g
?1脂肪之间，低于风味阈值（2 mmol L
?1），感官评价未检出酸败味，证实微波加热有效灭活了脂解酶。
感官评价：新鲜状态下，iUHT牛奶显著更甜、焦糖味更强、蒸煮味和老化味更明显，口感更绵密、余味更持久；CPT牛奶与dUHT牛奶无显著差异。贮藏期间差异逐渐缩小，但iUHT牛奶30 °C贮藏12周和24周后降解味、金属味和陈腐味更显著。dUHT牛奶24周时因凝块形成无法品尝。无样品出现酸败味。
讨论部分总结：研究人员指出，CPT工艺通过微滤分离和分相加热，实现了对热敏性成分的保护和对热稳定性危害因子的靶向处理。0.1 μm微滤可有效去除微生物和纤溶酶，同时保留乳清蛋白于透过液中；微波加热（120 °C，4 s）足以灭活残留内源性酶而不引起显著热损伤；浓缩液经长时间预热和iUHT灭菌可彻底灭活纤溶酶，避免贮藏期间蛋白水解和老化胶凝。与dUHT相比，CPT牛奶避免了因纤溶酶残留导致的品质劣变；与iUHT相比，CPT牛奶降低了乳清蛋白变性和不良风味。未来研究需进一步优化透过液加热温度以接近dUHT的营养保留水平，并评估无加热条件下透过液的贮藏安全性。该工艺为长货架期乳制品的温和加工提供了新思路。
研究结论部分翻译：本研究将定制化相态处理（CPT）工艺从脱脂牛奶拓展至脂肪含量为3.5 g 100 g
?1的全脂牛奶。脱脂乳经微滤（0.1 μm膜孔径）后，所得浓缩液用稀奶油标准化并均质，再进行间接UHT灭菌；透过液经120 °C微波加热以充分灭活残留内源性酶。CPT工艺适用于全脂牛奶，CPT全脂牛奶在20 °C和30 °C贮藏24周期间未出现脂肪失稳迹象（如相分离或脂解活性，贮藏期间游离脂肪酸含量无增加，无酸败味）。与dUHT牛奶不同，CPT牛奶贮藏期间未表现蛋白水解活性（表观纤溶酶活性低，无苦味），且乳清蛋白变性程度显著低于iUHT牛奶。感官分析证实CPT牛奶在蒸煮味方面介于dUHT和iUHT牛奶之间。未来研究需降低透过液加热温度，使营养成分保留最大化至dUHT牛奶水平。由于采用0.1 μm微滤，所得透过液为无菌状态，无需额外加热；但残留内源性酶活性的相关性及贮藏期间的影响仍有待研究。
