上海保圣電子鼻助力內蒙古大學吳海霞團隊牛奶保鮮技術研究

一、研究背景
牛奶營養豐富，但易受細菌污染導致變質，因此滅菌處理至關重要。傳統的熱滅菌方式，如低溫長時間（LTLT）處理溫度不夠高，無法完全滅活嗜熱菌；高溫短時（HTST）和超高溫（UHT）處理雖能有效殺菌，卻會破壞牛奶的營養成分和風味，導致美拉德反應發生，使乳清蛋白變性。新興的非熱滅菌技術，如高壓、脈沖電場、紫外線和超聲波等，雖各有優勢，但也存在一定局限性。

在眾多檢測技術中，上海保圣電子鼻（cNose）因其獨特優勢在本研究中發揮了重要作用。它能模擬人類嗅覺系統，快速、準確地檢測牛奶中的揮發性化合物，幫助研究人員深入了解不同滅菌處理對牛奶風味的影響，為評估新型滅菌技術的效果提供關鍵依據。本研究旨在開發一種新型光子 - 聲子耦合（PPC）冷滅菌技術，并將其與模擬低溫巴氏殺菌（SLP）和微波紫外線（MUV）技術對比，探究其對牛奶微生物、感官品質、營養成分及乳清蛋白特性的影響。

二、實驗方法
實驗選取當地乳制品廠未經滅菌的新鮮牛奶，以大腸桿菌和金黃色葡萄球菌為模型菌。實驗設置了不同的處理組：SLP組將牛奶在65±2℃加熱30min；PPC組使用自行研發的PPC設備（包含MUV單元和US單元）對牛奶進行循環滅菌，設置不同超聲輸出功率（600W和1200W，分別標記為PPC1和PPC2）；MUV組使用波長254nm的MUV燈對牛奶進行處理。

實驗采用多種檢測方法，其中上海保圣電子鼻發揮了重要作用。在檢測牛奶氣味時，取20mL牛奶樣品置于40mL無色無味透明頂空樣品瓶中，加蓋靜置30min，然后利用電子鼻內置的14個金屬氧化物半導體傳感器對不同揮發性化合物進行特異性識別。這些傳感器對醛類、酮類、醇類、苯系物、有機硫化物等多種物質敏感，通過檢測其響應值變化來分析牛奶氣味特征。同時，研究還運用了微生物分析、色差儀檢測顏色、電子舌分析味覺、紅外光譜分析儀檢測牛奶成分、ELISA試劑盒測定免疫球蛋白和乳鐵蛋白含量，以及多種技術對乳清蛋白的結構和性質進行分析。

三、實驗結果

微生物檢測結果表明，PPC和MUV的滅菌效果優于SLP，PPC2處理30min后，總細菌數從7.1 log降至2.2 log，符合FDA對巴氏殺菌牛奶的標準，且對酵母和霉菌的殺滅效果顯著，經PPC2處理后未檢測到存活的酵母和霉菌。

在感官品質方面，上海保圣電子鼻檢測發現，不同處理后牛奶的氣味發生了變化。從傳感器響應值來看，SLP處理后，對醛類、酮類、醇類等刺激性物質及苯系物敏感的S2、S3傳感器響應值明顯下降；PPC處理后，S2、S3傳感器響應值也有所降低，但降幅小于SLP處理。主成分分析（PCA）顯示，PC1和PC2的貢獻率分別為77.84%和14.65%，累計貢獻率達92.49%。SLP處理后的樣品與對照組距離較遠，MUV和PPC處理后的樣品彼此相鄰且更接近對照組，尤其是PPC處理后的牛奶香氣更接近原料奶，這表明PPC處理對牛奶香氣的影響小于熱處理。結合電子舌和顏色檢測結果，PPC處理對牛奶的味道和顏色影響較小，PPC處理后牛奶的口感和氣味介于未經處理的原料奶和低溫熱處理奶之間。

在營養成分和乳清蛋白特性方面，PPC2處理對牛奶蛋白質含量的影響不顯著，且能較好地保留免疫球蛋白和乳鐵蛋白等生物活性蛋白。PPC處理會使乳清蛋白熒光強度降低、表面疏水性增加、顆粒尺寸減小、zeta電位增加，在掃描電鏡下呈現出微聚集體結構，且β - 轉角含量在一定條件下有所變化。

本研究借助上海保圣電子鼻等多種技術，成功開發了PPC冷滅菌技術。該技術在有效殺菌的同時，對牛奶營養成分和生物活性蛋白的影響較小，且能較好地保持牛奶的感官品質。電子鼻在檢測不同處理后牛奶揮發性化合物變化方面發揮了關鍵作用，為評估PPC技術在牛奶保鮮中的效果提供了重要依據，有助于推動新型非熱滅菌技術在乳制品加工行業的應用。