【优质乳】巴氏杀菌乳和超高温灭菌乳营养价值及卫生安全对比研究

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作者：杨怀谷   郑  楠  王加启；；中国农业科学院北京畜牧兽医研究所，动物营养学国家重点实验室）

本文刊登在《中国乳业》杂志2016年第7期

巴氏杀菌乳和超高温灭菌乳是现今市面上销售的主要液态奶品种。从加工技术、营养及安全、市场现状、未来趋势的角度出发，重点对比这2 种牛奶各自的特点，综合不同来源的试验、调查数据得出基本结论，同时向消费者传达客观有效的牛奶食品信息，提高大众的奶产品消费意识。

奶被誉为最接近完善的食物，有“白色血液”之称，它是任何哺乳动物，包括人类与生俱来的生命营养物质。在诸多奶品种中，牛奶因其来源广、营养丰富、口味好而被人们广泛食用。牛奶不仅具备其它食物所有的大部分营养，而且还含有独特的功能物质，虽然其含量并不多，但却有很高的生物活性价值。人们饮用牛奶，一方面是补充蛋白质、能量、维生素、矿物质，另一方面也是为了获取某些对生长发育、肠道健康有益的微量乳成分。考虑到生鲜牛奶中含有潜在的病原微生物，且牛奶是这些微生物的优良繁殖场所，因此为了保证消费者的人身健康，常在牛奶饮用前对生鲜乳进行一定程度的加热。经过长时间的科学试验和实践摸索，现今全世界范围已形成较为统一的生产规范标准，主要有巴氏杀菌（Pasteurization）和超高温灭菌（Ultra-high Temperature，UHT）2 种热加工类型。

巴氏杀菌乳和超高温灭菌乳的发展历史

曾经，人们饮用纯天然的生鲜乳，这是获取牛奶营养物质最直接、便捷的方式。有调查研究表明，如果人在生命早期开始食用生鲜乳，可以显著降低哮喘、过敏性鼻炎等疾病的发生率，且影响是长期的。这与生鲜乳中含有各种免疫球蛋白、乳铁蛋白、细胞因子、生长因子、酶等有关（表1）。这些物质可以增强机体的固有免疫力，加速幼儿的免疫系统成熟。但由于生鲜乳未经任何除菌处理，因此可能含有潜在的病原微生物，包括沙门氏菌、李斯特氏菌、蜡状芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌、产气荚膜梭菌等。据报道，1938年之前，在美国爆发的食品安全事件中有25%是源于人们直接饮用生鲜乳。随着除菌工艺（主要是热加工）的应用，这一数值现已降低至1%以下。如今在美国境内报道的一些牛奶相关危害事件，主要也是发生在那些允许市场销售生鲜乳的州内。由于在奶牛养殖、挤乳等整个生产环节中，生鲜乳不可避免地会被内源或外源因素污染，所以热处理技术的应用，能够消除许多潜在的风险，切实保障人们的健康安全。

表1 生鲜乳中的主要功能活性物质及含量

活性成分种类	生物学功能	生鲜乳中含量
免疫球蛋白	被动免疫/抗菌/抗病毒	0.58 mg/mL（以IgG1为例）
乳铁蛋白	免疫调节/抗菌/抗病毒	0.1 mg/mL
β-乳球蛋白	助消化、舒缓疼痛	4.0 mg/mL
α-乳白蛋白	辅助睡眠、舒缓疼痛	2.0 mg/mL
乳过氧化物酶	抗菌	13.0～30.0 μg/mL
溶菌酶	裂解细菌细胞壁肽聚糖	0.07～0.60 μg/mL
类胰岛素生长因子	促进细胞分化增殖和个体生长发育	10.0 ng/mL
表皮生长因子	刺激肠细胞分裂、组织细胞修复	2.0 ng/mL
共轭亚油酸	抗癌、抗粥样硬化、减少糖尿病发生	30.0～100.0 μg/mL

注：引自王加启主编的《反刍动物营养学研究方法》。

，最开始被应用在酒制造工艺上，后经不断改进完善，也用于其它诸多食品加工领域。世界上第1台牛奶巴氏杀菌器于1893年问世，1920年，我国从美国引进巴氏杀菌器，开始巴氏杀菌乳的生产。病原菌本身不耐热，所有的病原微生物在一定温度范围内（60～80 ℃）处理一定时间即可被杀灭；而尚存的一些中性耐热菌（如乳微杆菌）及其芽孢，在可控范围内对人体并没有危害。检测巴氏杀菌效果的通用方法是碱性磷酸酶（ALP）法。碱性磷酸酶是牛奶中主要内源酶之一，它的耐热性比无芽孢致病菌更强。经测定，在生鲜乳中ALP活性是1 233.3 mg/mL，而全脂牛奶ALP活性只有1.0958 mg/mL。如果巴氏杀菌后检测到的ALP活性降低到阈值以下，则说明病原菌被杀灭，达到巴氏杀菌效果，具体步骤详见《生鲜牛乳及其制品中碱性磷酸酶活度的测定方法》（NY/T 801-2004）或《乳和乳制品碱性磷酸酶的活性测定》（ISO 11816-1-2013）。由于巴氏杀菌不能做到完全除菌（巴氏杀菌乳的菌落总数上限一般为3×104 CFU/mL），所以巴氏杀菌乳的贮藏温度需在4 ℃左右，保质期一般只有5～8 天。为了克服货架期短、不能常温保存、运输携带不便等问题，超高温灭菌乳应运而生。该热处理工艺采用瞬时超高温方法，几乎可以杀灭生鲜乳中的所有微生物及其芽孢，从而达到“无菌”级别（超高温灭菌乳的菌落总数≤10 CFU/mL）。因此，超高温灭菌乳的保质期可以延长至1～6 个月。巴氏杀菌和超高温灭菌工艺细则见表2。

表2 巴氏杀菌和超高温灭菌工艺对比

工艺名称	温度（℃）		时间
低温长时间巴氏杀菌（LTHT）	62.8～65.6		30 min
高温短时间巴氏杀菌（HTST）		72～75	15～20 s
超高温灭菌（UHT）	135～140		4～7 s

注：引自张和平等主编的《现代乳品工业手册》。

 巴氏杀菌乳和超高温灭菌乳营养对比

现今市售的液态奶有许多不同的品牌和风味，但既然其本质核心是牛奶，那么评价优劣的标准应从口味回归到营养价值这一科学层面。哪种品质的牛奶最营养、安全、可靠，自然也是消费者最为关心的问题。牛奶热加工过程中受到的损害主要有3 方面：蛋白质变性、美拉德反应、乳糖异构化。相比于巴氏杀菌乳，UHT乳热加工过程所使用的温度更为剧烈极端，客观评价2 种工艺对牛奶的影响是引导消费者清晰认知、理性消费的前提。表3列举了牛奶中主要营养物质在热加工后的变化情况。可见，相比于UHT工艺，巴氏杀菌对牛奶的营养活性破坏较小，除少数特别热敏感的物质外，巴氏杀菌乳保留了生鲜乳的大部分原有成分，可以称之为“鲜牛奶”。而UHT奶则较高程度地破坏了许多热敏感指标（有些物质已几乎完全损失或变性），只能称为“纯牛奶”。我国颁布的液态奶产品标识（GB 19645-2010、GB 25190-2010）中也对此有明确的阐述。

尽管UHT乳的常温储存时间较长，但在超高温过程中破坏细菌或体细胞所释放出的耐热型蛋白酶、脂肪酶在完成加热后仍具有一定活力，可继续分解蛋白质和脂肪，造成牛奶品质的缓慢下降。因此，在保质期内储存时间越长的UHT乳，虽然卫生安全，却基本无新鲜可言。另外，在热加工时，牛奶中蛋白质（β-乳球蛋白、酪蛋白等）的赖氨酸残基会与乳糖的羰基发生美拉德反应（Maillard Reaction），进而生成一系列使牛奶“褐变”的副产物。这不但影响了牛奶的外观，而且会降低乳蛋白、氨基酸的生物学价值，部分物质（如糠氨酸）还可能对人体有潜在的危害。从表3中牛奶热处理所产生的副产物含量来看，UHT乳远高于巴氏杀菌乳。因此，巴氏杀菌乳的营养价值确实比UHT乳更好。而且，由于超高温加热会使牛奶中的乳球蛋白、脂肪球膜蛋白产生巯基基团，乃至释放硫化氢等挥发物质，会导致UHT乳有一定的“蒸煮味”，而使用温和热处理法的巴氏杀菌乳的风味则更为纯正自然。

目前，已有不少奶业发达国家开始试行生产和推广延长货架期乳（ESL乳）。ESL乳使用的是比超高温灭菌更温和的除菌方式，主流工艺包括超巴氏杀菌、微滤结合热加工技术、Pure-Lac TM系统、填充CO2技术等。其中部分工艺（如微滤膜技术）已经取得了不错的生产实践效果。等、张云等、刘利清等采用陶瓷微孔膜，使用错流装置对脱脂分离的牛奶进行过滤，再进行巴氏杀菌，不同试验的牛奶除菌率均达到了99.6%以上，保质期能够延长至20 天左右，且不会降低和破坏牛奶中的各营养成分。我国上海光明乳业股份有限公司和北京三元食品股份有限公司等已开始使用微滤技术生产高品质巴氏杀菌乳。随着各项技术和生产工艺的不断完善，人们可以喝到越来越接近天然的、安全可靠的牛奶。

表3 巴氏杀菌乳与UHT乳主要营养活性对比

		巴氏杀菌乳	UHT乳
乳蛋白	酪蛋白变性率（%）	影响甚微	影响较小
	乳清蛋白变性率（%）	10～20	60～90
	微量活性蛋白变性程度	部分仍具有一定的活性	绝大多数已失活或变性
	赖氨酸损失率（%）	1.8	3.8
	蛋氨酸损失率（%）	10.0	34.0
矿物质	可溶性钙、磷损失	变化损失少	30%～50%变为不可溶
维生素	维生素C损失率（%）	10～20	20～40
	维生素B1损失率（%）	5～10	10～35
	维生素B12损失率（%）	5～10	15～30
	叶酸损失率（%）	7～10	20～35
副产物	糠氨酸（mg/100 g蛋白质）	＜12	＜140
	乳果糖（mg/L）	2.7～58.0	＜600
	羟甲基糠醛（μmol/L）	0.5～4.9	3.1～16.8

巴氏杀菌乳和超高温灭菌乳的鉴定区分

现今各检测室鉴定区分巴氏杀菌乳和UHT乳的主要方法是通过酶法（Enzyme Method）或高效液相色谱法（HPLC）测量牛奶中羟甲基糠醛、乳果糖、糠氨酸等热敏指标。这些副产物在生鲜乳中含量很低，但经过加热后含量会有一定程度的升高。根据前人研究报道，若液态奶中糠氨酸浓度低于12 mg/100 g蛋白质，则为正常巴氏杀菌乳；若液态奶中糠氨酸浓度低于140 mg/100 g蛋白质，则为正常UHT乳；而当巴氏杀菌乳或UHT乳的糠氨酸含量超过各自上限时，则可能是由于牛奶加热过度或人为添加了复原乳。为了判别在液态奶中是否存在掺入复原乳的情况，《巴氏杀菌乳和UHT灭菌乳中复原乳的鉴定》（NY/Y 939-2005）制定了详尽的检测步骤。

考虑到上述检测方法对仪器和场地要求很高，已有团队开发出新的快捷试验方法。例如张书文等应用浊度法建立了快速鉴别原料乳、巴氏杀菌乳和UHT乳的新技术，通过全面动态地监测市场上不同种类液态奶产品，可以防止UHT乳顶替巴氏杀菌乳的现象发生，切实保障消费者的权益。

 

中国的优质乳工程

2000年之前，我国各大中城市供应销售的主要是巴氏杀菌乳。进入21世纪以来，随着国家对奶业的重视和牛奶营养知识的普及，我国乳品消费量大幅度增加。但我国奶源大部分集中在北方地区，而巴氏杀菌乳的奶源一般来自城市周边的奶牛场，考虑到巴氏杀菌乳保质期短这一现实问题，乳品企业瞄准商机，开始大力发展UHT乳，把以北方奶源基地为主的牛奶销售到全国各地。短短十几年时间，我国液态奶产品中（不含酸乳）巴氏杀菌乳所占比例下降到20％～30％，UHT乳比例已上升到70％～80％。相比之下，国外的液态奶比例却与我国明显不同：在美国、日本、英国、荷兰、澳大利亚、新西兰等国，巴氏杀菌乳的市场份额均在90％以上，中国台湾地区的巴氏杀菌乳份额也很大。

表4展示了美国巴氏乳法令（Grade“A”Pasteurized Milk Ordinance，PMO）对原料乳的卫生指标要求，不难看出，巴氏杀菌乳对原料的要求是很高的[在中国的生鲜乳收购定级标准里，菌落总数（CFU/mL）≤200 万即为合格]。事实上，UHT工艺可以在一定程度上“掩盖”原料乳的先天不足，而在中国，大大小小不同规模的奶牛养殖场及散户所提供的原料乳确实存在层次不齐的现象，这是如今市面上UHT乳占据主导地位的另一部分原因，但这显然不是一个可被消费者普遍认同和接受的原因。人们需要充分肯定UHT乳快速、便捷等诸多优点，认识到全国不论东南西北都能随时买到足量、廉价的液态奶，很大程度上得益于UHT乳的生产推广；但也需警惕不良商家以UHT乳安全放心为名，刻意以次充好，混淆视听。巴氏杀菌乳之所以在许多西方发达国家流行，主要是因为其拥有优良的牧草供应（如全株玉米青贮饲料、苜蓿饲料），先进健康的奶牛养殖体系（如TMR饲喂技术），良好的养殖环境，从而能生产出大量的优质原料乳；另外，合理且周密的加工工艺，确保了其优质牛奶的供应；同时，健全的法规和各项标准，强有力地监督了市场。

表4 美国巴氏乳法令对原料乳的卫生指标要求

指标项目	限量
细菌总数（生鲜乳运离农场前，CFU/mL）	≤10 万
细菌总数（混合多个农场生鲜乳后，CFU/mL）	≤30 万
体细胞数（个/mL）	≤75 万
大肠菌群（MPN/100 mL）	≤500

注：引自美国PMO-2013版。

在发达国家，GMP（Good Manufacturing Practice，食品良好生产规范）和HACCP体系（Hazard Analysis Critical Control Point，危害分析关键控制点）已广泛在液态奶生产中建立和推广。美国早在1924年就颁布了PMO优质乳条例，至今已修订39 版。优质乳标识是要求在每1 盒乳制品包装上都标注有原料乳的质量等级，供消费者自主选择。

而在中国，优质乳制度尚未完整地建立起来。牛奶品质和质量安全的保障，是发达国家奶产品在国际市场具有强大份额和竞争力的主要原因。目前，在中国的奶牛及奶业领域，已有不少科研专家、团队和企业正在着手解决这些问题。中国优质乳工程，利国利民，也任重道远。

结  论

综上所述，可对生鲜乳、巴氏杀菌乳、超高温灭菌乳作出客观的评估，从而了解其各自的优缺点（表5）。任何一种工艺，都是努力在保留牛奶营养物质和除菌之间找到最佳的平衡点。对此，巴氏杀菌乳比UHT乳表现得更为全面。但由于现在还没有完全克服巴氏杀菌乳货架期较短且需冷藏、不宜携带等问题，需要进一步研发新技术去解决这一难点。

表5 生鲜乳、巴氏杀菌乳、超高温灭菌乳优缺点

种类	优点	缺点
生鲜乳	纯天然，风味好，营养价值高	含有潜在的病原微生物，存在安全风险，保存期很短
UHT乳	达到无菌级别，安全系数高；可常温保存，货架期长，适合长途运输	热敏感物质被较严重破坏，且会形成一定量的副产物；超高温处理会使牛奶产生“蒸煮味”，风味不如巴氏杀菌乳和生鲜乳
巴氏杀菌乳	大部分营养成分被保留；不含有任何病原菌，安全有保证；风味相比于生鲜乳差别不大	尚未达到无菌级别，存留少量的耐热菌；需冷藏，保质期短，难以长途运输及销售

我国奶业发展至今，既经历了21世纪初期辉煌的上升期，也遭受过2008年三鹿牌“婴幼儿奶粉事件”的沉重打击，如今正面临着牛奶产业的发展瓶颈，亟需寻找到适合自身转型和发展的新途径。美国、欧盟等奶业发达地区的实践经验和模式为我们提供了很好的借鉴和参照。近年来，经过多方面的努力，我国奶牛集约化养殖、生鲜乳质量等方面已经有了长足的进步。中国奶产品质量安全调查评估表明，违禁添加已完全杜绝，同时，卫生安全指标也都接近或部分达到奶业发达国家的标准。在2015年中国生鲜乳普查中，体细胞数（SCC）已降低至51.3 万个/mL（美国标准限量为75 万个/mL），黄曲霉毒素M1含量低于欧盟限量0.05 μg/kg[24]（如图1和2）。

 

图1 美国和欧盟的限量标准及2013～2015年我国生鲜乳中体细胞数平均值

注：引自《中国奶产品质量安全研究报告（2015年度）》。

 

图2 中国、美国和欧盟的限量标准及不同国家牛奶中检出黄曲霉毒素M1平均值

注：引自《中国奶产品质量安全研究报告（2015年度）》。

目前的现实情况是，一方面我国正在加速追赶国际优质奶产品的步伐，另一方面进口奶产品正以高增长的速度不断涌入我国市场，这是一个机遇与挑战并存的黄金时期、关键阶段。正视差距、解决难题、突破瓶颈、面对未来，是政府机构、奶业科研团队、企业都应该有的行为和担当。不仅仅是局限于各种广告宣传，更重要的是让市场更加透明，提高大众的牛奶消费知识和意识，让消费者自主选择其需要的牛奶种类，这才是重振我国国民牛奶消费信心的好方法。就如巴氏杀菌乳和UHT乳，不能让企业左右市场，而要让市场需求引导生产，如此才是中国奶业发展的正道。在这条路上坚持不懈地走下去，中国奶业一定会振兴。（参考文献略）