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、新鮮和安全的要求，解決了常規巴氏乳貨架期短和超高溫滅菌乳產品口感差、營養破壞嚴重的問題。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品的各個環節都盡量減少任何形式的二次污染，減少菌落總數，來達到延長貨架期的目的。
為了兼顧營養和理想的貨架期，ESL牛乳目前應用最廣泛的殺菌方式是超巴氏殺菌技術，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、貯藏、分銷過程中菌落數低、貨架期更長的液態乳。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物質造成破壞，除了制定合理的熱處理條件外，新工藝也開始應用到ESL牛乳的生產中，包括蒸汽浸入式殺菌、膜過濾技術結合巴氏殺菌等。本研究重點分析不同殺菌工藝技術對ESL牛乳品質和貨架期的影響，從而為ESL牛乳的廣泛應用提供參考。
生乳（菌落總數<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%）；營養瓊脂培養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、均質機；無菌操作臺;恒溫水浴鍋、生化培養箱。
原料乳經不同工藝殺菌（傳統管式高溫殺菌、蒸汽浸入式殺菌和膜過濾結合巴氏殺菌），生產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）傳統管式高溫殺菌工藝：原料乳→均質（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（65℃、20 MPa）→冷卻→灌裝；
3）膜（陶瓷膜）過濾結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、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，根據感官、菌落總數、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》判斷產品貨架期。
對不同殺菌工藝制備的ESL牛乳進行活性物質含量測定，包括乳鐵蛋白和IgG含量測定，并計算損失率。活性物質的檢測參考T/CSCA?110059—2020《巴氏殺菌乳—鮮牛乳》附錄方法。活性物質損失率按下式計算。
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》，結果以100?g蛋白質中糠氨酸含量表示。
比較4組熱殺菌工藝對ESL牛乳品質的影響，為了進一步優化工藝，分別對蒸汽浸入式殺菌和膜過濾結合巴氏殺菌工藝參數進行調整，具體工藝條件見表1，從活性物質損失率和貨架期兩方面評價，確定ESL牛乳優化工藝條件。
實驗重復3次，用Excel初步整理數據，用GraphPad?Prism?8.0軟件進行統計分析，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，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量來延長產品的貨架期，同時又要最大限度地減輕由于熱處理造成的產品感官質量變化。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4種不同工藝殺菌后，菌落總數和大腸菌群數量都小于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，在貨架期末因出現菌落總數超標、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組產品對冷鏈要求最高，僅適宜在冷鏈好的地區銷售，全程控制在6℃為佳；而對于冷鏈不夠完善的地區，采用C工藝更安全。
Table 3 Effects of different sterilization processes on shelf life of ESL milk
牛乳的營養價值除了可以提供蛋白質、脂肪和無機元素等常規營養外，還含有種類繁多、無法通過其他食物提供的生物活性物質，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均對熱敏感，研究不同殺菌工藝對ESL牛乳中活性物質乳鐵蛋白和IgG損失率的影響，有助于生產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，實現牛乳精準升溫，達到殺菌的效果，相對傳統的高溫熱處理工藝（A和B）而言，大大縮短了牛乳在管道內長時間升溫帶來的品質變化，從而保留了少量活性物質；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，在延長產品貨架期的同時更好保留了牛乳中的活性物質，提升了產品品質。
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生美拉德反應，生成中間產物乳果糖基賴氨酸，該物質經酸水解后可生成呋喃素，呋喃素又稱糠氨酸。糠氨酸含量作為鑒別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，并且在極短時間內完成，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經過120℃高溫殺菌后發生了美拉德反應，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勢，陶瓷膜過濾結合巴氏殺菌生產ESL牛乳在活性物質保留方面更有優勢，進一步優化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含量增加不明顯，且導致貨架期顯著縮短，增加了對銷售環節冷鏈的要求，所以采用蒸汽浸入式殺菌生產ESL牛乳優選147℃、0.09?s工藝參數；對比陶瓷膜過濾結合巴氏殺菌3個工藝條件，改變巴氏殺菌溫度不能明顯改變產品貨架期，但是活性物質乳鐵蛋白和IgG含量隨溫度升高顯著降低，所以采用陶瓷膜過濾結合巴氏殺菌，優選72℃、15?s工藝參數，不僅能夠更好保留牛乳中的活性物質，而且可以減少能源消耗，降低生產成本，但要注意在銷售流通環節的溫度控制，冷鏈溫度控制在6℃以內為佳。
通過研究不同熱殺菌條件對ESL牛乳品質的影響發現，與傳統高溫殺菌（130℃、2?s或120℃、15?s）比較，蒸汽浸入式殺菌（147℃、0.09?s）生產的ESL牛乳貨架期更長，在15℃以下，溫度的改變沒有對產品貨架期內的品質產生顯著影響，殺菌后糠氨酸含量降低并且保留少量的活性物質乳鐵蛋白和IgG，該工藝即使在冷鏈欠發達的地區也能夠保證產品的品質穩定；膜過濾結合巴氏殺菌（72℃、15?s）生產的ESL牛乳，活性物質乳鐵蛋白和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，要確保產品品質的穩定，建議全程嚴格控制冷鏈，溫度6℃以下，貨架期內品質更加穩定。
本研究通過測定不同殺菌工藝對ESL牛乳貨架期、活性物質乳鐵蛋白和IgG損失率、糠氨酸含量的影響，為ESL牛乳的品質提升和新技術推廣提供一定的參考依據，從而為消費者帶來品質更好的ESL產品。
