一、研究背景
牛奶營(yíng)養(yǎng)豐富，但易受細(xì)菌污染導(dǎo)致變質(zhì)，因此滅菌處理至關(guān)重要。傳統(tǒng)的熱滅菌方式，如低溫長(zhǎng)時(shí)間（LTLT）處理溫度不夠高，無(wú)法完全滅活嗜熱菌；高溫短時(shí)（HTST）和超高溫（UHT）處理雖能有效殺菌，卻會(huì)破壞牛奶的營(yíng)養(yǎng)成分和風(fēng)味，導(dǎo)致美拉德反應(yīng)發(fā)生，使乳清蛋白變性。新興的非熱滅菌技術(shù)，如高壓、脈沖電場(chǎng)、紫外線和超聲波等，雖各有優(yōu)勢(shì)，但也存在一定局限性。

在眾多檢測(cè)技術(shù)中，上海保圣電子鼻（cNose）因其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)在本研究中發(fā)揮了重要作用。它能模擬人類嗅覺(jué)系統(tǒng)，快速、準(zhǔn)確地檢測(cè)牛奶中的揮發(fā)性化合物，幫助研究人員深入了解不同滅菌處理對(duì)牛奶風(fēng)味的影響，為評(píng)估新型滅菌技術(shù)的效果提供關(guān)鍵依據(jù)。本研究旨在開(kāi)發(fā)一種新型光子 - 聲子耦合（PPC）冷滅菌技術(shù)，并將其與模擬低溫巴氏殺菌（SLP）和微波紫外線（MUV）技術(shù)對(duì)比，探究其對(duì)牛奶微生物、感官品質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)成分及乳清蛋白特性的影響。

二、實(shí)驗(yàn)方法
實(shí)驗(yàn)選取當(dāng)?shù)厝橹破窂S未經(jīng)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(shí)驗(yàn)設(shè)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(fā)的PPC設(shè)備（包含MUV單元和US單元）對(duì)牛奶進(jìn)行循環(huán)滅菌，設(shè)置不同超聲輸出功率（600W和1200W，分別標(biāo)記為PPC1和PPC2）；MUV組使用波長(zhǎng)254nm的MUV燈對(duì)牛奶進(jìn)行處理。

實(shí)驗(yàn)采用多種檢測(cè)方法，其中上海保圣電子鼻發(fā)揮了重要作用。在檢測(cè)牛奶氣味時(shí)，取20mL牛奶樣品置于40mL無(wú)色無(wú)味透明頂空樣品瓶中，加蓋靜置30min，然后利用電子鼻內(nèi)置的14個(gè)金屬氧化物半導(dǎo)體傳感器對(duì)不同揮發(fā)性化合物進(jìn)行特異性識(shí)別。這些傳感器對(duì)醛類、酮類、醇類、苯系物、有機(jī)硫化物等多種物質(zhì)敏感，通過(guò)檢測(cè)其響應(yīng)值變化來(lái)分析牛奶氣味特征。同時(shí)，研究還運(yùn)用了微生物分析、色差儀檢測(cè)顏色、電子舌分析味覺(jué)、紅外光譜分析儀檢測(cè)牛奶成分、ELISA試劑盒測(cè)定免疫球蛋白和乳鐵蛋白含量，以及多種技術(shù)對(duì)乳清蛋白的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)進(jìn)行分析。

三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果

微生物檢測(cè)結(jié)果表明，PPC和MUV的滅菌效果優(yōu)于SLP，PPC2處理30min后，總細(xì)菌數(shù)從7.1 log降至2.2 log，符合FDA對(duì)巴氏殺菌牛奶的標(biāo)準(zhǔn)，且對(duì)酵母和霉菌的殺滅效果顯著，經(jīng)PPC2處理后未檢測(cè)到存活的酵母和霉菌。

在感官品質(zhì)方面，上海保圣電子鼻檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，不同處理后牛奶的氣味發(fā)生了變化。從傳感器響應(yīng)值來(lái)看，SLP處理后，對(duì)醛類、酮類、醇類等刺激性物質(zhì)及苯系物敏感的S2、S3傳感器響應(yīng)值明顯下降；PPC處理后，S2、S3傳感器響應(yīng)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(xiàn)率分別為77.84%和14.65%，累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)92.49%。SLP處理后的樣品與對(duì)照組距離較遠(yuǎn)，MUV和PPC處理后的樣品彼此相鄰且更接近對(duì)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(duì)牛奶香氣的影響小于熱處理。結(jié)合電子舌和顏色檢測(cè)結(jié)果，PPC處理對(duì)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(jīng)處理的原料奶和低溫?zé)崽幚砟讨g。

在營(yíng)養(yǎng)成分和乳清蛋白特性方面，PPC2處理對(duì)牛奶蛋白質(zhì)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(huì)使乳清蛋白熒光強(qiáng)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(xiàn)出微聚集體結(jié)構(gòu)，且β - 轉(zhuǎn)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(shù)，成功開(kāi)發(fā)了PPC冷滅菌技術(shù)。該技術(shù)在有效殺菌的同時(shí)，對(duì)牛奶營(yíng)養(yǎng)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(zhì)。電子鼻在檢測(cè)不同處理后牛奶揮發(fā)性化合物變化方面發(fā)揮了關(guān)鍵作用，為評(píng)估PPC技術(shù)在牛奶保鮮中的效果提供了重要依據(jù)，有助于推動(dòng)新型非熱滅菌技術(shù)在乳制品加工行業(yè)的應(yīng)用。