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《乳业科学与技术》 ２００６年第５期 （总第１２０期） ２２１ 超高温牛奶产品货架期内的稳定性分析方法 苏米亚，莫蓓红 （光明乳业股份有限公司技术中心，上海２０００７２） 摘要：本文介绍超高温牛奶产品货架期内稳定性的分析方法，通过离心、显微镜分析、激光粒径分析仪 检测和稳定性分析仪检测等方法可以大大减少稳定性试验的时间，同时有助于分析造成产品不稳定的 原因。 关键词：超高温牛奶；稳定性分析；粒径 中图分类号：ＴＳ２５２．７ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１６７１—５１８７（２００６）０５—０２２１—０４ Ｔｈｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ＵＨＴ Ｍｉｌｋ Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｉｎ Ｓｈｅｌｆ Ｌｉｆｅ Ｓｕ Ｍｉｙａ，Ｍｏ Ｂｅｉｈｏｎｇ （Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ Ｂｒｉｇｈｔ Ｄａｉｒｙ Ｃｏ，Ｌｔｄ．，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０００７２，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｓｔｕｄｉｅｄ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｎ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ＵＨＴ ｍｉｌｋ ｐｒｏｄｕｃｔ ｉｎ ｓｈｅｌｆ ｌｉｆｅ，ｔｈｅ ｔｉｍｅ ｏｆ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｔｅｓｔ ｈａｄ ｂｅｅｎ ｒｅｄｕｃｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｔｉｏｎ，ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ，ｐａｎｉｃｌｅ ｓｉｚｅ ａｎｄ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ，ｔｈｅｓｅ ｍｅｔｈｏｄｓ ａｒｅ ａｌｓｏ ｈｅｌｐｆｕｌ ｔｏ ａｎａｌｙｓｉｓ ｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｍｉｌｋ ｐｒｏｄｕｃｔｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｕ ＨＴ ｍｉｌｋ；ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ａｎａｌｙｓｉｓ；ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｉｚｅ 随着乳品工业的不断发展，市场中出现越来 用，对产品稳定性的影响也非常大；果汁牛奶则是 越多品种的ＵＨＴ风味牛奶及牛奶饮料，如巧克力 因为在酸性体系中，牛奶中的蛋白质、果汁及胶体 牛奶、谷物牛奶、果汁牛奶等。ＵＨＴ牛奶方便携 形成一个稳定体系，产品中乳与果汁的含量、ｐＨ 带、易于保存，但由于货架期较长，产品易出现脂 值、选用的胶体对稳定性都有重要影响。 肪上浮、蛋白质沉淀、絮凝或分层等不稳定现象， 这些变化在产品试验或生产后的初期很难被 而这些现象不易在试验和生产中发现。通常采用 肉眼发现，因而通过加速试验或相关仪器分析，并 常温或高温放置观察来判断，这种方法准确性相 与实际保质期产品相比较，可以在较短的时间内 对较高，但需耗费数周甚至几个月，不适应产品开 判断产品的稳定性，并对产品进行相应的调整。 发和成品检验的需要。因而选择不同的试验方法， 通过综合分析，快速判断产品稳定性及变化趋势， ２仪器设备 对于产品开发中配方选择、工艺流程设计、设备参 离心机、小型均质机、小型超高温杀菌机、粒 数确定及生产中成品检验都具有重要意义。 径分析仪、稳定性分析仪、电子显微镜。 １影响超高温牛奶稳定性的原因 ３分析方法 引起ＵＨＴ产品不稳定的因素很多，ＵＨＴ产 ３．１离心观察 品加工过程中通过强热处理并具有阻光阻氧的包 风味牛奶或牛奶饮料是一种复杂的悬浊液体 装材料，因而微生物变化引发的产品稳定性下降 系，受到物理因素的影响，悬浊液中的微粒容易发 可能性不大。对于纯牛奶来说，ＵＨＴ杀菌引起的 物理化学变化可能是稳定性变化的重要原因之 生上浮或沉淀。从Ｓｔｏｋｅｓ定律： 。＝ 一，超高温杀菌过程可能引起牛奶中起稳定作用 ｛ 。－＿－微粒上浮或沉降速度（ｃｍ／ｓ）， 一微粒直径 的蛋白质、磷脂发生变化，并影响乳脂肪的稳定， （ｃｍ）， 一微粒密度（ｇ／ｃｍ），ｐ厂流体密度（ｇ／ｃｍ）， 引起脂肪上浮；而对于谷物牛奶，在热处理过程中 一流体粘度（Ｐａ・ｓ）｝可以看出，风味牛奶中微粒 淀粉类物质的变化及它们与牛奶之间的相互作 的上浮或沉降速度与粒子的直径及密度正相关。 而离心作用可以改变微粒上浮和下降的加速度， 收稿日期：２００６—０１—１８： 基金项目：国家“十五”科技攻关重大专项（Ｎｏ．２００２ＢＡ５１ ８Ａ０８） 从而加速产品稳定性的变化。 上海市科技兴农重点攻关项目（沪农科攻字（２００４）第１１—１号）。 维普资讯 http://www.cqvip.com
２２２ 苏米亚等：超高温牛奶产品货架期内的稳定性分析方法 从公式 ＝（２７ｒｎ）２Ｒ妇中可以看出，理论上 体系在常温放置条件下的稳定时间ｍ应是离心 分离所需时间（ｔ）的ｆ倍，如果已知离心半径、离 心转速和时间，则可以大致推断产品货架期。但实 际上，由于粒子的迁移，实际值可能会有较大偏 差。通过离心观察预测牛奶饮料的保质期通常选 用的离心速度在１０００～３０００ｄｍｉｎ，时间为２～ ５ｍｉｎ。对于不同的产品，通常需要通过试验总结合 理的修正值。 ３．２显微镜观察 风味乳饮料经过胶磨、均质等工序可以帮助 图２压力２２０ｂａｒ下牛奶中乳脂肪球分布（４００ｘ） 减小牛奶中的微粒（包括脂肪球、谷物颗粒、蔬果 纤维、增稠剂等）的大小，通过显微镜可以观察到 微粒在整个乳浊液中的分散情况，从而预测产品 的稳定性。 图３牛奶中微晶纤维素的分散图（４００ｘ】 通过显微镜观察，可以帮助判断乳中脂肪球 和胶体的分布情况，从而帮助推断整个体系的稳 定状态。如与图１比较，图２中脂肪球明显减小且 图１压力ｌＯＯｂａｒ下牛奶中乳脂肪球分布（４００ｘ） 分布更为均匀。 ３．３激光衍射粒径分析 到颗粒阻挡时，一部分光会发生散射现象；颗粒大 激光衍射粒径分析是根据颗粒能使激光产生 小不同散射角不同，而散射光强度不同则反映粒 散射这一物理现象测试粒度分布的。由于激光具 径颗粒的数量。这样，不同角度测量散射光的强 有很好的单色性和极强的方向性，所以在光束遇 度，就可得到样品的粒径分布。 １。 ｌｌ＝＿：＿ 一０ ，＼ ０ ＪＪ ｆ ；Ｊｒ； ； ， 观察到，而通过粒径分 ＾ ：：； ＼ ｒ－ 兰 ： ｒｌｌ ＼ 一 － ：｝ ｔ。 析可以直观看到脂肪球 盎 ｒ一Ｏ； ．． Ｉ １ 一 ㈠ ｌ ！－ ； ｕ 聚结和上浮趋势及蛋白 。； Ｉ Ｊ 。６ ｒ Ｊ ｆｒ ｒ ；’２＾ ． ｌ Ｊ ｝ 。 ０ ０ ｒＩ｛ ； － ：。 … －； 质沉淀等。图５和图６ ０１ ０ １ １ １ ０ １Ｏ０ １０００ ３０００ 为均质压力２０Ｍｐａ的利 粒度‘】ｍ） ｊ裟： ：鸷 穿 ＩＭ２Ｍｐａｐ ａ －２０￣１０５，－１２－—２６均质压力２０５Ｍｐａ８ 乐包牛奶保质期内的粒 －２００，５－１２—２６均质压力 ６Ｍｐａ 径变化。随着时间推移， 图４不同均质压力下的牛奶粒径分布图 在Ｏ．０５～２ ｍ的范围内， 从图４可以清楚的看到均质压力对乳脂肪的 粒子直径逐渐增大，脂肪球逐渐集结。 影响。均质后的牛奶乳脂肪球明显减小，粒径范围 图７和图８中超高温牛奶保期后期蛋白质沉 主要在０．１～０．２岬之间。随着均质压力的增加，牛 淀趋势明显。 奶粒径逐渐减少，但当均质压力达到２０ＭＰａ以 ３．４稳定性分析仪 上，粒径变化不再明显。 稳定性分析仪的工作原理主要是采用垂直扫 超高温牛奶静置储存过程中，乳脂肪球的聚 描，间断或不间断检测试样，通过采集透射光和背 集和蛋白质胶束的变化沉淀在初期是很难用肉眼 向散射光强度，快速分析分散体系的沉淀、乳化、 维普资讯 http://www.cqvip.com
《乳业科学与技术》 ２００６年第５期 （总第１２０期） ２２３ ４结果与讨论 ４．１通过离心法预测 ＵＨＴ牛奶饮料的稳定 性具有方便、快捷、直 观等优点，也一直被普 遍使用；但由于产品中 不同原料的差异，需要 通过试验选择合理的 图５ ＵＨＴ牛奶６个月中的粒径变化图 离心速度、离心时间以 及修正值，这有时不能 满足有些新产品开发 进度的要求；另外，通 过离心法测定产品的 稳定性，对于产品体系 的破坏较大，因而得到 的结果误差也相对偏 大。 ４．２显微镜观察可以用 图６利乐包牛奶上层液（脂肪３．５％，均质压力２００ｂａｒ）６个月中的粒径变化图 于推断均质效果，也可 用于分析少数胶体的 分散情况；但对观察者 的经验要求较高，主观 性也比较强。并且离心 法和显微镜观察对于 推断造成体系不稳定 的原因帮助不大。 ４．３粒度分析仪可以快 速测定产品的粒径分 图７利乐包牛奶底部（脂肪３．５％，均质压力２００ｂａｒ）６个月中的粒径图 布、比较相同产品不同 ５０ 时间的粒径变化及不 ４０ ／ 同产品之间的粒径分 ３０ 暑 ０ ／ 布差异。通过产品粒径 １０ ： ／ 分布的变化，可以推测 ：—／ 产品的稳定性趋势，帮 ０ ０ ｏ０ ００ ０ ０ ０ ０ ｏ ０ ０ ０ ０ ０ 助判断造成产品不稳 竹 叶 ‘ｆ， ∞ 卜 ∞ ０ 记 犏号 定的内在原因；对于生 — ｄ（０．１）—＿－一ｄ（０ ５）—．＿＿ｄ（０．９） 产而言，粒径分析可以 图８利乐包牛奶底部（脂肪３．５％，均质压力２００ｂａｒ）６个月中的粒径变化的趋势图 推断均质效果、粒子分 布，从而及时发现生产 絮凝等现象，同时也可以定量分析上述现象所发 中引起产品不稳定的环节。 生的速度及颗粒部分特征，为配方比较或判断稳 ４．４稳定性分析仪可以测定不同牛奶产品的状态 定性提供所需的数据。 变化，风味乳饮料产品的上浮、高钙牛奶中钙引起 从图９可看出，在产品的上半部分反射光逐 的蛋白质絮凝和巧克力牛奶的可可粉沉淀和上层 渐增强，在４５ｍｍ处有一处明显的拐点，表明产品 液澄清等现象通过稳定性分析仪都可以在较短的 有明显脂肪上浮的现象，并且通过相关软件计算 时间内发现；通过相关软件，稳定性分析仪还可以 还可以得出产品脂肪球的迁移速率。 计算不同稳定体系下，粒子的迁（下转第２２６页） 维普资讯 http://www.cqvip.com
２２６ 《乳业科学与技术》 ２００６年第５期 （总第１２０期） 加权评估是对影响类型的严重性进行排序， 赋予各影响类型不同权重，以利于各种影响类型 之间进行比较，加权后的影响潜值表示为： Ｗｐ（ｊ）＝Ｗ￣ｊ）Ｎｐ（ ） 其中ＷＦ（ｊ）：ｊ种环境影响的权重因子； ＮＰ（ｉ）：标准化后影响潜值。 按照上述数据化方法进行环境影响潜值计 算，并将数据进行汇总，结果见表５。由于噪音没 有标准化系数，不能计算出其标准化后的影响潜 值。因此无法和其他的影响类型比较。 表４牛奶生产标准化环境影响潜值 标准化后的影响潜值如图３所示。 枢 斌 兽 螺 醑 环境影响因素 图３牛奶生产环境影响负荷 ４结果解释 （１）从清单分析看出，该牛奶企业的能源消耗 比较大，其中以水资源消耗最大，应通过改进工 艺，选择合理的清洗方式降低水耗，实现工厂里水 资源的综合利用。 （２）１￣ｔ影响评价得出结论：牛奶生产对环境潜 在的影响依次是富营养化、固体废弃物、全球变暖 和酸化。其中生产阶段对富营养化和酸化的贡献 最大，包装阶段的主要潜在影响是固体废弃物、全 球变暖和酸化。 （３）由清单分析可得出结论，该企业的噪音污 染严重，比国家标准（ＧＢ１２３４８—９０）中规定的工厂 内的最大噪音还高很多，建议该企业应该合理的 配置设备，尽量减少噪音，实现工厂人性化设计理 念。 ５结语 鉴于食品工业在我国国民经济中的地位及行 业本身的特点，迫切需要将ＬＣＡ“移植”到食品 上，开展食品ＬＣＡ的研究及应用。本文将生命周 期评价应用于牛奶生产，为开展食品及其它领域 的生命周期评价提供可借鉴的经验。 将生命周期应用于牛奶生产的过程中，考察 牛奶生产整个生命周期的原材料、能源消耗及环 境排放，通过分析各种环境潜在影响，企业决策者 可以选择对环境影响最小的生产工艺，并为管理 系统提供可靠依据。对于噪音污染问题，该企业污 染严重，对车间工作人员造成或多或少的伤害，这 个问题有待进一步的解决。 参考文献 ［１】Ｅ￣＇ｉｎ Ｔ Ｈ Ｖｉｎｋ，Ｋａｒｌ Ｒ Ｒｒａｂａｇｏ，Ｄａｖｉｄ Ａ Ｇｌａｓｓｎｅｒ． Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｍｓ ｏｆ ｌｉｆｅ ｃｙｃｌｅ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｔｏ ｎａｔｕｒｅ ｗｏｒｋｓ ｐｏｌｙｌａｃｔｉｄｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ［Ｊ１．Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ， ２００３，８０：４０３—４１９． ［２】Ｍａｌｇｏｒｚａｔａ ｇｏｒａｌｃｚｙｋ．１ｉｆｅ ｃｙｃｌｅ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ｒｅｎｅｗａｂｌｅ ｅｎｅｒｇｙ ｓｅｃｔｏｒ ｌＪ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｅｎｅｒｇｙ ２００３，７５：２０５－２１ １ 【３Ｊ Ｈｙｕｎ—Ｓｅｏｂ Ｓｏｎｇ，Ｊａｅ Ｃｈｕｎ Ｈｙｕｎ Ａ ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｖａｒｉｏｕｓ ｗａｓｔｅ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｓｃｅｎａｒｉｏｓ ｆｏｒ ＰＥＴ ｂｏｔｔｌｅｓ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｌｉｆｅ－ｃｙｃｌｅ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ『Ｊ１ｌ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ， Ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ，１９９９ ２７：２６７—２８４． 【４】戴宏民，戴佩华 ＬＣＡ数据清单分析研究…．中国包装，２００３， （４）：５３－５５ （上接第２２３页） Ｔ ｒａ１３ｓｍ ｉｓｓｉｏｎ—ｎｏ ｚｏｏｍ ０％ ０％ ０％ ０ｍｍ ２０ｍｍ Ｔｅｍ ｐｅ ｒａｔｕ ｒｅ—ｒｉｏ ｚｏｏｍ ｅＯｎ Ｓ￡ ０ｈ ｒ— ｈ ｒ ４ｈ ｒ… ６ｈ ｒ 一８ｈ ｒ Ｓｅａ ｒｌ Ｎａｍｅｄ Ｎ０ ｏ ｒｅｆ 图９花生牛奶饮料８小时扫描图 移速度，从而推断产品在保质期内的稳定性趋 势；稳定性分析和粒径分析结合，可以得到更为 有效的分析报告，为产品研发节约宝贵的时间。
