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技術(shù)文章

牛奶**

牛奶大概是*不讓中國人民省心的食物了。*近的生奶新國標(biāo)再一次引起了廣泛關(guān)注。對于牛奶的各種討論介紹已經(jīng)很多，這里來集中介紹一下牛奶的**。牛奶細(xì)菌如何被殺滅？巴氏奶與常溫奶差別何在？為什么不再有“致病菌不得檢出”的規(guī)定？**與**，又是什么樣的關(guān)系？

細(xì)菌啊，讓溫度與時間來殺死你們

牛奶**

我們都知道許多細(xì)菌能夠?qū)е氯藗兩?。健康奶牛新產(chǎn)的奶中細(xì)菌非常少，但是細(xì)菌在自然環(huán)境中無處不在。對于細(xì)菌來說，牛奶可以算得上生長的樂園。在7攝氏度以上，很多細(xì)菌就可以“星火燎原”。

現(xiàn)代社會的牛奶不可能現(xiàn)擠現(xiàn)吃。從擠奶到分銷到消費者手中，總是需要一段時間。在這段時間中，細(xì)菌有無數(shù)的機(jī)會進(jìn)入牛奶，蓬勃發(fā)展起來。雖然有一些人追逐“未經(jīng)熱處理的生奶”，不過細(xì)菌污染的危險實在太大。世界各國的學(xué)術(shù)界和食品管理機(jī)構(gòu)，都不贊同喝這樣的生奶。

**，成了現(xiàn)代牛奶產(chǎn)銷中不可缺少的一個環(huán)節(jié)。

稍微有一點生活常識，就不難理解：溫度和時間，是決定細(xì)菌能否被殺死的兩個關(guān)鍵因素。細(xì)菌不是一個物種，而是無數(shù)的物種的統(tǒng)稱。一般而言，每一種細(xì)菌有*適合它生長的條件。在該條件下，那種細(xì)菌可以很容易地大量生長。在某些“不利條件”下，比如低溫，細(xì)菌只是停止了活動，但是并沒有被殺死。只要等到條件適合，它們就又活躍起來。而有的“不利條件”下，比如高溫，它們就可能被殺死，而無法起死回生了。不過，細(xì)菌的生長習(xí)性各不不同，對于這種細(xì)菌是難耐的酷熱，對于另一種細(xì)菌可能只是洗了個桑拿而已。

在任何一個“不利”的溫度下，一定時間內(nèi)死亡的細(xì)菌數(shù)跟它們的總數(shù)成一個確定的比例。比如說，在63攝氏度，有100萬個某種細(xì)菌。過了6分鐘，還剩下10萬個。在食品科學(xué)上，就把這個6分鐘稱為這種細(xì)菌在63攝氏度的D值，意思是“在63攝氏度下，殺死90%的該細(xì)菌所需的時間是6分鐘”。再過6分鐘，剩下的10萬個細(xì)菌依然不能完全死去，還會剩下10%（即1萬個）。如此下去，再過6分鐘，還會剩下1000個；又過6分鐘，還剩100個……

實際上，牛奶中不止一種細(xì)菌。不過有的細(xì)菌沒有什么危害，有的細(xì)菌能讓人生?。ū环Q為“致病細(xì)菌”）。理論上說，需要挑選*頑強(qiáng)的致病細(xì)菌來作為指標(biāo)。當(dāng)*不容易殺滅的那種致病細(xì)菌減少到不足以興風(fēng)作浪，其他的細(xì)菌也就不足為慮了。不過在傳統(tǒng)上，是采用總的細(xì)菌數(shù)來計算。前面舉例所說的數(shù)據(jù)，就是傳統(tǒng)的巴斯德**所采用的數(shù)字。在63度下，牛奶細(xì)菌的D值為6分鐘。經(jīng)過30分鐘，奶中的細(xì)菌數(shù)降低到初始值的10萬分之一。合格的生奶（美國標(biāo)準(zhǔn)是**前細(xì)菌數(shù)不超過每毫升30萬）經(jīng)過這樣的**，細(xì)菌數(shù)降到很低。在恰當(dāng)?shù)睦洳貤l件下，這樣得到的“巴氏**奶”可以存放兩三周，而細(xì)菌總數(shù)也不至于重新長到有害的程度（比如美國要求每毫升不超過2萬個）。

63度加熱30分鐘的方式對于家庭下作坊生產(chǎn)還比較方便，對于大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)就不是那么方便了。工業(yè)上，希望加熱時間短，因而可以連續(xù)地讓牛奶流過加熱區(qū)，實現(xiàn)流水線操作。

細(xì)菌的生存對于溫度非常敏感。溫度上升，它們就更加容易被殺死。體現(xiàn)在數(shù)字上，就是前面所說的D值隨溫度升高急劇降低。牛奶的D值在63攝氏度是6分鐘，到了72攝氏度，就變成了3秒。也就是說，同樣把細(xì)菌數(shù)降低到初始值的10萬分之一，只需要15秒就夠了。這樣的**條件叫做“高溫快速巴斯德**”，簡稱HTST過程。在HTST流程中，牛奶連續(xù)通過加熱器，控制流速使之在72攝氏度的管道中呆夠15秒，再進(jìn)入冷卻區(qū)迅速降溫。然后進(jìn)行包裝，冷藏。

D值降低到10分之一所需要增加的溫度被定義為Z值。牛奶中的各種細(xì)菌的Z值一般在5到10攝氏度之間，有的甚至在5度以下。

除了細(xì)菌之外，牛奶中還有兩類人們關(guān)注的物質(zhì)：酶和維生素。這兩類物質(zhì)具有“生物活性”，在加熱的條件下也會失去活性。它們失去活性的行為也跟殺滅細(xì)菌類似，也有D值和Z值。一般來說，酶的Z值在30到40攝氏度之間，而維生素的Z值在20到25攝氏度之間。也就是說，溫度升高，對細(xì)菌的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)比維生素和酶要大。舉例來說，假如細(xì)菌和維生素的Z值分別是5和20攝氏度。如果把溫度提高20攝氏度，那么細(xì)菌的D值將降低到原來的萬分之一（對于細(xì)菌而言，溫度升高了4個Z值）；而維生素的D值只降低到了原來的10分之一（對維生素而言，溫度升高了1個Z值）。這樣，在高的溫度下，只需要加熱原來時間的萬分之一就可以獲得相同的**效果。對于維生素，雖然D值是原來的10分之一，但是加熱時間只是原來的萬分之一。因此，通過高溫來實現(xiàn)同樣的**效果，對維生素的破壞遠(yuǎn)遠(yuǎn)比低溫**要少。這就是HTST的優(yōu)勢。

“致病菌不得檢出”，規(guī)定容易執(zhí)行難

理論上說，衡量**效果的好壞，需要對**后的牛奶進(jìn)行細(xì)菌數(shù)檢測來確定。但是實際操作中，檢測細(xì)菌數(shù)費時費力，并不是那么方便。

在牛奶中，有一種酶可以把生物大分子上的磷酸根去掉，叫做“堿性磷酸酶”。它的失活行為比較特別，跟細(xì)菌差不多。實際的牛奶檢測中，往往是把它的活性當(dāng)作“信號”來指示**的好壞。如果**不好，它的活性就會比較高；如果它的活性低于了某個設(shè)定值，就可以認(rèn)為**比較完全了。

在中國的生奶舊標(biāo)準(zhǔn)中，有一條“致病菌不得檢出”。在新標(biāo)準(zhǔn)中，這一條被刪除了。有人認(rèn)為，雖然新標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的總細(xì)菌允許值增加了，但是如果能保證“致病菌不得檢出”，那么生奶中的細(xì)菌就不是致病細(xì)菌，也就不會產(chǎn)生**。經(jīng)過**，也就不會有害健康了。

這在理論上當(dāng)然可行，不過幾乎沒有可操作性。牛奶中的致病菌種類不少，“致病菌不得檢出”作為規(guī)定寫入國家標(biāo)準(zhǔn)，只需要增加七個字。但是，它的執(zhí)行難度就不是紙上談兵那么容易了?？偧?xì)菌數(shù)的檢測尚嫌復(fù)雜，要一一檢測每種致病細(xì)菌，操作成本會大大增加。尤其是對于那些散戶經(jīng)營的牛奶，再增加幾種致病細(xì)菌的檢測，增加的檢測成本將由誰來承擔(dān)？

實際上，即使是美國那套遠(yuǎn)比中國嚴(yán)格的生奶標(biāo)準(zhǔn)，也沒有“致病細(xì)菌不得檢出”的要求。對于細(xì)菌，他們要求檢測總細(xì)菌數(shù)和大腸菌數(shù)。大腸菌數(shù)是一大類細(xì)菌，并非某種特定的致病細(xì)菌。他們認(rèn)為，把細(xì)菌總數(shù)和大腸菌總數(shù)控制到一個較低水平，就意味著牛奶生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)都有很好的衛(wèi)生監(jiān)控，其**性就可以得到保障了。

不清楚生奶舊標(biāo)準(zhǔn)中的“致病菌不得檢出”是如何執(zhí)行的。不過，如果生奶新標(biāo)準(zhǔn)中保留了這一要求，大概也可以算是**“中國特色”了——有著比其他國家都寬松的總細(xì)菌數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，卻也有著其他國家都沒有做到的“致病細(xì)菌檢測”。

巴氏奶與常溫奶，差別有多大

媒體把生奶新標(biāo)準(zhǔn)的制定當(dāng)作巴氏奶與常溫奶的斗爭。常溫奶和巴氏奶的倡導(dǎo)者也的確一直互相指責(zé)甚至攻擊。“常溫奶派”宣稱更符合中國國情，而“巴氏奶派”則強(qiáng)調(diào)常溫奶的超高溫**破壞了牛奶的營養(yǎng)。毋庸諱言，巴氏奶和常溫奶，在風(fēng)味、**性和營養(yǎng)上存在差異。關(guān)鍵是，這種差異有多大？對于消費者，這些差異又意味著什么？

巴氏**的目標(biāo)是把細(xì)菌數(shù)降低到十萬分之一，用專業(yè)術(shù)語來說是5個“log reduction”。在某一溫度下，加熱時間是該溫度下細(xì)菌D值的5倍。經(jīng)過巴氏**，牛奶中的細(xì)菌并沒有被全部殺滅。在**之后依然需要冷藏。即使在冷藏條件下，殘存的細(xì)菌也還是會緩慢生長。所謂巴氏奶的保質(zhì)期，其實是這些細(xì)菌長到某個量之前的時間。國外的巴氏奶**以及后續(xù)的處理保存要求嚴(yán)格，這一個“變質(zhì)期”可以長達(dá)3周，一般把保質(zhì)期定位兩周。而國內(nèi)目前的巴氏奶，因為種種原因，保質(zhì)期一般只有幾天。**之后需要冷藏，保質(zhì)期也只有幾天，對于產(chǎn)銷鏈的要求的確要高許多。在中國目前的社會條件下，基本上只能依靠當(dāng)?shù)禺a(chǎn)當(dāng)?shù)劁N。而異地企業(yè)，基本上也就無法涉足。

在巴氏**條件下，尤其是高溫快速的巴氏**條件下，對于牛奶的風(fēng)味和維生素的影響比較小。牛奶中還有一些酶，在加熱中這些酶通常會失去活性。有人認(rèn)為酶失去活性導(dǎo)致了牛奶的營養(yǎng)價值降低。實際上，到目前，并沒有可靠的依據(jù)表明牛奶中的這些酶對人體有“生物活性”。它們是否失活，并不改變牛奶的營養(yǎng)價值。另一方面，這些酶中的一些種類會分解牛奶中的脂肪或者蛋白質(zhì)，導(dǎo)致牛奶的“變質(zhì)”。通過加熱使之失活，對于保持牛奶的品質(zhì)是有利的。

常溫奶是在超高溫（通常高于135攝氏度）下保持一兩秒鐘，簡稱為UHT，其**目標(biāo)是12個“log reduction”。也就是說，其加熱時間至少是該溫度下D值的12倍。經(jīng)過UHT，基本上不可能還有細(xì)菌存活。在密封條件下，經(jīng)過這樣處理的牛奶不用冷藏，也可以保持幾個月甚至更長。如果生奶中具有大量的致病細(xì)菌，它們分泌的某些**不能被巴氏奶破壞。因為**往往是蛋白質(zhì)，經(jīng)過UHT處理，其破壞程度會大一些。從細(xì)菌和**的角度來說，常溫奶的**性確實要高一點。因為不需要冷藏而且保質(zhì)期長，異地產(chǎn)銷就成為了可能，使得廠家更容易實現(xiàn)市場擴(kuò)張。

顯然，UHT是更“嚴(yán)苛”的加熱條件，它對維生素的破壞也會更多。如果是要比較營養(yǎng)“誰高誰低”，自然是巴氏奶稍勝一籌。不過，牛奶只是飲食中維生素來源之一，人們喝牛奶主要是為了獲取其中的蛋白質(zhì)和鈣，而蛋白質(zhì)和鈣不會因為UHT 損失，也可以說常溫奶相對于巴氏奶的營養(yǎng)損失并不大。

總菌數(shù)高的生奶不適合做巴氏奶，原因并不是許多人認(rèn)為的“無法達(dá)到巴氏奶的**要求”或者“增加巴氏**成本”。實際上，總菌數(shù)從每毫升50萬增加到200萬，只增加了0.6個“log reduction”需求。相對于巴氏**要求的5個“log reduction”，如果采用標(biāo)準(zhǔn)的HTST溫度，只需要把**時間從15秒增加到17秒左右就夠了。如果通過提高溫度，則提高不到1攝氏度就可以保持15秒的標(biāo)準(zhǔn)時間。不管哪種方式，對于**成本的增加都微不足道。

二者的*大差異其實在于外觀和風(fēng)味。巴氏**奶基本上保持了**前的乳白和奶味，而UHT則會使奶色變暗，相對而言不再“秀色可餐”。超高溫產(chǎn)生一定的“焦糊味”，則會掩蓋奶本來的風(fēng)味。當(dāng)總菌數(shù)達(dá)到每毫升200萬，意味著生奶從擠奶到**前的過程中衛(wèi)生條件控制很差，吸收的異味和細(xì)菌產(chǎn)生的異味，已經(jīng)大大改變了牛奶的風(fēng)味。而這些異味，巴氏**并不能去除。這樣得到的巴氏奶，消費者光是從味道上就能覺察出“不對”來。如果那200萬細(xì)菌中有分泌**的致病細(xì)菌，巴氏**也只能殺死細(xì)菌而可能無法去除**。這種情況下，問題也就更加嚴(yán)重了。而經(jīng)過超高溫處理之后，產(chǎn)生的“焦糊味”足以掩蓋奶本身的異味，消費者也就無從覺察出“異常”來。

微濾**新技術(shù)

雖然有諸多不足，在當(dāng)前的食品工業(yè)中，加熱依然是***經(jīng)濟(jì)*有效的方法。不過，一些新興的技術(shù)逐漸得到應(yīng)用，可以在不同的方面克服加熱的不足。在奶制品行業(yè)，微濾技術(shù)是應(yīng)用比較多的一種。

作為微濾，就是使用一層濾孔在微米量級的濾膜來對原料進(jìn)行過濾。一般的微濾膜孔徑在0.6到2微米之間（1微米等于千分之一毫米）。選擇適當(dāng)?shù)臑V膜，可以把細(xì)菌留下，而讓乳糖、維生素、礦物質(zhì)以及蛋白質(zhì)通過。因為它只是按照個頭大小進(jìn)行篩選，也就不會破壞維生素、酶以及牛奶的風(fēng)味。

不過，牛奶中的脂肪顆粒跟細(xì)菌大小相當(dāng)，留下細(xì)菌的同時這些脂肪顆粒也無法通過。所以，微濾技術(shù)往往用來處理脫脂奶。因為脫去了脂肪，剩下的蛋白質(zhì)以及其他成分可以通過。如果要生產(chǎn)全脂奶或者低脂奶，就需要把脫下的脂肪另外進(jìn)行加熱**，再加到經(jīng)過微濾的脫脂奶中。這當(dāng)然也需要一些操作成本。

即使不考慮成本，微濾技術(shù)也還是有一定缺陷。它只是留下細(xì)菌，而對牛奶中的酶無能為力。前面提到過，許多酶會分解脂肪或者蛋白質(zhì)，也導(dǎo)致牛奶的“變質(zhì)”。所以，單獨使用微濾來處理牛奶，也不容易使之實現(xiàn)需要的“保質(zhì)期”。此外，任何一種規(guī)格的微濾膜，所說的“截留分子量”或者“孔徑尺寸”，都是一個典型值，而不異味著膜中所有的孔徑都是那個尺寸。也就是說，實際尺寸是圍繞著那個典型值的各種大小不同的尺寸。牛奶中的酪蛋白，多數(shù)是聚集成“酪蛋白顆粒”的形式存在，其尺寸在零點幾個微米的樣子。也就是說，如果選的濾膜孔徑過大，則有可能放過一些細(xì)菌；過小，則有可能留下一部分酪蛋白。如何制造和選擇合適的微濾膜，也是工程師們努力的方向。

相對于加熱**，微濾也有它獨到的優(yōu)勢。加熱可以很有效地殺滅細(xì)菌，但是對于細(xì)菌或者植物的孢子就無能為力。孢子可以看作一種處于休眠狀態(tài)的細(xì)菌或者植物“種子”。在巴氏**這樣不算嚴(yán)酷的考驗下，它們能夠忍耐過去，耐心等待春天的到來。而微濾則可以把它們一并去除。有實驗顯示，經(jīng)過微濾處理的脫脂奶，再進(jìn)行巴氏**，可以把“變質(zhì)期”從三周延長到40天左右。在目前，奶制品行業(yè)更多得是把它作為一個輔助步驟，與加熱工藝配合使用。
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