CN114766549A - 一种牛初乳非热杀菌方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种牛初乳非热杀菌方法，该方法包括如下步骤：(1)从养殖场中采集牛初乳，并进行感官指标检测；(2)牛初乳符合感官指标检测后，现场立即加入大豆异黄酮；(3)对步骤(2)中获得的牛初乳进行高功率脉冲微波杀菌处理，得到灭菌牛初乳。本发明通过向采集后的牛初乳中加入大豆异黄酮，从而抑制运输、储藏和加工过程中微生物的生长，并结合高功率脉冲微波对牛初乳进行杀菌形成了天然抑菌物质联合非热杀菌技术，使得牛初乳在加工链上的微生物数量得到控制，降低了产品微生物超标的风险，降低了牛初乳加工过程中免疫球蛋白等活性成分的破坏，并且大豆异黄酮的加入提高了牛初乳的营养保健价值。
Description
技术领域
本发明属于牛初乳加工技术领域，具体涉及一种牛初乳非热杀菌方法。
背景技术
牛初乳是指母牛在分娩72h内的乳汁，不仅营养丰富，还含有免疫球蛋白、乳铁蛋白、细胞因子等促进生长发育的活性成分。在牛初乳中，具有免疫调节作用的免疫球蛋白G(IgG)占免疫球蛋白的70～75％，且能够为机体提供被动免疫保护、增强抵抗力等。然而，由于牛初乳中丰富的营养物质也成为微生物生长的适宜基质。由于奶牛体表容易被含有大量微生物的牛粪、垫草等污染，如果在挤奶过程未按照规定流程操作，牛初乳就会被这些物质污染，微生物数量迅速增加。因此，控制牛初乳在加工前的微生物数量对保证牛初乳产品质量和牛初乳产业发展极其关键。
然而，刚采集的牛初乳中微生物种类多、数量大，在杀菌前的运输和储藏过程若操作不当容易导致微生物大量滋生，造成经济损失。且中国规定纯牛奶中不允许添加防腐剂，这导致运输和储藏过程牛初乳的抑菌变得困难。大豆异黄酮是大豆及其制品中含量非常丰富的一类次级代谢产物，属于黄酮多酚类化合物，由糖苷和苷元型组成，如染料木苷、染料木素、大豆苷、大豆苷元、黄豆黄苷、和黄豆黄素等。大豆异黄酮具有高可利用度、强生物降解性等独特的生物学特性，可预防脑缺血、癌症和高脂血症等多种疾病，有利于人类健康。目前，还没有在牛初乳中添加使用过大豆异黄酮，同时牛初乳杀菌一般都采用传统的热杀菌，杀菌效率低、杀菌时间长，并且会对牛初乳中的营养成分、理化特性、感官特性的破坏，特别会对牛初乳中免疫球蛋白产生不利影响。
发明内容
发明目的：针对牛初乳活性成分易受加工导致变性的问题，本发明提供一种牛初乳非热杀菌方法，通过向采集后的牛初乳中加入大豆异黄酮，从而抑制运输、储藏和加工过程中微生物的生长，并结合高功率脉冲微波对牛初乳进行杀菌，实现在较低的温度下杀灭牛初乳中的微生物，最大程度的保留了牛初乳中包括免疫球蛋白在内的热敏性营养物质的破坏，避免了传统的高温对这些热敏性物质的破坏，而且添加的大豆异黄酮不仅增加了牛初乳的营养功能特性，而且进一步减少了牛初乳中微生物数量，同时抑制了牛初乳中灭菌后残余微生物的生长。
技术方案：为了实现上述目的，本发明所述一种牛初乳非热杀菌方法，该方法包括如下步骤：
(1)从养殖场中采集牛初乳，并进行感官指标检测；
(2)牛初乳符合感官指标检测后，现场立即加入大豆异黄酮；；
(3)对步骤(2)中获得的牛初乳进行高功率脉冲微波杀菌处理，得到灭菌牛初乳。
其中，步骤(1)中感官指标为：牛初乳色泽为乳黄色或浅黄色，组织形态呈现粘稠的胶态液体，气味为牛初乳固有的腥膻味，无其他异味。
其中，步骤(2)中大豆异黄酮包括大豆异黄酮纯品、纯度40-80％的大豆异黄酮、或者大豆异黄酮提取物，其中大豆提取物中大豆异黄酮纯度要达到40％以上。
其中，步骤(2)中大豆异黄酮其向牛初乳中添加量为牛初乳质量的0.4～0.8％。
其中，步骤(2)中加入大豆异黄酮的牛初乳低温运输到杀菌车间进行杀菌处理，从运输到灭菌前都处于2～6℃。
其中，步骤(3)中高功率脉冲微波杀菌处理的瞬时输出功率为400～550kW，输出脉冲宽度为3～7μs，占空比1:800～1:1600。
作为优选，步骤(3)中高功率脉冲微波杀菌处理的时间为2～10min。
作为优选，步骤(3)中高功率脉冲微波杀菌处理的牛初乳初始温度为2～6℃。
作为优选，所述方法中牛初乳承载容器不含有金属成分。作为优选，为玻璃容器或塑料容器。
设计原理：本发明中采用高功率脉冲微波利用周期性瞬时高功率脉冲微波能量使得物料在极短时间内受到高能量的微波照射，从而避免热效应的产生。与传统的热杀菌相比，高功率脉冲微波杀菌的杀菌效率高、杀菌时间短，避免了热杀菌过程中对牛初乳中的营养成分、理化特性、感官特性的破坏，特别是避免了对牛初乳中免疫球蛋白的不利影响。高功率脉冲微波可以实现在处理过程中温度升高较小的情况下实现灭菌，是一种非热灭菌，但仍然存在两方面问题:1、虽然温度升高较低，但是物料温度仍然会有所升高，破坏牛初乳中的活性物质，尤其是免疫球蛋白；2、高功率脉冲微波因需要控制其处理物料时不能使物料温度升高太多而无法做到完全灭菌，导致存在残留微生物，且残留微生物往往在适宜条件下迅速繁殖，引起腐败变质。而本发明在高功率脉冲微波前加入大豆异黄酮，大豆异黄酮的加入可以杀灭部分微生物。因此一方面为后续高功率脉冲微波杀菌争取了时间，一方面可在进一步降低高功率脉冲微波处理的情况下(可进一步保留牛初乳中的活性物质)，达到灭菌的效果，两者结合可大大增强杀菌效果，更重要的是研究结果发现，大豆异黄酮的加入可以抑制牛初乳中残留微生物的生长，SI有助于HPPM对牛初乳的杀菌作用，不仅微生物数量进一步减少，而且微生物延滞期进一步延长、生长速率降低、最大菌落数也显著降低。。同时因大豆异黄酮广泛的抗癌、抗氧化、防止骨质疏松、预防更年期综合征的作用而进一步增强牛初乳的营养保健功能。
此外，本发明中发现在牛初乳中加入大豆异黄酮或者使用高功率脉冲微波都会一定程度降低牛初乳IgG，理论上两者同时使用牛初乳IgG会进一步降低，但是本发明在特定的实验条件下二者结合保证显著提高杀菌效果的前提下，还能防止二者联合使用牛初乳IgG的大幅度降低。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明牛初乳中添加大豆异黄酮有助于增强牛初乳的营养保健价值。
2、本发明在挤奶现场就向牛初乳中添加大豆异黄酮，保证了牛初乳在运输、储藏和包装过程中的品质，降低了牛初乳腐败变质的风险。
3、本发明应用了新型非热加工技术，即高功率脉冲微波杀菌技术，不仅能有效杀灭牛初乳中的微生物，同时极大程度的保留了牛初乳中功能活性成分。
4、本发明重点首次联合应用天然物质大豆异黄酮抑菌和高功率脉冲微波非热杀菌技术，灭菌效果菌大大强于单独使用大豆异黄酮杀菌和高功率脉冲微波杀菌效果，而且大豆异黄酮的添加可以抑制牛初乳灭菌后残留微生物的生长，残留微生物生长延滞期延长、最大比生长速率降低，使得牛初乳在加工链上的微生物数量得到控制，增强产品营养价值和延长货架期，同时二者结合在显著提高杀菌效果的前提下，还能防止牛初乳IgG大幅度的降低。
附图说明
图1为不同大豆异黄酮添加量对牛初乳中微生物数量(A)和IgG保留率(B)的影响；
图2为不同高功率脉冲微波杀菌时间对牛初乳中微生物数量(A)和IgG保留率(B)的影响；
图3为不同杀菌处理方式对牛初乳中微生物数量(A)和IgG保留率(B)的影响；
图4为不同温度和杀菌处理下牛初乳中微生物生长曲线(A：25和37℃；B：4℃)。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
下述实施例中所使用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂家建议的条件。
实施例1
从养殖场中采集牛初乳，如牛初乳色泽呈现乳黄色或浅黄色，组织形态呈现粘稠的胶态液体，气味为牛初乳固有的腥膻味，无其他异味，则牛初乳通过感官指标检验，现场立即加入牛初乳质量的0.4％大豆异黄酮纯品(上海麦克林生化科技有限公司，纯度98％)后充分搅拌，低温迅速运输到杀菌车间，其中加入大豆异黄酮的牛初乳从运输到杀菌前都处于4℃，且牛初乳承载容器为玻璃容器。对获得的牛初乳进行高功率脉冲微波杀菌处理(瞬时输出功率550kW，输出脉冲宽度3μs，占空比1:1400，杀菌时间3min，牛初乳杀菌初始温度4℃)，得到灭菌牛初乳，并于2～6℃储藏。
实施例2
从养殖场中采集牛初乳，如牛初乳色泽呈现乳黄色或浅黄色，组织形态呈现粘稠的胶态液体，气味为牛初乳固有的腥膻味，无其他异味，则牛初乳通过感官指标检验，现场立即加入牛初乳质量的0.8％大豆异黄酮(上海麦克林生化科技有限公司，BR，大豆异黄酮纯度40％)后充分搅拌，低温迅速运输到杀菌车间，其中加入大豆异黄酮的牛初乳从运输到杀菌前都处于6℃，且牛初乳承载容器为玻璃容器。对获得的牛初乳进行高功率脉冲微波杀菌处理(瞬时输出功率500kW，输出脉冲宽度6μs，占空比1:1200，杀菌时间5min，牛初乳杀菌初始温度6℃)，得到灭菌牛初乳，并于2～6℃储藏。
实施例3
从养殖场中采集牛初乳，如牛初乳色泽呈现乳黄色或浅黄色，组织形态呈现粘稠的胶态液体，气味为牛初乳固有的腥膻味，无其他异味，则牛初乳通过感官指标检验，现场立即加入牛初乳质量的0.4％大豆异黄酮纯品(上海麦克林生化科技有限公司，纯度98％)后充分搅拌，低温迅速运输到杀菌车间，其中加入大豆异黄酮的牛初乳从运输到杀菌前都处于2℃，且牛初乳承载容器为玻璃容器。对获得的牛初乳进行高功率脉冲微波杀菌处理(瞬时输出功率400kW，输出脉冲宽度5μs，占空比1:1000，杀菌时间6min，牛初乳杀菌初始温度4℃)，得到灭菌牛初乳，并于2～6℃储藏。
试验例1
实验方法
牛初乳中微生物数量的测定方法参照国家标准GB 4789.2-2016。
采用上海酶联生物科技有限公司的牛免疫球蛋白G(IgG)ELISA试剂盒测定牛初乳中IgG含量。向免疫球蛋白G(IgG)单克隆抗体包被微孔板中加入标准品或样本50μL，然后加入50μL检测液A(临用前配制)，并于37℃温育1小时，洗板3次，加检测溶液B 100μL，37℃孵育30分钟，洗板5次，加TMB底物90μL，37℃孵育10-20分钟，加终止液50μL，用酶标仪在450nm波长下测定吸光度，并根据标准曲线计算IgG含量和保留率。
采用实施例3方法不使用高功率脉冲微波杀菌处理，研究不同大豆异黄酮添加量(0％、0.1％、0.2％、0.4％、0.8％和1％)对牛初乳中微生物数量和IgG保留率的影响。如图1A所示，大豆异黄酮添加量0.1-0.2％可将牛初乳中微生物数量减少约85％，随着大豆异黄酮添加量进一步增加，牛初乳中微生物数量减少，大豆异黄酮添加量1％可将牛初乳中微生物数量减少约93％。同时，随着SI添加量的增加，牛初乳中IgG保留率也逐渐降低(图1B)。当大豆异黄酮添加量低于0.4％时，牛初乳中IgG保留率保持在90％以上，而随着添加量的进一步增加，牛初乳中IgG保留率降低到90％以下，当添加量为1％时，牛初乳中IgG保留率仅为73.7％。因此，为有效抑制牛初乳中微生物并减少对牛初乳中IgG活性的破坏，大豆异黄酮最优添加量为0.4-0.8％％，大豆异黄酮最优添加量为0.4％。
试验例2
牛初乳中微生物数量和IgG保留率的测定方法同试验例1。
采用实施例3的方法，研究高功率脉冲微波(参数：瞬时输出功率400kW，输出脉冲宽度5μs，占空比1:1000，牛初乳杀菌初始温度4℃)杀菌时间(0min，2min，4min，6min，8min，10min，)对牛初乳中微生物数量和IgG保留率的影响。如图2A所示，研究范围内HPPM处理可将牛初乳中微生物数量从5.04log CFU/mL减少到2.72log CFU/mL，但随着杀菌时间的延长，牛初乳中IgG保留率降低(图2B)，杀菌时间2-10min内，IgG保留率仍能高于90％以上。为保证杀菌效果同时减少对牛初乳IgG的影响，优选高功率微波杀菌时间为2～10min。
试验例3
牛初乳中微生物数量和IgG保留率的测定方法同试验例1。
研究未杀菌处理的牛初乳(CK)、加入0.4％大豆异黄酮(SI)的牛初乳(采用实施例3方法不使用高功率脉冲微波杀菌处理)、经高功率脉冲微波杀菌(参数：瞬时输出功率400kW，输出脉冲宽度5μs，占空比1:1000，杀菌时间6min，牛初乳杀菌初始温度4℃，HPPM)的牛初乳(采用实施例3方法不加入大豆异黄酮)，以及经大豆异黄酮(添加量为0.4％)和高功率脉冲微波(参数同上)共同杀菌(SI+HPPM)的牛初乳中微生物数量和IgG保留率的变化(即实施例3的方法)。由图3可知，SI处理的牛初乳中微生物数量为4.21log CFU/mL，相比CK组降低了0.83个log值，仅HPPM处理的牛初乳中微生物数量为3.04log CFU/mL，相比CK组降低了2个log值，而通过SI+HPPM组合处理的牛初乳中微生物数量降至2.01log CFU/mL，相比CK组降低了3.03个log值。仅HPPM处理的牛初乳中IgG保留率为93.3％，经SI和HPPM组合处理的牛初乳IgG保留率降低至90.6％，IgG含量虽有所降低，但其含量仍高于90％。因此，采用SI联合高功率脉冲微波杀菌处理明显优于单一的杀菌处理并且具有协同增效的效果，不仅可以有效降低牛初乳中微生物数量，维持IgG含量处于较高水平，不会导致联合使用而使得IgG含量大幅度降低。
试验例4
采用试验3的方法将SI(0.4％)和HPPM(6min)组合处理牛初乳后，将样品分别置于37℃、25℃、4℃培养箱培养24h，研究仅HPPM处理，及HPPM和SI联合处理下牛初乳中微生物的生长变化。用修正的Gompertz方程对微生物生长动态进行描述。修正的Gompertz方程如下：
上式中，N(t)为t时的菌数，N0、Nmax为初始和最大菌数(CFU·g-1)，μmax为微生物生长的最大比生长速率(h-1)，log为微生物生长的延滞时间(h)。
牛初乳中微生物生长呈现典型的S型曲线，且拟合所得的相关系数R2均较高。如图4A所示，仅HPPM处理和经HPPM结合SI处理后的得到灭菌牛初乳中的微生物在25℃和37℃条件下经过一段时间的延滞期后迅速增长，并于16h内达到平台期。由图4B可知，仅经过HPPM处理的牛初乳中微生物呈现持续缓慢增长的趋势，而HPPM结合SI处理后的牛初乳中微生物呈现在前4h进一步减少，此后再缓慢增长的趋势。由表1可知，37℃条件下，仅经过HPPM处理的牛初乳中微生物生长延滞期为0.50h，最大比生长速率为0.8752，最大菌落数为8.61logCFU/mL，而HPPM结合SI处理后的牛初乳中微生物生长延滞期则延长至3.21h，最大比生长速率降低到0.3399，最大菌落数仅为7.76log CFU/mL。25℃条件下，仅经过HPPM处理的牛初乳中微生物生长延滞期为1.90h，最大比生长速率为0.9214，最大菌落数为8.52log CFU/mL，而HPPM结合SI处理后的牛初乳中微生物生长延滞期则延长至3.85h，最大比生长速率降低到0.4818，最大菌落数仅为7.68log CFU/mL。因此，SI有助于HPPM对牛初乳的杀菌作用，不仅微生物数量进一步减少，而且微生物延滞期进一步延长、生长速率降低、最大菌落数也显著降低。
表1生长动力学参数
Claims (9)
1.一种牛初乳非热杀菌方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
(1)从养殖场中采集牛初乳，并进行感官指标检测；
(2)牛初乳符合感官指标检测后，现场立即加入大豆异黄酮；
(3)对步骤(2)中获得的牛初乳进行高功率脉冲微波杀菌处理，得到灭菌牛初乳。
2.根据权利要求1所述的牛初乳非热杀菌方法，其特征在于，步骤(1)中感官指标为：牛初乳色泽为乳黄色或浅黄色，组织形态呈现粘稠的胶态液体，气味为牛初乳固有的腥膻味，无其他异味。
3.根据权利要求1所述的牛初乳非热杀菌方法，其特征在于，步骤(2)中大豆异黄酮包括大豆异黄酮纯品、纯度40-80％的大豆异黄酮、或者大豆异黄酮提取物。
4.根据权利要求1所述的牛初乳非热杀菌方法，其特征在于，步骤(2)中大豆异黄酮其向牛初乳中添加量优选为牛初乳质量的0.4～0.8％。
5.根据权利要求1所述的牛初乳非热杀菌方法，其特征在于，步骤(2)中加入大豆异黄酮的牛初乳低温运输到杀菌车间进行杀菌处理，从运输到灭菌前都处于2～6℃。
6.根据权利要求1所述的牛初乳非热杀菌方法，其特征在于，步骤(3)中高功率脉冲微波杀菌处理的瞬时输出功率为400～550kW，输出脉冲宽度为3～7μs，占空比1:800～1:1600。
7.根据权利要求1所述的牛初乳非热杀菌方法，其特征在于，步骤(3)中高功率脉冲微波杀菌处理的时间为2～10min。
8.根据权利要求1所述的牛初乳非热杀菌方法，其特征在于，步骤(3)中高功率脉冲微波杀菌处理的牛初乳初始温度为2～6℃。
9.根据权利要求1所述的牛初乳非热杀菌方法，其特征在于，所述方法中牛初乳承载容器不含有金属成分。
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