CN117744892B - 一种巴氏杀菌工艺线热处理强度的评价方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种巴氏杀菌工艺线热处理强度的评价方法和应用，包括：（1）获得巴氏杀菌工艺线每个加工阶段的温度参数和保持时间，绘制热处理强度的温度‑时间分布曲线图；（2）根据热处理强度的时间‑温度分布图，计算不同热处理阶段的热处理面积，得出整个巴氏杀菌工艺线的热处理面积总量；（3）根据公式Y=‑0.9966x+110.86计算乳铁蛋白含量；其中，x表示热处理面积总量；Y表示乳铁蛋白含量，单位为mg/L；（4）根据乳铁蛋白含量对巴氏杀菌工艺线的热处理强度进行评价。本发明方法不需要对产品中乳铁蛋白含量进行实际测定，可以成为准确评估巴氏杀菌乳工艺线生产是否安全和优质的关键指标。
Description
技术领域
本发明涉及乳制品生产技术领域，特别是涉及一种巴氏杀菌工艺线热处理强度的评价方法和应用。
背景技术
在奶产品的生产过程中，生乳到产品经过不同的加工过程，主要包括巴氏杀菌、超巴氏杀菌、超高温灭菌等。近年来随着乳品工业的不断发展，牛奶质量安全问题得到了有效控制，牛奶行业所面临的主要问题也从质量安全问题转变为品质提升问题。
热处理是杀死或灭活液态奶中致病菌和微生物最经济有效的手段，在全世界范围内广泛应用。合适的热处理需要以保证牛奶品质为重要前提。如果热处理强度不足，则无法保证牛奶饮用的微生物安全；如果热处理强度过大，虽然可以保证牛奶微生物安全，但是会引起营养物质的损伤、风味的改变，甚至产生对人体有害的化学物质。因此，适宜的热处理强度是保证巴氏杀菌安全和保留原料生乳中营养物质最大化的关键。
目前，评价巴氏杀菌热处理强度的指标均是利用生产出的巴氏杀菌产品进行某项或某几项指标检测评价，如：
CN111044695A公开了一种液态奶热处理工艺的快速评估方法，包括获取液态奶中的羟甲基糠醛的含量；根据羟甲基糠醛的含量评估液态奶的加热温度。该评估方法通过单一的美拉德反应产物的含量与液态奶加热温度关系检测液态奶产品的加热温度。
CN111048159A公开了一种液态奶热处理工艺的评估方法，包括获取液态奶中羟甲基糠醛的含量，并提供液态奶与生牛乳中羟甲基糠醛的含量的差值；获取液态奶中糠醛的含量，并提供液态奶与生牛乳中糠醛的含量的差值；根据液态奶与生牛乳中羟甲基糠醛的含量的差值、以及液态奶与生牛乳中糠醛的含量的差值，评估液态奶的加热条件。该评估方法通过羟甲基糠醛的含量的差值、糠醛的含量的差值与液态奶加热条件之间的关系来检测液态奶产品的加热条件。
CN101788461A公开了一种检测鲜牛奶受热强度的方法，包括：（1）将待测牛奶样品和新鲜原奶与浓盐酸混合，得到澄清检测液；（2）以上述原奶清液为空白，测定奶样清液在198 ～ 450nm区间的吸收光谱；(3) 截取270～350nm 波段数据，导出至EXCELL，11以平行次数平均值建立扫描图谱，记录特征吸收峰的光密度(ODmax)；（4）用ODmax除以测定液中蛋白质的浓度，得到的商值(OD’max) 作为参数来评价被测奶样品受热强度。
但是，以上评价方法需要生产出乳制品后进行指标测定，而且只能评价乳制品的优劣，无法指导工艺线优化，存在成本高、效率低、耗时长等问题。
因此，有效地结合生产工艺线和产品品质，并能够在不直接通过产品指标测定的情况下直接评估产品品质和生产线的优劣，将具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种巴氏杀菌工艺线热处理强度的评价方法和应用。
生乳（raw milk），也称为生鲜乳，是指从健康奶畜挤下的经过（或不经过）过滤和冷却，但未经过任何加热和其他除菌处理的常乳。巴氏杀菌乳（Pasteurized milk）指的是以新鲜牛乳为原料，经过净乳（过滤和离心）、冷却、标准化、均质、巴氏杀菌、冷却和灌装而成的饮用乳。
本发明的评价方法通过巴氏杀菌工艺线的设备参数即可定量评价巴氏杀菌的热处理强度。目前，国内外均无同类标准。本发明研究团队前期经过大量试验摸索，发现了巴氏杀菌工艺线的热处理面积总量（40℃以上）与乳铁蛋白含量之间存在线性关系，并拟合得到了线性公式Y = -0.9966x + 110.86，其中，x表示热处理面积总量；Y表示乳铁蛋白含量，单位为mg/L。巴氏杀菌工艺线的不同热处理面积与巴氏杀菌乳中乳铁蛋白含量的拟合图如图1所示。
表1 不同热处理强度下生产的巴氏杀菌乳中乳铁蛋白含量
| 热处理面积(单位方格数量) | 乳铁蛋白 (mg/L) |
| 67 | 44.5 |
| 69 | 42.6 |
| 73 | 37.9 |
| 83 | 26.9 |
| 88 | 22.9 |
| 99 | 13.0 |
依据该公式可以对不同乳制品加工企业、不同的生产工艺线的热处理强度以及生产的巴氏杀菌乳的质量进行评价。
具体的，本发明采用的技术方案具体如下：
一种巴氏杀菌工艺线热处理强度的评价方法，包括以下步骤：
（1）获得巴氏杀菌工艺线每个加工阶段的温度参数和保持时间，绘制热处理强度的温度-时间分布曲线图；
（2）根据热处理强度的时间-温度分布图，计算不同热处理阶段的热处理面积，得出整个巴氏杀菌工艺线的热处理面积总量；
（3）根据公式Y = -0.9966x + 110.86计算乳铁蛋白含量；其中，x表示热处理面积总量；Y表示乳铁蛋白含量，单位为mg/L；
（4）根据乳铁蛋白含量对巴氏杀菌工艺线的热处理强度进行评价。
进一步的，所述步骤（1）中，通过温度测量装置测定巴氏杀菌工艺线每个加工阶段的温度，该温度下的保持时间通过水保持时间乘以输送一定容量牛奶所用的时间与输送等容量水所用时间的商计算得到，计算公式为：
Tm = Tw(Vm/Vw)
式中：
Tm --牛奶的保持时间，单位为s；
Tw --水保持时间，单位为s；
Vm --输送一定容量的牛奶所用的时间，单位为s；
Vw --输送等容量的水所用的时间，单位为s。
进一步的，所述温度-时间分布曲线图以时间为横坐标，单位为s；以温度为纵坐标，单位为℃。
进一步的，所述步骤（1）中，根据巴氏杀菌工艺线不同加工阶段的温度以及该温度下的保持时间，按照时间顺序绘制得到温度-时间分布曲线图。
进一步的，所述步骤（2）中，在温度-时间分布曲线图中，以40℃作为水平基线，计算水平基线与温度-时间分布曲线之间围合的面积。
进一步的，所述围合的面积通过统计单位方格的数量得到，1个单位方格的长为1s，宽为1℃；其中，小于0.5个方格面积的方格舍去；大于等于0.5个方格面积的方格按1个方格计。
进一步的，当乳铁蛋白含量＞26.9 mg/L时，则表明巴氏杀菌工艺线的热处理强度过低；当乳铁蛋白含量＜13.0 mg/L时，则表明巴氏杀菌工艺线的热处理强度过高；当乳铁蛋白含量≥13.0 mg/L，且≤26.9 mg/L时，则表明巴氏杀菌工艺线的热处理强度满足要求。
其中，所述巴氏杀菌为生乳经热处理工序制得的乳制品。
进一步的，当巴氏杀菌工艺线的热处理强度过高或过低时，则对巴氏杀菌工艺线中的加工阶段的温度和保持时间进行调整，重复步骤（2）~（4），直至热处理强度符合要求。
同现有技术相比，本发明的突出效果在于：
本发明方法可以通过绘制热处理强度的温度-时间分布曲线图得到的面积来计算乳铁蛋白的含量，不需要对产品中乳铁蛋白含量进行实际测定，成本低、耗时短、效率高，可以成为准确评价工艺线生产的巴氏杀菌乳是否安全和优质的关键指标，也可以作为乳制品企业对巴氏杀菌产品定位的最主要参考指标。
本发明创新性地提出了通过巴氏杀菌工艺线的工艺参数定性评价巴氏杀菌的热处理强度，通过巴氏杀菌加工工艺线应用的热处理参数，以温度和时间绘制牛奶所受热处理强度的温度-时间分布图。因为奶牛生理体温变动范围是37.5℃～39.5℃，因此牛奶在奶牛体内时温度变动范围与奶牛的生理体温一致。高于奶牛生理体温的热强度，对牛奶都可能造成热伤害，损害牛奶的营养价值。经过试验摸索，本发明以高于奶牛生理体温40℃为基础点，高于40℃以上的区域和所持续的时间的面积即为牛奶在整个工艺线所受的热处理强度。本发明通过计算曲线与40℃水平线之间的面积，即可评估热处理强度；本发明建立了热处理面积与乳铁蛋白含量的线性公式，可通过面积定性评价巴氏杀菌的质量水平。
本发明建立的预测模型可以用于指导优化巴氏杀菌乳加工工艺，不仅可以指导巴氏杀菌乳生产、保证巴氏杀菌乳质量，为巴氏杀菌乳监管奠定技术基础，而且可以推动我国在该领域的技术创新处于国际先进水平。
本发明方法将进一步提高巴氏杀菌乳热处理强度评价方法的权威性，也将在提高巴氏杀菌乳质量、保障消费者知情权、促进我国奶业健康发展等方面发挥重要的作用。
下面结合附图说明和具体实施例对本发明所述的巴氏杀菌工艺线热处理强度的评价方法和应用作进一步说明。
附图说明
图1为巴氏杀菌工艺线的不同热处理面积与巴氏杀菌中乳铁蛋白含量的拟合图。
图2为实施例2的巴氏杀菌工艺线的热处理强度曲线图。
图3为实施例2的巴氏杀菌工艺线生产的巴氏杀菌乳产品的乳铁蛋白测定谱图。
图4为实施例2中巴氏杀菌工艺线调整后的热处理强度曲线图。
图5为实施例2中巴氏杀菌工艺线调整后生产的巴氏杀菌乳产品的乳铁蛋白测定谱图。
图6为实施例3的巴氏杀菌工艺线的热处理强度曲线图。
图7为实施例3的巴氏杀菌工艺线生产的巴氏杀菌乳产品的乳铁蛋白测定谱图。
图8为实施例3中巴氏杀菌工艺线调整后的热处理强度曲线图。
图9为实施例3中巴氏杀菌工艺线调整后生产的巴氏杀菌乳产品的乳铁蛋白测定谱图。
具体实施方式
实施例1
一种巴氏杀菌工艺线热处理强度的评价方法，包括以下步骤：
（1）获得巴氏杀菌工艺线每个加工阶段的温度参数和保持时间，按照时间顺序绘制热处理强度的温度-时间分布曲线图；所述温度-时间分布曲线图以时间为横坐标，单位为s；以温度为纵坐标，单位为℃；
通过温度测量装置测定巴氏杀菌工艺线每个加工阶段的温度，该温度下的保持时间通过水保持时间乘以输送一定容量牛奶所用的时间与输送等容量水所用时间的商计算得到，计算公式为：
Tm = Tw(Vm/Vw)
式中：
Tm --牛奶的保持时间，单位为s；
Tw --水保持时间，单位为s；
Vm --输送一定容量的牛奶所用的时间，单位为s；
Vw --输送等容量的水所用的时间，单位为s。
具体测定方法为：
1）测试设备
电导率测量仪：手动或自动式，2个，能够检测出于硬度为100ppm的水中增加10ppm浓度氯化钠的电导率变化，规范型电极，电子钟，时间间隔不超过0.2秒。
秒表：表盘敞开，可指示秒以下的小数。精确到0.2秒。在使用时，长秒针可以每60秒或更少时间转动一周。不大于 0.2秒。掀压表顶按钮操作开始、停止及调零。
电导溶液：氯化钠溶液。
已知容积的桶或容器：容积≥50L以上的桶或容器。
2）测试步骤
①配制不同浓度的电导溶液，同时使用2个电导率测试仪进行测试，比较2个电导率仪显示数值偏差，当2个电导率仪显示偏差在5%以内时，记录该溶液浓度，后续使用该浓度电导溶液进行测试；经验显示，以氯化钠作为电导溶液时，最适合浓度为0.04%；
②在巴氏杀菌保温管开始端和结束端安装电导率测试仪；
③用水运行巴氏杀菌系统，液流速度和温度与正常设备运转时参数相同；
④在保温管前端或平衡缸内，注入电导溶液；
⑤当精确计时装置在规定保持管开始处检测到电导率变化时，精确计时装置启动；
⑥当精确计时装置在规定保持管结束处检测到电导率变化时，精确计时装置停止；
⑦重复该测试6次或以上，直到6个连续的数据彼此差值在0.5s以内，这6个连续数据的平均值即为水试的保持时间（Tw）。
如果不能获得一致的测试读数，清洁巴氏杀菌系统，检查测试仪器和连接，检查计时泵吸入口是否有空气泄露。重复过程⑦，当重复过程⑦后仍不能获得一致的读数时，使用测试获得的最快时间作为水试的保温时间；
⑧使用相同的参数条件，测定用水注满已知容积容器的时间，重复测定6次或以上，直到6个连续的数据彼此差值在0.5s内，这6个连续数据的平均值即为输送一定容量水所用的的时间（Vw）；
用牛奶重复过程⑧，测得输送一定容量牛奶所用的的时间（Vm）。
（2）根据热处理强度的时间-温度分布图，以40℃作为水平基线，计算不同热处理阶段的水平基线与温度-时间分布曲线之间围合的面积，得出整个巴氏杀菌工艺线的热处理面积总量所述围合的面积通过统计单位方格的数量得到，1个单位方格的长为1s，宽为1℃；其中，小于0.5个方格面积的方格舍去；大于等于0.5个方格面积的方格按1个方格计。
（3）根据公式Y = -0.9966x + 110.86计算乳铁蛋白含量；其中，x表示热处理面积总量；Y表示乳铁蛋白含量，单位为mg/L；
（4）根据乳铁蛋白含量对巴氏杀菌工艺线的热处理强度进行评价。
当乳铁蛋白含量＞26.9 mg/L时，则表明巴氏杀菌工艺线的热处理强度过低；当乳铁蛋白含量＜13.0 mg/L时，则表明巴氏杀菌工艺线的热处理强度过高。
当巴氏杀菌工艺线的热处理强度过高或过低时，则对巴氏杀菌工艺线中的加工阶段的温度和保持时间进行调整，重复步骤（2）~（4），直至热处理强度符合要求。
实施例2
采用实施例1的评价方法，对某乳制品加工厂巴氏杀菌乳工艺线的热处理强度进行评价，绘制热处理强度的温度-时间分布曲线图如图2所示，计算得到其热处理面积总量为64，代入公式Y = -0.9966x + 110.86，计算理论乳铁蛋白含量为47.1 mg/L，结果显示，该巴氏杀菌工艺线的热处理强度过低。
将此热处理强度下生产的巴氏杀菌乳产品进行乳铁蛋白含量测定，测定方法为液相色谱法（T/TDSTIA 006-2019 奶及奶制品中乳铁蛋白的测定），如图3所示，测定结果为49.9 mg/L，结果基本吻合。
针对该巴氏杀菌工艺线中的加工阶段的温度和保持时间重新进行调整，然后继续对热处理强度进行评价，绘制热处理强度的温度-时间分布曲线图如图4所示，计算得到其热处理面积总量为87，代入公式Y = -0.9966x + 110.86，计算理论乳铁蛋白含量为24.2mg/L，结果符合要求。
将此热处理强度下生产的巴氏杀菌乳产品进行乳铁蛋白含量测定，测定方法为液相色谱法（T/TDSTIA 006-2019 奶及奶制品中乳铁蛋白的测定），如图5所示，测定结果为24.0 g/L，结果基本吻合。
实施例3
采用实施例1的评价方法，对某乳制品加工厂巴氏杀菌乳工艺线的热处理强度进行评价，绘制热处理强度的温度-时间分布曲线图如图6所示，计算得到其热处理面积总量为107，代入公式Y = -0.9966x + 110.86，计算理论乳铁蛋白含量为4.2 mg/L，结果显示，该巴氏杀菌工艺线的热处理强度高。
将此热处理强度下生产的巴氏杀菌乳产品进行乳铁蛋白含量测定，测定方法为液相色谱法（T/TDSTIA 006-2019 奶及奶制品中乳铁蛋白的测定），如图7所示，测定结果为6.6 mg/L，结果基本吻合。
针对该巴氏杀菌工艺线中的加工阶段的温度和保持时间重新进行调整，然后继续对热处理强度进行评价，绘制热处理强度的温度-时间分布曲线图如图8所示，计算得到其热处理面积总量为92，代入公式Y = -0.9966x + 110.86，计算理论乳铁蛋白含量为19.2mg/L，结果符合要求。
将此热处理强度下生产的巴氏杀菌乳产品进行乳铁蛋白含量测定，测定方法为液相色谱法（T/TDSTIA 006-2019 奶及奶制品中乳铁蛋白的测定），如图9所示，测定结果为19.3 mg/L，结果基本吻合。
通过实施例2-3的结果可以看出，本发明方法可以准确的预测巴氏杀菌乳工艺线的热处理强度，并可以指导巴氏杀菌乳工艺线的工艺参数改进。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (2)
1.一种巴氏杀菌工艺线热处理强度的评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、获得巴氏杀菌工艺线每个加工阶段的温度参数和保持时间，根据巴氏杀菌工艺线不同加工阶段的温度以及该温度下的保持时间，按照时间顺序绘制温度-时间分布曲线图；所述温度-时间分布曲线图以时间为横坐标，单位为s；以温度为纵坐标，单位为℃；
通过温度测量装置测定巴氏杀菌工艺线每个加工阶段的温度，该温度下的保持时间通过水保持时间乘以输送一定容量的牛奶所用的时间与输送等容量的水所用的时间的商计算得到，计算公式为：
Tm = Tw(Vm/Vw)
式中：
Tm --牛奶的保持时间，单位为s；
Tw --水保持时间，单位为s；
Vm --输送一定容量的牛奶所用的时间，单位为s；
Vw --输送等容量的水所用的时间，单位为s；
S2、根据温度-时间分布曲线图，计算不同热处理阶段的热处理面积，得出整个巴氏杀菌工艺线的热处理面积总量；在温度-时间分布曲线图中，以40℃作为水平基线，计算水平基线与温度-时间分布曲线之间围合的面积；所述围合的面积通过统计单位方格的数量得到，1个单位方格的长为1s，宽为1℃；其中，小于0.5个方格面积的方格舍去；大于等于0.5个方格面积的方格按1个单位方格计；
S3、根据公式Y = -0.9966x + 110.86计算乳铁蛋白含量；其中，x表示热处理面积总量；Y表示乳铁蛋白含量，单位为mg/L；
S4、根据乳铁蛋白含量对巴氏杀菌工艺线的热处理强度进行评价，当乳铁蛋白含量＞26.9 mg/L时，则表明巴氏杀菌工艺线的热处理强度过低；当乳铁蛋白含量＜13.0 mg/L时，则表明巴氏杀菌工艺线的热处理强度过高；当乳铁蛋白含量≥13.0 mg/L，且乳铁蛋白含量≤26.9 mg/L时，则表明巴氏杀菌工艺线的热处理强度满足要求。
2.根据权利要求1所述的巴氏杀菌工艺线热处理强度的评价方法，其特征在于：当巴氏杀菌工艺线的热处理强度过高或过低时，则对巴氏杀菌工艺线中的加工阶段的温度和保持时间进行调整，重复步骤S2~S4，直至热处理强度符合要求。
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