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1、牛奶灭菌那些事儿云无心发表于2011-07-30牛奶大概是最不让中国人民省心的食物了。最近的生奶新国标再一次引起了广泛关注。对于牛奶的各种讨论介绍已经很多，这里来集中 介绍一下牛奶的灭菌。牛奶细菌如何被杀灭？巴氏奶与常温奶差别何在？为什么不再有致病菌不得检出的规定？灭菌与安全，又是什 么样的关系？细菌啊，让温度与时间来杀死你们我们都知道许多细菌能够导致人们生病。健康奶牛新产的奶中细菌非常少，但是细菌在自然环境中无处不在。对于细菌来说，牛奶可以 算得上生长的乐园。在7摄氏度以上，很多细菌就可以星火燎原”。现代社会的牛奶不可能现挤现吃。从挤奶到分销到消费者手中，总是需要一段时间。在这段时间中，细菌
2、有无数的机会进入牛奶，蓬勃 发展起来。虽然有一些人追逐未经热处理的生奶，不过细菌污染的危险实在太大。世界各国的学术界和食品管理机构，都不赞同喝这 样的生奶。灭菌，成了现代牛奶产销中不可缺少的一个环节。稍微有一点生活常识，就不难理解：温度和时间，是决定细菌能否被杀死的两个关键因素。细菌不是一个物种，而是无数的物种的统称。 一般而言，每一种细菌有最适合它生长的条件。在该条件下，那种细菌可以很容易地大量生长。在某些不利条件下，比如低温，细菌 只是停止了活动，但是并没有被杀死。只要等到条件适合，它们就又活跃起来。而有的不利条件下，比如高温，它们就可能被杀死， 而无法起死回生了。不过，细菌的生长习性各不
3、不同，对于这种细菌是难耐的酷热，对于另一种细菌可能只是洗了个桑拿而已。在任何一个“不利”的温度下，一定时间内死亡的细菌数跟它们的总数成一个确定的比例。比如说，在63摄氏度，有100万个某种细菌。 过了 6分钟，还剩下10万个。在食品科学上，就把这个6分钟称为这种细菌在63摄氏度的D值，意思是在63摄氏度下，杀死90% 的该细菌所需的时间是6分钟。再过6分钟，剩下的10万个细菌依然不能完全死去，还会剩下10% （即1万个）。如此下去，再过 6分钟，还会剩下1000个；又过6分钟，还剩100个.实际上，牛奶中不止一种细菌。不过有的细菌没有什么危害，有的细菌能让人生病（被称为致病细菌）。理论上说，需
4、要挑选最顽强 的致病细菌来作为指标。当最不容易杀灭的那种致病细菌减少到不足以兴风作浪，其他的细菌也就不足为虑了。不过在传统上，是采用 总的细菌数来计算。前面举例所说的数据，就是传统的巴斯德灭菌所采用的数字。在63度下，牛奶细菌的D值为6分钟。经过30分钟，奶中的细菌数降低到初始值的10万分之一。合格的生奶（美国标准是灭菌前细菌数不超过每毫升30万）经过这样的杀菌，细菌数 降到很低。在恰当的冷藏条件下，这样得到的巴氏消毒奶可以存放两三周，而细菌总数也不至于重新长到有害的程度（比如美国要求 每毫升不超过2万个）。63度加热30分钟的方式对于家庭下作坊生产还比较方便，对于大规模的工业化生产就不是那么
5、方便了。工业上，希望加热时间短，因 而可以连续地让牛奶流过加热区，实现流水线操作。细菌的生存对于温度非常敏感。温度上升，它们就更加容易被杀死。体现在数字上，就是前面所说的D值随温度升高急剧降低。牛奶的 D值在63摄氏度是6分钟，到了 72摄氏度，就变成了 3秒。也就是说，同样把细菌数降低到初始值的10万分之一，只需要15秒就 够了。这样的灭菌条件叫做高温快速巴斯德灭菌，简称HTST过程。在HTST流程中，牛奶连续通过加热器，控制流速使之在72摄 氏度的管道中呆够15秒，再进入冷却区迅速降温。然后进行包装，冷藏。D值降低到10分之一所需要增加的温度被定义为Z值。牛奶中的各种细菌的Z值一般在5到1
6、0摄氏度之间，有的甚至在5度以下。除了细菌之外，牛奶中还有两类人们关注的物质：酶和维生素。这两类物质具有生物活性，在加热的条件下也会失去活性。它们失去 活性的行为也跟杀灭细菌类似，也有D值和Z值。一般来说，酶的Z值在30到40摄氏度之间，而维生素的Z值在20到25摄氏度 之间。也就是说，温度升高，对细菌的影响远远比维生素和酶要大。举例来说，假如细菌和维生素的Z值分别是5和20摄氏度。如果 把温度提高20摄氏度，那么细菌的D值将降低到原来的万分之一（对于细菌而言，温度升高了 4个Z值）；而维生素的D值只降低到 了原来的10分之一（对维生素而言，温度升高了 1个Z值）。这样，在高的温度下，只需要加
7、热原来时间的万分之一就可以获得相同 的灭菌效果。对于维生素，虽然D值是原来的10分之一，但是加热时间只是原来的万分之一。因此，通过高温来实现同样的灭菌效果， 对维生素的破坏远远比低温灭菌要少。这就是HTST的优势。致病菌不得检出，规定容易执行难理论上说，衡量灭菌效果的好坏，需要对灭菌后的牛奶进行细菌数检测来确定。但是实际操作中，检测细菌数费时费力，并不是那么方 便。在牛奶中，有一种酶可以把生物大分子上的磷酸根去掉，叫做碱性磷酸酶。它的失活行为比较特别，跟细菌差不多。实际的牛奶检测 中，往往是把它的活性当作信号来指示灭菌的好坏。如果灭菌不好，它的活性就会比较高；如果它的活性低于了某个设定值，就可
8、以 认为灭菌比较完全了。在中国的生奶旧标准中，有一条致病菌不得检出。在新标准中，这一条被删除了。有人认为，虽然新标准中规定的总细菌允许值增加 了，但是如果能保证致病菌不得检出，那么生奶中的细菌就不是致病细菌，也就不会产生毒素。经过灭菌，也就不会有害健康了。这在理论上当然可行，不过几乎没有可操作性。牛奶中的致病菌种类不少，致病菌不得检出作为规定写入国家标准，只需要增加七个 字。但是，它的执行难度就不是纸上谈兵那么容易了。总细菌数的检测尚嫌复杂，要一一检测每种致病细菌，操作成本会大大增加。尤 其是对于那些散户经营的牛奶，再增加几种致病细菌的检测，增加的检测成本将由谁来承担？实际上，即使是美国那套远
9、比中国严格的生奶标准，也没有致病细菌不得检出的要求。对于细菌，他们要求检测总细菌数和大肠菌数。 大肠菌数是一大类细菌，并非某种特定的致病细菌。他们认为，把细菌总数和大肠菌总数控制到一个较低水平，就意味着牛奶生产的各 个环节都有很好的卫生监控，其安全性就可以得到保障了。不清楚生奶旧标准中的致病菌不得检出是如何执行的。不过，如果生奶新标准中保留了这一要求，大概也可以算是极具中国特色了 有着比其他国家都宽松的总细菌数标准，却也有着其他国家都没有做到的致病细菌检测。巴氏奶与常温奶，差别有多大媒体把生奶新标准的制定当作巴氏奶与常温奶的斗争。常温奶和巴氏奶的倡导者也的确一直互相指责甚至攻击。常温奶派宣称更
10、符合 中国国情，而巴氏奶派则强调常温奶的超高温灭菌破坏了牛奶的营养。毋庸讳言，巴氏奶和常温奶，在风味、安全性和营养上存在差 异。关键是，这种差异有多大？对于消费者，这些差异又意味着什么？巴氏灭菌的目标是把细菌数降低到十万分之一，用专业术语来说是5个log reduction。在某一温度下，加热时间是该温度下细菌D值的5倍。经过巴氏消毒，牛奶中的细菌并没有被全部杀灭。在灭菌之后依然需要冷藏。即使在冷藏条件下，残存的细菌也还是会缓慢 生长。所谓巴氏奶的保质期，其实是这些细菌长到某个量之前的时间。国外的巴氏奶灭菌以及后续的处理保存要求严格，这一个变质期 可以长达3周，一般把保质期定位两周。而国内目前
11、的巴氏奶，因为种种原因，保质期一般只有几天。灭菌之后需要冷藏，保质期也只 有几天，对于产销链的要求的确要高许多。在中国目前的社会条件下，基本上只能依靠当地产当地销。而异地企业，基本上也就无法涉 足。在巴氏灭菌条件下，尤其是高温快速的巴氏灭菌条件下，对于牛奶的风味和维生素的影响比较小。牛奶中还有一些酶，在加热中这些酶 通常会失去活性。有人认为酶失去活性导致了牛奶的营养价值降低。实际上，到目前，并没有可靠的依据表明牛奶中的这些酶对人体有生 物活性。它们是否失活，并不改变牛奶的营养价值。另一方面，这些酶中的一些种类会分解牛奶中的脂肪或者蛋白质，导致牛奶的变 质。通过加热使之失活，对于保持牛奶的品质是
12、有利的。常温奶是在超高温（通常高于135摄氏度）下保持一两秒钟，简称为UHT，其灭菌目标是12个“log reduction。也就是说，其加热 时间至少是该温度下D值的12倍。经过UHT，基本上不可能还有细菌存活。在密封条件下，经过这样处理的牛奶不用冷藏，也可以保 持几个月甚至更长。如果生奶中具有大量的致病细菌，它们分泌的某些毒素不能被巴氏奶破坏。因为毒素往往是蛋白质，经过UHT处理, 其破坏程度会大一些。从细菌和毒素的角度来说，常温奶的安全性确实要高一点。因为不需要冷藏而且保质期长，异地产销就成为了可 能，使得厂家更容易实现市场扩张。显然，UHT是更严苛的加热条件，它对维生素的破坏也会更多。
13、如果是要比较营养谁高谁低，自然是巴氏奶稍胜一筹。不过，牛奶 只是饮食中维生素来源之一，人们喝牛奶主要是为了获取其中的蛋白质和钙，而蛋白质和钙不会因为UHT损失，也可以说常温奶相对 于巴氏奶的营养损失并不大。总菌数高的生奶不适合做巴氏奶，原因并不是许多人认为的无法达到巴氏奶的灭菌要求或者增加巴氏灭菌成本。实际上，总菌数从 每毫升50万增加到200万，只增加了 0.6个“log reduction需求。相对于巴氏灭菌要求的5个“log reduction，如果采用标准的 HTST温度，只需要把灭菌时间从15秒增加到17秒左右就够了。如果通过提高温度，则提高不到1摄氏度就可以保持15秒的标准时 间。
14、不管哪种方式，对于灭菌成本的增加都微不足道。二者的最大差异其实在于外观和风味。巴氏灭菌奶基本上保持了灭菌前的乳白和奶味，而UHT则会使奶色变暗，相对而言不再秀色可 餐。超高温产生一定的焦糊味，则会掩盖奶本来的风味。当总菌数达到每毫升200万，意味着生奶从挤奶到灭菌前的过程中卫生条件 控制很差，吸收的异味和细菌产生的异味，已经大大改变了牛奶的风味。而这些异味，巴氏灭菌并不能去除。这样得到的巴氏奶，消费 者光是从味道上就能觉察出不对来。如果那200万细菌中有分泌毒素的致病细菌，巴氏消毒也只能杀死细菌而可能无法去除毒素。这 种情况下，问题也就更加严重了。而经过超高温处理之后，产生的焦糊味足以掩盖奶本
15、身的异味，消费者也就无从觉察出异常来。微滤除菌新技术虽然有诸多不足，在当前的食品工业中，加热依然是灭菌最经济最有效的方法。不过，一些新兴的技术逐渐得到应用，可以在不同的方 面克服加热的不足。在奶制品行业，微滤技术是应用比较多的一种。作为微滤，就是使用一层滤孔在微米量级的滤膜来对原料进行过滤。一般的微滤膜孔径在0.6到2微米之间（1微米等于千分之一毫米）。 选择适当的滤膜，可以把细菌留下，而让乳糖、维生素、矿物质以及蛋白质通过。因为它只是按照个头大小进行筛选，也就不会破坏维 生素、酶以及牛奶的风味。不过，牛奶中的脂肪颗粒跟细菌大小相当，留下细菌的同时这些脂肪颗粒也无法通过。所以，微滤技术往往用来处理脱脂奶。因为脱去 了脂肪，剩下的蛋白质以及其他成分可以通过。如果要生产全脂奶或者低脂奶，就需要把脱下的脂肪另外进行加热灭菌，再加到经过微 滤的脱脂奶中。这当然也需要一些操作成本。即使不考虑成本，微滤技术也还是有一定缺陷。它只是留下细菌，而对牛奶中的酶无能为力。前面提到过，许多酶会分解脂肪或者蛋白 质，也导致牛奶的变质。所以，单独使用微滤来处理牛奶，也不容易使之实现需要的保质期。此外，任何一种规格的微滤膜，所说 的截留分子量或者孔径尺寸，都是一个典型值，而不异味着膜中所有的孔径都是那个尺寸。也就是说，实际尺寸是围绕着那个典型 值的各种大小不同的尺寸。牛奶
