生鲜乳质量变化规律及其影响因素

孙 涛，尹京苑，韩奕奕，孟 瑾，吴任绮，高海燕,*

(1.上海大学生命科学学院，上海 200444；2.上海大学计算机工程与科学学院，上海 200072；3.上海市乳品质量监督检验站，上海 200436)

乳制品含有丰富的蛋白质和人体所需的氨基酸、维生素、矿物质、钙质等多种营养成分，被称为最接近完善的食品，其消费水平是衡量人民生活水平的重要标志之一。生鲜乳作为乳制品的原料，其质量优劣直接关系到乳制品的风味、感官指标、理化和卫生指标以及营养价值，与乳制品质量密切相关。近年来，频繁爆发的乳品安全事件引发了人们对乳制品安全问题的高度重视，因此，从源头做起关注生鲜乳的质量尤为重要。生鲜乳质量包括感官指标、理化指标、卫生指标几个方面。其中理化指标包括水分、蛋白质、乳脂肪、乳糖、矿物质、磷脂、维生素、酶类、免疫体、色素及其他微量成分。卫生指标主要包括体细胞数(SCC)、细菌总数、抗生素残留等[1]。生鲜乳的卫生指标主要受两方面因素影响：一方面奶牛饲养的卫生管理是保证原料乳卫生指标的关键因素；另一方面贮存和运输过程的卫生条件对原料乳卫生质量有着重要的影响[2]。因此在生鲜乳的生产、加工、保藏、运输、消费等各个环节进行卫生质量控制时经常需要进行菌落总数的检测。目前对于生鲜乳质量的系统研究鲜有报道，未见长期监测分析生鲜乳质量变化与影响因子研究的相关文章。本实验以上海地区2009年采集的生鲜乳为研究对象，从脂肪含量、蛋白质含量、冰点、体细胞含量、菌落总数5个影响因子入手，并结合全年平均气温与湿度，研究上海地区生鲜乳质量的变化规律，旨在为生鲜乳的质量控制提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

供试材料为自2009年1月1日—2009年12月31日(2月11日至2月28日空缺)采集的上海地区及周边各大牧场生鲜乳样品，每日采样量为200组。

1.2 仪器与设备

FA2004电子天平 上海越平科学仪器公司；H1650-W离心机 长沙湘仪离心机仪器有限公司；FA2004电热恒温水浴锅 上海精宏实验设备有限公司；K9860自动凯氏定氮仪 济南海能仪器有限公司；Cryostar I热敏电阻冰点仪 德国Gerber公司；HWS智能型恒温箱恒湿培养箱 宁波江南仪器厂。

1.3 方法

1.3.1 指标测定

脂肪含量的测定：参见GB 5413.3—2010《婴幼儿食品和乳品中脂肪的测定》[3]；蛋白质含量的测定：参见GB 5009.5—2010《食品中蛋白质的测定》[4]；菌落总数的测定：参见GB 4789.2—2010《菌落总数测定》[5]；体细胞的测定：参见NY/T 800—2004《生鲜牛乳中体细胞测定方法》[6]；生鲜乳冰点的测定：参见GB 5413.38—2010《生乳冰点的测定》[7]。

1.3.2 平均温度和平均湿度测定

平均温度和平均湿度两项数据均来自于上海市气象台2009年的全年的气象报告[8]。

1.4 数据处理

所有实验数据重复测定3次，取平均值。采用Excel 2003和PASW Statistics 18统计分析软件[9]进行通径分析、相关分析、主成分分析、逐步回归分析。考虑到各影响因子单位不同，无法直接进行比较和统计，因此在进行相关分析、主成分分析、逐步回归分析时先对数据进行标准化处理。方法为：Y=Yn/Ymax，式中：Y为处理后数据，Y∈[0,1]；Yn为第n项影响因子处理前数据；Ymax为n项影响因子中的最大者[10]。

2 结果与分析

2.1 生鲜乳质量的变化规律

由表1可知，一年中脂肪含量、蛋白质含量、冰点的变异系数较小，分别为8.11%、7.95%、7.62%，说明生鲜乳在脂肪含量、蛋白质含量、冰点方面的质量性状较为稳定。体细胞含量、菌落总数的变异系数较大，分别为64.11%和69.38%，说明生鲜乳在体细胞含量和菌落总数两方面的质量性状变化较大。

表1 生鲜乳质量影响因子数据分析(±s，n=3)Table 1 Statistical analysis of quality factors of raw milk(±s，n=3)

表1 生鲜乳质量影响因子数据分析(±s，n=3)Table 1 Statistical analysis of quality factors of raw milk(±s，n=3)

指标 脂肪含量 蛋白质含量 冰点 体细胞含量 菌落总数测定值(3.46±0.28)% (3.09±0.25)% (0.53±0.04)℃(102.15±65.48)×104SCC/mL(23.35±16.20)×104CFU/mL变异系数/%8.117.957.6264.1169.38

2.1.1 脂肪含量的变化

图 1 生鲜乳脂肪含量的变化Fig.1 Changes of fat content in raw milk

由图1可知，全年生鲜乳中的脂肪含量呈现出明显的递减再递增的趋势。自5月中旬到8月中旬的夏秋两季，生鲜乳中的脂肪含量较低。10月中旬到2月中旬的春冬两季，生鲜乳中的脂肪含量较高。

2.1.2 蛋白质含量的变化

图 2 生鲜乳蛋白质含量的变化Fig.2 Changes of protein content in raw milk

由图2可知，生鲜乳中蛋白质含量的变化也呈现出明显的季节性，一年中出现两次明显的增减变化。4月中旬到7月中旬的蛋白质含量较低，9月中旬到10月中旬，12月中旬到1月中旬的蛋白质含量较高。

2.1.3 冰点的变化

由图3可知，全年中生鲜乳冰点的变化呈现出明显的递减再递增的趋势，变化趋势与乳脂肪含量的变化趋势基本相似。自5月中旬到8月中旬的夏秋两季，冰点较低。10月中旬到2月中旬的春冬两季，冰点较高。

图 3 生鲜乳冰点的变化Fig.3 Changes of freezing point in raw milk

2.1.4 体细胞含量的变化

图 4 生鲜乳体细胞含量的变化Fig.4 Changes of somatic cell count in raw milk

由图4可知，全年中生鲜乳体细胞的变化呈现出两次明显的波动趋势。11月上旬到2月上旬，生鲜乳体细胞数量较低。在2月中旬出现骤增趋势，并在4月上旬到5月中旬达到第1个高峰期，从5月下旬到8月上旬维持在一个相对适中的水平，8月中旬到9月下旬达到第2个高峰期，随后出现骤降，达到最低值。

2.1.5 菌落总数的变化

图 5 生鲜乳菌落总数含量的变化Fig.5 Changes of aerobic plate count in raw milk

由图5可知，全年中生鲜乳菌落总数的变化呈现明显的季节性，随着温度的升高，菌落总数增加；温度降低则减少，在6月上旬到8月中旬达到最高值。

2.2 生鲜乳质量各指标之间的关系

表2 生鲜乳各质量指标的相关系数Table 2 Correlation coefficients among quality indicators of raw milk

由表2可知，脂肪含量与蛋白质含量、冰点，蛋白质含量与冰点、体细胞含量，体细胞含量与冰点、菌落总数间呈极显著正相关关系。脂肪含量与体细胞含量、菌落总数间呈显著相关关系。

2.3 生鲜乳质量影响因素分析

2.3.1 温度、湿度对生鲜乳各质量指标的影响

图 6 上海地区2009年平均温度、湿度变化Fig.6 Changes of annual average temperature and humidity in Shanghai

由图6可知，上海地区全年的温度变化明显，1—7月份温度逐渐升高，在7月中旬到达最高后逐渐下降，直至次年1月降至最低。从变化趋势上看，全年平均温度的变化与生鲜乳脂肪含量、冰点的变化趋势大致相反，而与菌落总数的变化趋势基本一致；在1—3月、9—12月，平均温度的变化与生鲜乳体细胞的变化趋势基本一致。由此可见，温度变化对生鲜乳各质量指标有着明显的影响。

上海地区全年的湿度变化较为频繁，多次出现波峰和波谷，其中5月左右湿度最低，8月中旬最高。从整体的变化趋势上看，与生鲜乳蛋白质的变化趋势有一定相似之处，但并不十分明显。

表3 生鲜乳质量影响因子与温度、湿度之间的相关系数Table 3 Correlation coefficients between quality factors of raw milk and average temperature or humidity

由表3可知，平均温度与脂肪含量、体细胞含量之间呈显著和极显著的负相关关系，与菌落总数之间呈极显著的正相关关系。这与图1～6观察到的趋势基本相符。

2.3.2 各质量指标对生鲜乳质量的影响

表4 主成分分析的结果Table 4 Results of principal component analysis

为了阐明生鲜乳各质量指标对生鲜乳质量的影响程度，利用主成分分析了各质量指标的贡献度，结果见表4。经过主成分分析的模型汇总后，第1维数的方差的百分比为34.229%，第2维数的方差的百分比为25.685%，2个维数的方差的百分比为59.914%，说明影响生鲜乳质量的5个因子可简化为脂肪和蛋白质含量2个主成分，可解释所有变量59.914%的信息。

2.3.3 生鲜乳质量影响因子与菌落总数的关系

生鲜乳中菌落总数可判定生鲜乳的新鲜度、被细菌污染的程度及卫生质量，它反映生鲜乳在生产、加工、销售等过程中是否符合卫生要求，以便对被检样品做出卫生学评价[11]。生鲜乳质量影响因子对菌落总数的通径系数见表5。

表5 生鲜乳质量影响因子对菌落总数的影响Table 5 Effect of quality indicators as well as average temperature and humidity on aerobic plate count of raw milk

由表5可知，平均温度对于生鲜乳菌落总数的影响最大，其中有小部分是通过平均温度对菌落总数的间接影响，其次是脂肪含量对菌落总数的直接作用，而平均湿度和蛋白质含量对菌落总数的影响相对较小。

2.3.4 生鲜乳质量影响因子对菌落总数的模型建立

为了进一步阐明生鲜乳质量影响因子对生鲜乳中菌落总数的影响，利用多元回归分析建立了生鲜乳质量影响因子对菌落总数的模型。在多元回归分析中，由于各自变量之间往往存在着多重共线性关系，直接建立因变量与自变量之间的多重线性回归模型往往会给偏回归系数的估计值带来不合理的解释。为了得到一个稳健并且可靠的回归模型，就要从众多影响因素中选出对因变量贡献大的变量[12]。逐步回归分析是从与因变量(Y)有关的变量中选取对Y有显著影响的变量来建立回归方程[13]。使影响Y的因素尽可能多地包括进去，同时又能突出主要因素[14]。

本研究采用Backward(即向后剔除变量法)，将不显著的自变量剔除，最终达到模型中只包含显著变量且变量间构成最优组合，即总体模型的F值最大化。变量进入顺序为：体细胞含量、平均温度、蛋白质含量、平均湿度、脂肪含量、冰点，冰点和体细胞含量先后被模型剔除，最后剩下平均温度、蛋白质含量、平均湿度、脂肪含量均显著并构成了最优组合。并建立了菌落总数的回归模型Y=7.592+0.465X1－4.029X2－3.494X3－0.182X4，式中：Y表示菌落总数，X1表示平均温度，X2表示脂肪含量，X3表示蛋白质含量，X4表示平均湿度。

表6 回归方程的显著性检验Table 6 Statistical significance of the regression model

3 讨 论

3.1 气候条件对于生鲜乳质量的影响

对于生鲜乳及其乳制品质量的分析研究中鲜有关于气候条件的研究分析，没有将气候条件的变化作为影响生鲜乳质量的重要因素之一。奶牛最适宜的生活环境温度为15～22℃(适宜生活温度为5～28℃)，温度、湿度等气候因素对生鲜乳的质量影响最为显著，不仅直接影响奶牛的健康生产能力和生理能力，而且可以通过病原微生物间接影响生鲜乳质量。上海地区春季梅雨天气持续时间长，而夏季温度高、雨多且潮湿，对生鲜乳生产极为不利，造成发病率高、复发快、时间长，奶牛乳房炎发病率也自然增高[15]。本实验的研究结果也表明，随着温度的升高，生鲜乳菌落总数逐渐升高，同时生鲜乳体细胞也始终维持在一个相对较高的水平。

温度、湿度对于生鲜乳蛋白质含量的变化也有显著影响。在奶牛不同泌乳期蛋白质含量不同，高峰期蛋白质含量比中后期低。我国绝大部分奶牛在5—9月份进入泌乳高峰期，这个季节又是天气最炎热的季节，2个因素的叠加影响导致夏季生鲜乳蛋白质含量明显低于其他季节。另外，据统计，我国5—9月是奶牛的泌乳高峰期，但6—8月正值南方高温高湿季节，这些因素造成5—9月期间生鲜乳中蛋白质含量下降；相反，冬、春季节蛋白质含量相对较高。因此明温度、湿度对于生鲜乳蛋白质含量的变化有显著影响。

生鲜乳冰点也受到温度、湿度的影响。夏季生鲜乳的冰点较低，冬季生鲜乳的冰点较高。生鲜乳冰点与新鲜度的变化趋势相似，随着温度的升高和时间的延长，酸败程度增加，牛乳的酸度升高，冰点下降[16]。这也决定了在生鲜乳的生产、运输、加工过程中，冷链的完善和效率的高低直接影响到生鲜乳的质量。

3.2 生鲜乳质量指标与生鲜乳质量的关系

影响生鲜乳中脂肪和蛋白质含量的因素有很多，除温度、湿度的影响外，饲草的喂养质量尤为重要，而我国的多数优质饲草依赖进口，优质饲草饲喂率低，因此生鲜乳蛋白质含量也相对较低。上海地区6—9月出现持续的高温高湿天气，致使饲草容易出现腐烂变质现象，奶牛食用此类饲草后直接影响生鲜乳的品质。这也符合在6—9月期间生鲜乳的体细胞含量和菌落总数均维持在一个相对较高的水平的现象。

SCC是一种动态生物学现象，可作为判断生鲜乳质量的重要指标，它不仅反映奶牛乳房受细菌感染的程度，还可以用来估计产乳量的损失[17]。SCC和乳品质量密切相关，SCC越低，生鲜乳质量越高；SCC越高，生鲜乳质量越低，并对生鲜乳的保质期和下游其他乳制品(如酸乳、奶酪等)的产量、质量和风味等产生极大的不利影响[18]。因此，一年中生鲜乳在1—2月中旬，10—12月期间气温较低时，SCC较低，生鲜乳质量相对较好。

从生鲜乳菌落总数含量的变化中可以看出，一年中生鲜乳菌落总数的变化较大。一般来讲，规模养殖场生鲜乳的细菌总数一般都会低于2×106(CFU/g)或(CFU/mL)。但由于饲养规模参差不齐，仍有较大部分小规模饲养，使其达到较低细菌总数不切实际。另外，由于缺少长期数据的积累，2×106(CFU/g)或(CFU/mL)的细菌总数只是一个暂时标准。同时，菌落总数的测定方法受到实验条件、操作人员的规范程度、培养箱的温度控制等因素的影响较大，可能造成了生鲜乳菌落总数在短时期内的频繁波动的现象。

3.3 影响生鲜乳质量的其他因素

除上述影响因素外，非脂乳固体、黄曲霉毒素、亚硝酸盐、硝酸盐、抗生素等都是影响生鲜乳质量的重要因素。另外孙宇等[19]研究表明随着胎次的增加，生鲜乳中体细胞数量逐渐升高，泌乳前中后期生鲜乳体细胞含量亦有不同。Ma等[20]研究发现，嗜冷菌产生的一些胞外酶能引起乳中蛋白水解和脂肪水解，乳中溶解的CO2能延缓蛋白水解和脂肪水解作用的时间，同时延长细菌生长的周期，并在一定程度上抑制乳中嗜冷菌的生长[21-22]。对于生鲜乳的质量判定以及标准制定，由于缺乏长期系统的数据积累，也未充分考虑到地区和时间上的差异给生鲜乳质量判定和标准制定带来的困难，所以仍需做进一步的数据采集和分析研究。

4 结 论

4.1 生鲜乳的脂肪含量、蛋白质含量、冰点等质量性状较为稳定，而体细胞含量和菌落总数的变化较大。

4.2 生鲜乳中脂肪含量与蛋白质含量、冰点，蛋白质含量与冰点、体细胞含量，冰点与体细胞含量、体细胞含量与菌落总数间呈极显著正相关关系。脂肪含量与体细胞含量、菌落总数间呈显著相关关系。

4.3 温度、湿度对生鲜乳的质量有显著影响，温度与脂肪含量、体细胞含量之间呈显著和极显著的负相关关系，而与菌落总数之间呈极显著的正相关关系。

4.4 在所有质量指标中，生鲜乳中的脂肪和蛋白质含量是决定生鲜乳质量水平的重要因素。

4.5 生鲜乳中的菌落总数受多方面因素的影响。平均温度对于生鲜乳菌落总数的影响最大，其次是脂肪含量，而平均湿度和蛋白质含量对菌落总数的影响较小。菌落总数与其他指标之间的回归模型为Y=7.592+0.465X1－4.029X2－3.494X3－0.182X4，式中：Y表示菌落总数，X1表示平均温度，X2表示脂肪含量，X3表示蛋白质含量，X4表示平均湿度。

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