杜兵耀，王加啟，李發(fā)弟，鄭楠，張養(yǎng)東，文芳，趙慧芬，蘇傳友，張曉音，李松勵(lì)

（1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所a.農(nóng)業(yè)部奶及奶制品質(zhì)量安全控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；b.農(nóng)業(yè)部奶產(chǎn)品質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估實(shí)驗(yàn)室；c.農(nóng)業(yè)部奶及奶制品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心，北京100193；2.蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)科技學(xué)院，蘭州730020）

0 引 言

《本草綱目》中記載，“牛乳性平味甘或微寒、無毒，補(bǔ)虛羸，止渴，養(yǎng)心肺，解熱毒，潤皮膚；冷補(bǔ)，下熱氣；和酥煎沸食，去冷氣癖；患熱風(fēng)人宜食之止小兒吐乳，補(bǔ)勞；治反胃熱噦，補(bǔ)益勞損，潤大腸，治氣痢，除疸黃，老人煮粥甚宜[1]?！闭f明我國飲用牛奶的歷史悠久，并且牛奶具有很好的藥用價(jià)值。同樣，牛奶也是人類最接近完美的食物，因?yàn)樗梭w所需的營養(yǎng)物質(zhì)，像乳糖、脂肪、蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)、維生素等，并且比例關(guān)系相比較其他食物處于均衡的狀態(tài)[2-5]。因此，牛奶在滿足人類的營養(yǎng)需求方面發(fā)揮著重要的作用。

1 酸度的作用

近年來隨著人們生活水平的不斷提高和乳及乳制品消費(fèi)量的逐漸增加，生乳作為乳制品生產(chǎn)加工的原料顯的尤其重要，從源頭上控制生乳的品質(zhì)，將直接涉及到整個(gè)牛奶產(chǎn)業(yè)的安全。

生乳在貯存和運(yùn)輸環(huán)節(jié)容易受到細(xì)菌的污染，而且生乳含水量高，含有大量的蛋白質(zhì)、脂肪和乳糖等，會(huì)導(dǎo)致細(xì)菌大量繁殖，分解乳糖等產(chǎn)生酸性物質(zhì)，引起酸度的增加[6-7]。生乳中的酸度來源有兩種：自然酸度和發(fā)酵酸度。自然酸度是指剛擠出來的生乳本身所具有的酸度，主要來源于生乳中的酪蛋白、白蛋白、檸檬酸鹽、磷酸鹽及二氧化碳等酸性物質(zhì)，其中磷酸鹽和檸檬酸鹽所提供的酸度占比例最大。發(fā)酵酸度是指生乳在貯存運(yùn)輸?shù)倪^程中，由細(xì)菌的侵入并在其中生長繁殖產(chǎn)生的酸性物質(zhì)而升高的那部分酸度。牛奶中含乳糖4%～6%，在微生物的作用下，分解產(chǎn)生乳酸，酸度增高說明微生物在增長繁殖，因此通常把酸度作為衡量牛奶新鮮度的指標(biāo)，監(jiān)測(cè)發(fā)酵過程中產(chǎn)生的乳酸含量[8-10]。

Calamari等認(rèn)為生乳的滴定酸度主要來自于不同的中和反應(yīng)：酪蛋白的酸性基團(tuán)（約占總酸度的2/5）；磷酸鹽、碳酸和其他的礦物陰離子（約占總酸度的2/5）；有機(jī)酸（主要是檸檬酸）[9]。張志勝等認(rèn)為新鮮牛奶的自然酸度為16～18°T，其中2～4°T來源于蛋白質(zhì)，2°T來源于CO2，10～12°T來源于磷酸鹽和檸檬酸鹽[11]。隨著機(jī)械化擠奶、快速制冷和冷鏈運(yùn)輸?shù)燃夹g(shù)的運(yùn)用，發(fā)酵酸度對(duì)生乳的酸度影響也越來越小，而牛奶經(jīng)殺菌、閃蒸等工藝處理，會(huì)導(dǎo)致二氧化碳散失，產(chǎn)品酸度可能會(huì)下降0.5～1.0°T[6]。

2 酸度的表達(dá)方式和測(cè)定方法

奶及奶制品的酸度常用吉爾涅爾度(°T)、乳酸（%）、索斯列特-格恩克爾度(°SH)、道爾尼克度(°D)、pH等表示，即中和一定量的樣品所需氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的毫升數(shù)[9,12-15]。因此樣品中加入堿類物質(zhì)后，通過測(cè)定方法檢測(cè)樣品的酸度時(shí)，消耗的氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積減小，引起相應(yīng)的酸度值降低。測(cè)定方法通常有酚酞指示劑法、電位滴定儀法等。

2.1 吉爾涅爾度

GB 5409-1985《牛乳檢驗(yàn)方法》規(guī)定：吸取l0 mL牛乳，加入20 mL水和0.5 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的酚酞乙醇溶液，搖勻后，用濃度0.1 mol/L氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴至微紅色，在1 min內(nèi)不消失為止。消耗濃度0.1 mol/L的氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的毫升數(shù)乘以10，即為酸度[16]。

GB 5413.34-2010《乳和乳制品酸度的測(cè)定》規(guī)定：取10 g牛奶樣品，加入20 mL不含二氧化碳的水，加入2 mL 0.5%的酚酞指示液后，用氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液（濃度0.1 mol/L）滴定至微紅色，并在30 s內(nèi)不褪色；或用氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液（濃度0.1 mol/L）電位滴定至pH值8.3為終點(diǎn)，根據(jù)消耗的氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液毫升數(shù)計(jì)算酸度值[17]。

GB 5009.239-2016《食品酸度的測(cè)定》規(guī)定：取10 g牛奶樣品，加入20 mL不含二氧化碳的水，加入2 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5%的酚酞指示液后，用氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液（濃度0.1 mol/L）進(jìn)行滴定，直到顏色與參比溶液的顏色相似，且5 s內(nèi)不消退，整個(gè)滴定過程應(yīng)在45 s內(nèi)完成；或用氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液（濃度0.1 mol/L）電位滴定至p H值8.3為終點(diǎn)，根據(jù)消耗的氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液毫升數(shù)計(jì)算酸度值[18]。

2.2 乳酸（%）

GB 6914-1986《生鮮牛乳收購標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定：用吸管取兩份10 mL的牛乳，一份加入1 mL稀釋的乙酸玫瑰苯胺溶液作顏色對(duì)照，另一份加入1 mL酚酞溶液，用滴管迅速加入1/9 mol/L氫氧化鈉溶液1 mL，然后繼續(xù)逐滴加入，同時(shí)不停搖動(dòng)，當(dāng)顏色與對(duì)照瓶?jī)?nèi)淡紅色相同時(shí)為止，滴定時(shí)間應(yīng)當(dāng)在20 s左右。如果不用玫瑰苯胺顏色作為對(duì)照，滴定終點(diǎn)可決定于奶樣呈現(xiàn)淡品紅色后，維持5 s不褪色即可。每100 mL牛乳內(nèi)含有乳酸克數(shù)=滴定10 mL牛乳時(shí)消耗1/9 mol/L氫氧化鈉溶液的毫升數(shù)/10(乳酸的分子量為90 u)[19]。

我國臺(tái)灣的標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定：稱取牛奶樣品20 g，加入40 mL不含二氧化碳的水和2 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的酚酞酒精溶液，用濃度為0.1 mol/L的氫氧化鈉溶液滴定至溶液呈微紅色，并且在30 s內(nèi)顏色不消退。乳酸（%）=消耗的0.1 mol/L氫氧化鈉的毫升數(shù)×0.009×0.1 mol/L氫氧化鈉的力價(jià)×100/牛奶樣品的質(zhì)量(g)[20]。

日本標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定：取10 g牛奶樣品，加入20 mL不含二氧化碳的水，加入2 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5%的酚酞指示液后，用氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液（濃度0.1 mol/L）滴定至微紅色，并在30 s內(nèi)不褪色。根據(jù)消耗的氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液毫升數(shù)計(jì)算乳酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)，樣品的乳酸(%)=T×0.009。(T為樣品的滴定酸度，0.009為乳酸的換算系數(shù),即1 mL濃度0.1 mol/L的氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液相當(dāng)于0.009 g乳酸)[21]。

2.3 索斯列特-格恩克爾度(°SH)

取50 mL的牛奶樣品，加入0.1 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的酚酞指示液后，用氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液（濃度0.25 mol/L）滴定至微紅色，根據(jù)消耗的氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液毫升數(shù)計(jì)算酸度值[9]。(索斯列特-格恩克爾度與乳酸存在換算關(guān)系，即乳酸（%）=0.0225×°SH)。

2.4 道爾尼克度(°D)

1 mL牛奶樣品加入1滴1%的酚酞指示液后，用氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液（1/9 mol/L）滴定至微紅色，根據(jù)消耗的氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液毫升數(shù)計(jì)算酸度值[22]。

2.5 pH值

中和試樣溶液至p H值為8.30所消耗氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液（濃度0.1 mol/L）的體積，根據(jù)消耗的氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液毫升數(shù)計(jì)算酸度[18]。

3 酸度與奶及奶制品質(zhì)量安全的關(guān)系

生乳從健康奶牛的乳腺分泌時(shí)屬于無菌的狀態(tài)，擠奶過程中可能會(huì)有細(xì)菌混入，在隨后的儲(chǔ)存、運(yùn)輸、加工過程中也存在著被污染的機(jī)會(huì)，由于牛奶中富含的營養(yǎng)物質(zhì)有利于微生物快速繁殖，進(jìn)而快速分解乳糖、脂肪和蛋白質(zhì)等物質(zhì)，從而產(chǎn)生酸性產(chǎn)物、氣體及有礙產(chǎn)品風(fēng)味及衛(wèi)生狀況的小分子產(chǎn)物及毒素，從而導(dǎo)致牛奶出現(xiàn)色澤、風(fēng)味異常等腐敗變質(zhì)現(xiàn)象，降低牛奶的品質(zhì)，使其失去營養(yǎng)價(jià)值[23-25]。

牛奶在貯存運(yùn)輸?shù)倪^程中受貯存溫度和時(shí)間的影響，會(huì)引起酸度升高；牛奶擠出后，從牧場(chǎng)到牛奶加工廠缺乏適當(dāng)?shù)馁A存設(shè)施、沒有可以使用的冷庫和貯存衛(wèi)生條件差，會(huì)導(dǎo)致酸度升高，引起牛奶的保質(zhì)期縮短，因此，酸度是反映生牛乳新鮮度的重要指標(biāo)，在正常范圍內(nèi)酸度越低，表明牛奶越新鮮，反之新鮮度越差。

Lu等[10]認(rèn)為牛奶的自然酸度是0.16%～0.18%（以乳酸計(jì)），牛奶發(fā)生腐敗后酸度會(huì)增加，大于0.18%時(shí)牛奶發(fā)生腐敗，因此酸度可以量化牛奶的新鮮程度。李亮等[26]利用近紅外光譜技術(shù)結(jié)合人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立了牛奶冷藏過程酸度、pH值的定量校正模型，預(yù)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為0.355°T和0.0256，應(yīng)用聚類分析結(jié)合感官評(píng)價(jià)綜合分析了原料奶冷藏過程中新鮮度的變化趨勢(shì)，結(jié)果顯示，生牛乳在4℃下冷藏，酸度、p H值在前2 d變化較為平緩，第3 d開始變化加速，第7 d后奶腐敗比較嚴(yán)重。Schmidt等[27]發(fā)現(xiàn)生牛乳在5.5℃的條件下貯存5 d，由于微生物的作用，滴定酸度從0.15%增加到0.17%（乳酸）。Connell等[28]發(fā)現(xiàn)大多數(shù)的牛奶在低于5.5℃的溫度下貯存不超過4 d時(shí)通常不會(huì)發(fā)生酸敗。Yanwen Wang等[15]利用高通量的技術(shù)結(jié)合近紅外光譜技術(shù)可以快速的分析牛奶的新鮮度，48個(gè)牛奶樣品搜集于西北農(nóng)林科技大學(xué)牧場(chǎng)，檢測(cè)發(fā)現(xiàn)牛奶樣品貯存超過8 d后呈現(xiàn)明顯的非均質(zhì)現(xiàn)象，酸度在16.0～-24.8°T之間，平均值為19.1°T，通過分析發(fā)現(xiàn)1～2 d牛奶的新鮮度比較高，3～6 d時(shí)處于過渡階段，7～8 d時(shí)開始腐敗。

表1 我國歷年酸度標(biāo)準(zhǔn)中的限量

表2 不同國家酸度標(biāo)準(zhǔn)中的限量

4 奶及奶制品中酸度的限量

我國食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)《生乳》（GB 19301-2010）中規(guī)定生牛乳的酸度為12-18°T（荷斯坦奶牛）[29]，我國各地區(qū)及行業(yè)協(xié)會(huì)也對(duì)生乳中酸度進(jìn)行了限量，黑龍江省食品安全團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)（T/HLJNX 001-2016）《生乳》12-18°T（荷斯坦奶牛）[30]，廣西壯族自治區(qū)地方標(biāo)準(zhǔn)（DBS 45/011-2014）《生水牛乳》10～18°T[31]，中國乳制品工業(yè)行業(yè)規(guī)范（RHB 701—2012）《生水牛乳》13～19°T[32]，臺(tái)灣地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)（CNS 3055-2015）《生乳》0.12%～0.18%（以乳酸計(jì)）[33]。日本厚生勞動(dòng)省2016年第109號(hào)令-乳及乳制品成分規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定娟珊牛的生牛乳酸度＜0.20%（以乳酸計(jì)），娟珊牛以外的生牛乳酸度＜0.18%（以乳酸計(jì)）[21]，具體歷年來的酸度限量變化情況如表1所示;，表2為不同國家標(biāo)準(zhǔn)中酸度的限量情況；表3為文獻(xiàn)報(bào)道的酸度限量情況。

表3 文獻(xiàn)中報(bào)道的酸度限量

5 影響酸度的因素

5.1 牛奶的組成成分

牛奶的組成中87%是水，13%是乳固體，在乳固體中27%是乳蛋白質(zhì)，乳蛋白質(zhì)中有20%是乳清蛋白，其余80%都是酪蛋白。在夏季炎熱的條件下，牛奶蛋白質(zhì)濃度降低，主要原因是酪蛋白濃度的降低，其中αS-酪蛋白和β-酪蛋白是酪蛋白成分中對(duì)熱最敏感的，造成αS-酪蛋白和β-酪蛋白的比例減少。αS-酪蛋白和β-酪蛋白含有豐富的磷酸基團(tuán)，酪蛋白膠束含有2個(gè)酸性基團(tuán)。夏季牛奶中αS-酪蛋白和β-酪蛋白含量比較低，因此牛奶的滴定酸度較低。另外新鮮牛奶滴定酸度比較高時(shí)說明蛋白質(zhì)濃度高或者含有其他的緩沖成分。游離的脂肪酸也會(huì)對(duì)滴定酸度檢測(cè)造成影響，脂肪發(fā)酵分解會(huì)使牛奶的酸度上升。

5.2 不同供應(yīng)渠道的牛奶

Wanjala等[12]通過對(duì)肯尼亞內(nèi)羅畢地區(qū)來自于城市、鄉(xiāng)下和貧民窟三種來源的生牛奶進(jìn)行檢測(cè)發(fā)現(xiàn)平均酸度(以乳酸計(jì))分別在0.19%，0.20%和0.22%；酸度較高可能預(yù)示著生牛乳的運(yùn)輸渠道缺乏冷鏈運(yùn)輸設(shè)備或者從擠奶到加工持續(xù)時(shí)間比較長或者脂肪酶活性較高或者缺乏殺菌，在農(nóng)村地區(qū)由于微生物的作用也會(huì)引起酸度迅速升高。在城市和貧民窟地區(qū)都出現(xiàn)原料奶酸度較高的現(xiàn)象，可能是由于在原料奶收集期間不遵守使用冷鏈運(yùn)輸，引起牛奶的酸敗。Tesfay等[43]檢測(cè)發(fā)現(xiàn)乳品加工廠的牛奶酸度為0.195%±0.009%，巴氏殺菌奶的酸度為0.150%±0.014%，奶牛場(chǎng)生牛乳的酸度為0.165%±0.022%，乳品加工廠獲得牛奶的酸度顯著高于巴氏殺菌奶和牛場(chǎng)的生鮮牛乳，可能是由于乳品加工廠的牛奶在出售之前長時(shí)間的貯存或者運(yùn)輸過程中被污染造成細(xì)菌生長繁殖引起酸度升高。

5.3 品種、胎次、泌乳階段和擠奶時(shí)間

生牛乳的滴定酸度與牛的品種有一定的關(guān)系，不同的品種滴定酸度有所不同，不同牛只個(gè)體所產(chǎn)的生牛乳的滴定酸度也有所不同。另外酸度隨著泌乳階段的改變而改變，泌乳早期所產(chǎn)的生牛乳酸度較高，其中初乳階段生牛乳的酸度最高。

5.4 季節(jié)因素

Najafi等[44]對(duì)伊朗呼羅珊省的1476個(gè)樣品情況進(jìn)行了分析，其中123個(gè)樣品搜集于2006年4月到2007年3月間，結(jié)果顯示冬季的酸度是14.76°D，春季的酸度是14.75°D，夏季是14.84°D，秋季是14.81°D，各季節(jié)的生鮮牛乳的酸度差異不顯著。Hui Wang等[45]在2012年3月-8月通過對(duì)甘肅定西的180頭荷斯坦奶牛的牛奶樣品進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)4月份酸度急劇下降，從7.552°T到7.050°T，連續(xù)下降至7月份為6.106°T，然后8月份略微上升到6.206°T。

5.5 奶牛健康狀況

健康奶牛血液的pH值約為7.4，奶牛患乳房炎時(shí)，乳腺膜的通透性會(huì)增加，更多的血液成分進(jìn)入到牛奶中，使牛奶的p H增加，引起酸度降低。當(dāng)體細(xì)胞數(shù)較高時(shí)，相應(yīng)的酸度也會(huì)降低。

5.6 摻酸摻堿

牛奶具有一定的緩沖能力，加入酸或者堿等中和劑后，緩沖化合物可以抵抗酸度的變化。牛奶的緩沖化合物主要來自于水溶性的磷酸鈣鹽，檸檬酸鹽，碳酸氫鹽和蛋白質(zhì)側(cè)鏈上的氨基和羧基。部分奶農(nóng)為了掩飾牛奶酸度升高的現(xiàn)象在牛奶中加入堿類物質(zhì)，牛奶中可能添加的堿性物質(zhì)有碳酸氫鈉、碳酸鹽和氫氧化物等，它們會(huì)中和牛奶的酸度，引起礦物質(zhì)在體內(nèi)的聚集，導(dǎo)致腎結(jié)石，也可能造成體內(nèi)重金屬砷和鉛的殘留，進(jìn)而對(duì)健康造成危害。許多方法可以檢測(cè)牛奶中的中和劑，玫瑰紅酸檢測(cè)法，基于比色原理進(jìn)行直接和間接灰分堿度的檢測(cè)，電化學(xué)法，電位滴定和酸堿滴定等。

5.7 溫度

牛奶的酸度隨著加熱溫度的變化而變化，牛奶的酸度可表達(dá)為氫離子的活性。牛奶溫度在25℃時(shí)，p H值通常在6.5-6.7。牛奶的酸堿平衡在加熱過程中會(huì)受到影響，引起酸度的改變。

牛奶擠出時(shí)大約含有200 mg/L的CO2，由于空氣中CO2的濃度很低，牛奶擠出后會(huì)損失部分CO2，隨后加熱、攪拌和真空處理的過程中進(jìn)一步引起CO2損失，損失的CO2，會(huì)引起滴定酸度下降約0.02%（乳酸）。當(dāng)加熱溫度超過100℃時(shí)，乳糖會(huì)降解生產(chǎn)有機(jī)酸，引起滴定酸度的增加。形成的有機(jī)酸中大多數(shù)是甲酸，乳酸約占5%[6]。

通過水的蒸發(fā)形成磷酸鈣膠體，也可以引起牛奶酸度的增加。相反，磷酸鈣膠體溶解到溶液中會(huì)導(dǎo)致氫離子濃度的降低，引起酸度的降低。

緩慢的冷凍也會(huì)引起牛奶酸度的增加，因?yàn)樵诰徛鋬鲂纬杀倪^程中，牛奶中的溶質(zhì)濃縮，形成磷酸鈣沉淀，同時(shí)釋放氫離子。但是快速冷凍沒有這種效果，因?yàn)闆]有時(shí)間發(fā)生這種變化。

6 展 望

近年來隨著人們生活水平的不斷提高和居民膳食結(jié)構(gòu)的調(diào)整，奶及奶制品的消費(fèi)量逐漸增加，但仍與世界平均水平有很大的差距，中國是世界上人口最多的國家，因此中國也成為奶及奶制品消費(fèi)潛力最大的市場(chǎng)，給奶及奶制品企業(yè)帶來很大的機(jī)遇。生乳作為乳及乳制品生產(chǎn)加工的原料顯得尤其重要，從源頭上控制生鮮牛奶的品質(zhì)，將直接涉及到整個(gè)牛奶產(chǎn)業(yè)的安全。

隨著政府監(jiān)管力度的加強(qiáng)和優(yōu)質(zhì)乳工程的實(shí)施，中國乳及乳制品的質(zhì)量得到了大幅度的提高，乳品質(zhì)得到了進(jìn)一步的改善。酸度作為衡量牛奶新鮮度的指標(biāo)，進(jìn)行相應(yīng)的監(jiān)測(cè)顯得十分重要，部分國家和地區(qū)已設(shè)置了相應(yīng)的限量，但是隨著機(jī)械化擠奶、快速制冷和冷鏈運(yùn)輸?shù)燃夹g(shù)的運(yùn)用，發(fā)酵酸度對(duì)生鮮牛奶的酸度影響越來越小，比如從擠奶開始4 h內(nèi)必須冷卻到10℃或10℃以下，擠奶結(jié)束2 h內(nèi)必須冷卻到7℃或者7℃以下；應(yīng)保證開始擠出的奶和最后擠出的奶混合溫度不超過10℃。如果擠出后在4 h內(nèi)加工是不需要冷卻的，擠出后4 h內(nèi)不能加工需要迅速冷卻，最好冷卻到4℃，因?yàn)榇藭r(shí)水的密度最大，滲透壓對(duì)微生物的壓力最大，牛奶的儲(chǔ)存效果最好，抑制微生物的繁殖，從而抑制酸度的增加。因此，需要結(jié)合我國的國情制定出有利于提高牛奶質(zhì)量、保證牛奶質(zhì)量安全的限量要求。