田桂艷，李 慧，白曉玲，李海軍，曹文燕，王丹慧，高建軍

保定蒙牛飲料有限公司，河北保定 072450

0 引言

乳果糖（Lactulose）是由半乳糖與果糖組成的二糖[1]。牛奶在加熱過程中，乳糖在酪蛋白游離氨基的催化下發(fā)生堿基異構(gòu)進(jìn)而產(chǎn)生乳果糖。乳制品的滅菌方式、添加復(fù)原乳的情況不同，會(huì)導(dǎo)致其中的乳果糖含量存在明顯差異，因此，乳果糖的含量可作為評(píng)價(jià)牛奶熱處理效應(yīng)[2]以及是否添加復(fù)原乳的鑒定[3]指標(biāo)，即可通過測(cè)定滅菌乳中糠氨酸[4]和乳果糖的含量并結(jié)合其比值建立模型，以判定滅菌乳中是否添加了復(fù)原乳。

目前常用于定量檢測(cè)乳制品中乳果糖含量的方法為酶法[5]檢測(cè)。試樣經(jīng)β-D-半乳糖苷酶水解后產(chǎn)生半乳糖和果糖，通過酶法測(cè)定產(chǎn)生的果糖量計(jì)算乳果糖含量，但酶法檢測(cè)過程中需要使用酶類等20余種試劑，且檢測(cè)耗時(shí)長(zhǎng)（配制檢測(cè)試劑1 天、檢測(cè)操作1 天），至少需要2 天時(shí)間才能出具結(jié)果，因此利用該方法進(jìn)行生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量控制結(jié)果滯后，不能及時(shí)對(duì)產(chǎn)品異常情況進(jìn)行及時(shí)控制。因此，亟需開發(fā)一種可以縮短乳制品中乳果糖含量檢測(cè)時(shí)間的方法，以提升乳制品質(zhì)量控制效率。

1 方法

1.1 主要儀器設(shè)備

中紅外分析儀（FTA-3.2型），Delta Instruments（荷蘭）。

1.2 檢測(cè)方法

對(duì)已知乳果糖含量的樣品使用中紅外分析儀[6]進(jìn)行掃描，從中紅外光譜原始數(shù)據(jù)中篩選乳果糖的特征波段光譜[7]數(shù)據(jù)，建立中紅外定標(biāo)模型[8]，并對(duì)建立的模型進(jìn)行驗(yàn)證。

1.2.1 乳果糖的定量檢測(cè)

選取不同批次的滅菌乳樣品（液體滅菌乳）200份，采用《NY/T 939—2016巴氏殺菌乳和UHT滅菌乳中復(fù)原乳的鑒定》中乳果糖的檢測(cè)方法對(duì)各樣品中的乳果糖含量進(jìn)行檢測(cè)，所有乳果糖的含量均在230~530 mg/L的范圍內(nèi)，符合正態(tài)分布，這200 份樣品作為校正集，將乳果糖含量作為參比數(shù)據(jù)。

1.2.2 乳果糖的中紅外定標(biāo)模型的構(gòu)建

使用中紅外分析儀對(duì)校正集中的200 份樣品進(jìn)行掃描，獲得各樣品的中紅外光譜原始數(shù)據(jù)，掃描條件如下：在室溫為24~28 ℃，相對(duì)濕度為20%~30%條件下進(jìn)行中紅外光譜掃描，掃描范圍為4000~400 cm-1，掃描分辨率為4 cm-1，掃描次數(shù)為32 次，每個(gè)樣品重復(fù)掃描3 次。

在中紅外光譜原始數(shù)據(jù)中篩選乳果糖的特征波段光譜數(shù)據(jù)，特征波段為2700~3000 cm-1，分析各樣品的馬氏距離[9]和全局馬氏距離[10]，并設(shè)置全局馬氏距離的閾值為3，剔除全局馬氏距離值＞3的樣品；采用Unscramber軟件、選擇偏最小二乘法（PLS）[11]，對(duì)剔除異常樣品后的校正集樣品的特征波段光譜數(shù)據(jù)及其對(duì)應(yīng)的乳果糖含量參比數(shù)據(jù)通過化學(xué)計(jì)量方法進(jìn)行回歸分析[12]，擬合得到多元回歸曲線[13]，建立中紅外定標(biāo)模型。

上述擬合得到的多元回歸曲線如圖1所示。

圖1 乳果糖多元回歸曲線

對(duì)上述構(gòu)建的乳果糖中紅外定標(biāo)模型進(jìn)行驗(yàn)證，定標(biāo)模型的預(yù)測(cè)誤差（RMSE，也稱為 SEP）為 27 mg/L，

相關(guān)性（RSQ，也稱為決定系數(shù)，R2為0.87。結(jié)果表明，建立的定標(biāo)模型的乳果糖含量與中紅外光譜數(shù)據(jù)的相關(guān)性較好，模型的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性較高，模型性能良好。

其中，預(yù)測(cè)誤差的計(jì)算公式如下：

相關(guān)性的計(jì)算公式如下：

2.3 乳果糖模型驗(yàn)證的結(jié)果與分析

2.3.1 重復(fù)性分析

選取40 個(gè)滅菌乳樣品，對(duì)每個(gè)滅菌乳樣品均檢測(cè)2 次，重復(fù)性偏差按照《NY/T 939-2016巴氏殺菌乳和 UHT 滅菌乳中復(fù)原乳的鑒定》的精密度要求進(jìn)行判定，即：以在重復(fù)性條件下獲得的兩次獨(dú)立測(cè)定結(jié)果的絕對(duì)差值不大于算術(shù)平均值的10%為判定標(biāo)準(zhǔn)，滿足該標(biāo)準(zhǔn)則符合檢測(cè)要求。檢測(cè)40 個(gè)滅菌乳樣品均符合檢測(cè)要求。具體對(duì)比數(shù)據(jù)具體對(duì)比數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 重復(fù)性分析結(jié)果

2.3.2 準(zhǔn)確性分析

選取40個(gè)滅菌乳樣品，針對(duì)每個(gè)滅菌乳樣品分別進(jìn)行中紅外光譜掃描檢測(cè)和農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方法《 NY/T 939-2016巴氏殺菌乳和UHT滅菌乳中復(fù)原乳的鑒定》中的乳果糖酶法檢測(cè)，將兩種方法的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行偏差分析，檢測(cè)結(jié)果偏差按照《 NY/T 939-2016巴氏殺菌乳和UHT滅菌乳中復(fù)原乳的鑒定》的精密度要求進(jìn)行判定，即：以在重復(fù)性條件下獲得的兩次獨(dú)立測(cè)定結(jié)果的絕對(duì)差值不大于算術(shù)平均值的10%為判定標(biāo)準(zhǔn)，若滿足該判斷標(biāo)準(zhǔn)，則符合檢測(cè)要求。40 個(gè)滅菌乳樣品均符合檢測(cè)要求。具體對(duì)比數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 不同檢測(cè)方法的檢測(cè)結(jié)果偏差分析

3 結(jié)論

本方法提供的乳果糖定量檢測(cè)方法利用中紅外光譜技術(shù)結(jié)合偏最小二乘法（PLS）定量分析樣品中的乳果糖含量，實(shí)現(xiàn)了微量乳果糖的快速簡(jiǎn)便的定量檢測(cè)，通過重復(fù)性及準(zhǔn)確性驗(yàn)證，符合偏差要求。該方法用于乳制品中乳果糖的含量檢測(cè)時(shí)，較農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方法《NY/T 939-2016 巴氏殺菌乳和UHT滅菌乳中復(fù)原乳的鑒定》縮短結(jié)果出具時(shí)間。該方法實(shí)現(xiàn)了乳果糖的快速簡(jiǎn)便的定量檢測(cè)，極大地縮減了檢測(cè)所需的時(shí)間、試劑和設(shè)備，且具有較好的重復(fù)性、較高的精密度和準(zhǔn)確性，具有較好的應(yīng)用前景。