張昊陽，肖 宇，喬春艷，郝 果，李 妍，劉永峰,*

（1.陜西師范大學食品工程與營養(yǎng)科學學院，陜西 西安 710062；2.富平縣檢驗檢測中心，陜西 渭南 711700）

羊乳作為我國新興的乳源，以其豐富的營養(yǎng)物質(zhì)、良好的飲用口感等優(yōu)點被贊譽為“乳中精品”，是公認在成分上最接近母乳的乳品[1-2]。羊乳中的小分子蛋白易消化且不會出現(xiàn)過敏癥狀，深受嬰幼兒及對牛乳過敏的人群青睞[3-4]。羊乳與牛乳都含有豐富的脂肪酸和蛋白質(zhì)。羊乳中的脂肪酸有20%，且屬于中短鏈脂肪酸，是牛乳的5 倍多，而牛乳中的總飽和脂肪酸含量較高[5-6]。然而，由于現(xiàn)今市場上乳羊產(chǎn)業(yè)規(guī)模小而導致羊乳粉的價格普遍高于牛乳粉，使一些不法企業(yè)在生產(chǎn)羊乳粉的過程中摻假牛乳粉。這種摻假現(xiàn)象嚴重影響了羊乳粉的品質(zhì)并制約羊乳粉產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展，并可能對有過敏反應(yīng)的消費者造成傷害[7-8]。因此如何檢測羊乳粉摻入牛乳粉十分必要。

目前檢測羊乳中摻入牛乳的主要手段是借助儀器依據(jù)牛乳、羊乳營養(yǎng)成分的差異進行檢測，例如：反相高效液相色譜法、熒光光譜檢測法、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用檢測法[9]。這些方法能夠為羊乳中摻假牛乳的檢測起到有效的支持。但卻存在如樣品預處理繁瑣、操作條件嚴苛等缺點[10]。因此一種可以高效快速檢測羊乳粉真實性的方法對維持羊乳產(chǎn)業(yè)健康穩(wěn)定發(fā)展具有重要意義。

差示掃描量熱（differential scanning calorimetry，DSC）法是一種比較簡單、方便的分析物質(zhì)熱學性質(zhì)的技術(shù)，該技術(shù)具有成本較低、不含有害試劑、樣品無需前處理等優(yōu)點。DSC能夠檢測食品發(fā)生熱學性質(zhì)變化時的轉(zhuǎn)變溫度和發(fā)生轉(zhuǎn)變時的熱焓變，具有較高的靈敏度，便于分析各種食物成分如蛋白質(zhì)[11]、脂肪[12]等的熱特性。劉功明等[13]將經(jīng)過不同溫度處理后的豬肉、牛肉和羊肉樣品利用DSC進行掃描，發(fā)現(xiàn)不同溫度熱處理肉樣熱相圖差異明顯，隨著處理溫度的升高，肉樣熱學峰的變性焓值隨溫度升高逐漸降低。DSC在乳制品方面多應(yīng)用于單組分的研究，包括乳糖[14]、乳蛋白[15]、乳脂肪[16]等，通過分析單一組分的熱學性質(zhì)并對其進行性能評定。DSC已被用于測定乳粉物理狀態(tài)、影響干燥工藝條件等。Szulc等[17]利用DSC研究添加植物性油脂和動物性油脂對于牛乳粉的穩(wěn)定性和融化溫度的影響，發(fā)現(xiàn)添加植物性油脂的牛乳粉更難融化。Pugliese等[18]通過對比分析來自歐洲不同產(chǎn)地的全脂、脫脂牛乳粉對比工業(yè)乳糖的DSC曲線，表明產(chǎn)地不同的牛乳粉DSC曲線總體趨勢和特征峰相同，結(jié)果不僅證明乳糖對于乳粉的熱力學特性有極大的影響，而且發(fā)現(xiàn)了影響非晶態(tài)乳糖形成的因素。

目前利用DSC在鑒別乳制品真?zhèn)畏矫娴难芯枯^少，但已有的研究結(jié)果表明這種方法在鑒別乳制品摻假方面具有很高的潛力[19]。Tomaszewska-Gras等[20]利用DSC分析和線性回歸模型表明，在黃油中添加棕櫚油會改變黃油樣品熔化過程的溫度、焓和最大熔化峰值高度等參數(shù)。Nurrulhidayah等[21]針對黃油中摻入豬油的問題，利用DSC分析發(fā)現(xiàn)，在升溫曲線中，黃油存在1 個小的吸熱峰與1 個大的吸熱峰，隨著豬油摻入量的增加，小的吸熱峰減小。本研究利用DSC技術(shù)對羊乳粉中摻入不同比例的牛乳粉進行檢測，對比羊乳粉和摻假牛乳粉的羊乳粉在DSC熱學性質(zhì)上的差異，旨在為研究羊乳粉、牛乳粉的熱學特征，以及羊乳粉中摻假牛乳粉的鑒別提供新穎的理論方法參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

純山羊乳粉（400 g袋裝） 市購；全脂牛乳粉（1 kg袋裝） 內(nèi)蒙古伊利實業(yè)集團有限公司。

氯化鋁（分析純） 天津市化學試劑六廠；氯化鈉（分析純） 天津市博迪化工有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

Q200型DSC儀 美國TA公司；FD-1A-50型真空冷凍干燥機 北京博醫(yī)康實驗儀器有限公司；HD-5型智能水分活度測量儀 無錫市華科儀器儀表有限公司；JA1203型電子天平 上海優(yōu)尼科儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 不同摻假比例羊乳粉的制備

稱取羊、牛乳粉以不同比例用蒸餾水摻假混合，制備混合摻假樣。具體方法為：取0.9 g羊乳粉和0.1 g牛乳粉于10 mL蒸餾水中混勻，制備10%摻假樣品，以同樣的方法按照羊乳粉與牛乳粉混合比例的不同分別制備75%、50%、25%、10%、5%、3%、1%的摻假樣品；取1 g羊乳粉于10 mL蒸餾水中混勻，制備全脂純羊乳樣；取1 g牛乳粉于10 mL蒸餾水中混勻，制備全脂純牛乳樣。

1.3.2 羊乳的真空冷凍干燥處理

全脂羊乳粉的制備：參照Alessandro等[22]的方法對全脂羊乳進行真空冷凍干燥處理，為減少對樣品造成的熱損害，先對樣品在-80 ℃進行了預冷凍30 min處理將羊乳內(nèi)的水分固化，防止在真空冷凍過程使樣品發(fā)生起泡、收縮等不良現(xiàn)象。通過控制干燥時間，預實驗篩選得到了冷凍干燥48 h時，樣品可以形成質(zhì)量穩(wěn)定的粉末。75%、50%、25%、10%、5%、3%、1%的摻假羊乳粉、全脂牛乳粉與制備全脂羊乳粉的步驟相同。

1.3.3 水分活度的測定

凍干樣品的水分活度（aw）用水分活度儀測定，實驗重復3 次，儀器采用標準過飽和氯化鋁溶液進行校準。

1.3.4 DSC分析

參考Ren Qingxi等[23]方法略作修改。用銦（熔化溫度156.6 ℃，ΔHm=28.5 J/g）和汞（熔化溫度-38.83 ℃，ΔHm=11.41 J/g）對儀器進行校準，并以一個空坩堝作為基準。準確稱取10 mg左右的乳粉樣品密封均勻平鋪于DSC儀坩堝底部，用于DSC分析，所有樣品設(shè)置3 個重復，在室溫條件下進行分析。用銦和汞對儀器進行校準。測定程序為：將樣品在26 ℃平衡5 min，以5 ℃/min冷卻至-80 ℃，在-80 ℃平衡5 min后以5 ℃/min加熱到250 ℃。用干燥氮氣以50 mL/min沖洗凈化樣品。每個樣本設(shè)置3 個重復。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用TA Universal Analysis軟件對DSC升溫曲線圖譜數(shù)據(jù)進行采集分析，得到峰值起始溫度（Ton），最大峰值溫度（Tp）和熱焓值（ΔH）。使用Origin 2015軟件進行數(shù)據(jù)處理以及使用SPSS 20.0軟件進行平均值計算和方差分析，分析差異顯著性（P＜0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 全脂牛乳粉和全脂羊乳粉DSC熱學分析

用DSC儀分別對全脂牛乳粉和全脂羊乳粉進行測定，結(jié)果如圖1、表1所示。由圖1可知，2 種全脂乳粉在整個溫度范圍內(nèi)出現(xiàn)多個位置相似的吸熱峰。這些峰主要是由乳脂、蛋白質(zhì)、乳糖等在DSC升溫過程中產(chǎn)生的熱學效應(yīng)而出現(xiàn)?？梢杂^察出全脂牛乳粉相比全脂羊乳粉缺少b峰，且全脂牛乳粉在e峰處的峰面積遠大于全脂羊乳粉。

圖1 全脂牛乳粉、全脂羊乳粉DSC曲線Fig.1 DSC curves of whole cow milk powder and whole goat milk powder

表1 全脂牛乳粉和全脂羊乳粉的水分活度及DSC熱學指標Table 1 Water activity and DSC thermal characteristics of whole cow milk powder and whole goat milk powder

全脂羊乳粉存在吸熱峰a、b，在這2 個特征峰的溫度范圍內(nèi)主要發(fā)生乳脂的熔化過程。根據(jù)Rahman等[24]和Fierz[25]的研究，DSC曲線圖上在10～30 ℃區(qū)間內(nèi)觀測到的吸熱溫度轉(zhuǎn)變是典型的乳脂肪分解熔化過程。對比全脂羊乳粉和全脂牛乳粉的DSC曲線圖可以發(fā)現(xiàn)，在全脂牛乳粉的DSC圖中幾乎無法觀察到較小的吸熱峰b。Gallier[26]和Prosser[27]等研究發(fā)現(xiàn)，牛羊乳的脂肪酸主要由豆蔻酸、棕櫚酸、油酸和硬脂酸組成，二者的差異在于羊乳中短鏈飽和脂肪酸含量相較牛乳更豐富，牛乳中總飽和脂肪酸含量比羊乳高出很多。根據(jù)牛羊乳在脂肪酸的差異，b峰可能是中短鏈脂肪酸的特征峰，該峰也可以作為鑒別牛羊乳差異的一個特征峰。任榮等[28]研究發(fā)現(xiàn)羊乳中的脂肪含量相比牛乳更高，這可能是導致全脂羊乳粉a峰焓值大于全脂牛乳粉的原因。王筠鈉等[29]研究得出乳脂肪酸飽和度越高，則熔點也就越高。所以全脂牛乳粉a峰的峰值溫度（17.29 ℃）相比全脂羊乳粉（12.23 ℃）更大。

在90 ℃左右，全脂牛乳粉（88.53 ℃）和全脂羊乳粉（81.64 ℃）均出現(xiàn)一個明顯的吸熱峰c，Szulc等[17]分析了工業(yè)規(guī)模化生產(chǎn)的牛乳粉，認為在94.23 ℃產(chǎn)生的吸熱轉(zhuǎn)變與乳球蛋白變性有關(guān)。在這個特征峰溫度蛋白質(zhì)會發(fā)生吸熱變性。全脂羊乳粉在81 ℃左右出現(xiàn)一個熱焓值較大的吸熱峰c峰，此結(jié)果與蛋白質(zhì)（β-乳球蛋白）變性的溫度水平非常相似。羊乳中β-乳球蛋白可能是以一種寡聚蛋白的形式存在，而牛乳中β-乳球蛋白多以聚合態(tài)存在[30-31]，從而可能導致蛋白質(zhì)變性溫度增加而產(chǎn)生吸熱峰后移的情況。所以在DSC曲線上羊乳粉首先觀測到c峰，而牛乳粉c峰出現(xiàn)時間比較后滯。楊寶雨[32]和蔡俊娜[33]等的研究表明，羊乳中的β-乳球蛋白含量顯著低于牛乳中的含量。這可能是導致全脂羊乳粉c峰的焓值（43.95 J/g）遠小于全脂牛乳粉c峰的焓值（74.25 J/g）的原因。

而在150～190 ℃范圍內(nèi)存在2 個明顯的吸熱峰（d、e峰），Górska[30]和Szepes[34]等研究了無定形乳糖和結(jié)晶乳糖的相變溫度，并分別在144 ℃（水分蒸發(fā)）和213 ℃（乳糖的真正熔化）觀察到了DSC圖上的熱峰。本研究在DSC曲線圖中觀察到吸熱峰d峰位于150～160 ℃范圍內(nèi)，該處峰是乳糖水分的蒸發(fā)，吸熱峰e即乳糖開始熔化分解的轉(zhuǎn)變溫度在170～190 ℃范圍內(nèi)。與純?nèi)樘窍啾?，本研究乳粉中乳糖的熔化溫度相對較低。根據(jù)Górska等[30]的研究，乳糖熔點溫度取決于糖的狀態(tài)。乳粉中所含乳糖基本以非晶態(tài)的玻璃無定型態(tài)存在，故可能的原因是乳粉中無定型乳糖與其他物質(zhì)反應(yīng)疊加影響到乳糖的熔化過程[35-36]。155～185 ℃的溫度范圍是乳糖的相變?nèi)刍^程。全脂羊乳粉和全脂牛乳粉的d峰相比未有明顯變化，而全脂羊乳粉e峰的熱焓值（5.009 J/g）相比全脂牛乳粉（21.79 J/g）要低。這可能是因為牛乳相比羊乳含有較高的乳糖[1]，反應(yīng)在焓值上使全脂牛乳粉d峰的熱焓值更大。

結(jié)合圖1和表1可發(fā)現(xiàn)，全脂羊乳粉相對于全脂牛乳粉的區(qū)別主要為：全脂羊乳粉的a峰峰值溫度、c峰峰值溫度和c峰熱焓值均小于全脂牛乳粉；全脂牛乳粉缺失吸熱峰b峰；全脂羊乳粉的e峰熱焓值遠高于全脂牛乳粉。二者在上述特征峰以及熱學指標上的差異，可以為鑒別摻假不同比例牛乳粉的羊乳粉提供理論依據(jù)。

2.2 全脂羊乳粉和低比例摻假羊乳粉的DSC熱學分析

用DSC儀對摻入較低比例牛乳粉（10%、5%、3%、1%）的摻假羊乳粉以及全脂羊乳粉進行測定，結(jié)果如圖2、表2所示。

圖2 羊乳粉例摻不同比假牛乳粉（10%、5%、3%、1%）DSC曲線Fig.2 DSC curves of goat milk powder adulterated with different proportions of cow milk powder (10%,5%,3% and 1%)

表2 不同摻假比例（10%、5%、3%、1%）乳粉樣品的水分活度及熱力學物理指標Table 2 Water activity and DSC thermal characteristics of goat milk powder samples adulterated with different proportions of cow’s milk powder (10%,5%,3% and 1%)

由圖2可知，添加10%、5%、3%、1%牛乳粉的羊乳粉與全脂羊乳粉的DSC曲線在整個溫度范圍內(nèi)呈現(xiàn)相似峰形，表現(xiàn)出多個吸熱特征反應(yīng)。依據(jù)全脂牛乳粉和全脂羊乳粉的DSC分析結(jié)果看，a、b峰為乳脂肪熔化峰，c峰為蛋白質(zhì)熔化峰，吸熱峰d為乳糖水分的蒸發(fā)，e峰為乳糖的熔化峰。曲線上a峰的峰形隨摻入牛乳粉比例的增大逐漸變得尖銳，b峰的峰形隨著摻假比例的逐漸升高有比較明顯的變小趨勢，峰位置向右偏移。

結(jié)合表2各峰的溫度范圍可知，當溫度升至12 ℃左右時，這4 個不同比例摻假樣品都開始出現(xiàn)吸熱峰，表明乳粉組分開始發(fā)生熔化，此處（a峰）為乳脂肪相變?nèi)刍^程。該峰起始溫度Ton在2 ℃左右，峰值溫度Tp在12 ℃左右。全脂羊乳粉在a峰對應(yīng)處的熱焓值為11.11 J/g，摻入不同比例牛乳粉樣品的熱焓值均小于純羊乳粉熱焓值，且差異顯著（表2）并且隨著摻入牛乳粉比例的增大而減小。當溫度在30 ℃左右時，出現(xiàn)一個較小的吸熱峰（b峰）。全脂羊乳粉在b峰對應(yīng)處的熱焓值為1.20 J/g，摻入1%、3%、5%、10%比例牛乳粉摻假樣品的熱焓值均比純羊乳粉熱焓值小，各個樣品之間有顯著差異，熱焓值隨著摻假比例的增大而呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢，同時該b峰的峰值溫度逐漸升高。

在50～80 ℃的溫度區(qū)間內(nèi)，出現(xiàn)了一個較大較寬的吸熱峰（c峰），此處為蛋白質(zhì)熔化的溫度范圍，該峰起始溫度在50 ℃左右，峰值溫度在80 ℃左右。吸熱峰c的峰值溫度和熱焓值在摻假比例10%以內(nèi)有所波動但總體呈現(xiàn)向降低的趨勢。

當DSC升溫達到140～190 ℃范圍內(nèi)，乳糖開始熔化，出現(xiàn)了2 個吸熱峰（d峰、e峰）。隨著摻入牛乳粉比例的增大，e峰的峰值溫度在逐漸增大，e峰焓值在3%、1%的摻假比例內(nèi)緩慢增加，在5%摻假（8.71 J/g）比例出現(xiàn)較明顯的增大，焓值整體呈增大趨勢，各個樣品之間差異顯著（表2）。

在摻入較低比例牛乳粉的羊乳粉樣品和全脂羊乳粉的比較中，可以發(fā)現(xiàn)b峰的熱焓值隨著摻假比例的增大而減??；c峰峰值溫度和熱焓值整體呈降低趨勢但存在波動；e峰焓值隨摻假比例增大而逐漸增大。由于b峰和e峰的熱焓值在樣品間存在顯著差異，可以用b峰的熱焓值大于5.009 J/g、小于8.71 J/g或通過b峰的熱焓值大于0.46 J/g、小于1.20 J/g推斷羊乳粉中摻假了牛乳粉而且摻假比例在10%以下。

2.3 全脂羊乳粉和高比例摻假羊乳粉的DSC熱學分析

用DSC儀對摻入較高比例牛乳粉（75%、50%、25%）的摻假羊乳粉以及全脂羊乳粉進行測定，結(jié)果如圖3、表3所示。

表3 不同摻假比例（75%、50%、25%）乳粉樣品的水分活度及物理指標Table 3 Water activity and DSC thermal characteristics of goat milk powder samples adulterated with different proportions of cow’s milk powder (75%,50% and 25%)

圖3 羊乳粉摻假不同比例牛乳粉（75%、50%、25%）DSC曲線Fig.3 DSC curves of goat milk powder adulterated with different proportions of cow’s milk powder (75%,50% and 25%)

由圖3可知，添加75%、50%、25%牛乳粉的羊乳粉與全脂羊乳粉的DSC曲線在整個溫度范圍內(nèi)呈相似峰形，表現(xiàn)出多個吸熱特征反應(yīng)。a峰的峰形隨摻入牛乳粉比例的增大逐漸變小，b峰的峰形在摻入牛乳粉的比例大于25%后，幾乎無法在曲線圖中被觀察到；e峰的峰形和峰面積隨著摻入牛乳粉的增多，發(fā)生了較為明顯的增大。

結(jié)合表3可知，當溫度升至12 ℃左右時，a峰為乳脂肪相變?nèi)刍^程。全脂羊乳粉在a峰對應(yīng)處的峰值溫度為12.23 ℃，熱焓值為11.11 J/g，摻入較高比例牛乳粉的樣品的熱焓值均遠小于純羊乳粉熱焓值，并且隨著摻入牛乳粉比例的增大而大幅減小，但是摻假50%和25%的樣品兩者熱焓值無顯著差異。

在50～80 ℃溫度區(qū)間內(nèi)出現(xiàn)的蛋白質(zhì)熔化吸熱峰（c峰），峰起始溫度在50 ℃左右，峰值溫度在80 ℃左右。隨著牛乳粉摻入比例的增大，樣品曲線的c峰的峰值溫度雖呈增加趨勢，但不如全脂羊乳粉（81.64 ℃）高。c峰焓值在高比例摻假樣品中出現(xiàn)隨摻入牛乳粉增加而增加的情況，這和低比例摻假樣品情況相反。這可能是由于乳粉這種粉末狀物質(zhì)的組成而對DSC曲線上峰的位置（峰值溫度）、大?。犰手担┯杏绊慬37]。

在140～190 ℃乳糖熔化范圍，出現(xiàn)乳糖中水分蒸發(fā)的d峰和乳糖融化分解的e峰。隨著牛乳粉摻入比例的增大，e峰的峰值溫度和熱焓值在逐漸增大，各個樣品熱焓值存在顯著差異。

在摻入較高比例牛乳粉的樣品和全脂羊乳粉的比較中，可以發(fā)現(xiàn)b峰的熱焓值在摻假比例25%以上的樣品中無法被觀測到；c峰峰值溫度及熱焓值卻存在和低摻假比例樣品相反的增大趨勢；e峰焓值隨摻假比例增大而逐漸增大，且差異顯著?？梢杂胑峰的熱焓值大于11.389 J/g、小于17.21 J/g或通過是否存在b峰粗略估計羊乳粉中摻假牛乳粉的比例在25%～75%。

3 結(jié)論

全脂牛、羊乳粉的差異體現(xiàn)在：羊乳粉在乳脂融化吸熱峰a的峰值溫度小于牛乳粉；羊乳粉存在吸熱峰b而牛乳粉則缺失該峰，該峰b可視為2 種乳粉定性判別的差異峰；羊乳粉蛋白質(zhì)熔化c峰峰值溫度和c峰熱焓值均低于牛乳粉；羊乳粉在乳糖熔化e峰的熱焓值遠高于牛乳粉。

通過分析摻入不同比例牛乳粉的羊乳粉，發(fā)現(xiàn)吸熱峰b的峰形差異，在高摻假比例（≥25%）樣品中可定性檢測摻假牛乳粉的問題，而在低摻假比例（≤10%且≥1%）中也可通過b峰熱焓值判斷樣品中牛乳粉的摻入量?？梢酝ㄟ^分析檢測150～290 ℃乳糖熔化分解峰e的焓值判斷羊乳粉摻入牛乳粉的摻假量范圍。而在75～90 ℃出現(xiàn)的蛋白質(zhì)變性吸熱峰c，易受外界影響故無法有效判斷摻假問題。

本研究證明了DSC技術(shù)可以實現(xiàn)對羊乳粉、牛乳粉熱學性質(zhì)的分析和評價，該技術(shù)也可作為乳制品行業(yè)質(zhì)量保證和真實性鑒別的潛在分析工具，為快速高效檢測羊乳粉中摻假牛乳粉提供一定的理論依據(jù)。