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奶牛摄入羽扇豆后牛奶中吡咯里西啶生物碱的加工命运

期刊:food additives & contaminants: part aDOI:10.1080/19440049.2017.1364432

本研究由Monique de Nijs、Patrick P. J. Mulder、Mirjam D. Klijnstra、Frank Driehuis和Ron L. A. P. Hoogenboom共同完成,研究机构包括荷兰瓦赫宁根大学及研究中心(Wageningen University & Research)和荷兰NIZO食品研究所(NIZO Food Research)。该研究发表于2017年8月的《Food Additives & Contaminants: Part A》期刊,题为《Fate of pyrrolizidine alkaloids during processing of milk of cows treated with ragwort》。

学术背景

吡咯里西啶生物碱(Pyrrolizidine Alkaloids,PAs)是一类存在于某些植物中的有毒次级代谢产物,对人体和动物健康具有潜在风险。研究表明,PAs具有致癌性和基因毒性,因此需要严格控制其在食品中的暴露量。欧洲食品安全局(EFSA)评估了PAs在食品和饲料中的存在,并指出当前的暴露水平未能确保足够的安全边际。特别是,牛奶及其制品作为PAs的潜在来源之一,近年来受到关注。尽管PAs在牛奶中的浓度通常较低,但其稳定性和在加工过程中的变化尚未完全明确。因此,本研究旨在探讨PAs在牛奶加工过程中的命运,特别是巴氏杀菌、超高温灭菌(UHT)、酸奶发酵和奶酪制作等常见加工工艺对PAs浓度和组成的影响。

研究流程

本研究分为多个步骤,涵盖了从牛奶采集到最终产品分析的完整流程。

  1. 牛奶采集与预处理
    研究使用3头荷兰荷斯坦奶牛,通过瘤胃瘘管给予含84%普通千里光(Jacobaea vulgaris)和16%窄叶千里光(Senecio inaequidens)的混合植物材料。采集的牛奶经过热化处理(68°C,13秒),随后离心分离为脱脂牛奶和奶油,并标准化为不同脂肪含量的牛奶用于后续加工。

  2. 巴氏杀菌与UHT灭菌
    标准化半脱脂牛奶(1.5%脂肪)分别进行巴氏杀菌(76°C,15秒)和UHT灭菌(140°C,4秒)。处理后样品冷却并储存于-20°C,待后续分析。

  3. 酸奶发酵
    标准化酸奶牛奶(3.0%脂肪)加热至93°C,5分钟后冷却至42°C,接种商业酸奶发酵剂(含Streptococcus thermophilus和Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus),在42°C下发酵6小时至pH 4.4。发酵后的酸奶样品储存于-20°C。

  4. 奶酪制作
    标准化奶酪牛奶(3.5%脂肪)进行巴氏杀菌(72°C,15秒)后冷却至31°C,接种商业奶酪发酵剂(含Lactococcus lactis cremoris和Leuconostoc spp.),加入动物源凝乳酶、硝酸钠和氯化钙。经过56分钟发酵后,进行切割、洗涤、加热、排乳清和压榨等步骤,最终制成奶酪。奶酪在13°C、88%相对湿度下熟化6周,每周取样分析。

  5. PAs分析
    使用液相色谱-串联质谱法(LC-MS/MS)分析牛奶及其制品中的29种PAs,检测限(LOQ)为0.1 µg/L。样品经过提取、净化和浓缩后,采用标准加入法进行定量分析。

主要结果

  1. 热处理对PAs的影响
    巴氏杀菌和UHT灭菌对牛奶中PAs的浓度和组成均无显著影响,表明PAs在高温下具有较高的稳定性。

  2. 酸奶发酵对PAs的影响
    酸奶发酵过程中,总PAs浓度下降了27%,主要归因于微生物活动。发酵后的酸奶中检测到的PAs主要为jacoline,占总PAs的68-73%。

  3. 奶酪制作与熟化对PAs的影响
    在奶酪制作的第一步(56分钟发酵)中,PAs主要转移到乳清中,奶酪中的PAs浓度有所下降,特别是dehydrojacoline的浓度显著降低。在6周的熟化过程中,奶酪中的PAs浓度进一步下降了38%。

结论

本研究表明,牛奶中的PAs在巴氏杀菌和UHT灭菌过程中保持稳定,但在酸奶发酵和奶酪制作过程中,微生物活动可能导致PAs的降解。特别是,发酵过程中jacoline和dehydrojacoline的浓度显著降低。这些发现为评估PAs在乳制品中的暴露风险提供了重要依据,同时也强调了控制饲料中PAs含量的重要性。

研究亮点

  1. PAs在热处理中的稳定性
    首次系统评估了巴氏杀菌和UHT灭菌对PAs的影响,证实了PAs在高温下的稳定性。

  2. 微生物降解PAs的机制
    揭示了酸奶发酵和奶酪制作过程中微生物对PAs的降解作用,为乳制品加工中的PAs控制提供了新思路。

  3. 全面分析PAs在乳制品中的命运
    通过多步骤实验,全面分析了PAs在牛奶加工过程中的变化,为风险评估提供了详实的数据支持。

其他价值

本研究的成果不仅为乳制品行业提供了PAs控制的技术依据,也为食品安全监管机构制定相关标准提供了科学参考。此外,研究方法的创新性和实验设计的严谨性为后续类似研究提供了重要借鉴。

通过本研究的深入分析,我们更好地理解了PAs在乳制品加工中的行为,为降低消费者暴露风险提供了科学依据。

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