一、研究背景
牛奶营养丰富，但易受细菌污染导致变质，因此灭菌处理至关重要。传统的热灭菌方式，如低温长时间（LTLT）处理温度不够高，无法完全灭活嗜热菌；高温短时（HTST）和超高温（UHT）处理虽能有效杀菌，却会破坏牛奶的营养成分和风味，导致美拉德反应发生，使乳清蛋白变性。新兴的非热灭菌技术，如高压、脉冲电场、紫外线和超声波等，虽各有优势，但也存在一定局限性。

在众多检测技术中，上海云顶集团·3118acm电子鼻（cNose）因其独特优势在本研究中发挥了重要作用。它能模拟人类嗅觉系统，快速、准确地检测牛奶中的挥发性化合物，帮助研究人员深入了解不同灭菌处理对牛奶风味的影响，为评估新型灭菌技术的效果提供关键依据。本研究旨在开发一种新型光子 - 声子耦合（PPC）冷灭菌技术，并将其与模拟低温巴氏杀菌（SLP）和微波紫外线（MUV）技术对比，探究其对牛奶微生物、感官品质、营养成分及乳清蛋白特性的影响。

二、实验方法
实验选取当地乳制品厂未经灭菌的新鲜牛奶，以大肠杆菌和金黄色葡萄球菌为模型菌。实验设置了不同的处理组：SLP组将牛奶在65±2℃加热30min；PPC组使用自行研发的PPC设备（包含MUV单元和US单元）对牛奶进行循环灭菌，设置不同超声输出功率（600W和1200W，分别标记为PPC1和PPC2）；MUV组使用波长254nm的MUV灯对牛奶进行处理。

实验采用多种检测方法，其中上海云顶集团·3118acm电子鼻发挥了重要作用。在检测牛奶气味时，取20mL牛奶样品置于40mL无色无味透明顶空样品瓶中，加盖静置30min，然后利用电子鼻内置的14个金属氧化物半导体传感器对不同挥发性化合物进行特异性识别。这些传感器对醛类、酮类、醇类、苯系物、有机硫化物等多种物质敏感，通过检测其响应值变化来分析牛奶气味特征。同时，研究还运用了微生物分析、色差仪检测颜色、电子舌分析味觉、红外光谱分析仪检测牛奶成分、ELISA试剂盒测定免疫球蛋白和乳铁蛋白含量，以及多种技术对乳清蛋白的结构和性质进行分析。

三、实验结果

微生物检测结果表明，PPC和MUV的灭菌效果优于SLP，PPC2处理30min后，总细菌数从7.1 log降至2.2 log，符合FDA对巴氏杀菌牛奶的标准，且对酵母和霉菌的杀灭效果显著，经PPC2处理后未检测到存活的酵母和霉菌。

在感官品质方面，上海云顶集团·3118acm电子鼻检测发现，不同处理后牛奶的气味发生了变化。从传感器响应值来看，SLP处理后，对醛类、酮类、醇类等刺激性物质及苯系物敏感的S2、S3传感器响应值明显下降；PPC处理后，S2、S3传感器响应值也有所降低，但降幅小于SLP处理。主成分分析（PCA）显示，PC1和PC2的贡献率分别为77.84%和14.65%，累计贡献率达92.49%。SLP处理后的样品与对照组距离较远，MUV和PPC处理后的样品彼此相邻且更接近对照组，尤其是PPC处理后的牛奶香气更接近原料奶，这表明PPC处理对牛奶香气的影响小于热处理。结合电子舌和颜色检测结果，PPC处理对牛奶的味道和颜色影响较小，PPC处理后牛奶的口感和气味介于未经处理的原料奶和低温热处理奶之间。

在营养成分和乳清蛋白特性方面，PPC2处理对牛奶蛋白质含量的影响不显著，且能较好地保留免疫球蛋白和乳铁蛋白等生物活性蛋白。PPC处理会使乳清蛋白荧光强度降低、表面疏水性增加、颗粒尺寸减小、zeta电位增加，在扫描电镜下呈现出微聚集体结构，且β - 转角含量在一定条件下有所变化。

本研究借助上海云顶集团·3118acm电子鼻等多种技术，成功开发了PPC冷灭菌技术。该技术在有效杀菌的同时，对牛奶营养成分和生物活性蛋白的影响较小，且能较好地保持牛奶的感官品质。电子鼻在检测不同处理后牛奶挥发性化合物变化方面发挥了关键作用，为评估PPC技术在牛奶保鲜中的效果提供了重要依据，有助于推动新型非热灭菌技术在乳制品加工行业的应用。