[0001] 本发明涉及乳制品杀菌技术领域，具体涉及一种光声耦合与巴氏协同的牛奶杀菌方法。

[0002] 牛奶是一种营养丰富、易消化吸收的食品，含有人体所需的多种营养成分。然而，牛奶是一种非常容易腐败变质的食品，如果不经过杀菌处理，牛奶中的微生物会快速繁殖，影响并破坏营养价值。

[0003] 目前，国际上通用的巴氏杀菌主要有两种方法：第一种是低温长时巴氏杀菌，是将牛奶加热到62℃‑65℃，保持30min，采用这一方法，可杀死牛奶中各种生长型致病菌，但此方法灭菌效果不如高温杀菌，且时间较久生产效率较低；第二种方法是高温短时巴氏杀菌，是将牛奶加热到72‑80℃，15s‑16s，其杀菌时间短，工作效率高，但杀菌温度较高会导致牛奶较大的营养损失。另外，上述两种方法杀菌后残留的微生物会随着时间而繁殖增长，导致产品的货架期短。

[0017] 下面将结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0018] 在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。

[0019] 实施例1一种光声耦合与巴氏协同的牛奶杀菌方法，包括如下步骤：
S1：将50Kg生鲜牛乳通入光声耦合杀菌设备中进行循环杀菌处理1.5h，温度为35℃；杀菌室包括超声振子、微波发生器和微波紫外灯管；所述超声振子功率为28kHz，所述微波紫外灯管功率为1210W；所述微波紫外灯管辐射的紫外线为C波段紫外线，波长为254；
S2：将光声耦合杀菌处理后的牛奶进行均质化处理，均质温度59.1℃，压力一级/二级为250bar/50bar；
S3：将均质处理后的牛奶进行巴氏杀菌，巴氏杀菌温度为75.6℃，时间为15s；
S4：将巴氏杀菌后的牛奶进行罐装（灌装温度11.7℃），然后在4℃储存。

[0020] 为验证杀菌效果，分别对巴氏杀菌、光声耦合杀菌、光声耦合与巴氏协同杀菌进行验证。菌落总数采用平板计数法（参照国标GB 4789.2—2022）对照例1
将未杀菌的生鲜牛乳在37℃培养箱中培养24小时，测量菌落总数，平行测试三组，实验结果如表1所示：
表1 未杀菌的生鲜牛乳在37℃下培养24h的菌落数

[0021] 从表1中可以看出，培养24h后牛奶的菌落总数分别达到1.3×103CFU/mL、3.0×3 3 3
10 CFU/mL、2.2×10CFU/mL，平均菌落总数为2.2×10 CFU/mL。这表明生鲜乳未经杀菌处理，存在乳中微生物随时间繁殖增长，致使乳变质。

[0022] 对照例2采用巴氏牛奶杀菌方法对牛奶进行杀菌，包括如下步骤：
S1：将50Kg生鲜牛乳进行均质化处理，均质温度59.7℃，压力一级/二级为250bar/
50bar；
S2：将均质处理后的牛奶进行巴氏杀菌，巴氏杀菌温度为75.4℃，时间为15s；
S3：将巴氏杀菌后的牛奶进行罐装（灌装温度11.3℃），然后在4℃储存。

[0023] 取S3中的牛奶在37℃培养箱中培养24小时，测量菌落总数，平行测试三组，实验结果如表2所示：表2 巴氏杀菌牛奶在37℃下培养24h的菌落数

[0024] 从表2中可以看出，巴氏杀菌法处理的牛奶培养24h后的菌落总数分别达到了9.01 2 2 2
×10CFU/mL、1.3×10CFU/mL、1.0×10CFU/mL，平均菌落总数为1.1×10CFU/mL。相较于未杀菌生鲜牛乳中菌落总数大幅度下降，对比24h培养数据，巴氏杀菌处理生鲜牛乳的杀菌率为95.07%，杀菌效果明显。

[0025] 对照例3采用光声耦合的牛奶杀菌方法对牛奶进行杀菌，包括如下步骤：
S1：将50Kg生鲜牛乳通入光声耦合杀菌设备中进行循环杀菌处理1.5h，温度为35℃；杀菌室包括超声振子、微波发生器和微波紫外灯管；所述超声振子功率为28kHz，所述微波紫外灯管功率为1210W；所述微波紫外灯管辐射的紫外线为C波段紫外线，波长为254 nm；
S2：将光声耦合法杀菌后的牛奶进行罐装，在4℃下储存。

[0026] 取S2中的牛奶在37℃培养箱中培养24小时，测量菌落总数，平行测试三组，实验结果如表3所示：表3 光声耦合杀菌牛奶在37℃下培养24h的菌落数

[0027] 从表3中可以看出，单独的光声耦合杀菌法处理的牛奶培养24h后的三组数据中菌2 2 2
落总数分别达到了3.5×10CFU/mL、4.2×10CFU/mL、4.0×10CFU/mL，平均菌落总数为3.9
2
×10CFU/mL。相较于未杀菌生鲜牛乳中的菌落总数量下降，对比24h培养数据，光声耦合杀菌处理生鲜牛乳的杀菌率为83.08%。

[0028] 测试例1取实施例1杀菌后的牛奶在37℃培养箱中培养24小时，测量菌落总数，平行测试三组，实验结果如表4所示：
表4 光声耦合与巴氏协同杀菌牛奶在37℃下培养24h的菌落数

[0029] 从表4中可以看出，光声耦合与巴氏协同杀菌牛奶培养24h后的三组数据中菌落总1 1 1
数分别达到了1.0×10CFU/mL、2.0×10 CFU/mL、1.0×10CFU/mL，平均菌落总数为1.3×
1
10CFU/mL。相较于未杀菌生鲜牛乳中的菌落总数量大幅度下降，对比24h培养数据，光声耦合与巴氏协同杀菌处理生鲜牛乳的杀菌率为99.40%，杀菌效果明显，并显著强于仅用巴氏杀菌处理的杀菌率。

[0030] 对未杀菌生鲜牛乳（对照例1）、巴氏杀菌处理牛奶（对照例2）、光声耦合杀菌处理牛奶（对照例3）、光声耦合与巴氏协同杀菌处理牛奶（测试例1）进行杀菌率比较，如表5所示：表5 各杀菌方法之间杀菌效果对比（37℃下培养24h）

[0031] 由表5可知，在各类杀菌方法中，在37℃的恒温培养箱中培养24h后检测菌落总数结果表明。杀菌效果最好的方法为光声耦合与巴氏协同杀菌，杀菌率可以达到99.40%。这说明通过引入光声耦合杀菌技术与巴氏杀菌协同杀菌，明显增强了生鲜牛乳的低温杀菌效率。

[0032] 为验证储存货架期，分别对巴氏杀菌、光声耦合杀菌、光声耦合与巴氏协同杀菌进行对比研究验证。

[0033] 对照例4采用巴氏牛奶杀菌方法对牛奶进行杀菌，包括如下步骤：
S1：将50Kg生鲜牛乳进行均质化处理，均质温度59.1℃，压力一级/二级为250bar/
50bar；
S2：将均质处理后的牛奶进行巴氏杀菌，巴氏杀菌温度为75.6℃，时间为15s；
S3：将巴氏杀菌后的牛奶进行罐装（灌装温度11.7℃）、在4℃下储存。

[0034] 在S3中牛奶4℃储存5天后，对其检测菌落生长情况，平行测试2组，如表6所示：表6 储存5天的巴氏杀菌牛奶在37℃下培养的菌落数

[0035] 由表6可知，经巴氏杀菌处理的牛奶在4℃冷藏储存5天后培养24h后的两组数据中1 1
菌落总数分别达到了7.0×10CFU/mL、6.0×10 CFU/mL；培养48h后的两组数据中菌落总数
2 2 2
分别上升到1.6×10 CFU/mL、1.0×10CFU/mL，菌落总数的平均值为1.3×10 。相较于刚杀
2
菌后的菌落总数平均值（1.1×10）并无较大变化，可见在第5天，单独巴氏杀菌处理的牛奶微生物情况良好。

[0036] 在S3中牛奶4℃储存10天后，对其检测菌落生长情况，平行测试2组，如表7所示：表7 储存10天的巴氏杀菌牛奶在37℃下培养的菌落数

[0037] 由表7可知，经巴氏杀菌处理的牛奶在4℃冷藏储存5天后培养24h后的两组数据中2 1
菌落总数分别达到了1.5×10CFU/mL、6.0×10 CFU/mL；培养48h后的两组数据中菌落总数
2 2 2
分别上升到2.4×10 CFU/mL、1.3×10 CFU/mL，菌落总数的平均值为1.9×10CFU/mL。相较于储存5天的巴氏杀菌牛奶中菌落总数仍并无较大变化，可见在第10天，单独巴氏杀菌处理的牛奶微生物情况良好。而从图2与图3（同一稀释梯度）的平板计数照片对比可见，经单独巴氏杀菌处理的牛奶在4℃储存17天后培养24h后的两组数据中菌落总数上升至无法计数
5
的情况，这远超过巴氏奶国家标准中微生物最高安全限量值（1.0×10 CFU/mL），可见单独巴氏杀菌牛奶的货架期小于17天。

[0038] 测试例2在实施例1杀菌处理的牛奶4℃储存5天后，对其检测菌落生长情况，平行测试2组，如表8所示：
表8 储存5天的光声耦合与巴氏协同杀菌牛奶在37℃培养下的菌落数

[0039] 从表8中可知，经光声耦合与巴氏协同杀菌的牛奶在4℃冷藏储存5天后培养24h后1 1
的两组数据中菌落总数分别达到了2.0×10 CFU/mL、1.0×10CFU/mL；培养48h后的两组数
1 1
据中菌落总数分别上升到7.0×10CFU/mL、2.0×10 CFU/mL，菌落总数的平均值为4.5×
1 1
10CFU/mL。相较于刚杀菌后的菌落并无变化（1.3×10CFU/mL），可见在第5天，光声耦合与巴氏协同杀菌后牛奶微生物情况良好。

[0040] 测试例3在实施例1杀菌处理的牛奶4℃储存10天后，对其检测菌落生长情况，平行测试2组，如表9所示：
表9 储存10天的光声耦合与巴氏协同杀菌牛奶在37℃培养下的菌落数

[0041] 从表9中可知，经光声耦合与巴氏协同杀菌的牛奶在4℃冷藏储存10天后培养24h1
后的两组数据中菌落总数分别都是4.0×10CFU/mL；培养48h后的两组数据中菌落总数分
2 2 2
别上升到1.7×10CFU/mL、1.8×10 CFU/mL，菌落总数的平均值为1.8×10CFU/mL，小于单
2
独巴氏杀菌后牛奶在4℃储存10天后37℃下培养48h的菌落总数平均值1.9×10CFU/mL。

[0042] 测试例4在实施例1杀菌处理的牛奶4℃储存17天后，对其检测菌落生长情况，平行测试2组，如表10所示：
表10 储存17天的光声耦合与巴氏协同杀菌牛奶在37℃培养下的菌落数

[0043] 从表10中可知，经光声耦合与巴氏协同杀菌的牛奶在4℃冷藏储存17天后培养24h4 4
后的两组数据中菌落总数分别达到了1.5×10CFU/mL、1.4×10 CFU/mL；培养48h后的两组
4 4
数据中菌落总数分别上升到2.3×10CFU/mL、1.9×10CFU/mL，菌落总数的平均值为2.1×
4
10CFU/mL。相较于杀菌后4℃冷藏储存10天后牛奶中菌落上升了两个数量级，但仍未超过
5
巴氏奶国家标准中微生物最高安全限量值（1.0×10）。而单独巴氏杀菌处理的牛奶在4℃冷藏储存17天后牛奶中微生物菌落总数已无法计数，说明已超过巴氏奶国家标准中微生物最高安全限量值，牛奶变质。

[0044] 测试例5在实施例1杀菌处理的牛奶4℃储存21天后，对其检测菌落生长情况，平行测试2组，如表11所示：
表11 储存21天的光声耦合与巴氏协同杀菌牛奶在37℃培养下的菌落数

[0045] 从表11中可知，经光声耦合与巴氏协同杀菌的牛奶在4℃冷藏储存21天后培养24h4 4
后的两组数据中菌落总数分别达到了2.8×10CFU/mL、3.1×10 CFU/mL；培养48h后的两组
4 4
数据中菌落总数分别上升到4.2×10CFU/mL、6.6×10CFU/mL，菌落总数的平均值为5.4×
4
10CFU/mL，仍与4℃存储17天杀菌牛奶中菌落总数处于1个数量级，也仍未超过巴氏奶国家
5
标准中微生物最高安全限量值（1.0×10）。

[0046] 由以上数据可知，光声耦合与巴氏协同杀菌处理的牛奶的冷藏储存效果优于单独巴氏杀菌处理的牛奶的冷藏储存效果，可见本发明所述的协同杀菌方法能够延长巴氏杀菌奶的货架期。

[0047] 测试例6对巴氏杀菌处理、光声耦合与巴氏协同杀菌处理后的牛奶进行营养成分测试，测试结果如表12所示：
表12 不同杀菌处理后牛奶的乳成分对比

[0048] 注：H：巴氏杀菌，P‑H：光声耦合与巴氏协同杀菌由表13可知，与巴氏杀菌牛奶的乳成分进行对比，光声耦合与巴氏协同杀菌牛奶的脂肪含量较H的脂肪含量低0.05%，蛋白质则高0.02%，非脂总固体高0.06%，总固高0.01%，乳糖高0.03%。两种杀菌处理后牛奶的成分无明显差异，这说明光声耦合杀菌技术的引入对巴氏杀菌牛奶的营养成分破坏非常小。

[0049] 综上所述，本发明实现了在较低温度下对牛奶中微生物进行杀菌，杀菌迅速、杀灭率高，避免了传统的高温杀菌技术对牛奶营养成分的破坏，同时延长了巴氏杀菌牛奶的货架期；有利于产品储存、运输和销售，减少了因巴氏牛奶货架期短而销毁造成的损失。