牛奶大概是最不让中国人民省心的食物了，不是一会儿多了个什么O，就是一会儿多了个什么菌。事实上，牛奶工业一路走来，逐步建立起的各种规范措施还是相当严格的，若非一些人为因素的扰乱，也不至于如此让人凌乱，让我们来了解一下牛奶的灭菌。
让温度与时间来杀死它们
大家都知道许多细菌能够导致人们生病。健康奶牛新产的奶中细菌非常少，但细菌在自然环境中无处不在。对于细菌来说，牛奶可以算得上生长的乐园。在7摄氏度以上，很多细菌就可以“星火燎原”了。
现代社会的牛奶不可能现挤现喝。从挤出到分销到消费者手中，总是需要一段时间。在这段时间里，细菌有无数机会进入牛奶，蓬勃发展起来。虽然有一些人追逐“未经热处理的生奶”，不过细菌污染的风险实在太大。世界各国的学术界和食品管理机构，都不赞同喝这样的生奶。
灭菌，成了当今牛奶产销中不可缺少的一个环节。
一般来说，稍微有一点生活常识就不难理解：温度和时间，是决定细菌能否被杀死的两个关键因素。细菌不是一个物种，而是无数物种的统称。通常每一种细菌有最适合它生长的条件。在该条件下，那种细菌可以很容易地大量滋生。在某些“不利条件”下，比如低温，细菌只是停止了活动，但并没有被杀死。只要等到条件适合，它们就又活跃起来。而有的“不利条件”下，比如高温，它们就可能被杀死，而无法起死回生了。不过，细菌的生长习性各不相同，对于一种细菌是致命的酷热，对于另一种细菌可能只是洗了个桑拿而已。
在任何一个“不利”的温度下，一定时间内死亡的细菌数跟它们的总数呈确定的比例。比如说，在63摄氏度，有100万个某种细菌。过了6分钟，还剩下10万个。在食品科学上，就把这个6分钟称为这种细菌在63摄氏度的D值，意思是“在63摄氏度下，杀死90％的该细菌所需的时间是6分钟”。再过6分钟，剩下的10万个细菌依然不能完全死去，还会剩下10％（即1万个）。如此下去，再过6分钟，还会剩下1000个；又过6分钟，还剩100个……
实际上，牛奶中不止一种细菌。不过有的细菌没有什么危害，有的细菌能让人生病（被称为“致病细菌”）。理论上说，需要挑选最顽强的致病细菌来作为指标。当最不容易杀灭的那种致病细菌减少到不足以兴风作浪，其他的细菌也就不足为虑了。不过在传统上，是采用总的细菌数来计算。前面举例所说的数据，就是传统的巴斯德灭菌所采用的数字。在63摄氏度下，牛奶细菌的D值为6分钟。经过30分钟，奶中的细菌数降低到初始值的10万分之一。合格的生奶（美国标准是灭菌前细菌数不超过每毫升30万）经过这样的杀菌，细菌数降到很低。在恰当的冷藏条件下，这样得到的“巴氏消毒奶”可以存放两三周，而细菌总数也不至于重新长到有害的程度（比如美国要求每毫升不超过2万个）。
63摄氏度加热30分钟的方式对于家庭作坊生产还比较方便，对于大规模的工业化生产就不是那么方便了。工业上，希望加热时间短，因而可以连续地让牛奶流过加热区，实现流水线操作。
细菌的生存对于温度非常敏感。温度上升，它们就更加容易被杀死。体现在数字上，就是前面所说的D值随温度升高急剧降低。牛奶的D值在63摄氏度是6分钟，到了72摄氏度，就变成了3秒。也就是说，同样把细菌数降低到初始值的十万分之一，只需要15秒就够了。这样的灭菌条件叫做“高温快速巴斯德灭菌”，简称HTST过程。在HTST流程中，牛奶连续通过加热器，控制流速使之在72摄氏度的管道中待够15秒，再进入冷却区迅速降温。然后进行包装、冷藏。
D值降低到1/10所需要增加的温度被定义为Z值。牛奶中的各种细菌的Z值一般为5～10摄氏度，有的甚至在5摄氏度以下。除了细菌之外，牛奶中还有两类人们关注的物质：酶和维生素。这两类物质具有“生物活性”，在加热的条件下也会失去活性。它们失去活性的行为也跟杀灭细菌类似，也有D值和Z值。一般来说，酶的Z值为30～40摄氏度，而维生素的Z值为20～25摄氏度。也就是说，温度升高，对细菌的影响远远比维生素和酶要大。举例来说，假如细菌和维生素的Z值分别是5摄氏度和20摄氏度。如果把温度提高20摄氏度，那么细菌的D值将降低到原来的万分之一（对于细菌而言，温度升高了4个Z值）；而维生素的D值只降低到了原来的十分之一（对维生素而言，温度升高了1个Z值）。这样，在高的温度下，只需要加热原来时间的万分之一就可以获得相同的灭菌效果。对于维生素，虽然D值是原来的十分之一，但是加热时间只是原来的万分之一。因此，通过高温来实现同样的灭菌效果，对维生素的破坏远远比低温灭菌要少。这就是HTST的优势。
“致病菌不得检出”，规定容易执行难
理论上说，衡量灭菌效果的好坏，需要对灭菌后的牛奶进行细菌数检测来确定。不过实际操作中，检测细菌数费时费力，并不是那么方便。
在牛奶中，有一种酶可以把生物大分子上的磷酸根去掉，叫做“碱性磷酸酶”。它的失活行为比较特别，跟细菌差不多。实际的牛奶检测中，往往是把它的活性当作“信号”来指示灭菌的好坏。如果灭菌不好，它的活性就会比较高；如果它的活性低于某个设定值，就可以认为灭菌比较彻底了。
在中国的生奶旧标准中，有一条“致病菌不得检出”。在2010版新标准中，这一条被删除了。有人认为，虽然新标准中规定的总细菌允许值增加了，但是如果能保证“致病菌不得检出”，那么生奶中的细菌就不是致病细菌，也就不会产生毒素。经过灭菌，也就不会有害健康了。
这在理论上当然可行，不过几乎没有可操作性。牛奶中的致病菌种类不少，“致病菌不得检出”作为规定写入国家标准，只需要增加7个字。但是，它的执行难度就不是纸上谈兵那么容易了。总细菌数的检测尚嫌复杂，要一一检测每种致病细菌，操作成本会大大增加。尤其是对于那些散户经营的牛奶，再增加几种致病细菌的检测，增加的检测成本将由谁来承担？
实际上，即使是美国那套远比中国严格的生奶标准，也没有“致病细菌不得检出”的要求。对于细菌，他们要求检测总细菌数和大肠菌数。大肠菌数是一大类细菌，并非某种特定的致病细菌。他们认为，把细菌总数和大肠菌总数控制到一个较低水平，就意味着牛奶生产的各个环节都有很好的卫生监控，其安全性就可以得到保障了。
不清楚生奶旧标准中的“致病菌不得检出”是如何执行的。不过，如果生奶新标准中保留了这一要求，大概也可以算是极具“中国特色”了——有着比其他国家都宽松的总细菌数标准，却也有着其他国家都没有做到的“致病细菌检测”。
巴氏奶与常温奶，差别有多大？
媒体把生奶新标准的制定当作巴氏奶与常温奶的斗争。常温奶和巴氏奶的倡导者也的确一直互相指责甚至攻击。“常温奶派”宣称更符合中国国情，而“巴氏奶派”则强调常温奶的超高温灭菌破坏了牛奶的营养。毋庸讳言，巴氏奶和常温奶，在风味、安全性和营养上存在差异。关键是，这种差异有多大？对于消费者，这些差异又意味着什么？
巴氏灭菌的目标是把细菌数降低到十万分之一，用专业术语来说是5个“log reduction”。在某一温度下，加热时间是该温度下细菌D值的5倍。经过巴氏消毒，牛奶中的细菌并没有被全部杀灭。在灭菌之后依然需要冷藏。即使在冷藏条件下，残存的细菌也还是会缓慢生长。所谓巴氏奶的保质期，其实是这些细菌长到某个量之前的时间。国外的巴氏奶灭菌以及后续的处理保存要求严格，这一个“变质期”可以长达3周，一般把保质期定位两周。而国内目前的巴氏奶，因为种种原因，保质期一般只有几天。灭菌之后需要冷藏，保质期也只有几天，对于产销链的要求的确要高许多。在中国目前的社会条件下，基本上只能依靠当地产当地销。而异地企业，基本上也就无法涉足。
在巴氏灭菌条件下，尤其是高温快速的巴氏灭菌条件下，对于牛奶的风味和维生素的影响比较小。牛奶中还有一些酶，在加热中这些酶通常会失去活性。有人认为酶失去活性导致了牛奶的营养价值降低。实际上，到目前为止，并没有可靠的依据表明牛奶中的这些酶对人体有“生物活性”。它们是否失活，并不改变牛奶的营养价值。另一方面，这些酶中的一些种类会分解牛奶中的脂肪或者蛋白质，导致牛奶“变质”。通过加热使之失活，对于保持牛奶的品质是有利的。
常温奶是在超高温（通常高于135摄氏度）下保持一两秒钟，即超高温灭菌（UHT），其灭菌目标是12个“log reduction”。也就是说，其加热时间至少是该温度下D值的12倍。经过超高温灭菌，基本上不可能还有细菌存活。在密封条件下，经过这样处理的牛奶不用冷藏，也可以保持几个月甚至更长时间。如果生奶中具有大量的致病细菌，它们分泌的某些毒素不能被巴氏奶破坏。因为毒素往往是蛋白质，经过超高温瞬时灭菌处理，其破坏程度会大一些。从细菌和毒素的角度来说，常温奶的安全性确实要高一点。因为不需要冷藏而且保质期长，异地产销就成为可能，使得厂家更容易实现市场扩张。
显然，超高温瞬时灭菌是更“严苛”的加热条件，它对维生素的破坏也会更多。如果要比较营养“谁高谁低”，自然是巴氏奶稍胜一筹。不过，牛奶只是饮食中维生素来源之一，人们喝牛奶主要是为了获取其中的蛋白质和钙，而蛋白质和钙不会因为超高温瞬时灭菌损失，也可以说常温奶相对于巴氏奶的营养损失并不大。
总菌数高的生奶不适合做巴氏奶，原因并不是许多人认为的“无法达到巴氏奶的灭菌要求”或者“增加巴氏灭菌成本”。实际上，总菌数从每毫升50万增加到200万，只增加了0.6个“log reduction”需求。相对于巴氏灭菌要求的5个“log reduction”，如果采用标准的高温快速消毒温度，只需要把灭菌时间从15秒增加到17秒左右就够了。如果通过提高温度，则提高不到1摄氏度就可以保持15秒的标准时间。不管哪种方式，对于灭菌成本的增加都微不足道。
二者的最大差异其实在于外观和风味。巴氏灭菌奶基本上保持了灭菌前的乳白和奶味，而超高温灭菌则会使奶色变暗，相对而言不再“秀色可餐”，同时产生一定的“焦煳味”，则会掩盖奶本来的风味。当总菌数达到每毫升200万，意味着生奶从挤奶到灭菌前的过程中卫生条件控制很差，吸收的异味和细菌产生的异味，已经大大改变了牛奶的风味。而这些异味，巴氏灭菌并不能去除。这样得到的巴氏奶，消费者光是从味道上就能觉察出“不对”来。如果那200万细菌中有分泌毒素的致病细菌，巴氏消毒也只能杀死细菌而可能无法去除毒素。这种情况下，问题也就更加严重了。而经过超高温处理之后，产生的“焦煳味”足以掩盖奶本身的异味，消费者也就无从觉察出“异常”来。
微滤除菌新技术
虽然有诸多不足，在当前的食品工业中，加热依然是灭菌最经济最有效的方法。不过，一些新兴的技术逐渐得到应用，可以在不同的方面克服加热的不足。在奶制品行业，微滤技术是应用比较多的一种。
作为微滤，就是使用一层滤孔在微米量级的滤膜来对原料进行过滤。一般的微滤膜孔径在0.6～2微米。选择适当的滤膜，可以把细菌留下，而让乳糖、维生素、矿物质以及蛋白质通过。因为它只是按照个头大小进行筛选，也就不会破坏维生素、酶以及牛奶的风味。
不过，牛奶中的脂肪颗粒跟细菌大小相当，留下细菌的同时这些脂肪颗粒也无法通过。所以，微滤技术往往用来处理脱脂奶。因为脱去了脂肪，剩下的蛋白质以及其他成分可以通过。如果要生产全脂奶或者低脂奶，就需要把脱下的脂肪另外进行加热灭菌，再加到经过微滤的脱脂奶中。这当然也需要一些操作成本。
即使不考虑成本，微滤技术也还是有一定缺陷。它只是留下细菌，而对牛奶中的酶无能为力。前面提到过，许多酶会分解脂肪或者蛋白质，也导致牛奶的“变质”。所以，单独使用微滤来处理牛奶，也不容易使之实现需要的“保质期”。此外，任何一种规格的微滤膜，所说的“截留分子量”或者“孔径尺寸”，都是一个典型值，而不意味着膜中所有的孔径都是那个尺寸。也就是说，实际尺寸是围绕着那个典型值的各种大小不同的尺寸。牛奶中的酪蛋白，多数是聚集成“酪蛋白颗粒”形式存在，其尺寸在零点几个微米的样子。也就是说，如果选的滤膜孔径过大，则有可能放过一些细菌；过小，则有可能留下一部分酪蛋白。如何制造和选择合适的微滤膜，也是工程师们努力的方向。
相对于加热灭菌，微滤也有它独到的优势。加热可以很有效地杀灭细菌，但对于细菌或者植物的孢子就无能为力。孢子可以看作一种处于休眠状态的细菌或者植物“种子”。在巴氏灭菌这样不算严酷的考验下，它们能够忍耐过去，耐心等待春天的到来。而微滤则可以把它们一并去除。有实验显示，经过微滤处理的脱脂奶，再进行巴氏灭菌，可以把“变质期”从3周延长到40天左右。目前，奶制品行业更多是把它作为一个辅助步骤，与加热工艺配合使用。