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乳制品加工新技术研究进展

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农产食品科技201l,5(2):44~48 Agricuhural Food Products Science and Technology 乳制品(1.吉林大学生物与农业工程学院,长春T.新技术研究进展 张 莉1,2,张 雪 ,赵玉娟 ,李盛钰z,杨贞耐2’1※ 130022;2.吉林省农科院农产品加工研究中心,国家乳品加工技术研发分中心,长春 130033) 摘要:随着周内外乳业市场的迅猛发展,对乳业新技术的研究也E1益深入,在线分析及检测技术、高压 加工技术、新型分离技术及溶解二氧化碳技术等新技术在乳业发展中具有广阔的应用前景。本文综述T-T'L制 品加工新技术的发展现状及趋势。 关键词:乳制品;加工新技术;研究进展 中图分类号:TS252.4 文献标识码:A Research Progress on New Technology of Dairy Products Processing ZHANG Li .-,ZHANG Xue ,ZHAO Yu-juan ,LI Sheng-yu2.YANG Zhen-nai2,1※ (1.College ofBiological and Agricultural Engineering,Jilin University,Changchun 130022,China;2.Center f oAgro-food Technology,Northeast Agricultural Research Center f oChina,Jilin Academy ofAgricultural Sciences, Nalional R&D Centerfor Milk Processing,Changchun 130033,China) Abstract:With rapid development of dairy market and increasingly deep research on new technology of dairy industy,on—lrine analysis and measurement technique,high-pressure processing technique,new separation technique and dissolved carbon dioxide technique have wide application in dairy industry.This paper reviews the recent development status and trends of new dairy processing technology. Key words:Dairy products;New processing technology;Research progress 乳业是高效的畜牧产业,世界各国都普遍重 视发展乳业。近年来,乳业在全世界的发展非常迅 速,根据FAO Outlook最新数据,2010年世界牛奶 产量有望达到7.103亿t,比2009年提高1.6%, 发展中国家2010年入均消费奶制品达到了 67.5kg,比2009年提高了1.5%L”。 结合。 (2)针对特殊消费人群的产品。通常可以依据 年龄、性别、职业、生理需求等条件有针对性地开 发新产品。例如,Stonyfield Farm于2008年4月在 美国推出的酸奶产品,专门为怀孕和哺乳期的妇 女而设计,以满足她们在特殊生理时期的特殊营 养需求 。还有Family Mart于2008年3月在日本 随着人们对营养、健康、绿色和方便食品需求 的日益增加,近年来世界乳品市场呈现新的发展 趋势: 推出的冰淇淋,专门为18~30岁的男 l生而设计。 (3)针对营养过剩的新产品,如降低产品中卡 路里、脂肪、胆固醇、糖的含量以预防心血管疾病、 肥胖症等 。菲律宾雀巢最近推出的新款NestVita 饮用型酸奶,脂肪含量为0%。 (4)高附加值产品,主要集中在乳制品的高端 市场,生产商通过包装、口味创新等途径,不断增 加产品的附加值【5I。如德国Emmi Ag上市的瑞士 黑巧克力牛奶,就是通过高品质的巧克力配料来 增加产品的品位,赋予其高端的形象。 (1)产品更强调其健康功能。如添加DHA和 Omega3等促进大脑健康的成分_2_,还有适于糖尿 病患者、利于肠道健康等的多种产品。达能公司于 2008年1月在英国推出富含EFP(Effective Fibres and Proteins)的酸奶,有效地将纤维素与蛋白质相 收稿日期:201卜05一l0 基金项目:吉林省科技厅重点项日(20080228)、现代农业产业 技术体系建设专项资金资助(nycvtx--0502) 作者简介 张莉(1980一),男,博士研究生,助理研究员,研究 (5)多变口味的产品。在当今的市场上,单一 口味产品的比重正在降低,消费者追求的是多变 和复杂的口味。乳制品企业纷纷推出了新奇口味 方向为乳品科学。 通讯作者 2011 张莉等:乳制品加工新技术研究进展 45 的产品来激发消费者的好奇心,如饼干口味。口味 的描述也更新奇、更具有吸引力,如春天的鲜榨柠 檬,来自阿尔卑斯山的甘甜雪水等。 随着世界科学技术的急速发展以及知识经济 的到来,伴随着基础科学的不断渗透和进步,对乳 水分、乳酸、风味化合物和残留的污染物等可采用 近红外光谱、质谱、电子鼻、电子舌和传感器等进 行检 ̄lJ[8,91。虽然近年来对化学成分在线检测的研 究已经取得了实质性的进展,但还存在一些挑战, 如原料乳中兽药残留和污染物的早期检测,因为 制品加工新技术的研究也日益深入,现代生物技 术和分析手段为乳品加工的研究提供了新的方法 在从牧场到餐桌的管理过程中,成份的异常最好 能在早期甚至是在挤奶过程中就能检测出来,目 和手段。 1 乳品加工过程中的在线检测 随着乳品加工业的不断发展,产品的质量和 安全性对消费者的利益和厂商的经营效益显得尤 为重要。传统方法是对每一批产品进行检测来保 证产品的质量,但是工作量大,操作过程繁琐,因 此,未来的发展方法将推向实时在线分析技术。 在线检测指的是加工过程中能够获得相关加 工参数的实时数据,或者仅需要很短的时间就能 获得数据信息的方法,此方法不仅能够对加工过 程中的物料输入和产品输出各个环节进行检测, 同时还能对相关的加工参数进行快速检测和纠 正。由于每批产品组成的差异减少,因此偏差很 小,从而使产品更加接近于质量指标,最大限度地 保证产品安全,提高生产效率,减少废品的消耗, 提高总体的经济效益。在线检测的优越之处是实 现了传统间歇式加工所不能达到的生产灵活性, 一方面节省了停机后调校所耗费的时间和人力, 另一方面消除了每批产品因代表性取样所引起的 不准确结果。 近几年,人们采用在线检测的方法来对加工 过程中的物理、化学和微生物参数进行检测和控 制,其应用领域涉及原料奶及各种乳制品的加工, 如酸奶的发酵,干酪生产中凝乳酶的凝乳过程,乳 制品的巴氏杀菌等,在乳品加工机器设备的除垢 和清洁的监控方面也有应用。 对乳品加工相关的物理参数的检测主要采用 的是各种传感器,可以对乳品加热、冷却、脂肪标 准化、过滤、CIP清洗、包装和奶粉、酸奶和干酪加 工过程中的各个参数,如温度、压力、浓度、颗粒 大小、浊度、黏性和颜色等进行监测『6】。目前,物理 参数的在线检测技术已经得到了很好的应用,这 种方法对原料乳组成的波动的敏感性很小,因此 可以更好地控制加工过程,将来还可以利用在线 方法获得的数据来预测控制模型『7]。 对乳品加工相关的化学成分如蛋白质、脂肪、 前应用的在线检测仪能够在挤奶的同时,在线检 测原料奶的各种成分,包含乳脂肪、乳蛋白、乳糖、 尿素、体细胞等,但对兽药残留的检测还存在问题; 此外,在自动挤奶系统中检测异常乳的存在,监控 发酵过程中风味化合物的形成以及检测干酪浸盐 前水分的含量和乳粉生产过程中的水分含量等。 乳及乳制品的微生物检测关键在于确保原料 乳和产品的质量。目前可行的方法包括标准的平 板计数法、显微镜直接计数法、显微镜直接计体细 胞数以及一些快速方法如Bactoscan、Lactoscope和 基于ATP的检测方法【l0 。核磁共振成像的方法 可用于快速分析微生物的数量,但目前的检测技 术还不够成熟,主要的问题是对少量微生物和孢 子的检测。在线检测还需要采用很多实用且快速 的新技术。未来几年,在以下新技术方面会有新的 突破,如拉曼光谱、离子迁移谱、颜色传感器、离子 选择电极、电子鼻、电子舌、生物传感器和纤维光 学生物传感器等。 2快速在线分析确保乳制品的安全性 食品安全是人们关注的热点,迫切需要快速 的方法对食品的加工过程进行监控,保证食品的 安全和质量。在乳品加工方面,主要是以下两方面 的控制: 2.1 监控收奶过程中的污染 目前给奶牛挤奶逐渐向自动化迈进,因此对 原料乳污染的关注程度也在增强。虽然已经有相 关的立法规定了自动挤奶等过程中对奶牛状态和 挤奶卫生的要求,但若要满足这些标准,在技术上 还有欠缺。在收奶期间最可能发生的两种污染就是 粪便污染和真菌毒素污染,尤其是黄曲霉毒素B1 的污染。黄曲霉毒素B1的最大限量是0.05 g/kg, 因此必须有十分精确和灵敏的分析控制方法才能 对其准确定量。当前主要采用ELISA试剂盒检 测,而后利用高效液相色谱的方法来验证_I4, 】。一 种新发明的免疫亲和荧光生物传感器可用于所有 的黄曲霉毒素包括M1的定量,这种生物传感器 农产食品科技 的优点为全自动操作,灵敏度高、分析速度快、且 不需要特殊的贮藏条件。2 rain内能够分析100个 样品,浓度检测限为0.1—50 g/kg。 2.2检测热处理的效力 少脱水收缩,同时适当的压力处理可以有效阻止 酸奶的后酸化过程l23 ;③在加工奶油时,可引起脂 肪相变温度的改变,加速脂肪结晶,减少脂肪硬化 的时间㈣;④在婴儿配方奶粉的生产中,由于人乳 中含Of.一乳白蛋白而不含13一乳球蛋白,高压处 理时可以激活嗜热菌蛋白酶,水解乳清蛋白中的 13一乳球蛋白,而 一乳白蛋白由于存在四个二 硫键不发生水解。 对乳进行热处理的主要目的是保证其较长的 货架期和微生物安全性。但是,热处理会破坏乳中 的营养成分,因此在保证热处理效力的同时要尽 可能地减少x,/-gL的热损伤。目前主要采用两种化 学标记来评价热处理的效力,一是热不稳定成分 如乳清蛋白或酶的降解、变性和灭活,二是新成分 如乳果糖或美拉德反应产物的形成,如对乳中碱 性磷酸酶、乳过氧化物酶的活力和乳中糖蛋白的 检测。采用的方法主要有酶法、免疫和荧光光谱 法、以及电化学生物传感器等 ,”】。 将来对便携、灵敏度高、不需要反应试剂、造 价低廉、可重复利用和测量精确的仪器的需求会 越来越大,从而实现快速的分析。其中生物传感器 和免疫传感器不仅可以用于监控鲜奶的污染情 况,也可用于监控牛奶加工过程。 3 高压加工处理乳及乳制品 高压加工是一项新型的非热杀菌技术,是指 在室温或低温下用i00—800 MPa高压处理食品 的技术。高压技术不仅可以达到商业灭菌的要求, 而且与传统的热杀菌比较,它还具有很多优点: (1)由于高压处理的作用在于破坏非共价键, 如氢键和离子键,对共价键的影响很小,因而与传 统热加工相比,对影响乳的气味、颜色和营养价值 的小分子成分的破坏很小【18】。 (2)热处理方式往往不能破坏微生物孢子,且 对乳的外观、风味、营养价值和加工特性有一定的 影响,而高压处理可以有效灭活原料乳中的腐败 菌、致病菌,钝化酶类D9,m1。 (3)高压处理可以使乳中的酪蛋白胶束分解 成直径更小的酪蛋白颗粒,从而降低了牛乳的浊 度和白度,提高了牛乳的感官特性,而且压力导致 的胶体钙分解和乳清蛋白变性有可能改变或提高 牛乳的功能特性f2Il。 (4)高压处理在乳制品的加工中也具有很多 的优点。①乳经高压处理后,在制作干酪时可以缩 短凝乳时间,减少干酪加工时间,增加干酪的产 率,减少乳清中蛋白质的流失,加速干酪成熟,改 善干酪质地,提高于酪的质量【 I;②在生产酸奶时 可以改善酸奶的质地特性,增强凝胶破碎强度、减 高压杀菌技术作为一项人们认同的新的冷杀 菌技术,在乳品工业有非常广阔的发展前景。高压 杀菌技术能有效保持乳制品原有的色、香、味和营 养成分,可减少化学添加剂的应用。压力瞬时传到 乳制品的中心,时间短,乳制品成分受压均一,并 能高效利用能源。乳制品中蛋白质的性能发生改 变,利于生产加工,并且在微生物安全性上要优于 传统方法加工的产品。但高压加工还存在着生产 技术和设备工厂化、包装材料耐压性等问题,未来 仍需要进一步研究。 4 分离技术在乳成分分离中的应用 乳和干酪生产副产物乳清中存在很多对人体 有益的营养成分,因此将乳和乳清中的各种成分 分离开来,或利用乳和乳清中分离到的特定成分 加工一些具有高附加值的产品是近年来乳品工业 研究的热点,这些产品主要有乳清浓缩蛋白、乳清 分离蛋白、乳糖、仅一乳白蛋白、p一乳球蛋白、牛 血清白蛋白、免疫球蛋白和乳铁蛋白等,这些蛋白 质中含有具有特殊功能特性的片段,如生物活性 肽和氨基酸。 目前采用的最为重要的几种分离技术包括结 晶、膜过滤和色谱的方法。结晶的方法主要用于乳 糖的分离 。膜过滤方法优点在于对环境的污染 极小,能量消耗非常低,无需使用添加剂,可在低 温下进行,避免了对产品的热致破坏,如风味缺陷 或功能性的损失,过滤的同时可将物料浓缩或分 离[2.6,27I。主要包括以下五种过滤方法:(1)反渗透 技术RO,主要用于浓缩乳清;(2)纳米过滤技术 NF,可同时进行乳清的脱盐和浓缩,循环加工用 水,循环碱性和酸清洗液,浓缩和提纯蛋白水解液 和发酵液;(3)超滤技术UF,浓缩蛋白质、脂肪、 糖等,分离和提纯蛋白质,除去盐、糖和多肽;(4) 微滤技术MF,除去微生物、孢子、病毒和抗体,分 离乳和乳清中的蛋白质;(5)电膜过滤EMF,选择 性分离和提纯带电成分,如生物活性蛋白质、多肽 201l 张莉等:乳制品加工新技术研究进展 47 和其他分子量大小相近但带电不同的小分子量成 分,水解液处理,恢复乳铁蛋白等,电膜过滤方法 的出现拓展了乳和乳清中功能性成分的分离范围 解性很好,因而可以添加到冷藏的产品中。对于流 体如液态奶可以通过在线直接喷射的方法加入 CO ,而对于奶酪来说,需要通过调节干酪贮藏环 和分离效率。色谱(离子交换、凝胶过滤和亲和色 谱等)的方法主要对乳和乳清中的各种蛋白和小 分子成分按目的不同进行精细分离[28,291。 境的气体组成来实现。产品包装要采用对CO2/O 透过率低的材料。 在酸奶和干酪的生产过程中,可以采用两种 方式来改善产品的质量,首先是在原料乳中添加 CO:以获得良好的微生物质量,而后是在产品或 5溶解二氧化碳技术延长乳制品货 架期 冷藏乳制品的货架期一般为1—3周,影响因 素主要包括原料乳的菌数、细菌酶类、热加工条件 和贮藏温度。CO 的使用会对这些因素产生影响, 从而改善各种乳制品的质量。很多细菌,尤其在乳 品加工环境中存在的细菌的生长和代谢能被CO 抑制[3o,311。 5.1 对细菌生长的影响 将CO:溶于液体基质中能够防止革兰氏阳性 和阴性菌的生长,改变有害微生物的对数生长期, 进而降低其生长速率。研究表明,CO 对乳品工业 中常见的几种有害微生物都有抑制作用,如荧光 假单胞菌、单核增生李斯特菌、地衣芽孢杆菌、蜡 样芽孢杆菌、乳源嗜冷菌以及酵母菌和霉菌。微生 物及其孢子在酸性条件下对热处理更为敏感,将 CO 加入到产品中,pH下降,从而提高热处理的 效率。 5.2对孢子的影响 CO:对孢子的产生具有影响,不同细菌对CO 的耐受程度不同,研究表明适当浓度的CO 不会 促进细菌如蜡样芽孢杆菌孢子的产生,也不会增 加毒素的分泌。 5.3对乳中酶的产生和活力的影响 CO:对荧光假单胞菌胞外酶的产生具有影 响,能够使其蛋白酶和脂肪酶的产量和活力降低, 从而降低其对乳和乳制品的危害。 5.4对原料乳质量的影响 CO:对原料乳的嗜冷菌、大肠菌群、厌氧菌、 乳杆菌和芽孢杆菌都具有抑制作用,可以降低它 们在原料乳中的数量。同时不会改变原料乳中脂 溶性维生素的稳定性、有机酸的组成、挥发性化合 物的含量以及酪蛋白和乳清蛋白的比例。 5.5对乳品质量的影响 CO 是公认安全的,可以用于延长各种乳制 品的货架期,如浓缩原料乳、巴氏杀菌乳、酸奶、 农家干酪、冰淇淋和成熟型干酪。CO 在乳中的溶 产品的贮藏环境中加入CO 来防止产品腐败,因 为CO:对有害微生物具有抑制作用,而对酸奶和 干酪中的发酵剂和益生菌等没有影响。 6小 结 除上述所介绍的技术在乳业中的应用与开发 外,还有流变学分析技术、数字模拟和计算机化技 术、激光散射分析技术、显微镜分析等诸多技术也 日益得到乳品科学家们的青睐,它们在乳及其乳 制品的微观分析领域中显示出无可比拟的优越 性。可以看到现代科技已使我们能从分子水平认 识物质,并在分子水平上操作物质、生产产品,运 用现代科技知识和手段,能用同样的分子构筑出 结构与功能完全不同的产品;用结构和分子功能 性的基础研究成果,开垦分子和消费者之间从未 被涉足过的领域,在分子与消费者之间架起一座 桥梁。现代科技和高新技术的发展将进一步丰富 乳业技术含量,促进乳业腾飞。 参考文献: 【1] Food Outlook.Global market analysis【J].Food and Agriculture Organization,2010. 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