低熱脫脂奶粉的生產(chǎn)現(xiàn)狀

于景華，劉曉輝，張列兵

（1.天津科技大學(xué) 食品工程與生物技術(shù)學(xué)院，天津 300457；2.中國農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)與營養(yǎng)工程學(xué)院,北京100083）

低熱脫脂奶粉的生產(chǎn)現(xiàn)狀

于景華1，劉曉輝2，張列兵2

（1.天津科技大學(xué) 食品工程與生物技術(shù)學(xué)院，天津 300457；2.中國農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)與營養(yǎng)工程學(xué)院,北京100083）

綜述了我國脫脂奶粉的的市場和生產(chǎn)現(xiàn)狀，提出了向低熱脫脂奶粉發(fā)展的方向，論述了加工條件對脫脂奶粉蛋白變性程度的影響以及國際上對奶粉熱分級的規(guī)定和乳粉加工中乳清蛋白熱變性及聚合物產(chǎn)生機理的研究進展。

乳清蛋白；熱變性；低熱奶粉；機理

0 引 言

脫脂乳粉作為一種食品原料廣泛應(yīng)用于乳制品、湯料、醬油、再制煉乳、糖果和焙烤制品、配方食品中。近年來我國的脫脂奶粉的產(chǎn)量逐年遞增，已從2000年的0.5萬t增長到2006年的大約4萬t，然而進口脫脂奶粉的數(shù)量也在逐年增長，而且其占進口奶粉總量的比例已由2002年的31.6%增長到2008年的45%，高于國產(chǎn)脫脂粉的總生產(chǎn)量[1-3]。這主要是國產(chǎn)脫脂粉與進口脫脂乳粉的功能特性存在差異。國內(nèi)乳粉加工至今仍采用沿用了多年的加工工藝，生產(chǎn)的乳粉都是高熱奶粉，高熱奶粉清蛋白變性程度高，溶解性差，作為食品原料添加后會嚴重影響產(chǎn)品的質(zhì)量，不能滿足客戶的需求，造成滯銷；而國外奶粉大多根據(jù)客戶要求提供中熱或低熱奶粉，這些奶粉蛋白變性程度低，溶解性好，顆粒大，在添加后的熱加工過程中仍能保持相當好的功能特性。此外，在價格上也存在很大的差異，進口低熱脫脂粉一般售價會比國產(chǎn)脫脂奶粉售價高30%～50%；即便2006年和2007年有小部分國產(chǎn)脫脂粉出口，但仍屬于低檔、低價產(chǎn)品，而去年的“三聚氰胺”事件又致使國產(chǎn)乳粉出口遭到重創(chuàng)，不僅大部分國內(nèi)奶粉企業(yè)效益低下、產(chǎn)品大量積壓的現(xiàn)狀仍未得到根本的改變，反而情況變得越來越差。目前，國內(nèi)中、低熱奶粉生產(chǎn)的理論和工藝研究尚未起步，行業(yè)中還沒有熱分級的概念；更沒有一家生產(chǎn)中、低熱奶粉的企業(yè)，因此研究低熱奶粉生產(chǎn)技術(shù)和理論，開發(fā)低熱奶粉生產(chǎn)技術(shù)和工藝，繼而生產(chǎn)出低熱奶粉，勢在必行。這將對改變我國原料奶粉目前被國外產(chǎn)品壓制和技術(shù)壁壘限制的局面，提高我國乳品行業(yè)技術(shù)水平和核心競爭力，對實現(xiàn)乳品業(yè)從數(shù)量型向效益型轉(zhuǎn)化有著深遠的意義。

1 加工工藝對乳粉功能特性的影響

脫脂乳粉加工工藝涉及脫脂乳的加熱，即預(yù)熱處理過程，而后通過蒸發(fā)使乳中固體物濃度達到45%～50%，加熱濃縮后的脫脂乳，經(jīng)噴霧干燥生產(chǎn)出乳粉。在預(yù)熱處理期間，脫脂乳會發(fā)生一系列影響乳粉功能特性的變化，其中包括：乳清蛋白的變性，變性的乳清蛋白與酪蛋白膠束的交聯(lián),可溶性鈣和磷酸鹽轉(zhuǎn)變?yōu)槟z體相,殺滅細菌以及酶的失活[3]等等。因此，預(yù)熱條件在很大程度上控制著乳粉的功能特性。

在乳粉加工期間，可以通過調(diào)整控制加工工藝條件以使乳粉符合最終的特定用途，自上世紀80年代末期國外在這方面做了大量的工作，尤其是脫脂乳預(yù)熱處理工藝方面的研究。美國干乳制品研究所（AMDI）采用熱分級的方法來對脫脂奶粉進行分類，即通過預(yù)熱程度控制，依據(jù)預(yù)熱條件的劇烈程度，將脫脂粉分為3類，即上述提到的低熱、中熱和高熱粉，并通過測定乳清蛋白氮指數(shù)（WPNI）作為分級指標。一般采用比濁法測定液狀乳或乳粉中的未變性蛋白態(tài)氮量，作為乳清蛋白氮指數(shù)（WPNI）。加熱程度不同乳粉WPNI的指數(shù)不同，具體分類如下：

高溫加熱脫脂奶粉 的WPNI＜1.5，

中溫加熱脫脂奶粉 的WPNI＞1.5～＜6.0，

低溫加熱脫脂奶粉 的WPNI＞6.0。

采用這種乳粉熱分類的優(yōu)勢在于乳粉應(yīng)用企業(yè)可以根據(jù)自身產(chǎn)品需要選用適當類型的乳粉作為原料。一般脫脂乳粉用作食品原料，主要是將脫脂乳以還原乳的形式加入到食品加工產(chǎn)品中。還原乳的感官性質(zhì)與原料乳在干燥前所受到的熱處理強度有關(guān)，當原料乳被加熱到一定程度時，乳清蛋白發(fā)生變性，導(dǎo)致巰基化合物的釋放，會產(chǎn)生蒸煮味，加熱程度越高，乳清蛋白變性程度越大。因而，在應(yīng)用還原乳的食品生產(chǎn)中通常以低溫粉作為原料。

此外，熱分類法雖被認為是目前較好的乳粉分類方法，但是仍存在一定的局限性。首先，熱分類方法中WPNI的計算值并不能真正顯示乳清蛋白的變性程度，因為原料乳中乳清蛋白精確的量是未知的。例如：以原料乳中乳清蛋白氮的平均值8～9 mg/g（非脂乳固體）為基礎(chǔ)，在乳清蛋白氮質(zhì)量分數(shù)為8 mg/g的低溫粉中，每克乳粉中變性乳清蛋白的量不應(yīng)大于2 mg（25%），而高溫粉中變性乳清蛋白的量至少大于6.6 mg（82.5%）。并且原料乳中乳清蛋白氮的質(zhì)量分數(shù)與原料乳的來源、地區(qū)、品種和季節(jié)有關(guān)，一般其含量范圍為6～13 mg/g乳固體，相對變化幅度較大。而當乳中乳清蛋白氮指數(shù)低于6 mg/g時，即使在加工過程中全部的乳清蛋白都不發(fā)生變性，乳清蛋白氮指數(shù)也不符合ADMI對低溫粉的定義。

2 乳清蛋白熱變性及聚合物產(chǎn)生機理的研究進展

WPNI值僅僅提供了的乳清蛋白變性的總體水平，但乳中各種乳清蛋白的熱穩(wěn)定性是不同的，關(guān)于乳粉加工對乳清蛋白各個組分變性的影響研究報道很少。前人曾對鮮乳熱加工導(dǎo)致乳清蛋白變性做過大量的基礎(chǔ)研究[4-6]，但研究多在實驗室規(guī)模下在水浴和油浴加熱乳中進行，與商業(yè)上的加熱設(shè)備在加熱效率和加熱程序上不同，因此，實驗室條件研究結(jié)果與廠家所生產(chǎn)乳粉的真正乳清蛋白變性水平是十分不同的[7，8]。

目前對不同工藝環(huán)節(jié)乳清蛋白、免疫球蛋白和牛血清白蛋白受熱變性影響了解甚少。Singh and Creamer曾研究了高熱處理（110～121℃)和低熱處理（72℃，15 s）在乳粉加工各個環(huán)節(jié)對乳清蛋白變性、α-乳白蛋白（α-lactalbumin）和β-乳球蛋白（β-lactglobulin）的影響，發(fā)現(xiàn)高熱處理會使大部分乳清蛋白變性，蒸發(fā)作用又進一步加劇了變性作用，但噴霧干燥對變性影響很小[9]。 有關(guān)濃縮加熱和干燥溫度對各種乳清組分熱誘導(dǎo)反應(yīng)影響、發(fā)生的化學(xué)變化及其蛋白變性機理的研究少見報道。有初步研究表明，牛乳經(jīng)過60℃以上熱處理就會發(fā)生乳清蛋白變性，導(dǎo)致乳清蛋白分子間的互作以及乳清蛋白與κ-酪蛋白（κ-casein）間的互作，從而分別在乳清相中和酪蛋白膠束表面形成了熱誘導(dǎo)清蛋白 （serum heat-induced protein）和膠束鍵合蛋白（micelle-bound protein）的聚合物[10-12][13]。在酸奶生產(chǎn)中，乳中由熱誘導(dǎo)引起蛋白質(zhì)變性產(chǎn)生的不同類型的聚合物與酸奶酸凝膠的高凝膠pH值(5.3)、高硬度以及低吸水性有關(guān)等性質(zhì)產(chǎn)生不同影響[13，14]。然而,上述熱處理的影響通常是在一個復(fù)雜的體系中進行研究，對凝膠形成過程中聚合物間的或與酪蛋白膠束間的真正的互作狀態(tài)了解很少，并且多數(shù)結(jié)論都是通過乳的成分變化推斷的。清蛋白聚合物和膠束鍵合蛋白聚合物對酸凝膠積極作用的一個可能的解釋是，推測認為它們比酪蛋白膠束具有更高的等電位點（5.4比4.7）并且這會引發(fā)乳蛋白系統(tǒng)早期的不穩(wěn)定性。

近兩年來一些研究把重點放在了不同pH值對蛋白變性的影響及乳中鈣濃度的變化對低熱奶粉復(fù)原后熱穩(wěn)定性的影響上。Anema S G等人的研究表明，將脫脂乳的pH值調(diào)至6.5，6.7，6.9，7.1，90℃加熱0～30min熱處理后，再次將樣品pH值調(diào)至天然水平6.67，調(diào)高pH值則變性清蛋白與酪蛋白膠束結(jié)合水平相應(yīng)下降，脫脂乳pH值調(diào)至6.7，6.9和7.1熱處理30min后變性乳清蛋白結(jié)合率，分別下降為30%，20%和10%。這會顯著的影響干酪和酸奶的凝乳強度和凝乳時間[15]。Faka M的研究闡明了熱處理中的牛奶鈣離子濃度和pH值是確保脫脂粉保持良好熱穩(wěn)定性的一個很好的指示指標[16]。

3 研究方向

綜合以上國內(nèi)外目前關(guān)于脫脂乳的研究可以看出，在以往研究中仍存在一些不足，首先一些研究僅是實驗室規(guī)模下獲得的研究結(jié)果，并且除預(yù)熱處理工藝環(huán)節(jié)外，對加工中濃縮加熱和噴霧干燥等工藝環(huán)節(jié)對乳粉乳清蛋白變性的影響研究較少；其次熱處理對各乳清蛋白組分的變性和乳粉功能特性的影響以及蛋白組分熱變性動態(tài)機理和形成聚合物的組成特性研究極少，仍處于理論推測階段；這些都是以后努力研究的方向。

[1]中國奶業(yè)年鑒編輯部.2007中國奶業(yè)統(tǒng)計資料[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2008.

[2]劉成果.中國奶業(yè)年鑒[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2005.

[3]SINGH H,NEWSTEAD D F.Aspects of Proteins in Milk Powder Manufacture[J].Advanced Dairy Chemistry-1:Proteins，1992：735-765.

[4]HILLIER R M,LYSTER R L J,CHEESEMAN G C.Thermal Denaturation of a-lactalbumin and β-lactoglobulin in Cheese Whey:Effect of Total Solids Concentration and Ph[J].Journal of Dairy Research,1979：103–111.

[5]MANJI B，KAKUDA Y.Thermal Denaturation of Whey Proteins in Skim Milk[J].Canadian Institute of Food Science and Technology Journal,1986，19：161–166.

[6]DANNENBERG F，KESSLER H G..Reaction Kinetics of the Denaturation of Whey Proteins in Milk [J].Journal of Food Science,1988，53：258–263.

[7]CORREDIG M，DALGLEISH D G.The Binding of a-lactalbumin and b-lactoglobulin to Casein Micelles in Milk Treated by Different Heating Systems[J].Milchwissenschaft,1996，51：123–127.

[8]OLDFIELDl D J,SINGH H,TAYLOR M W，et al.Kinetics of Denaturation and Aggregation of Whey Proteins in Skim Milk Heated in an Ultra-High Temperature(UHT)Pilot Plant[J].International Dairy Journal,1998，8：311–318.

[9]SINGH H，CREAMER L K.Denaturation,Aggregation and Heat Stability of Milk Protein During the Manufacture of Skim Powder[J].Journal of Dairy Research,1991，58：269–283.

[10]ANEMA S G，LI Y.Further Studies on the Heat-induced,pH-dependent Dissociation of Casein from the Micelles in Reconstituted Skim Milk[J].Lebensmittel-Wissenschaft und-Technologie,2000，33：335–343.

[11]ANEMA S G，LI Y.Effect of pH on the Association of Denatured Whey Proteins with Casein Micelles in Heated Reconstituted Skim Milk[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry,2003，51：1640–1646.

[12]VASBINDER A J,ALTING lA C，DE KRUIF K G.Quantification of Heat-induced Casein-whey Protein Interactions in Milk and Its Relation to Gelation Kinetics[J].Colloids and SurfacesB:Biointerfaces,2003，31：115–123.

[13]ANEMA S G,LEE S K,LOWE E K，et al.Rheological Properties of Acid Gels Prepared from Heated Ph Adjusted Skim Milk[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry,2004，52：337–343.

[14]FAMELART M H,TOMAZEWSKI J,PIOT M，et al.Comprehensive Study of Acid Gelation of Heated Milk with Model Protein Systems[J].International Dairy Journal,2004，14：313-321.

[15]ANEMA S G,LEE S K，KLOSTERMEYER H.Effect of pH at Heat Treatment on the Hydrolysis of k-casein and the Gelation of Skim Milk by Chymosin[J].LWT，2007，40：99–106；

[16]FAKA M,LEWIS M J,GRANDISON A S,et al.The Effect of Free Ca2+on the Heat Stability and Other Characteristics of Lowheat Skim Milk Powder[J],International Dairy Journal,doi:10.1016/j.idairyj.2009，12：6.

Production of low-heat skim milk powder

YU Jing-hua1,LIU Xiao-hui2,ZHANG Lie-bing2
(1.Department of food engineering and biotechnology,Tianjin university of S&T,Tianjin 300457，China;2.Department of food science and nutrition engineering,China agriculture university,Beijing 100083，China)

It is discused that the domestic market and technical aspects of skim milk powder.The production of skim milk powder must direct to low-heat and functionize.it sumarize that effect of the process parameter on whey protein denaturation;international standard of heat grade of skim milk powder;machanism of heat-induced denatureation and formation of aggregation.

whey protein;heat-induced denaturation;low-heat milk powder;mechanism

TS252.51

B

1001-2230（2010）03-0045-02

2009-11-11

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系（奶牛）乳制品加工研究室崗位科學(xué)家項目(nycytx-0503)，天津科技大學(xué)引進人才科研啟動基金項目（20090414）。

于景華 (1966-)，男，教授級高級工程師，研究方向為奶粉及發(fā)酵乳制品新產(chǎn)品的開發(fā)。

張列兵