高蛋白酸奶的生產(chǎn)工藝與開發(fā)現(xiàn)狀

楊郁葒，鄭華杰，王新，王占東

（黑龍江完達山林海液奶有限公司，哈爾濱150078）

0 引言

蛋白質(zhì)是保持人體健康的重要營養(yǎng)物質(zhì)，越來越多的消費者關(guān)注蛋白質(zhì)的攝入。酸奶由新鮮牛乳經(jīng)過乳酸菌發(fā)酵，使蛋白質(zhì)形成微細凝塊利于吸收，是膳食中蛋白質(zhì)的優(yōu)質(zhì)來源。酸奶中的蛋白質(zhì)不僅能夠為產(chǎn)品提供令人滿意的質(zhì)地和口感，同時其含量也作為評價酸奶營養(yǎng)價值的指標。

目前在國內(nèi)對高蛋白酸奶的指標及工藝要求并沒有相關(guān)的標準，根據(jù)食品法典中對發(fā)酵乳和濃縮發(fā)酵乳的定義，J?rgensen等認為高蛋白酸奶的蛋白質(zhì)含量應(yīng)不小于5.6%，脂肪含量不高于15%，生產(chǎn)工藝可以在發(fā)酵前進行蛋白強化或蒸發(fā)原料乳，或膜過濾實現(xiàn)，也可以在發(fā)酵后進行離心、膜過濾方式分離乳清[1]。高蛋白酸奶在不同地域有不同的名稱，比如冰島酸奶、希臘酸奶都屬于此類酸奶。Tamime等通過對不同區(qū)域的濃縮/緊縮酸奶（Concentrated/Strained ferm ented milks）調(diào)研統(tǒng)計，認為它們應(yīng)該具有蛋白質(zhì)含量大于8%，碳水化合物約5%的特征，希臘或希臘式酸奶的蛋白質(zhì)含量應(yīng)不低于5%[2]。

由于含有較高蛋白質(zhì)含量的酸奶味道濃郁、比普通酸奶更濃稠，近幾年市場發(fā)展非常迅速。當前，圍繞高蛋白酸奶的開發(fā)和基礎(chǔ)研究受到越來越多的關(guān)注，本文從高蛋白酸奶的生產(chǎn)工藝及開發(fā)現(xiàn)狀進行歸納，以期為產(chǎn)品進一步的研究開發(fā)提供一定的參考。

1 高蛋白酸奶產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝

酸奶生產(chǎn)的工藝主要包括原料奶分離凈乳、配料、均質(zhì)殺菌、添加菌種發(fā)酵、后熟等步驟。希臘酸奶是采用純牛奶經(jīng)過發(fā)酵后過濾，除去了大部分乳清（包括水、乳糖、少量蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)等），期間不添加任何物質(zhì)制得；希臘酸奶和希臘式酸奶是不同的兩類酸奶，制作上有各種各樣的方法[3]，希臘式酸奶可以在生產(chǎn)過程中添加蛋白粉和增稠劑[4]，使產(chǎn)品達到預期蛋白質(zhì)的含量要求。根據(jù)是否分離乳清，將高蛋白酸奶的制作分為“非濾乳清工藝”和“濾乳清工藝”。

1.1 “非濾乳清工藝”

1.1.1 蛋白提高物

以希臘/希臘式酸酸奶等高蛋白質(zhì)產(chǎn)品制作為例，在現(xiàn)代工業(yè)化生產(chǎn)中可供選擇的蛋白提高物種類較多，主要有濃縮乳清蛋白（W PC），分離乳清蛋白（W PI），酪蛋白和牛奶濃縮蛋白（M PC）等。武波波，劉文攸等以6%蛋白質(zhì)指標研制一款希臘式酸奶時，固定鮮奶的比例40%，選擇脫脂奶粉、乳清濃縮蛋白、酪蛋白酸鈉復合使用提高蛋白含量，達到希臘式酸奶的特點[5]。王琳、劉培東等人采用81%～90%的牛奶、1%～5%的牛奶蛋白粉和0.5%～6%的乳清蛋白粉制作希臘酸奶，蛋白質(zhì)含量在4%～8%的指標時，風味口感佳，穩(wěn)定性好[6]。D.D.Bong通過添加55%、88%的酪蛋白膠束（M CC）開發(fā)蛋白含量為9.8%的希臘式酸奶，發(fā)現(xiàn)選用MCC-58強化得到的酸奶和市售濾乳清方法獲得的酸奶物理性質(zhì)相近[7]，它們的流變指數(shù)分別為0.09±0.03和0.12±0.03，黏度系數(shù)分別為176±41 Pa·sn和196±87 Pa·sn，表觀黏度分別為2.52±0.26 Pa·s和3.63±1.15 Pa·s，持水力分別為（72±1）%和（70±2）%，無顯著差別，為發(fā)酵前添加蛋白提高物的加工工藝提供了借鑒。

Desai等對市售10款希臘酸奶接受度測評，其中采用濾乳清工藝制得的產(chǎn)品6款，采用強化蛋白質(zhì)方式制得的產(chǎn)品共4款，調(diào)查中發(fā)現(xiàn)消費者在質(zhì)構(gòu)和稠厚度上并不認為蛋白質(zhì)強化的酸奶和濾乳清制得的希臘酸奶存在明顯差異，其中蛋白質(zhì)強化制得的產(chǎn)品在質(zhì)構(gòu)和稠厚度的最高得分別為6.7和6.5，濾乳清工藝制得的產(chǎn)品得分別為6.9和6.6[8]。

1.1.2 膜過濾

乳品工業(yè)中的膜過濾技術(shù)是利用半透性膜和一定壓力的分離方法，用來濃縮、分級乳清或用于濃縮牛乳。主要有反滲透、納濾、超濾和微濾4個基本類型，酸奶發(fā)酵前對牛乳濃縮的研究主要集中在超濾和微濾方式處理。用超濾法可除去牛乳中70%～80%的水；在脫脂乳的濃縮上，用反滲透法可去除60%以上的水分，而用超濾法則可得到蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)高達80%的脫脂濃縮乳[9]。

在壓力差的作用下，通過反滲透膜將溶液中的溶劑分離出來的操作過程稱為反滲透，適用于分離直徑為2nm以下的低分子和離子。很多領(lǐng)域使用反滲透時可以在較低溫度下進行，但在乳品加工過程中為了提高反滲透的效率，必須對牛奶進行加熱。使用反滲透存在固定投資過大，需要的反滲透膜面積較大，而且膜的使用壽命較短等缺陷，同時需要經(jīng)常對膜進行清洗，設(shè)備維護要求較高[10]。呂建國通過管式反滲透濃縮牛奶的實驗中發(fā)現(xiàn)，工藝中的壓力、溫度、濃度對總固形物截留率及脫鹽率沒有影響；壓力越大或溫度越高，可以使膜通量越大[11]。

納濾是介于超濾和反滲透之間的新型膜分離技術(shù)，其孔徑為1 nm左右。納濾膜的納米級孔徑，既起到濃縮又起到透析的作用，同時它也具有離子選擇性，在低壓操作下(納濾一般的壓力為0.5～1.0 M Pa)可截留大部分二價鹽，使一價鹽和小分子物質(zhì)透過[12]。王玉堂等研究納濾技術(shù)濃縮原料乳生產(chǎn)酸奶時發(fā)現(xiàn)，均質(zhì)后，65℃、1.6 M Pa納濾濃縮生產(chǎn)的酸奶，黏度、咀嚼性、膠著度、硬度和剪切應(yīng)力，比15℃、2.0 M Pa條件下生產(chǎn)的酸奶高，也比未采用納濾濃縮工藝生產(chǎn)的酸奶的高（P＜0.01），適用于開發(fā)黏度較高、具有一定黏彈性產(chǎn)品[13]。

超濾是在壓力差的作用下，利用半透膜的微孔過濾，截留溶液中的大溶質(zhì)分子的操作過程。超濾膜的孔的結(jié)構(gòu)范圍為1～20 nm，適合保留如蛋白質(zhì)、脂肪球、多糖等大分子物質(zhì)的，超濾膜的構(gòu)型有管狀膜、螺旋纏繞式和平板膜等，對于原料乳的濃縮典型使用一定數(shù)量的纏繞式膜元件。分子質(zhì)量為10 ku以下的組分作為透過物而透過膜，不會改變牛乳中酪蛋白乳乳清蛋白的固有比例[1]。

微濾主要用來除微生物及大分子分離。微濾膜的孔的結(jié)構(gòu)范圍為0.1～10μm，一般在1～25psi壓力下進行操作[14]?；诖丝讖降拇笮?，部分乳清蛋白作為透過物而透過膜，相當于對原料乳中酪蛋白含量的濃縮。乳清蛋白對于酸奶的質(zhì)構(gòu)有重要的影響，選擇微濾處理原料乳的方式應(yīng)考慮補充W PC或W PI等蛋白提高物。Brandsm a等研究微濾方式生產(chǎn)干酪時，通過測定在pH 6.0～6.6條件下處理的原料乳中鈣和乳清蛋白的保留與透過情況表明，相對低的p H條件下，微濾可以增加原料乳中鈣的透過和乳清蛋白的保留[15]。

1.2 “濾乳清工藝”

1.2.1 離心

在現(xiàn)有酸奶的生產(chǎn)工藝設(shè)備中，離心設(shè)備可以集成在此基礎(chǔ)上，目前主要有噴嘴和夸克式。GEA噴嘴分離機可以精確設(shè)置干物質(zhì)比例，進而高效、穩(wěn)定的生產(chǎn)希臘酸奶、冰島酸奶、夸克和新鮮奶酪等制品，在濃縮固體的同時澄清液體，濃縮的固體通過噴嘴持續(xù)排放，澄清的液體通過內(nèi)置的離心泵排出。Abu-Jdayil等對離心和通過布袋過濾乳清生產(chǎn)的濃縮酸奶流變學性質(zhì)進行了研究，剪切速率在11.70～1169 s-1，溫度5～55℃條件下，兩種工藝在流變曲線、稠度系數(shù)、表觀黏度、觸變作用等方面的變化，他們認為不同工藝生產(chǎn)的濃縮酸奶產(chǎn)品，形成的組織結(jié)構(gòu)有所不同[16]。乳清蛋白加熱過程中引起的變性可通過疏水鍵與酪蛋白交聯(lián)，酸乳形成凝膠時具有連續(xù)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，機械外力的作用下破壞了這種結(jié)構(gòu)，變成分散的微凝膠顆粒[17]。乳清在分離機的作用下被排除，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)粒子間的空隙增大，重排形成的結(jié)構(gòu)聚集程度低，可能是導致離心法生產(chǎn)酸奶出現(xiàn)乳清析出、結(jié)塊的原因。

1.2.2 膜過濾

不同的加工工藝影響酸奶的成分、質(zhì)構(gòu)和感官品質(zhì)等特性。若對發(fā)酵后的牛乳采用膜過濾濃縮生產(chǎn)高蛋白酸奶，通常選擇超濾的方式。O zer等對比研究了超濾和反滲透方式分別在發(fā)酵前和發(fā)酵后不同處理工藝制作濃縮酸奶的特性，通過產(chǎn)品成分組成、不同固形物含量中發(fā)酵菌株的生長情況等分析，得出發(fā)酵后經(jīng)超濾方式處理的樣品產(chǎn)生的風味接受程度高、總體評分高的結(jié)論，認為超濾方式對發(fā)酵乳的濃縮適合工業(yè)化生產(chǎn)[18]。其中，超濾工藝制作高蛋白酸奶蛋白質(zhì)含量、脂肪含量和乳糖含量分別為7.51～8.25 g/100 g，8.20～8.7 g/100 g和5.21～6.45 g/100 g，反滲透濃縮制得的高蛋白酸奶上述成分含量分別為6.38～6.82 g/100 g，5.6～6.6 g/100 g和7.24～8.98 g/100 g，反滲透濃縮工藝制得產(chǎn)品的蛋白質(zhì)含量和脂肪含量比超濾工藝制得的產(chǎn)品低；發(fā)酵后進行超濾的方式和傳統(tǒng)布袋濃縮方式有相似的黏度，比發(fā)酵前超濾和反滲透工藝產(chǎn)品的黏度高[19-20]。超濾工藝在發(fā)酵前或發(fā)酵后進行其彈性和損耗模量的差異并不顯著，但發(fā)酵前進行反滲透工藝制得的產(chǎn)品其彈性和損耗模要低于超濾工藝[19]。雖然每種情況下蛋白相互作用的類型可能相似，但在相互作用的程度上存在差異[20]。

1.3 高蛋白酸奶品質(zhì)的影響因素

1.3.1 蛋白提高物的影響

通過蛋白強化方式生產(chǎn)高蛋白酸奶時，其影響品質(zhì)因素主要集中在蛋白提高物的選擇和不同蛋白質(zhì)的應(yīng)用比例。王飛等人通過對不同廠商提供的W PC 80原料分析，發(fā)現(xiàn)由于蛋白粉的原料來源和加工工藝不同，它們的熱凝膠性和溶解度等方面存在一定差異[21]。由于這些差異的存在，應(yīng)用于酸奶后，將影響產(chǎn)品的風味和特性。孫穎研究發(fā)現(xiàn)，酪蛋白和乳清蛋白比例的改變對酸奶凝膠質(zhì)量有重要影響，同時二者的比例變化在乳酸菌發(fā)酵過程中可以影響凝乳時間和pH的降低幅度[22]。由于生牛乳中的蛋白比例固定，添加不同蛋白提高物將改變蛋白的組成，蛋白質(zhì)含量及比例不適將會導致產(chǎn)品凝固膠體太軟、結(jié)成小顆粒、沙粒狀、多粒狀和乳清分離[23]。因此合理選擇蛋白粉的來源和添加比例對提升高蛋白酸奶的品質(zhì)有重要意義。

1.3.2 乳脂肪和乳糖的影響

脂肪的含量影響高蛋白酸奶的口感味道和質(zhì)構(gòu)特性。Desai等對市售脂肪含量為零脂至全脂共計10款希臘酸奶的調(diào)研測評，乳脂風味是驅(qū)動消費者購買的重要因素，全脂產(chǎn)品得到的感官品評價分數(shù)最高[8]。乳糖能夠影響乳清蛋白的熱變性程度，進而影響酸奶的質(zhì)構(gòu)。M eletharayil等研究了由M PC組成的蛋白質(zhì)含量為4%溶液，在90℃加熱10 m in通過GDL誘導凝膠的條件下，不同乳糖濃度表現(xiàn)不同理化特性，隨著乳糖濃度增加至5.6%或11.2%，κ-酪蛋白與乳清蛋白的相互作用受其影響，致使凝膠的儲能模量G’和持水力增加，微觀結(jié)構(gòu)顯示更疏松[24]。

1.3.3 其他

Tam ime等認為超濾方式在工業(yè)化生產(chǎn)中濃縮酸乳的溫度宜為40℃～45℃，通過研究35℃～55℃超濾溫度條件下，發(fā)現(xiàn)在55℃時要比35℃時有更高的硬度，結(jié)構(gòu)上表現(xiàn)為更復雜的蛋白膠束，50℃～55℃的條件下也使菌種減少2～3個數(shù)量級[1，25]；另外，pH值和均質(zhì)對高蛋白酸奶的品質(zhì)具有重要影響。乳酸菌在發(fā)酵過程中持續(xù)產(chǎn)酸，隨著p H的降低，最后形成凝膠。除了導致產(chǎn)品酸度不夠或過高問題，pH過低可能導致凝乳結(jié)構(gòu)粗糙。武波波研制的希臘式酸奶的發(fā)酵終點在4.65時，結(jié)構(gòu)細膩，沒有顆粒感[5]；以全脂牛奶為原料生產(chǎn)高蛋白酸奶時，凝乳后可以選擇低壓均質(zhì)處理，均質(zhì)能夠提高產(chǎn)品均一性，使粗脂肪顆粒破碎成小脂肪分散于酸乳中，使產(chǎn)品具有奶油感和滑爽感[26]。

2 高蛋白酸奶生產(chǎn)現(xiàn)狀

在國內(nèi)乳品市場中，高蛋白酸奶產(chǎn)品的蛋白質(zhì)指標基本達到7 g/100 g，大部分產(chǎn)品主要布局中高端市場，定位“純正”、“0脂肪”、“高蛋白”等概念。具體指標介紹如表1，“濾乳清工藝”和“非濾乳清工藝”均有應(yīng)用。生產(chǎn)過程中采用“濾乳清工藝”約產(chǎn)生原料乳2/3的乳清，乳清的排放易對環(huán)境造成污染，處理大量的乳清需要配有特殊設(shè)備，如果不能對產(chǎn)生的乳清再利用，一定程度上可能增加了企業(yè)的生產(chǎn)成本。

表1 部分企業(yè)高蛋白酸奶產(chǎn)品指標情況

在北美市場，希臘式酸奶的銷量得到迅速增長，推動希臘式酸奶增長主要原因是健身男士可以將其作為高蛋白含量營養(yǎng)品，同時希臘式酸奶得到大部分女士的親睞熱衷[28]。高蛋白酸奶品牌Pow erfu l推出專為男性設(shè)計的乳制品Pow erful Yogurt，每份產(chǎn)品的蛋白質(zhì)含量在21～25g，適合運動前后蛋白質(zhì)補充。達能Light&Fit Greek Crunch系列希臘式酸奶采用上下分式包裝，頂部裝有松脆零食，底部是零脂希臘式奶油酸奶，每5.0oz含有11g蛋白質(zhì)和544.28 J熱量。

3 展望

伴隨新興消費群體對酸奶功能性需求，未來高蛋白乳制品的發(fā)展將更趨近高端化。倡導健康生活方式、更多人熱衷運動將成為高蛋白酸奶的發(fā)展契機。隨著膜技術(shù)、離心和蛋白提高物對高蛋白酸奶品質(zhì)影響的研究深入，企業(yè)可以通過制造不同形式產(chǎn)品，拓寬目標消費人群。高蛋白酸奶作為未來乳制品中重要細分品類，能夠保證企業(yè)持有長久的核心競爭力，實現(xiàn)差異化。

高蛋白酸奶除可以在加工技術(shù)上創(chuàng)新，也可以在質(zhì)構(gòu)和功能等方面延伸。突破類似于奶酪的半固態(tài)外觀，將其細分為飲用型、布丁型產(chǎn)品等；益生菌和益生元的協(xié)同作用在腸道健康領(lǐng)域擁有巨大潛力，可以在高蛋白酸奶中添加功能性益生菌和膳食纖維，使其在營養(yǎng)價值上高于傳統(tǒng)希臘酸奶的標準。