欧洲的乳制品工艺发展—记荷兰乳品研究所（NIZO food research）

文│A.C.Juriannse（荷兰乳品研究所）

欧洲的乳制品工艺发展—记荷兰乳品研究所（NIZO food research）

文│A.C.Juriannse（荷兰乳品研究所）

一、总体介绍

1.乳品研发的进展。欧洲乳品世界已经发生了翻天覆地的变化。经过持续的兼并和收购，乳品企业的数量大幅度下降，如今的全球或区域乳品市场被少数大型企业占据。同时，随着农业在国民经济中的比重下降，政府正在削减对公共乳品研发的投入。乳品企业不仅面临彼此的激烈竞争，更要面临传统意义上非乳品企业的挑战，他们为消费者提供“类乳产品”，例如软饮料、果蔬产品和氢化黄油。

创新的压力迫使企业应用更多非乳源性新原料，因此很多乳品公司已经成为“食品公司”。当乳品公司自有研发部门的技术和资源不足时，外部研发提供商的保密性也显得十分重要。乳品研发产业也随之发生了重大转变。世界范围内独立乳品研发机构的数量出现了大幅的下降。传统意义上的乳品研发针对原材料，着眼于了解原料和产品的性质、加工过程中的保持和工艺的优化。乳品研发目前已经转为针对消费者获益的传递，提高创新速度与改进工艺效率和稳定性的手段（表1）。

2.NIZO的历史。荷兰乳品研究所（NIZO）于1948年由荷兰乳品工业联合建立，其历史折射了乳品市场的发展历程。雄厚的科技传承与工业相结合使NIZO成为紧随市场的发展变化并始终保持独立地位的少数乳品研发机构之一。NIZO已经公开发表了许多关于产品工艺和流程的文献，为乳品企业验证并应用（见表2，表3）。

NIZO与工业伙伴紧密合作中进行研发。为了结合科学和企业生产，NIZO的专业人员分别来自学术机构和生产企业，以确保学术卓越和新技术实践应用。基于多年丰富经验的多学科交叉项目管理，来自工业的绝大部分技术需求可以得到满足。

NIZO已经由曾经的研发机构成长为独立的研发服务提供商，根据乳品工业的需求，努力创新，保持乳品研发领域的世界领先地位。

近年来，NIZO的科技优势已经从以产品为中心（乳酪、奶粉、液态奶、酸奶）拓展到更加广泛的技术平台，包括食品物理学、生命科学和食品工艺学（见表1）。

表1 NIEO的科技优势

二、从知识到实践

1.知识基础上的创新。独占性技术往往可以保证企业在激烈的市场竞争中保持多年的优势。以此为目的，功能性和感官性益处的有机结合是具有决定意义的。表2归纳了一些NIZO为了平衡感官与功能性益处而进行开发的例子。

2.供应链。市场竞争在推动企业研发新产品的同时，也要求降低生产消耗。乳品企业往往要处理大量的原材料，生产效率上的小改进都有十分重要的意义。表3归纳了NIZO为帮助企业建立低耗生产模式的供应链辅助工具。

3.理论与实践。“不能生产该产品，就谈不上进行相关的研究。”这已经成为NIZO自创立以来一直坚持的首要理念。NIZO拥有最新的亚工业规模中试车间，涵盖所有乳品生产中的单元操作，包括液态制品、酸奶、乳酪（鲜、亚硬质和硬质）、奶粉和配料（从发酵菌种到高纯度蛋白、磷脂等）。另外，NIZO的中试车间更是进行小批量高价值配料生产的完美选择，从液态制品的一线式生产到高科技（发酵）配料。传统意义上的中试车间主要应用于大规模工业化生产前的逐级放大过程，但是实际中的应用更加广泛。NIZO的客户使用这些设备生产精品级产品、试验市场样品，或解决新工艺/设备运行中出现的问题。另外，产品-工艺模型的改进和验证可帮助企业实行减耗项目和加快创新。同时，拥有丰富研究背景和工业生产经验的专家使NIZO能够高效率地将理论知识转化为工业化成果。

2008年，NIZO增设了全新的食品应用中心（FAC），大大扩展了食品级生产的能力。FAC为客户提供极具有竞争力的平台，使专家更有效地应用基于知识的理念，快速进入特定目标市场。FAC帮助客户成为更高效更充分的创新者，同时NIZO的专家利用丰富的经验和技术手段使全新产品可处理、理化性质稳定和最优化。对于辅配料供应商，FAC可用来测试配料在诸多产品中的应用，以了解应用过程中的功能性，并为标注提供证据。FAC是NIZO客户特定工艺应用的灵活场所。目前FAC已经被应用于以下产品：乳品、饮料、汤品、调味品、冰淇淋、糖果、烘焙制品和肉制品。

三、乳制品的独特性：面向未来的承诺

表2 NIZO的技术改进成果

1.乳制品特有的风味。为了传递消费者收益，风味生成和保持是未来乳品工业的关键技术。自然形成的香味是乳制品风味的独特优势；众多香味化学物质伴随着牛奶发酵生成。相对于合成风味，消费者往往更倾向于均衡醇厚的发酵复合风味。这赋予乳品企业一个独特的竞争优势。

基于多年的乳品风味研究，NIZO已经为创新性应用收集保藏了极为丰富的菌种资源。基因组学的快速发展极大促进了发酵技术的改进。现代生物科技已经被用来建立基因表达与产品功能性之间的联系，并根据新功能鉴定新菌种（株）。尽管消费者对现代生物技术（转基因）的应用还不很积极，但是基因组学研究成果已经被积极应用于传统发酵中，并进一步融入产品。这些应用包括加速熟化、重酸化酸奶、高活性肽酶去除苦味、乳酪风味浓缩产品、低热量丙氨酸单体生产等。近二十年来高通量筛选技术（HTS）快速发展，使得特定测试状态下对（天然）菌株的快速比较成为可能。应特别提及的成果是“微乳酪系统”，它被应用于筛选乳酪生产中的菌株。利用这一系统，每天可以生产600个不同的微乳酪（每个200毫克）以监测发酵菌种的活力。

未来的研究将结合对代谢途径的了解和数字化计算机建模技术，达到预测生产过程（如乳酪熟化）中风味形成的目的。这项技术也可以被应用于预测货架期中风味的稳定性。

消费者的风味感受是多模拟元的综合结果：挥发性、非挥发性风味物质及其释放动力学性质也会影响消费者的接受程度。新分析设备例如质谱鼻（MS Nose）和气味测量计（olfactometer）的应用，结合先进的感官分析技术，使辨别风味和物性的功效成为可能，并有希望为乳品工业提供更多的创新点。近年来，对含有益健康成分食品的市场需求持续走高。但是这些健康成分通常会损害食品原有风味或使风味组成失衡。寻找掩盖异味或强化添加成分风味，以维持完美风味平衡的解决方案将是产品开发中十分耗时并且昂贵的步骤。NIZO为此开发了一全新技术，称为“Olfactoscan”，用来快速筛选拥有风味遮掩或良性风味增强作用的化合物。其独特之处在于利用特别构建的界面结合了气味测量计和气相色谱两项技术。这一界面混合特定异味和潜在的掩盖风味物质，并且控制其在生产流程中的输送。高效与可靠食源风味提取物结合使Olfactoscan成为对异味物质检测的快速线上技术解决方案。

2.新优乳品组织结构。随着消费市场的发展，乳制品需要新的功能性特质，例如便捷性、健康特性、长货架期、多层次复合产品、物质释放的可控性等。

为了控制产品特性，要检测真实情况下的剪切力和温度。微结构分析的最新进展已经能使学者对特定级别（细观）的结构进行研究，甚至伴随咀嚼过程。这是向更好地了解加工过程中的结构（形成需要的结构）或在与口腔相同状态下的结构分解的主要步骤。近期的研究表明微结构和真实口腔情况下的切割行为对了解口腔感觉需求的重要性，如多汁性、易碎性和类奶油性。

表3 NIZO开发并在工业运用的供应链工具

含特定难混合成分（如脂肪和水，蛋白质和多聚糖等）的产品有其固有的不稳定性。学者们与热力学进行着长期的抗争。随着非乳品原材料的引入，要求更好地了解和控制复合高聚物系统的性质。特别是对蛋白质和多聚糖的交联作用对理性食品设计有至关重要的意义。

新产品需要解决如从产品结构释放的小分子的控制，胶囊化和食品中小分子移动中的新问题。功能性或生物活性成分在食品中的强化加速推动了对先进胶囊化技术的研究。为此，NIZO开发了基于定制功能性（tailored functionality）的天然胶囊化技术，通过对包被蛋白的天然交联研究开发了定制功能性。基于这项技术开发了一种肠包被可以在胃酸环境中得以保全，在小肠部位降解从而将生物活性物质运输至目标部位。为了快速检测活性物质的释放，NIZO还开发了模拟食物组织和成分生理降解的方法。食物组织和成分的分解和消化在结构设计的权重决策中是重要的考虑方面。

食品物理和在数学模型中重现加工状况的能力结合在一起可以对工艺效率和产品物性控制更加有效。同时这项改进为知识管理的崭新方式打下牢固的基石。

物理学和食品工艺学不是执掌制造新型材料的惟一工具；一旦完成分子功能性分子的鉴定，生命科学会带来更多更新的拥有改进特性的新分子。

3.功能性健康成分。消费者需要可口和健康的产品。NIZO把研究重点放在肠道，因为绝大多数的功能性都（声称）在此部位体现。

钙的重要性在于降低肠道感染和直肠癌的风险。此外钙还可能对炎症性肠病起积极作用。其他几种乳品成分也可能调整对肠道感染的抵抗力。益生元和益生菌因可以影响肠道菌群组成而为人所知，并且益生细菌可以用作某些营养物质在肠道内的原位合成。二者也可能在免疫反应改善过程中起重要作用。即将诞生的新生物标记将有助于阐明食品成分在肠道健康中的功效。

超重和肥胖症是包括成人和儿童的主要公共健康问题。近年来，世界范围内的肥胖级别显著升高。所以食品企业必须重视其反应并且将合理的饮食建议（建议增强体育锻炼）结合于新产品的诸多影响因素（饱食度）中。来自于嗅觉、味觉、色泽、温度以及组织的感官效应是饮食终结重要的影响因素。另外改变风味特性也对增强感官特异的饱食感有作用。蛋白质和脂肪的功能性能彼此增强过饱食效应。益生元和益生菌被发现能调整饱食相关激素和能量摄入，也可以作为体重控制的功能性成分。

4.乳品工艺。追求低耗生产，持续性和食品安全性将继续左右乳品工业。企业结构（人员）的高频度改变使乳品企业面临严重的专业人员流失，甚至企业的核心专业领域。这就提高了对知识管理的要求。为维持知识体系、降低生产消耗和加快创新速度，相关的信息技术工具得到了长足的发展。若干IT系统已经完成并且被应用于将NIZO对食品物性的了解与食品安全性质相结合，进而降低生产成本或优化产品特性。案例见表3。

绝大多数IT工具被植入到用户友好的软件环境中，如NIZO-Premia和ES-Spraydry来保证用户的可使用性，一些甚至可以通过互联网接入。目前乳品和食品企业的研发部门和生产部门正在应用这些IT工具来降低生产成本和改进产品质量。

需要有限计算时间的数学建模工具已经被植入基于模型的在线控制系统NIZO-Premic。不同于传统的控制系统，Premic允许使用产品质量参数作为设定点。内置的预测模型确保工艺设定点在整个生产过程实现最优化。

除了关于食品和软件应用的知识，可靠IT工具的完善与改进还需要工艺和产品数据。NIZO的中试车间设备及其生产中获得的数据在IT工具发展中起着重要的作用。给定的生产规模下得到的消耗往往偏高。因此NIZO正在开发实验性的实验室级别生产流程，允许在大范围生产条件下的高通量测试，为改进IT工具提供更合适的数据。在这一框架下的第一项发展是已经在几个工业化项目中应用的微型热交换器，例如检测食品生产中微生物芽孢的热敏感型，获得的相关灭活数据可以应用于IT工具中以优化大规模生产。其另一个优势是合适的接入性，可以使用优化工具在线测量数个产品质量参数。

通过结合工艺和应用技术优势，以及从已有的IT工具获得的数据，NIZO正在重新设计乳品生产流程，以降低生产成本，确保安全，根据可持续性达到（未来）标准。例如与荷兰乳品企业合作，NIZO正在探索一个全新的零废物乳清生产流程，包括最小化和循环使用过程水，寻找分解副产品如乳清盐的新应用，如最小化乳清盐的排放。

5.食品安全和风险管理。食品安全是倍受争议的公共问题。今天的消费者对食品有很高的要求，诸如有自然风味和新鲜度的方便性产品，并且高度安全。这无疑是食品工业面临的巨大挑战。

NIZO在食品链特别是乳品生产链中的安全和质量方面有很强的可追溯历史。NIZO提供覆盖整个食品链的食品安全改进方案。鉴定潜在的（新）危害和实施有效的控制方案。NIZO提供的分析服务包括对化学污染的最新检测，检测微生物污染的最新（分子）技术，针对食品链中微生物（如致病菌、芽孢等）的灭活/生长预测模型，对化学和微生物污染的定量风险评估模型，为确保卫生工艺流程的计算机辅助设计和依需要进行特例分析。另外，新近对产品储藏的研究有助于延长产品货架期和创新。

NIZO的工具和优势使食品产业应用最经济的工艺条件生产最优化的产品，同时保证高度的食品安全性。

四、技术造就成功

NIZO同时致力于基础科学研究和其工业应用。学者和工业长期相互影响保证了科学研究成果推动工业化的持续创新。NIZO的角色已经随时间改变。多年前，荷兰乳品工业内部存在竞争，NIZO开发的技术让企业投产新产品，例如Leerdammer和Kernhemmer乳酪。今天，乳品企业拥有自己的研发部门，而NIZO也成为通过给予保密的支持某一公司产品研发的技术提供者。NIZO的业务理念则更类似于计算机芯片制造商“NIZO inside”。尽管视野已经扩展到其他食品类别，NIZO还是致力于在乳品研发中保持领先地位。通过参与许多国际科学网络，NIZO站在科学的新水平线上，将新技术带到工业生产。（注：本稿件由中国奶业协会信息中心提供）