中垦乳业联盟低温乳制品工艺调研与分析

刘鑫宇，任发政，穆硕，罗洁,3

（1.中国农业大学食品科学与营养工程学院，教育部功能乳品重点实验室，北京 100083；

2.中国农业大学食品科学与营养工程学院，食品质量与安全北京实验室，北京 100083;3.湖南农业大学食品科学技术学院，长沙 410114）

低温乳制品主要可分为低温奶和低温发酵乳制品两大类。低温奶是指采用巴氏杀菌法加工而成的乳制品[1]。低温发酵乳制品指以牛乳或含有同等无脂乳固体的其他乳（羊乳、马乳等）为原料，经乳酸菌（或乳酵母）发酵而形成的具有特殊风味、后期需要低温（0～6℃）运输、储存和销售的糊状或液状产品[2]。市售低温乳制品主要为巴氏杀菌乳和酸乳，还包括干酪、奶油、乳冰淇淋等。

近年来，低温乳制品的产量及销售量大幅增加，市场需求量不断扩大。据尼尔森的消费市场分析数据显示，2016年我国低温乳制品规模约345亿，其中低温酸乳占比最大，增速最快，同比增长9%。此外，2011～2016年我国市场低温巴氏杀菌乳的增速达到常温奶的2倍[3]。随着冷链物流的进一步发展与完善，可以预见低温乳制品将逐渐成为乳制品未来发展的方向。

中国农垦乳业联盟是由农垦全国性或区域性乳品企业、标准化规模化奶牛养殖场和乳业科研院所等组成的开放产业联盟。目前，联盟内乳品企业所用低温乳制品加工工艺差异较大，对产品的品质影响不一。本文针对低温乳制品中占比最大的巴氏杀菌乳及酸乳进行分析，通过调研中垦乳业联盟单位6家乳品企业生产两种低温乳制品所采用的原料乳标准及加工工艺等参数，提出了低温乳制品标准化工艺参数制定的建议，为制定低温乳制品生产的标准化工艺流程，提升我国低温乳制品品质提供理论依据。本调研主要针对低温牛乳制品开展。

1 影响低温乳制品品质的关键因素

低温乳制品加工工艺主要包括：原料乳验收→净乳→冷却储存→标准化→均质→杀菌→（发酵）→冷却暂存→罐装运输。影响低温乳制品品质的关键因素如图1所示。

图1 影响低温乳制品品质的关键因素

1.1 原料乳品质

原料乳通常指生鲜乳，即从奶畜乳房挤出未经过任何处理的生乳。其品质指标包括乳脂率、乳蛋白率、固形物含量、体细胞数和微生物含量。原料乳品质会对终产品的质量安全、口感、质地等产生重要影响。乳脂率较低会导致乳品口感单薄，奶香较淡；微生物指标含量超标会导致乳品的质量安全问题。因此，选择优质、安全的原料乳对低温乳制品的品质至关重要。

1.2 净乳

原料乳通过离心去除一些杂质或部分脂肪以达到分离净化。

1.3 标准化

牛乳的标准化包括脂肪含量和蛋白质含量的调整，通过添加稀奶油、脱脂奶、可溶性乳蛋白等，使其达到要求的含量。

1.4 均质

利用均质机使牛乳中的脂肪球粒径减小，分布均匀，防止脂肪上浮，提高牛乳的稳定性与品质。通常均质时温度为50～65℃，压力为14～25MPa。

1.5 杀菌

在低温乳制品加工过程中通常使用巴氏杀菌法（72～85℃）对生鲜乳进行杀菌。巴氏杀菌既能够使巴氏杀菌乳达到安全饮用标准，又能最大限度地保留营养和风味。对酸乳通常在巴氏杀菌、添加物料后再采用高温短时杀菌（95℃，300s）的杀菌工艺，变性淀粉在此阶段充分膨胀并糊化，增加黏度。

1.6 发酵

发酵是决定酸乳的风味和质构的关键步骤。牛乳接种保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌后，在适宜温度下一定时间内发酵形成酸乳。发酵过程中还可加入其他益生菌，可以达到为酸乳增添风味或功效等功能。

1.7 罐装运输

正确卫生的罐装运输可以保持低温乳制品品质。因此，罐装运输时的机器卫生条件与温度要精密把控，防止低温乳产品受到二次污染，影响品质。

2 中垦乳业联盟单位低温乳制品的生产工艺现状调研

2.1 原料乳

表1 原料乳乳成分调研数据

表1的调研结果显示，各企业原料乳的各项指标浮动较大，多为范围值。与《食品安全国家标准 生乳》（GB 19301-2010）[4]相比，乳蛋白率、固形物均高于国标要求，而原料乳乳脂率的最低值3.0%（E）小于国标要求的3.1%。B与C企业的细菌总数高于国家标准。

2.2 均质

表2 均质工艺参数调研数据

牛乳是具有胶体特性的生物化学液体，乳脂肪以球体状态分散在乳状液中，为"水包油"型的乳浊体系。在贮存过程中众多的乳脂肪球进行着不规则的布朗运动，当两个或者两个以上的脂肪球由于热运动相互碰撞时，在其水化膜处发生相互渗透，脂肪球膜被破坏之后，脂肪球之间相互融合就导致了脂肪粒的形成。脂肪粒径越大，比重越小，向上运动越快，至乳的表面形成稀奶油层[5]。在上浮层中油滴的高度聚合又会促进交联作用，导致进一步的絮凝和聚结[6]。轻度的脂肪上浮不会对风味产生很大影响，还可以饮用。但是脂肪上浮严重时，乳品的上层会出现一个黏度较大的半固体层，不仅会影响消费者的感官感受，甚至会使下层乳品风味发生恶性改变。对牛乳进行均质可以使较大的脂肪球粒径减小，分布均匀，可以减少两个或多个脂肪球碰撞的几率，同时向上运动速率也会减小，牛乳稳定性提高，降低脂肪上浮的可能性。

非均相液态食品的分散相物质在连续相中的悬浮稳定性与分散相的粒度大小及其分布均匀性密切相关，粒度越小、分布越均，其稳定性越大。从表2可以看出，六家企业均使用高压均质机对牛乳进行均质，但是各企业采用的具体温度和压力不尽相同。如在生产实践中，一般牛奶低压取2MPa左右，高压取16～18MPa，酸乳低压取2～4MPa，高压取20～25MPa[7]，原则上是为达到均质效果，压力取低值为宜。均质温度对均质效果影响重大，温度高则饱和蒸汽压也高，均质时空穴效应容易形成。因此，为了提高均质效果，在保证液体物料不变性的前提下，适当提高均质温度可以促进脂肪球粉碎和分散效果更好。实际生产中牛奶均质温度一般为50～70℃，50℃是牛奶有效均质的最低温度。

A企业使用的标准中，温度明显高于其他企业，压力适中，但由于未对均质后的效果进行验证，缺乏对产品品质的质量分析。B企业在均质时所用的温度和压力都适中，但是原料乳的乳脂率在六家企业中偏高，均质效果仅依靠观察保质期内的脂肪上浮情况判断太过简单，可能影响酸乳产品的稳定性。E企业使用的标准中，温度与压力均适中，用脂肪球粒径为0.4μm判断均质效果，可保障产品在贮藏中的脂肪球稳定性。F企业使用的标准中，温度和压力与其他企业相比偏低，判定均质效果的脂肪球粒径也较大，容易在贮藏过程中发生脂肪上浮，影响产品品质。C企业均质时温度未知，压力正常偏小，均质效果未测定，从原料乳的乳脂率推断，其均质效果与F相类似。

2.3 杀菌

表3 杀菌工艺参数调研数据

牛奶的巴氏杀菌方式主要分为两种。一种是将牛奶加热到62～65℃，保持30min。采用这一方法，可杀死牛奶中各种生长型致病菌，灭菌效率可达97.3%～99.9%，经消毒后残留部分嗜热菌及耐热性菌以及芽孢等。第二种方法将牛奶加热到75～90℃，保持15～16s，时间更短，工作效率更高，但可造成营养损失。

酸乳的杀菌方式主要采用高温短时杀菌（一般采用95℃、300s）的杀菌工艺，变性淀粉在此阶段充分膨胀并糊化，提升黏度。

巴氏杀菌乳产品中，A、B、C和D企业均采用的是巴氏杀菌法。温度范围为72～87℃，时间为15～30s。从表3可以看出，C的杀菌温度和杀菌时间均高于其他企业，原因可能是将酸乳与巴氏杀菌乳应用一套系统处理，基于两者平衡，故适当提高了温度和时长，以提高生产效率。其次，糠氨酸（ε- N- 2- 呋喃甲基-L- 赖氨酸）是牛奶在加热过程中美拉德反应的重要产物, 美拉德反应的程度关系到生奶在加工过程中热处理的类型和强度，即成品液态奶品质的优劣。研究结果显示[8]，生乳中糠氨酸含量为2～8mg/100g，不含复原乳的巴氏杀菌乳中糠氨酸含量应小于12mg/100g[9]。可以看出，A、B和D企业的低温乳产品糠氨酸含量均小于12mg/100g，符合标准；其他企业未对这一指标进行测定。

酸乳产品中，E、F和B企业均采用高温短时杀菌的方式进行杀菌。能够杀灭原料乳中的杂菌，确保乳酸菌的正常生长和繁殖，钝化原料乳中对发酵菌有抑制作用的天然抑制物；使牛乳中的乳清蛋白变性，以达到改善组织状态，提高黏稠度和防止成品乳清析出的目的，可以保证杀菌后牛奶理化指标符合成品要求。

值得注意的是，所有调研企业均采用热杀菌方式进行灭菌处理。热杀菌工艺相对简单，杀菌效果较理想，但是其缺点也是不容小觑的。原料乳中的活性营养成分，例如免疫球蛋白、乳铁蛋白、维生素等会在热杀菌过程中受到一定程度的损伤，同时加热会使一些挥发性的风味物质流失导致风味变化，还会产生非酶褐变影响感官。近年来，非热灭菌新技术的兴起有效地解决了由加热导致乳品品质下降的问题。以下列举几种近年来国内外正在研究或已经工业化使用的几种非热杀菌技术：

（1）超高压灭菌技术（HPP）：基于帕斯卡原理，通过超高压处理可以破坏细胞膜，从而杀死原料乳中的细菌、霉菌、酵母菌。研究表明，在25℃、400MPa处理15min，或者600MPa、20℃处理3min的牛乳可以在10℃下保藏10d[10]。这项技术发展时间较长，工艺简单方便，便于工业化生产。

（2）脉冲强光杀菌（PL）：是一种安全（无汞）、强效、节能的新型冷杀菌技术。脉冲强光杀菌是利用脉冲的强烈白光闪照而使惰性气体灯发出与太阳光谱相近，但强度更强的紫外线至红外线区域光来抑制食品和包装材料表面、固体表面、气体和透明饮料中的微生物的生长繁殖[11]。Kasahara 等[12]研究PL对山羊乳中大肠杆菌（E. coli）的杀菌效果及感官属性的影响，发现在PL强度为10J/cm2时，大肠杆菌减少6lgCFU/mL，芳香物质有所改变，而物理性质和组成成分无显著性变化。

（3）高压二氧化碳杀菌：指在低温下利用高于0.1MPa、通常高于7MPa以上的CO2进行杀菌的技术，当杀菌温度和杀菌压力达到临界点(31.1℃、7.38Mpa)以上时又叫超临界CO2杀菌(SC-CO2)。

（4）低温陶瓷膜过滤技术：是在低温状态下，让天然的鲜乳通过微米孔径的陶瓷膜过滤，在保证安全的同时，避免了蛋白质的热变性，全面保留了鲜奶中99%的活性免疫球蛋白、95%的乳铁蛋白和多种天然维生素、乳钙、矿物质和微量元素等营养成分；货架期也有所延长[13]。

2.4 发酵

酸乳发酵过程中，保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌的添加是最基本的，也是最必不可少的。两者混合培养会产生“1+1＞2”的效果，所以两者添加量的比例也是至关重要的。在发酵过程中，嗜热链球菌在代谢过程中有风味物质双乙酰产生，保加利亚乳杆菌在代谢过程中可产生香味物质乙醛，同时产酸、产黏。除了添加这两种菌之外，一些企业还会加入益生菌。目前我国可用于保健食品的益生菌菌种共9种，包括两歧双歧杆菌、婴儿双歧杆菌、长双歧杆菌、短双歧杆菌、青春双歧杆菌、保加利亚乳杆菌、嗜酸乳杆菌、干酪乳杆菌干酪亚种、嗜热链球菌。

表4 发酵参数及菌种

从表4可以看出，A企业使用的是最基本的菌种进行发酵。F企业在这个基础上添加了植物乳杆菌，其具有一定的保健作用。E企业在添加植物乳杆菌的基础上又在酸乳中加入了乳双歧杆菌和嗜酸乳杆菌，这两种菌都会对胃、肠微生态起一定调节作用。摄入含有这两种活菌的乳食品对消化器官有好处，特别是对胃肠功能失调的婴幼儿和一些长期口服抗生素而引起胃肠功能失调的病人，食用含有这两种活菌的发酵乳后，可以迅速使肠道内的菌群恢复正常平衡，抑制腐败菌的增殖，所以具有很好的营养保健作用。B企业除了加入上述菌种之外，还加入了鼠李糖乳杆菌、副干酪乳杆菌、德氏乳杆菌乳亚种等菌株。鼠李糖乳杆菌能够耐受动物消化道环境，在人和动物肠道内定植，起到调节肠道菌群、预防和治疗腹泻、排除毒素及提高机体免疫力等功效。副干酪乳杆菌可增强宿主对微生物病原体的非特异性抵抗力，加快肠道内病原体的清除；能够治疗肠道菌群紊乱和使肠道通透性增强，从而防止食物过敏和急性腹泻[14]。

2.5 灌装运输保存

在整个乳品生产过程中，35%的二次污染由管道、罐、阀门和输送泵导致，65%的二次污染是在杀菌后再包装过程中产生。为防止低温乳制品在灌装过程中受到二次污染，应严格控制灌装时的外源污染，同时通过低温抑制细菌生长繁殖[15]。灌装温度因低温乳制品产品而异，巴氏杀菌乳较酸乳相比拥有更适合细菌生长繁殖或变质的基质条件，例如pH、水分活度等。因此巴氏杀菌乳的灌装温度应低于10℃，而酸乳的罐装温度低于20℃即可。

表5 灌装运输保存参数与方法

运输过程、储存过程、流通和销售中，应全程保证低温乳制品的冷链温度符合标准。根据GB/T 22918-2008易腐食品控温运输技术要求[16]，巴氏杀菌乳在运输过程中应保持2～6℃。从表5可以看出，六家企业均符合国家标准。运输时间因地理差异而不同，但原则上越小越好。

货架期的长短与低温乳制品类型、包装形式、季度有关。玻璃瓶对光线、空气、水分等的阻隔能力相对较差，所以玻璃瓶装巴氏杀菌乳货架期较袋装巴氏杀菌乳更短。

3 低温乳制品标准化工艺制定建议

3.1 设定均质终点的判断标准

均质的目的是使较大的脂肪球粒径减小，分布均匀，从而减少脂肪上浮的情况，进而提高低温乳品的稳定性。均质完成的判断标准仅仅以肉眼观察是不够的，不能保证低温乳品在长时间内的稳定性，可能会影响乳品质构及风味。通常测定的脂肪球粒径小于0.8μm，其上浮的速率可以得到有效控制[17]。所以建议完善均质完成的判断标准，要以脂肪球粒径来衡量均质的效果，这样可以保障低温乳品的品质。

3.2 制定发酵终点的评价指标

发酵终点的判断对提高产量和经济效益至关重要，如果不及时结束发酵，会延长生产周期，降低设备的利用率，还会使菌体合成产物的能力下降，甚至改变发酵液的性质，造成产品质量下降。酸乳的发酵时间受原料乳品质、发酵菌种、发酵温度的影响，不能仅仅依靠时间来判断终点。发酵终点的判断需根据产品类型设置其评价指标，如酸度、温度、质构特性或风味物质组成等。

3.3 杀菌工艺的改进

传统的热杀菌工艺虽然能够很好地完成杀菌任务，但是其对乳品本身的感官特性、营养物质都有一定程度的损害。而非热杀菌可以很好地完成杀菌并且保留乳品中大多数活性成分。所以，使用非热杀菌技术是未来低温乳制品生产工艺改革的大方向。