發(fā)酵乳粉生產技術研究進展

文/陸東林 徐 敏 何曉瑞 李新玲 張志強 金英姿 李 芳 葉東東

（1 烏魯木齊市奶業(yè)協(xié)會；2 新疆天潤生物科技股份有限公司；3 新疆輕工職業(yè)技術學院食品與生物技術分院；4 新疆生產建設兵團畜牧獸醫(yī)工作總站）

發(fā)酵乳是以生乳或乳粉為原料，經殺菌、發(fā)酵后制成的酸度上升的乳制品。生乳經乳酸菌發(fā)酵后，蛋白質、脂肪、乳糖等被降解，變得更加容易消化和吸收，提高了乳的營養(yǎng)價值。低溫發(fā)酵乳中含大量活性乳酸菌/益生菌，有益于人體健康。大量試驗研究證明，發(fā)酵乳具有調整腸道菌群、強化黏膜欄柵、抑制腸道感染、緩解乳糖不耐癥、促進鈣鐵吸收、預防骨質疏松、降低膽固醇、預防心血管病、抗衰老、抑癌等保健功效[1～3]。但是含活性菌的低溫發(fā)酵乳保質期短，需要冷鏈儲運，不利于擴大銷售；而通過適當方法制成的發(fā)酵乳粉，不僅具有發(fā)酵乳的營養(yǎng)成分和風味，而且能保持乳酸菌/益生菌的活力，貨架期長，無需冷鏈儲運，擁有廣闊的發(fā)展前景。發(fā)酵乳粉應用范圍很廣，既可作為“生產發(fā)酵劑”制作發(fā)酵乳，又可沖調成即食發(fā)酵乳直接飲用，還可作為冰淇淋、雪糕、奶片、糖果及焙烤食品等的原料[4]。早在20世紀50年代，前蘇聯和西德就致力于發(fā)酵乳粉的研究并生產高嗜酸菌活性的發(fā)酵乳粉[5，6]。我國對發(fā)酵乳粉的研究起步較晚，1982年劉英華發(fā)表了《酸奶粉研究報告》[7]，此后許多科技人員對發(fā)酵乳粉的生產技術進行了研究。20世紀90年代，新疆呼圖壁種牛場東泉乳品廠（西域春乳業(yè)公司的前身）曾開發(fā)生產酸牛乳粉，后因其口感及銷路不暢等原因而停產。目前，新疆伊犁思味特乳業(yè)公司生產的酸牛乳粉以大包裝工業(yè)粉的形式供應新疆外企業(yè)作為食品原料。最近幾年，新疆特種乳生產發(fā)展較快，部分企業(yè)開發(fā)了酸駝乳粉、酸驢乳粉等產品，但由于工藝技術不完善，產品質量參差不齊。本文對發(fā)酵乳粉的生產技術發(fā)展進行綜述，為改進生產工藝和制定相關標準提供參考。

1 發(fā)酵乳粉的加工方法

1.1 噴霧干燥法

噴霧干燥法特別適合于熱敏性或活性類食品的脫水干燥生產，具有時間短、速度快、加工量大、成本低等優(yōu)勢，但可能會導致較多的風味物質損失和較高的乳酸菌死亡率。目前規(guī)?；a發(fā)酵乳粉多采用本法。噴霧干燥法的一般工藝流程為：原料乳→凈乳→標準化→加入添加劑，混合→殺菌→濃縮→冷卻→接種經馴化的生產發(fā)酵劑→發(fā)酵→噴霧干燥→出粉→包裝→檢驗→成品[8]。

1.2 冷凍干燥法

冷凍干燥法能較好地保存乳中的營養(yǎng)成分，特別是生物活性成分，乳酸菌存活率較高，但生產周期長、能耗高、單產低、生產成本高，不適于大規(guī)模工業(yè)化生產。冷凍干燥的工藝流程為：原料乳→凈乳→標準化→配料→預熱→均質→殺菌→濃縮→冷卻→接種→發(fā)酵→冷卻→分裝→預凍→降溫→抽真空→加熱→第一步干燥→第二步干燥→出箱→包裝→檢驗→成品[9]。

2 關鍵技術

2.1 工藝技術參數

2.1.1 噴霧干燥

劉英華[7]采用進口溫度130～140 ℃、出口溫度60～70 ℃，所得發(fā)酵乳粉顆粒均勻一致，無結塊，含水量2.5%～4.0%，酸度80～90oT，活菌數5.6×107CFU/g，常溫下可保存3 個月，4 ℃下可保存6 個月。Bielecka等[10]介紹，進口溫度150 ℃、出口溫度60 ℃時，發(fā)酵乳粉中保加利亞乳桿菌活菌數為6.4×107～2.5×108CFU/g，嗜熱鏈球菌活菌數為3.2×108～1.2×109CFU/g。保加利亞乳桿菌的抗熱性低于嗜熱鏈球菌。據Kim等[11]研究，升高進出口溫度和霧化空氣壓力都會使活菌數下降，合理的參數是：進口溫度160 ℃、出口溫度60 ℃、霧化空氣壓力98 kPa、熱空氣流速0.28 m3/min、物料溫度30 ℃。在此條件下乳酸菌存活率最高。江萍等[12]認為，利用現有噴霧干燥設備生產乳酸菌粉是可行的。建議進口溫度150 ℃、出口溫度70 ℃，塔內溫度控制在72 ℃左右1 h，菌種保護劑使用含糖真空濃縮乳，與生產發(fā)酵劑的混合比例為1∶3。所得菌粉含水量2.23%，活菌數7.6×107CFU/g，活力0.80，凝乳時間6 h。

2.1.2 冷凍干燥

馬鋼等[9]對冷凍干燥法生產發(fā)酵乳粉的工藝作了詳細介紹。包括以下操作：（1）將原料乳凈化、標準化，預熱到60～70 ℃，在約16 MPa（160 kg/cm2）下均質；（2）冷卻到45 ℃，接種2%發(fā)酵劑，于43 ℃下發(fā)酵至pH值為4.6，立即冷卻到10℃，保存12 h；（3）將發(fā)酵乳裝入不銹鋼盤中，厚度1 cm，將盤放入凍干機擱板上，關閉機門，啟動冷凝器降溫至-40 ℃進行預凍；（4）第一步干燥，開啟真空泵，當真空度達0.013 MPa時打開加熱器，當制品溫度上升到0 ℃時說明全部冰已除去，此過程約需6 h；（5）第二步干燥，將加熱溫度調至30 ℃，冷凝器溫度保持在-50 ℃以下，當制品溫度上升到20 ℃時保持2 h，此過程約需3 h；（6）打開除濕機，使室內相對濕度下降到60%以下；（7）關閉凍干機，用真空包裝機將干粉定量裝入鋁箔袋中；（8）檢驗相關指標和活菌數，完成制粉全過程。

Sharma等[13]認為，發(fā)酵乳裝盤的最佳厚度為6.2 mm。Karadimov[14]研究表明，為了提高發(fā)酵乳粉中乳酸菌存活率，第一階段溫度為-25 ℃，第二階段溫度為30 ℃。

2.2 抗熱菌種的馴化

菌種馴化是指通過人為措施使微生物適應某種特定條件而定向選育菌種的方法。在發(fā)酵前對菌種進行馴化，用經過馴化的菌種發(fā)酵而得的發(fā)酵乳制作發(fā)酵乳粉，在噴霧干燥過程中對熱有更好的耐受力。據肖壯[15]研究，在20%復原乳中馴化后的兩歧雙歧桿菌，其活菌數是對照組的55 倍，在TPYG（生長曲線測定培養(yǎng)基）中進行相同處理得到的活菌數是對照組的300 倍。采用噴霧干燥處理時，經馴化的兩歧雙歧桿菌在復原乳中存活率達32%（1.35×108CFU/g），而未經馴化者僅為6.5%（2.74×107CFU/g）。

賀榮平[8]介紹了菌株馴化的方法。在平板瓊脂營養(yǎng)培養(yǎng)基上，46℃下分別對保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌進行多次傳代培養(yǎng)；將試管裝母發(fā)酵劑分別在47 ℃、49 ℃和50 ℃下馴化3 次，以增加其耐熱能力；多次傳代后在滅菌乳（121℃、15 min滅菌）培養(yǎng)基中長期保存，隔12 天傳代1 次，以增強其產酸活力；在高濃度乳培養(yǎng)基（20%乳固體）中，46 ℃下連續(xù)傳代培養(yǎng)，以適應乳粉生產環(huán)境。據報道，經耐熱馴化的保加利亞乳桿菌能耐受75 ℃、20～30 min，嗜熱鏈球菌能耐受85 ℃、20～30 min，有的菌株甚至能耐受90 ℃、1～5 min的加熱處理。

2.3 濃縮

生產發(fā)酵乳粉前對原料乳進行一定程度的濃縮可縮短干燥時間、提高生產效率、節(jié)約燃料和動力消耗，降低生產成本。Sharma等[16]對凍干發(fā)酵乳粉所作的研究表明，發(fā)酵乳總固體從14.7%增至18.8%，凍干時間縮短25.8%，若總固體增至20.4%，則凍干時間會繼續(xù)縮短31.5%。經濃縮后噴霧的發(fā)酵乳粉顆粒較致密、堅實，顆粒內氣泡少、密度大，復原性、沖調性、保藏性均較好。濃縮應適度，一般為30%～50%，過度濃縮可導致發(fā)酵劑加入量增多，發(fā)酵時間延長，出現發(fā)酵滯后效應，從而使終點難以控制，活菌數下降等[8]。

2.4 載體、穩(wěn)定劑和保護劑的使用

在發(fā)酵乳粉生產過程中加入載體、穩(wěn)定劑和保護劑，對縮短生產時間、改善產品質構、提高溶解性和分散性、降低乳酸菌死亡率具有顯著效果。在生產實踐中，有的物質可以同時起到載體、穩(wěn)定劑和保護劑的作用。高云等[17]分別以麥芽糊精、可溶性淀粉、糊精作為載體，用噴霧干燥法制作發(fā)酵乳粉，結果表明，10%麥芽糊精效果最好，所得產品粉末疏松，不沾壁。余華等[18]的研究也發(fā)現，在冷凍干燥過程中，不加入載體則干燥費時，產品呈黏稠的膏狀，含水量較高，而加入10%麥芽糊精可大大提高干燥速度，產品質構疏松、含水量低。林艷云等[19]研究了不同穩(wěn)定劑對發(fā)酵乳粉品質的影響，發(fā)現以黏度作為評定指標，幾種穩(wěn)定劑的最佳添加量分別為：CMC-Na（羧甲基纖維素鈉）0.10%～0.20%，卡拉膠0.20%～0.30%，魔芋膠0.25%～0.35%；以乳酸菌活菌數和感官評定為指標，復合穩(wěn)定劑最佳配方為：CMC-Na（羧甲基纖維素鈉）0.10%、卡拉膠0.25%、魔芋膠0.30%。

保護劑種類很多，可分為糖類、蛋白質類、聚合物類、混合物類等，以糖類應用范圍最廣，主要有葡萄糖、蔗糖、乳糖、果糖、甘露糖、海藻糖等。糖類不僅原料易得、物美價廉，而且化學穩(wěn)定性較高，無毒無害，非常適合于發(fā)酵乳粉加工[6，20]。潘旭林等[21]研究了脫脂乳粉等7 種保護劑對噴霧干燥發(fā)酵乳粉中乳酸菌的保護作用，發(fā)現7 種保護劑均可加強乳酸菌的抗?jié)駸嵝?，保護作用較好的為脫脂乳粉、甘油和葡萄糖；正交試驗表明，受熱時間越短，菌種存活率越高，以75 ℃、10 min效果最好，乳酸菌存活率達80%以上；復配保護劑比單一保護劑效果好，最佳組合為：脫脂乳粉20 g/L、葡萄糖5 g/L、甘油5 mL/L，所得發(fā)酵乳粉活菌率達86.8%，酸度102oT，顆粒均勻，沖調性好，無沉淀，口感純正，各項指標均符合要求。呂佳櫪等[22]的早期研究也得到相似的結果。余華等[18]研究了冷凍保護劑對凍干發(fā)酵乳粉中乳酸菌的保護作用，保護劑的組分為：在10%脫脂乳中加入乳重10%甘油、3%乳糖、1%谷氨酸鈉、0.1%抗壞血酸、0.01%吐溫-80，結果表明，加保護劑者乳酸菌存活率為73.11%，未加保護劑者存活率為42.52%。王威等[23]篩選了3 種對凍干發(fā)酵馬乳粉乳酸菌數和存活率影響顯著的保護劑，即麥芽糊精、海藻糖和α-環(huán)狀糊精，其最佳添加量分別為2.3%、3.5%和3.1%，制得的發(fā)酵馬乳粉結構疏松，無結塊，沖調性好，含水量3.93%，乳酸菌活菌數為（8.78±10）×108CFU/g。

3 發(fā)酵乳粉的復溶性

發(fā)酵乳粉的復溶性評價包括潤濕下沉性、沖調溶解性、感官及理化特性、發(fā)酵性等。影響發(fā)酵乳粉復溶性的因素很多，如生乳質量、加工方法、添加成分、加熱溫度、發(fā)酵乳酸度、產品含水量、包裝儲存以及復溶條件等。發(fā)酵乳酸度過高，會導致乳粉溶解度下降。加工過程中溫度越強，蛋白質變性程度越大，溶解性越差。在不影響發(fā)酵的前提下，適當提高乳濃度和黏度、加工過程中避免溫度過高和受熱時間過長，以及采用流化床式冷卻出粉，可使發(fā)酵乳粉顆粒較大且均勻，較易溶解[8]。

在加工過程中添加干燥載體和冷凍保護劑對復溶性有顯著影響。林艷云等[24]采用冷凍干燥法加工胡蘿卜風味發(fā)酵乳粉，以10%麥芽糊精為載體，發(fā)酵前和發(fā)酵后添加10%麥芽糊精，發(fā)酵乳粉靜置濕潤下沉、攪拌濕潤下沉時間分別為150、50 s和113、39 s，發(fā)酵后添加的效果更好。趙瑾等[25]分別以復原乳和純牛乳作原料進行發(fā)酵，采用噴霧干燥法制備發(fā)酵乳粉，研究發(fā)酵前、后添加載體（乳粉和糊精）對發(fā)酵乳粉復溶性的影響，結果表明，發(fā)酵前添加載體比發(fā)酵后添加的產品濕潤下沉性和沖調性更好。以上兩份研究報告中添加載體的順序不同，可能和原料、加工方法、技術參數、產品類別等因素有關。

復溶條件對發(fā)酵乳粉復溶性有顯著影響。王軼欽等[26]研究表明，沖調發(fā)酵乳粉時，乳粉的質量分數15%～20%、水溫37～45℃較為適合。添加穩(wěn)定劑對改善復溶性有顯著影響，卡拉膠對發(fā)酵乳粉復溶后黏度影響最大，瓜爾豆膠可提高產品細膩程度并改善口感；穩(wěn)定劑添加應適量，過多導致口感黏稠；使用單一穩(wěn)定劑時，添加0.20%CMC-Na（羧甲基纖維素鈉），0.15%卡拉膠或0.20%瓜爾豆膠效果較好；3 者混合使用時，CMC-Na（羧甲基纖維素鈉）、卡拉膠、瓜爾豆膠分別為0.10%、0.05%、0.15%，發(fā)酵乳粉的沖調性最佳，所得復原發(fā)酵乳風味、色澤、組織結構良好。李秀涼等[27]研究認為，沖調發(fā)酵乳粉時，乳粉濃度為15%，水溫為0 ℃或室溫，添加0.05%CMC（羧甲基纖維素）、0.10%瓜爾豆膠、0.10%魔芋膠，所得復原發(fā)酵乳風味、色澤、組織結構均符合產品質量要求，發(fā)酵乳粉的沖調性也最好。穩(wěn)定劑可在復溶發(fā)酵乳粉時添加，但為了避免給消費者帶來不便，在加工過程中添加較為適合。

4 發(fā)酵乳粉的儲存

據報道，發(fā)酵乳粉在常溫下可保存1～2 年[28，29]。溫度、濕度、氧氣、產品含水量等均對發(fā)酵乳粉的儲存有重要影響。Cabrini等[30]報道，凍干發(fā)酵乳粉在4 ℃下儲存1 年后活菌數仍可達106CFU/g；添加酸度調節(jié)劑和5%蔗糖有利于乳酸菌存活；活菌數降低1 個數量級所需時間分別為：1～4 ℃下18 個月、4 ℃下15 個月、（20±5） ℃下12 個月。

乳酸菌的最佳水分活度（Aw）是0.1，即產品含水量1.5%～2.0%。含水量低于0.5%會對菌體活性產生不利影響，可使乳酸菌直接與氧結合而致死；水分活度較高時菌體更加敏感，也容易死亡。綜合活菌數、儲存期和工藝等多方面因素，發(fā)酵乳粉含水量以1%～3%為宜。發(fā)酵乳粉應采用真空或充氮包裝，在低溫（20 ℃以下）、干燥（濕度35%～40%）、避光條件下儲存，最好采用冷鏈運輸。

5 存在問題和建議

5.1 產品質量有待改善

盡管有研究認為，發(fā)酵乳粉復溶后，無論在滋氣味或營養(yǎng)等方面都與新鮮發(fā)酵乳沒有太大差異，但是多數研究結果和實踐證明，目前復原發(fā)酵乳的感官指標與新鮮發(fā)酵乳相比存在一定差距，如色澤發(fā)黃、乳清析出、沙粒感、結塊、不良滋氣味以及乳酸菌活菌數低等，這也是迄今大部分發(fā)酵乳粉只能用于食品工業(yè)原料的原因之一。由于多數關于發(fā)酵乳粉工藝參數的試驗研究均在實驗室條件下通過小型設備完成，應用于規(guī)模化生產時需要根據機械設備的型號、產量以及具體生產條件等進行驗證、調整，因此有必要對規(guī)?；a發(fā)酵乳粉的工藝技術進行深入研究和探討，生產企業(yè)也應不斷積累和分析技術數據，總結經驗，進一步優(yōu)化、完善和創(chuàng)新生產工藝，切實把發(fā)酵乳粉質量提升到一個新水平。

5.2 概念不清，亟待規(guī)范

目前市面上流行的“酸奶粉”品類繁多，多數是用干混法生產的含乳酸菌乳粉，有的則是乳酸菌發(fā)酵劑。干混法不僅工藝簡單，而且可節(jié)約能耗、降低成本、縮短生產周期，同時還可避免加熱對乳酸菌和營養(yǎng)強化劑的傷害，提高活菌數和產品的全價營養(yǎng)效能[6，31，32]。但是由于干混法生產過程中生乳沒有經過發(fā)酵，產品不具有發(fā)酵乳粉的性質和特點，因此不能等同于發(fā)酵乳粉。根據《食品安全國家標準 乳粉》（GB 19644-2010）的微生物限量表中標注：“菌落總數”項目“不適用于添加活性菌種（好氧和兼性厭氧益生菌）的產品”[33]，即在乳粉中是允許加入活性菌種的，因此用干混法制作的含乳酸菌/益生菌的乳粉應歸入乳粉類（調制乳粉），而不應歸入發(fā)酵乳粉。

5.3 制定產品標準刻不容緩

發(fā)酵乳粉是一類乳制品，國內已有酸牛乳粉、酸羊乳粉、酸牦牛乳粉、酸駝乳粉等產品上市，但至今沒有相應的國家標準或地方標準，因此企業(yè)面臨產品上市的困境。目前上市產品多使用乳粉標準（GB 19644-2010）或固體飲料標準（GB/T 29602-2013）。發(fā)酵乳粉是以生乳或乳粉為原料，經發(fā)酵后加工制成的酸度上升且含有一定數量活性乳酸菌/益生菌的產品。發(fā)酵過程中生乳成分和性質發(fā)生了一系列變化，因此發(fā)酵乳粉的營養(yǎng)成分和理化指標和乳粉有較大區(qū)別，不適于使用乳粉標準。固體飲料標準對營養(yǎng)性指標的要求很低，含乳固體飲料對蛋白質含量的要求僅為≥1%[34]，如果發(fā)酵乳粉執(zhí)行固體飲料標準，不僅降低了檔次，也為假冒偽劣產品開啟了方便之門。因此，制定發(fā)酵乳粉的產品標準實乃當務之急。筆者建議不同乳種發(fā)酵乳粉的感官和理化指標根據乳種特點制定，乳酸菌活菌數應≥1.0×106CFU/g，復原乳酸度≥70oT，調制發(fā)酵乳粉中乳固體含量應不低于70%，污染物限量、真菌毒素限量、微生物限量、食品添加劑和營養(yǎng)強化劑等執(zhí)行國家標準和有關規(guī)定。C

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