劉鑫宇,任發(fā)政,穆碩,羅潔,3
(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營(yíng)養(yǎng)工程學(xué)院,教育部功能乳品重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100083;
2.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營(yíng)養(yǎng)工程學(xué)院,食品質(zhì)量與安全北京實(shí)驗(yàn)室,北京 100083;3.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院,長(zhǎng)沙 410114)
低溫乳制品主要可分為低溫奶和低溫發(fā)酵乳制品兩大類。低溫奶是指采用巴氏殺菌法加工而成的乳制品[1]。低溫發(fā)酵乳制品指以牛乳或含有同等無(wú)脂乳固體的其他乳(羊乳、馬乳等)為原料,經(jīng)乳酸菌(或乳酵母)發(fā)酵而形成的具有特殊風(fēng)味、后期需要低溫(0~6℃)運(yùn)輸、儲(chǔ)存和銷售的糊狀或液狀產(chǎn)品[2]。市售低溫乳制品主要為巴氏殺菌乳和酸乳,還包括干酪、奶油、乳冰淇淋等。
近年來(lái),低溫乳制品的產(chǎn)量及銷售量大幅增加,市場(chǎng)需求量不斷擴(kuò)大。據(jù)尼爾森的消費(fèi)市場(chǎng)分析數(shù)據(jù)顯示,2016年我國(guó)低溫乳制品規(guī)模約345億,其中低溫酸乳占比最大,增速最快,同比增長(zhǎng)9%。此外,2011~2016年我國(guó)市場(chǎng)低溫巴氏殺菌乳的增速達(dá)到常溫奶的2倍[3]。隨著冷鏈物流的進(jìn)一步發(fā)展與完善,可以預(yù)見(jiàn)低溫乳制品將逐漸成為乳制品未來(lái)發(fā)展的方向。
中國(guó)農(nóng)墾乳業(yè)聯(lián)盟是由農(nóng)墾全國(guó)性或區(qū)域性乳品企業(yè)、標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)?;膛pB(yǎng)殖場(chǎng)和乳業(yè)科研院所等組成的開放產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟。目前,聯(lián)盟內(nèi)乳品企業(yè)所用低溫乳制品加工工藝差異較大,對(duì)產(chǎn)品的品質(zhì)影響不一。本文針對(duì)低溫乳制品中占比最大的巴氏殺菌乳及酸乳進(jìn)行分析,通過(guò)調(diào)研中墾乳業(yè)聯(lián)盟單位6家乳品企業(yè)生產(chǎn)兩種低溫乳制品所采用的原料乳標(biāo)準(zhǔn)及加工工藝等參數(shù),提出了低溫乳制品標(biāo)準(zhǔn)化工藝參數(shù)制定的建議,為制定低溫乳制品生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化工藝流程,提升我國(guó)低溫乳制品品質(zhì)提供理論依據(jù)。本調(diào)研主要針對(duì)低溫牛乳制品開展。
低溫乳制品加工工藝主要包括:原料乳驗(yàn)收→凈乳→冷卻儲(chǔ)存→標(biāo)準(zhǔn)化→均質(zhì)→殺菌→(發(fā)酵)→冷卻暫存→罐裝運(yùn)輸。影響低溫乳制品品質(zhì)的關(guān)鍵因素如圖1所示。
圖1 影響低溫乳制品品質(zhì)的關(guān)鍵因素
原料乳通常指生鮮乳,即從奶畜乳房擠出未經(jīng)過(guò)任何處理的生乳。其品質(zhì)指標(biāo)包括乳脂率、乳蛋白率、固形物含量、體細(xì)胞數(shù)和微生物含量。原料乳品質(zhì)會(huì)對(duì)終產(chǎn)品的質(zhì)量安全、口感、質(zhì)地等產(chǎn)生重要影響。乳脂率較低會(huì)導(dǎo)致乳品口感單薄,奶香較淡;微生物指標(biāo)含量超標(biāo)會(huì)導(dǎo)致乳品的質(zhì)量安全問(wèn)題。因此,選擇優(yōu)質(zhì)、安全的原料乳對(duì)低溫乳制品的品質(zhì)至關(guān)重要。
原料乳通過(guò)離心去除一些雜質(zhì)或部分脂肪以達(dá)到分離凈化。
牛乳的標(biāo)準(zhǔn)化包括脂肪含量和蛋白質(zhì)含量的調(diào)整,通過(guò)添加稀奶油、脫脂奶、可溶性乳蛋白等,使其達(dá)到要求的含量。
利用均質(zhì)機(jī)使牛乳中的脂肪球粒徑減小,分布均勻,防止脂肪上浮,提高牛乳的穩(wěn)定性與品質(zhì)。通常均質(zhì)時(shí)溫度為50~65℃,壓力為14~25MPa。
在低溫乳制品加工過(guò)程中通常使用巴氏殺菌法(72~85℃)對(duì)生鮮乳進(jìn)行殺菌。巴氏殺菌既能夠使巴氏殺菌乳達(dá)到安全飲用標(biāo)準(zhǔn),又能最大限度地保留營(yíng)養(yǎng)和風(fēng)味。對(duì)酸乳通常在巴氏殺菌、添加物料后再采用高溫短時(shí)殺菌(95℃,300s)的殺菌工藝,變性淀粉在此階段充分膨脹并糊化,增加黏度。
發(fā)酵是決定酸乳的風(fēng)味和質(zhì)構(gòu)的關(guān)鍵步驟。牛乳接種保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌后,在適宜溫度下一定時(shí)間內(nèi)發(fā)酵形成酸乳。發(fā)酵過(guò)程中還可加入其他益生菌,可以達(dá)到為酸乳增添風(fēng)味或功效等功能。
正確衛(wèi)生的罐裝運(yùn)輸可以保持低溫乳制品品質(zhì)。因此,罐裝運(yùn)輸時(shí)的機(jī)器衛(wèi)生條件與溫度要精密把控,防止低溫乳產(chǎn)品受到二次污染,影響品質(zhì)。
表1 原料乳乳成分調(diào)研數(shù)據(jù)
表1的調(diào)研結(jié)果顯示,各企業(yè)原料乳的各項(xiàng)指標(biāo)浮動(dòng)較大,多為范圍值。與《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 生乳》(GB 19301-2010)[4]相比,乳蛋白率、固形物均高于國(guó)標(biāo)要求,而原料乳乳脂率的最低值3.0%(E)小于國(guó)標(biāo)要求的3.1%。B與C企業(yè)的細(xì)菌總數(shù)高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。
表2 均質(zhì)工藝參數(shù)調(diào)研數(shù)據(jù)
牛乳是具有膠體特性的生物化學(xué)液體,乳脂肪以球體狀態(tài)分散在乳狀液中,為"水包油"型的乳濁體系。在貯存過(guò)程中眾多的乳脂肪球進(jìn)行著不規(guī)則的布朗運(yùn)動(dòng),當(dāng)兩個(gè)或者兩個(gè)以上的脂肪球由于熱運(yùn)動(dòng)相互碰撞時(shí),在其水化膜處發(fā)生相互滲透,脂肪球膜被破壞之后,脂肪球之間相互融合就導(dǎo)致了脂肪粒的形成。脂肪粒徑越大,比重越小,向上運(yùn)動(dòng)越快,至乳的表面形成稀奶油層[5]。在上浮層中油滴的高度聚合又會(huì)促進(jìn)交聯(lián)作用,導(dǎo)致進(jìn)一步的絮凝和聚結(jié)[6]。輕度的脂肪上浮不會(huì)對(duì)風(fēng)味產(chǎn)生很大影響,還可以飲用。但是脂肪上浮嚴(yán)重時(shí),乳品的上層會(huì)出現(xiàn)一個(gè)黏度較大的半固體層,不僅會(huì)影響消費(fèi)者的感官感受,甚至?xí)瓜聦尤槠凤L(fēng)味發(fā)生惡性改變。對(duì)牛乳進(jìn)行均質(zhì)可以使較大的脂肪球粒徑減小,分布均勻,可以減少兩個(gè)或多個(gè)脂肪球碰撞的幾率,同時(shí)向上運(yùn)動(dòng)速率也會(huì)減小,牛乳穩(wěn)定性提高,降低脂肪上浮的可能性。
非均相液態(tài)食品的分散相物質(zhì)在連續(xù)相中的懸浮穩(wěn)定性與分散相的粒度大小及其分布均勻性密切相關(guān),粒度越小、分布越均,其穩(wěn)定性越大。從表2可以看出,六家企業(yè)均使用高壓均質(zhì)機(jī)對(duì)牛乳進(jìn)行均質(zhì),但是各企業(yè)采用的具體溫度和壓力不盡相同。如在生產(chǎn)實(shí)踐中,一般牛奶低壓取2MPa左右,高壓取16~18MPa,酸乳低壓取2~4MPa,高壓取20~25MPa[7],原則上是為達(dá)到均質(zhì)效果,壓力取低值為宜。均質(zhì)溫度對(duì)均質(zhì)效果影響重大,溫度高則飽和蒸汽壓也高,均質(zhì)時(shí)空穴效應(yīng)容易形成。因此,為了提高均質(zhì)效果,在保證液體物料不變性的前提下,適當(dāng)提高均質(zhì)溫度可以促進(jìn)脂肪球粉碎和分散效果更好。實(shí)際生產(chǎn)中牛奶均質(zhì)溫度一般為50~70℃,50℃是牛奶有效均質(zhì)的最低溫度。
A企業(yè)使用的標(biāo)準(zhǔn)中,溫度明顯高于其他企業(yè),壓力適中,但由于未對(duì)均質(zhì)后的效果進(jìn)行驗(yàn)證,缺乏對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)的質(zhì)量分析。B企業(yè)在均質(zhì)時(shí)所用的溫度和壓力都適中,但是原料乳的乳脂率在六家企業(yè)中偏高,均質(zhì)效果僅依靠觀察保質(zhì)期內(nèi)的脂肪上浮情況判斷太過(guò)簡(jiǎn)單,可能影響酸乳產(chǎn)品的穩(wěn)定性。E企業(yè)使用的標(biāo)準(zhǔn)中,溫度與壓力均適中,用脂肪球粒徑為0.4μm判斷均質(zhì)效果,可保障產(chǎn)品在貯藏中的脂肪球穩(wěn)定性。F企業(yè)使用的標(biāo)準(zhǔn)中,溫度和壓力與其他企業(yè)相比偏低,判定均質(zhì)效果的脂肪球粒徑也較大,容易在貯藏過(guò)程中發(fā)生脂肪上浮,影響產(chǎn)品品質(zhì)。C企業(yè)均質(zhì)時(shí)溫度未知,壓力正常偏小,均質(zhì)效果未測(cè)定,從原料乳的乳脂率推斷,其均質(zhì)效果與F相類似。
表3 殺菌工藝參數(shù)調(diào)研數(shù)據(jù)
牛奶的巴氏殺菌方式主要分為兩種。一種是將牛奶加熱到62~65℃,保持30min。采用這一方法,可殺死牛奶中各種生長(zhǎng)型致病菌,滅菌效率可達(dá)97.3%~99.9%,經(jīng)消毒后殘留部分嗜熱菌及耐熱性菌以及芽孢等。第二種方法將牛奶加熱到75~90℃,保持15~16s,時(shí)間更短,工作效率更高,但可造成營(yíng)養(yǎng)損失。
酸乳的殺菌方式主要采用高溫短時(shí)殺菌(一般采用95℃、300s)的殺菌工藝,變性淀粉在此階段充分膨脹并糊化,提升黏度。
巴氏殺菌乳產(chǎn)品中,A、B、C和D企業(yè)均采用的是巴氏殺菌法。溫度范圍為72~87℃,時(shí)間為15~30s。從表3可以看出,C的殺菌溫度和殺菌時(shí)間均高于其他企業(yè),原因可能是將酸乳與巴氏殺菌乳應(yīng)用一套系統(tǒng)處理,基于兩者平衡,故適當(dāng)提高了溫度和時(shí)長(zhǎng),以提高生產(chǎn)效率。其次,糠氨酸(ε- N- 2- 呋喃甲基-L- 賴氨酸)是牛奶在加熱過(guò)程中美拉德反應(yīng)的重要產(chǎn)物, 美拉德反應(yīng)的程度關(guān)系到生奶在加工過(guò)程中熱處理的類型和強(qiáng)度,即成品液態(tài)奶品質(zhì)的優(yōu)劣。研究結(jié)果顯示[8],生乳中糠氨酸含量為2~8mg/100g,不含復(fù)原乳的巴氏殺菌乳中糠氨酸含量應(yīng)小于12mg/100g[9]??梢钥闯?,A、B和D企業(yè)的低溫乳產(chǎn)品糠氨酸含量均小于12mg/100g,符合標(biāo)準(zhǔn);其他企業(yè)未對(duì)這一指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定。
酸乳產(chǎn)品中,E、F和B企業(yè)均采用高溫短時(shí)殺菌的方式進(jìn)行殺菌。能夠殺滅原料乳中的雜菌,確保乳酸菌的正常生長(zhǎng)和繁殖,鈍化原料乳中對(duì)發(fā)酵菌有抑制作用的天然抑制物;使牛乳中的乳清蛋白變性,以達(dá)到改善組織狀態(tài),提高黏稠度和防止成品乳清析出的目的,可以保證殺菌后牛奶理化指標(biāo)符合成品要求。
值得注意的是,所有調(diào)研企業(yè)均采用熱殺菌方式進(jìn)行滅菌處理。熱殺菌工藝相對(duì)簡(jiǎn)單,殺菌效果較理想,但是其缺點(diǎn)也是不容小覷的。原料乳中的活性營(yíng)養(yǎng)成分,例如免疫球蛋白、乳鐵蛋白、維生素等會(huì)在熱殺菌過(guò)程中受到一定程度的損傷,同時(shí)加熱會(huì)使一些揮發(fā)性的風(fēng)味物質(zhì)流失導(dǎo)致風(fēng)味變化,還會(huì)產(chǎn)生非酶褐變影響感官。近年來(lái),非熱滅菌新技術(shù)的興起有效地解決了由加熱導(dǎo)致乳品品質(zhì)下降的問(wèn)題。以下列舉幾種近年來(lái)國(guó)內(nèi)外正在研究或已經(jīng)工業(yè)化使用的幾種非熱殺菌技術(shù):
(1)超高壓滅菌技術(shù)(HPP):基于帕斯卡原理,通過(guò)超高壓處理可以破壞細(xì)胞膜,從而殺死原料乳中的細(xì)菌、霉菌、酵母菌。研究表明,在25℃、400MPa處理15min,或者600MPa、20℃處理3min的牛乳可以在10℃下保藏10d[10]。這項(xiàng)技術(shù)發(fā)展時(shí)間較長(zhǎng),工藝簡(jiǎn)單方便,便于工業(yè)化生產(chǎn)。
(2)脈沖強(qiáng)光殺菌(PL):是一種安全(無(wú)汞)、強(qiáng)效、節(jié)能的新型冷殺菌技術(shù)。脈沖強(qiáng)光殺菌是利用脈沖的強(qiáng)烈白光閃照而使惰性氣體燈發(fā)出與太陽(yáng)光譜相近,但強(qiáng)度更強(qiáng)的紫外線至紅外線區(qū)域光來(lái)抑制食品和包裝材料表面、固體表面、氣體和透明飲料中的微生物的生長(zhǎng)繁殖[11]。Kasahara 等[12]研究PL對(duì)山羊乳中大腸桿菌(E. coli)的殺菌效果及感官屬性的影響,發(fā)現(xiàn)在PL強(qiáng)度為10J/cm2時(shí),大腸桿菌減少6lgCFU/mL,芳香物質(zhì)有所改變,而物理性質(zhì)和組成成分無(wú)顯著性變化。
(3)高壓二氧化碳?xì)⒕褐冈诘蜏叵吕酶哂?.1MPa、通常高于7MPa以上的CO2進(jìn)行殺菌的技術(shù),當(dāng)殺菌溫度和殺菌壓力達(dá)到臨界點(diǎn)(31.1℃、7.38Mpa)以上時(shí)又叫超臨界CO2殺菌(SC-CO2)。
(4)低溫陶瓷膜過(guò)濾技術(shù):是在低溫狀態(tài)下,讓天然的鮮乳通過(guò)微米孔徑的陶瓷膜過(guò)濾,在保證安全的同時(shí),避免了蛋白質(zhì)的熱變性,全面保留了鮮奶中99%的活性免疫球蛋白、95%的乳鐵蛋白和多種天然維生素、乳鈣、礦物質(zhì)和微量元素等營(yíng)養(yǎng)成分;貨架期也有所延長(zhǎng)[13]。
酸乳發(fā)酵過(guò)程中,保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌的添加是最基本的,也是最必不可少的。兩者混合培養(yǎng)會(huì)產(chǎn)生“1+1>2”的效果,所以兩者添加量的比例也是至關(guān)重要的。在發(fā)酵過(guò)程中,嗜熱鏈球菌在代謝過(guò)程中有風(fēng)味物質(zhì)雙乙酰產(chǎn)生,保加利亞乳桿菌在代謝過(guò)程中可產(chǎn)生香味物質(zhì)乙醛,同時(shí)產(chǎn)酸、產(chǎn)黏。除了添加這兩種菌之外,一些企業(yè)還會(huì)加入益生菌。目前我國(guó)可用于保健食品的益生菌菌種共9種,包括兩歧雙歧桿菌、嬰兒雙歧桿菌、長(zhǎng)雙歧桿菌、短雙歧桿菌、青春雙歧桿菌、保加利亞乳桿菌、嗜酸乳桿菌、干酪乳桿菌干酪亞種、嗜熱鏈球菌。
表4 發(fā)酵參數(shù)及菌種
從表4可以看出,A企業(yè)使用的是最基本的菌種進(jìn)行發(fā)酵。F企業(yè)在這個(gè)基礎(chǔ)上添加了植物乳桿菌,其具有一定的保健作用。E企業(yè)在添加植物乳桿菌的基礎(chǔ)上又在酸乳中加入了乳雙歧桿菌和嗜酸乳桿菌,這兩種菌都會(huì)對(duì)胃、腸微生態(tài)起一定調(diào)節(jié)作用。攝入含有這兩種活菌的乳食品對(duì)消化器官有好處,特別是對(duì)胃腸功能失調(diào)的嬰幼兒和一些長(zhǎng)期口服抗生素而引起胃腸功能失調(diào)的病人,食用含有這兩種活菌的發(fā)酵乳后,可以迅速使腸道內(nèi)的菌群恢復(fù)正常平衡,抑制腐敗菌的增殖,所以具有很好的營(yíng)養(yǎng)保健作用。B企業(yè)除了加入上述菌種之外,還加入了鼠李糖乳桿菌、副干酪乳桿菌、德氏乳桿菌乳亞種等菌株。鼠李糖乳桿菌能夠耐受動(dòng)物消化道環(huán)境,在人和動(dòng)物腸道內(nèi)定植,起到調(diào)節(jié)腸道菌群、預(yù)防和治療腹瀉、排除毒素及提高機(jī)體免疫力等功效。副干酪乳桿菌可增強(qiáng)宿主對(duì)微生物病原體的非特異性抵抗力,加快腸道內(nèi)病原體的清除;能夠治療腸道菌群紊亂和使腸道通透性增強(qiáng),從而防止食物過(guò)敏和急性腹瀉[14]。
在整個(gè)乳品生產(chǎn)過(guò)程中,35%的二次污染由管道、罐、閥門和輸送泵導(dǎo)致,65%的二次污染是在殺菌后再包裝過(guò)程中產(chǎn)生。為防止低溫乳制品在灌裝過(guò)程中受到二次污染,應(yīng)嚴(yán)格控制灌裝時(shí)的外源污染,同時(shí)通過(guò)低溫抑制細(xì)菌生長(zhǎng)繁殖[15]。灌裝溫度因低溫乳制品產(chǎn)品而異,巴氏殺菌乳較酸乳相比擁有更適合細(xì)菌生長(zhǎng)繁殖或變質(zhì)的基質(zhì)條件,例如pH、水分活度等。因此巴氏殺菌乳的灌裝溫度應(yīng)低于10℃,而酸乳的罐裝溫度低于20℃即可。
表5 灌裝運(yùn)輸保存參數(shù)與方法
運(yùn)輸過(guò)程、儲(chǔ)存過(guò)程、流通和銷售中,應(yīng)全程保證低溫乳制品的冷鏈溫度符合標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)GB/T 22918-2008易腐食品控溫運(yùn)輸技術(shù)要求[16],巴氏殺菌乳在運(yùn)輸過(guò)程中應(yīng)保持2~6℃。從表5可以看出,六家企業(yè)均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。運(yùn)輸時(shí)間因地理差異而不同,但原則上越小越好。
貨架期的長(zhǎng)短與低溫乳制品類型、包裝形式、季度有關(guān)。玻璃瓶對(duì)光線、空氣、水分等的阻隔能力相對(duì)較差,所以玻璃瓶裝巴氏殺菌乳貨架期較袋裝巴氏殺菌乳更短。
均質(zhì)的目的是使較大的脂肪球粒徑減小,分布均勻,從而減少脂肪上浮的情況,進(jìn)而提高低溫乳品的穩(wěn)定性。均質(zhì)完成的判斷標(biāo)準(zhǔn)僅僅以肉眼觀察是不夠的,不能保證低溫乳品在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)的穩(wěn)定性,可能會(huì)影響乳品質(zhì)構(gòu)及風(fēng)味。通常測(cè)定的脂肪球粒徑小于0.8μm,其上浮的速率可以得到有效控制[17]。所以建議完善均質(zhì)完成的判斷標(biāo)準(zhǔn),要以脂肪球粒徑來(lái)衡量均質(zhì)的效果,這樣可以保障低溫乳品的品質(zhì)。
發(fā)酵終點(diǎn)的判斷對(duì)提高產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益至關(guān)重要,如果不及時(shí)結(jié)束發(fā)酵,會(huì)延長(zhǎng)生產(chǎn)周期,降低設(shè)備的利用率,還會(huì)使菌體合成產(chǎn)物的能力下降,甚至改變發(fā)酵液的性質(zhì),造成產(chǎn)品質(zhì)量下降。酸乳的發(fā)酵時(shí)間受原料乳品質(zhì)、發(fā)酵菌種、發(fā)酵溫度的影響,不能僅僅依靠時(shí)間來(lái)判斷終點(diǎn)。發(fā)酵終點(diǎn)的判斷需根據(jù)產(chǎn)品類型設(shè)置其評(píng)價(jià)指標(biāo),如酸度、溫度、質(zhì)構(gòu)特性或風(fēng)味物質(zhì)組成等。
傳統(tǒng)的熱殺菌工藝雖然能夠很好地完成殺菌任務(wù),但是其對(duì)乳品本身的感官特性、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)都有一定程度的損害。而非熱殺菌可以很好地完成殺菌并且保留乳品中大多數(shù)活性成分。所以,使用非熱殺菌技術(shù)是未來(lái)低溫乳制品生產(chǎn)工藝改革的大方向。