牛奶濃縮蛋白的加工制備、特性及其應(yīng)用研究進(jìn)展

(上海旺旺食品集團有限公司，上海 201103)

牛奶濃縮蛋白（Milk Protein Concentrates，MPC）由生乳經(jīng)脫脂后，經(jīng)超濾濃縮，再噴霧干燥制得。MPC是完全蛋白質(zhì)，包含酪蛋白和乳清蛋白，且二者之間的比例與在牛奶中的比例相同或相似。與脫脂奶粉和全脂奶粉相比，MPC蛋白質(zhì)含量高，乳糖含量低，因此可以為終產(chǎn)品提供高營養(yǎng)及特定感官和功能特性，目前已被廣泛應(yīng)用于各類食品。但也正是由于其高蛋白等特性，對儲存條件有相對苛刻的要求，儲存過程中容易失去良好的溶解性，因此研究人員通過一些工藝的改進(jìn)，不斷地對這一劣勢進(jìn)行改善。

1 牛奶濃縮蛋白的制備

近年來MPC在末端產(chǎn)品的使用越來越廣泛，生產(chǎn)量逐年增加。越來越多的研究者對其關(guān)鍵特性，比如溶解性、復(fù)水性、起泡性、特別是儲存后的溶解性等，從制程角度進(jìn)行了研究。

Rupp等將噴粉前蛋白濃度分別控制為19%、21%、23%，比較了一次超濾濃縮加蒸發(fā)濃縮對成品MPC80的影響。結(jié)果顯示，三者對MPC80的堆積密度、溶解性、起泡性沒有顯著影響，在30℃條件下儲存，其溶解性都會顯著變差。更高的蛋白濃度濃縮液對復(fù)水有一定影響，濃度高的黏度大[1]。

Wang對比了蒸發(fā)濃縮和納濾濃縮制得的MPC在不同熱處理條件下的凝膠特性。在未預(yù)熱的情況下，蒸發(fā)濃縮的MPC比納濾濃縮的MPC有更高的彈性模量、硬度和較低的乳清蛋白離心率，因而具有更好的凝膠特性[2]。

Mao等比較了在滲濾階段按0、50、100、150mmol/L添加量添加NaCl對成品MPC80溶解性的影響，發(fā)現(xiàn)添加量為150mmol/L時MPC80具有最高的溶解性[3]。

孫顏君等采用薄膜蒸發(fā)濃縮牛乳超濾截留液的固形物含量為15.55%、18.17%和26.12%，比較其對MPC粉末粒徑、流動性、溶解性和噴流性指數(shù)的影響。結(jié)果表明，在噴粉前濃縮液固形物含量為26.12%時加工出來的MPC具有較好的溶解性和流動性[4]。另外，他們還研究了不同進(jìn)口、出口的干燥溫度對MPC粉的影響，發(fā)現(xiàn)130℃/65℃、160℃/78℃、190℃/93℃的入口、出口干燥溫度對乳清蛋白變形率沒有顯著性影響，但隨著噴霧干燥溫度的升高，MPC的水分含量降低，粒徑增加，溶解性降低[5]。

高蛋白含量的牛奶濃縮蛋白，例如MPC80在20℃復(fù)水還原時顯示出較差的溶解性，溫度升高至37℃時溶解度會提升。在牛奶中或者乳清中溶解性會比在水中好很多。這些高蛋白含量的牛奶濃縮蛋白的溶解性與礦物質(zhì)的組成有較高的相關(guān)性，鈉離子含量較高，鈣、鎂離子含量較低，則會增強溶解。MPC80、MPC90在37℃儲存60d相比20℃儲存60d，溶解性會降低一半。若能在3℃下儲存，則存放12個月溶解性也僅降低15%。

樊鳳嬌等研究測試了以超聲條件300W、600W分別處理3、5、10min對新鮮MPC70的影響，發(fā)現(xiàn)在300W、10min的超聲處理條件下，MPC水溶性下降最慢。進(jìn)而指出在MPC的生產(chǎn)過程中進(jìn)行超聲處理，可以在一定程度上減緩MPC貯藏過程中水溶性下降程度[6]。

孫鵬研究指出，未經(jīng)高壓處理時，新鮮MPC粉末20℃時的溶解度為66%；在-20℃條件下儲存6周，溶解度下降10%，在儲存12個月后，其溶解度繼續(xù)下降至原溶解度的50%。而在200MPa、40℃的處理條件下，濃縮物的初始溶解度提高至85%。環(huán)境溫度條件下儲存6周，MPC溶解度不變，儲存12個月后仍可保留85%的初始溶解度。靜態(tài)高壓處理對提高M(jìn)PC溶解度有較大的幫助[7]。

徐雨婷的研究指出，脫鈣MPC的初始溶解度都在95%以上，且隨脫鈣程度的增加而略有提高。在35℃儲藏4個月后，未脫鈣MPC的溶解度顯著降低；11.1%脫鈣的MPC，其溶解度下降的程度則明顯降低；18.6%～37.1%脫鈣MPC的溶解度在儲藏期內(nèi)幾乎不變。隨著脫鈣率的增加，MPC的凝膠性逐漸降低，但鈣的回補能顯著恢復(fù)其凝膠性，其中11.1%脫鈣MPC的凝膠性可通過鈣的回補得到基本恢復(fù)。但MPC的起泡性、泡沫穩(wěn)定性、乳化性、乳化穩(wěn)定性都隨脫鈣程度的增加而提高[8]。

2 牛奶濃縮蛋白的特性

MPC的特性首先是溶解性，超濾（UF）工藝很好地保持了蛋白質(zhì)的原始結(jié)構(gòu)，從而保持了MPC的部分溶解性，但又因為蛋白質(zhì)含量高，一定程度上限制了MPC的溶解性。MPC的溶解性是其他乳化性、起泡性、凝膠性的基礎(chǔ)。MPC中的高蛋白含量使之呈現(xiàn)非常好的乳化性[8]。

Babu等研究了蛋白含量為70.3%、81.5%、88.1%的三款MPC在25℃、40℃儲存12周的形態(tài)、功能、流動性變化。在25℃儲存12周以后，隨著蛋白含量的增加，基礎(chǔ)流動能值、流動速率指數(shù)顯著地增加；動態(tài)流動測試顯示，較高的蛋白含量具有較高的滲透性。剪切測試顯示25℃儲存較40℃具有更好的流動性。因此，在25℃儲存12周較40℃儲存12周時MPC凝聚較少，具有較好的流動特性[9]。

Crowleya等研究了MPC復(fù)原乳的熱穩(wěn)定性。測試的pH值區(qū)間為6.3～7.3，當(dāng)pH＜6.8時，復(fù)原乳的熱穩(wěn)定性隨著MPC蛋白含量的增加而減少，因為高蛋白含量的MPC具有更多的活性鈣離子。當(dāng)pH＞6.8時，高蛋白含量的MPC帶來的高鈣離子活性與解聚的k-酪蛋白而部分抵消，未呈現(xiàn)相同的規(guī)律。乳糖和尿素的添加只在鈣離子導(dǎo)致凝聚的pH之外產(chǎn)生影響[10]。

Hunter等研究了MPC85不同儲存時間、儲存溫度條件下，對MPC85強化的脫脂奶凝乳特性的影響（其MPC85的強化添加量為2.5‰）。結(jié)果顯示，隨著儲存溫度及時間的增加，MPC85的溶解性變差，同時凝乳的復(fù)合模量和屈服應(yīng)力增加。這個過程不影響凝乳的第一步，即k-酪蛋白的裂解，只是影響凝乳的第二步及其余酪蛋白的聚集[11]。

Ye研究了濃縮牛奶濃縮蛋白的乳化特性，研究對象為4個不同鈣含量的MPC80，發(fā)現(xiàn)較高鈣含量的MPC形成的乳狀液粒徑較大，油滴總表面積結(jié)合的蛋白更低，且這些結(jié)合的蛋白的比例與最初的MPC均發(fā)生改變。低鈣含量的MPC形成的乳狀液，隨著粒徑的增大，穩(wěn)定性變差，在超過一個臨界點后蛋白會發(fā)生聚集[12]。

樊鳳嬌等研究指出，MPC水溶性的下降主要是在儲藏過程中，蛋白質(zhì)之間通過形成氫鍵、二硫鍵和疏水相互作用以及共價鍵產(chǎn)生交聯(lián)反應(yīng)造成的。蛋白質(zhì)含量越高，水溶性下降得越明顯；一定含量的還原糖可以改善這個現(xiàn)象[13]。

李妍等研究結(jié)果表明，溫度通過影響粉粒中酪蛋白膠束成分的溶解度而影響MPC復(fù)水速率。在25～45℃的范圍內(nèi)，隨著溫度的提高，復(fù)水溶解速率顯著增加。在45～55℃階段，MPC在1h內(nèi)可完成復(fù)水，此時復(fù)水速率隨著溫度變化差異不明顯。對復(fù)水過程中溶解相和非溶解相組成變化的分析表明，MPC顆粒中乳糖和乳清蛋白成分容易分散溶解，而酪蛋白及其結(jié)合的鈣、鎂、磷溶解緩慢，其是限制MPC復(fù)水溶解的主要因素，且提高復(fù)水溫度不能減少MPC不溶性成分含量[14,15]。

3 牛奶濃縮蛋白的應(yīng)用

近年中國市場酸奶品類發(fā)展迅猛，MPC較脫脂奶粉有更低的乳糖含量，可以更高效率地提供蛋白，使之可以用于低乳糖酸奶加工以提高酸奶的質(zhì)地。傳統(tǒng)的酸奶質(zhì)地較差且有乳清分離，在加工中一般加入凝膠劑和穩(wěn)定劑，而MPC因為有較高的蛋白質(zhì)含量，可以作為穩(wěn)定劑來提高酸奶的質(zhì)地，從而也會起到清潔標(biāo)簽的作用，符合現(xiàn)在的市場趨勢。當(dāng)MPC70替代牛奶的量為0～10%時，發(fā)酵酸奶的感官品質(zhì)、表觀黏度、乳清析出以及硬度隨替代量的增加明顯提高，提高了發(fā)酵酸奶的品質(zhì)。但當(dāng)替代量超過10%時，發(fā)酵酸奶的品質(zhì)開始下降[16,17]。

高蛋白酸奶獲得了越來越多消費者的青睞，部分原因是口味和質(zhì)地的改善，更重要的原因是越來越多的科學(xué)證據(jù)表明，乳蛋白對健康有益。高蛋白酸奶可以通過發(fā)酵前添加蛋白類乳制品，或者發(fā)酵后濃縮發(fā)酵液排除乳清的方式生產(chǎn)。發(fā)酵前添加的蛋白類乳制品包括牛奶濃縮蛋白、乳清蛋白等，而更多采用的是添加牛奶濃縮蛋白。這種方式的固定投入相對較少，成品變化多樣，生產(chǎn)線更具柔性[18]。

MPC具有良好的應(yīng)用前景，但儲存過程中溶解性的降低始終沒有找到可工業(yè)化生產(chǎn)的解決方案，從而限制了其應(yīng)用，需要繼續(xù)深入研究。