发酵乳粉生产技术研究进展

文/陆东林 徐 敏 何晓瑞 李新玲 张志强 金英姿 李 芳 叶东东

（1 乌鲁木齐市奶业协会；2 新疆天润生物科技股份有限公司；3 新疆轻工职业技术学院食品与生物技术分院；4 新疆生产建设兵团畜牧兽医工作总站）

发酵乳是以生乳或乳粉为原料，经杀菌、发酵后制成的酸度上升的乳制品。生乳经乳酸菌发酵后，蛋白质、脂肪、乳糖等被降解，变得更加容易消化和吸收，提高了乳的营养价值。低温发酵乳中含大量活性乳酸菌/益生菌，有益于人体健康。大量试验研究证明，发酵乳具有调整肠道菌群、强化黏膜栏栅、抑制肠道感染、缓解乳糖不耐症、促进钙铁吸收、预防骨质疏松、降低胆固醇、预防心血管病、抗衰老、抑癌等保健功效[1～3]。但是含活性菌的低温发酵乳保质期短，需要冷链储运，不利于扩大销售；而通过适当方法制成的发酵乳粉，不仅具有发酵乳的营养成分和风味，而且能保持乳酸菌/益生菌的活力，货架期长，无需冷链储运，拥有广阔的发展前景。发酵乳粉应用范围很广，既可作为“生产发酵剂”制作发酵乳，又可冲调成即食发酵乳直接饮用，还可作为冰淇淋、雪糕、奶片、糖果及焙烤食品等的原料[4]。早在20世纪50年代，前苏联和西德就致力于发酵乳粉的研究并生产高嗜酸菌活性的发酵乳粉[5，6]。我国对发酵乳粉的研究起步较晚，1982年刘英华发表了《酸奶粉研究报告》[7]，此后许多科技人员对发酵乳粉的生产技术进行了研究。20世纪90年代，新疆呼图壁种牛场东泉乳品厂（西域春乳业公司的前身）曾开发生产酸牛乳粉，后因其口感及销路不畅等原因而停产。目前，新疆伊犁思味特乳业公司生产的酸牛乳粉以大包装工业粉的形式供应新疆外企业作为食品原料。最近几年，新疆特种乳生产发展较快，部分企业开发了酸驼乳粉、酸驴乳粉等产品，但由于工艺技术不完善，产品质量参差不齐。本文对发酵乳粉的生产技术发展进行综述，为改进生产工艺和制定相关标准提供参考。

1 发酵乳粉的加工方法

1.1 喷雾干燥法

喷雾干燥法特别适合于热敏性或活性类食品的脱水干燥生产，具有时间短、速度快、加工量大、成本低等优势，但可能会导致较多的风味物质损失和较高的乳酸菌死亡率。目前规模化生产发酵乳粉多采用本法。喷雾干燥法的一般工艺流程为：原料乳→净乳→标准化→加入添加剂，混合→杀菌→浓缩→冷却→接种经驯化的生产发酵剂→发酵→喷雾干燥→出粉→包装→检验→成品[8]。

1.2 冷冻干燥法

冷冻干燥法能较好地保存乳中的营养成分，特别是生物活性成分，乳酸菌存活率较高，但生产周期长、能耗高、单产低、生产成本高，不适于大规模工业化生产。冷冻干燥的工艺流程为：原料乳→净乳→标准化→配料→预热→均质→杀菌→浓缩→冷却→接种→发酵→冷却→分装→预冻→降温→抽真空→加热→第一步干燥→第二步干燥→出箱→包装→检验→成品[9]。

2 关键技术

2.1 工艺技术参数

2.1.1 喷雾干燥

刘英华[7]采用进口温度130～140 ℃、出口温度60～70 ℃，所得发酵乳粉颗粒均匀一致，无结块，含水量2.5%～4.0%，酸度80～90oT，活菌数5.6×107CFU/g，常温下可保存3 个月，4 ℃下可保存6 个月。Bielecka等[10]介绍，进口温度150 ℃、出口温度60 ℃时，发酵乳粉中保加利亚乳杆菌活菌数为6.4×107～2.5×108CFU/g，嗜热链球菌活菌数为3.2×108～1.2×109CFU/g。保加利亚乳杆菌的抗热性低于嗜热链球菌。据Kim等[11]研究，升高进出口温度和雾化空气压力都会使活菌数下降，合理的参数是：进口温度160 ℃、出口温度60 ℃、雾化空气压力98 kPa、热空气流速0.28 m3/min、物料温度30 ℃。在此条件下乳酸菌存活率最高。江萍等[12]认为，利用现有喷雾干燥设备生产乳酸菌粉是可行的。建议进口温度150 ℃、出口温度70 ℃，塔内温度控制在72 ℃左右1 h，菌种保护剂使用含糖真空浓缩乳，与生产发酵剂的混合比例为1∶3。所得菌粉含水量2.23%，活菌数7.6×107CFU/g，活力0.80，凝乳时间6 h。

2.1.2 冷冻干燥

马钢等[9]对冷冻干燥法生产发酵乳粉的工艺作了详细介绍。包括以下操作：（1）将原料乳净化、标准化，预热到60～70 ℃，在约16 MPa（160 kg/cm2）下均质；（2）冷却到45 ℃，接种2%发酵剂，于43 ℃下发酵至pH值为4.6，立即冷却到10℃，保存12 h；（3）将发酵乳装入不锈钢盘中，厚度1 cm，将盘放入冻干机搁板上，关闭机门，启动冷凝器降温至-40 ℃进行预冻；（4）第一步干燥，开启真空泵，当真空度达0.013 MPa时打开加热器，当制品温度上升到0 ℃时说明全部冰已除去，此过程约需6 h；（5）第二步干燥，将加热温度调至30 ℃，冷凝器温度保持在-50 ℃以下，当制品温度上升到20 ℃时保持2 h，此过程约需3 h；（6）打开除湿机，使室内相对湿度下降到60%以下；（7）关闭冻干机，用真空包装机将干粉定量装入铝箔袋中；（8）检验相关指标和活菌数，完成制粉全过程。

Sharma等[13]认为，发酵乳装盘的最佳厚度为6.2 mm。Karadimov[14]研究表明，为了提高发酵乳粉中乳酸菌存活率，第一阶段温度为-25 ℃，第二阶段温度为30 ℃。

2.2 抗热菌种的驯化

菌种驯化是指通过人为措施使微生物适应某种特定条件而定向选育菌种的方法。在发酵前对菌种进行驯化，用经过驯化的菌种发酵而得的发酵乳制作发酵乳粉，在喷雾干燥过程中对热有更好的耐受力。据肖壮[15]研究，在20%复原乳中驯化后的两歧双歧杆菌，其活菌数是对照组的55 倍，在TPYG（生长曲线测定培养基）中进行相同处理得到的活菌数是对照组的300 倍。采用喷雾干燥处理时，经驯化的两歧双歧杆菌在复原乳中存活率达32%（1.35×108CFU/g），而未经驯化者仅为6.5%（2.74×107CFU/g）。

贺荣平[8]介绍了菌株驯化的方法。在平板琼脂营养培养基上，46℃下分别对保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌进行多次传代培养；将试管装母发酵剂分别在47 ℃、49 ℃和50 ℃下驯化3 次，以增加其耐热能力；多次传代后在灭菌乳（121℃、15 min灭菌）培养基中长期保存，隔12 天传代1 次，以增强其产酸活力；在高浓度乳培养基（20%乳固体）中，46 ℃下连续传代培养，以适应乳粉生产环境。据报道，经耐热驯化的保加利亚乳杆菌能耐受75 ℃、20～30 min，嗜热链球菌能耐受85 ℃、20～30 min，有的菌株甚至能耐受90 ℃、1～5 min的加热处理。

2.3 浓缩

生产发酵乳粉前对原料乳进行一定程度的浓缩可缩短干燥时间、提高生产效率、节约燃料和动力消耗，降低生产成本。Sharma等[16]对冻干发酵乳粉所作的研究表明，发酵乳总固体从14.7%增至18.8%，冻干时间缩短25.8%，若总固体增至20.4%，则冻干时间会继续缩短31.5%。经浓缩后喷雾的发酵乳粉颗粒较致密、坚实，颗粒内气泡少、密度大，复原性、冲调性、保藏性均较好。浓缩应适度，一般为30%～50%，过度浓缩可导致发酵剂加入量增多，发酵时间延长，出现发酵滞后效应，从而使终点难以控制，活菌数下降等[8]。

2.4 载体、稳定剂和保护剂的使用

在发酵乳粉生产过程中加入载体、稳定剂和保护剂，对缩短生产时间、改善产品质构、提高溶解性和分散性、降低乳酸菌死亡率具有显著效果。在生产实践中，有的物质可以同时起到载体、稳定剂和保护剂的作用。高云等[17]分别以麦芽糊精、可溶性淀粉、糊精作为载体，用喷雾干燥法制作发酵乳粉，结果表明，10%麦芽糊精效果最好，所得产品粉末疏松，不沾壁。余华等[18]的研究也发现，在冷冻干燥过程中，不加入载体则干燥费时，产品呈黏稠的膏状，含水量较高，而加入10%麦芽糊精可大大提高干燥速度，产品质构疏松、含水量低。林艳云等[19]研究了不同稳定剂对发酵乳粉品质的影响，发现以黏度作为评定指标，几种稳定剂的最佳添加量分别为：CMC-Na（羧甲基纤维素钠）0.10%～0.20%，卡拉胶0.20%～0.30%，魔芋胶0.25%～0.35%；以乳酸菌活菌数和感官评定为指标，复合稳定剂最佳配方为：CMC-Na（羧甲基纤维素钠）0.10%、卡拉胶0.25%、魔芋胶0.30%。

保护剂种类很多，可分为糖类、蛋白质类、聚合物类、混合物类等，以糖类应用范围最广，主要有葡萄糖、蔗糖、乳糖、果糖、甘露糖、海藻糖等。糖类不仅原料易得、物美价廉，而且化学稳定性较高，无毒无害，非常适合于发酵乳粉加工[6，20]。潘旭林等[21]研究了脱脂乳粉等7 种保护剂对喷雾干燥发酵乳粉中乳酸菌的保护作用，发现7 种保护剂均可加强乳酸菌的抗湿热性，保护作用较好的为脱脂乳粉、甘油和葡萄糖；正交试验表明，受热时间越短，菌种存活率越高，以75 ℃、10 min效果最好，乳酸菌存活率达80%以上；复配保护剂比单一保护剂效果好，最佳组合为：脱脂乳粉20 g/L、葡萄糖5 g/L、甘油5 mL/L，所得发酵乳粉活菌率达86.8%，酸度102oT，颗粒均匀，冲调性好，无沉淀，口感纯正，各项指标均符合要求。吕佳枥等[22]的早期研究也得到相似的结果。余华等[18]研究了冷冻保护剂对冻干发酵乳粉中乳酸菌的保护作用，保护剂的组分为：在10%脱脂乳中加入乳重10%甘油、3%乳糖、1%谷氨酸钠、0.1%抗坏血酸、0.01%吐温-80，结果表明，加保护剂者乳酸菌存活率为73.11%，未加保护剂者存活率为42.52%。王威等[23]筛选了3 种对冻干发酵马乳粉乳酸菌数和存活率影响显著的保护剂，即麦芽糊精、海藻糖和α-环状糊精，其最佳添加量分别为2.3%、3.5%和3.1%，制得的发酵马乳粉结构疏松，无结块，冲调性好，含水量3.93%，乳酸菌活菌数为（8.78±10）×108CFU/g。

3 发酵乳粉的复溶性

发酵乳粉的复溶性评价包括润湿下沉性、冲调溶解性、感官及理化特性、发酵性等。影响发酵乳粉复溶性的因素很多，如生乳质量、加工方法、添加成分、加热温度、发酵乳酸度、产品含水量、包装储存以及复溶条件等。发酵乳酸度过高，会导致乳粉溶解度下降。加工过程中温度越强，蛋白质变性程度越大，溶解性越差。在不影响发酵的前提下，适当提高乳浓度和黏度、加工过程中避免温度过高和受热时间过长，以及采用流化床式冷却出粉，可使发酵乳粉颗粒较大且均匀，较易溶解[8]。

在加工过程中添加干燥载体和冷冻保护剂对复溶性有显著影响。林艳云等[24]采用冷冻干燥法加工胡萝卜风味发酵乳粉，以10%麦芽糊精为载体，发酵前和发酵后添加10%麦芽糊精，发酵乳粉静置湿润下沉、搅拌湿润下沉时间分别为150、50 s和113、39 s，发酵后添加的效果更好。赵瑾等[25]分别以复原乳和纯牛乳作原料进行发酵，采用喷雾干燥法制备发酵乳粉，研究发酵前、后添加载体（乳粉和糊精）对发酵乳粉复溶性的影响，结果表明，发酵前添加载体比发酵后添加的产品湿润下沉性和冲调性更好。以上两份研究报告中添加载体的顺序不同，可能和原料、加工方法、技术参数、产品类别等因素有关。

复溶条件对发酵乳粉复溶性有显著影响。王轶钦等[26]研究表明，冲调发酵乳粉时，乳粉的质量分数15%～20%、水温37～45℃较为适合。添加稳定剂对改善复溶性有显著影响，卡拉胶对发酵乳粉复溶后黏度影响最大，瓜尔豆胶可提高产品细腻程度并改善口感；稳定剂添加应适量，过多导致口感黏稠；使用单一稳定剂时，添加0.20%CMC-Na（羧甲基纤维素钠），0.15%卡拉胶或0.20%瓜尔豆胶效果较好；3 者混合使用时，CMC-Na（羧甲基纤维素钠）、卡拉胶、瓜尔豆胶分别为0.10%、0.05%、0.15%，发酵乳粉的冲调性最佳，所得复原发酵乳风味、色泽、组织结构良好。李秀凉等[27]研究认为，冲调发酵乳粉时，乳粉浓度为15%，水温为0 ℃或室温，添加0.05%CMC（羧甲基纤维素）、0.10%瓜尔豆胶、0.10%魔芋胶，所得复原发酵乳风味、色泽、组织结构均符合产品质量要求，发酵乳粉的冲调性也最好。稳定剂可在复溶发酵乳粉时添加，但为了避免给消费者带来不便，在加工过程中添加较为适合。

4 发酵乳粉的储存

据报道，发酵乳粉在常温下可保存1～2 年[28，29]。温度、湿度、氧气、产品含水量等均对发酵乳粉的储存有重要影响。Cabrini等[30]报道，冻干发酵乳粉在4 ℃下储存1 年后活菌数仍可达106CFU/g；添加酸度调节剂和5%蔗糖有利于乳酸菌存活；活菌数降低1 个数量级所需时间分别为：1～4 ℃下18 个月、4 ℃下15 个月、（20±5） ℃下12 个月。

乳酸菌的最佳水分活度（Aw）是0.1，即产品含水量1.5%～2.0%。含水量低于0.5%会对菌体活性产生不利影响，可使乳酸菌直接与氧结合而致死；水分活度较高时菌体更加敏感，也容易死亡。综合活菌数、储存期和工艺等多方面因素，发酵乳粉含水量以1%～3%为宜。发酵乳粉应采用真空或充氮包装，在低温（20 ℃以下）、干燥（湿度35%～40%）、避光条件下储存，最好采用冷链运输。

5 存在问题和建议

5.1 产品质量有待改善

尽管有研究认为，发酵乳粉复溶后，无论在滋气味或营养等方面都与新鲜发酵乳没有太大差异，但是多数研究结果和实践证明，目前复原发酵乳的感官指标与新鲜发酵乳相比存在一定差距，如色泽发黄、乳清析出、沙粒感、结块、不良滋气味以及乳酸菌活菌数低等，这也是迄今大部分发酵乳粉只能用于食品工业原料的原因之一。由于多数关于发酵乳粉工艺参数的试验研究均在实验室条件下通过小型设备完成，应用于规模化生产时需要根据机械设备的型号、产量以及具体生产条件等进行验证、调整，因此有必要对规模化生产发酵乳粉的工艺技术进行深入研究和探讨，生产企业也应不断积累和分析技术数据，总结经验，进一步优化、完善和创新生产工艺，切实把发酵乳粉质量提升到一个新水平。

5.2 概念不清，亟待规范

目前市面上流行的“酸奶粉”品类繁多，多数是用干混法生产的含乳酸菌乳粉，有的则是乳酸菌发酵剂。干混法不仅工艺简单，而且可节约能耗、降低成本、缩短生产周期，同时还可避免加热对乳酸菌和营养强化剂的伤害，提高活菌数和产品的全价营养效能[6，31，32]。但是由于干混法生产过程中生乳没有经过发酵，产品不具有发酵乳粉的性质和特点，因此不能等同于发酵乳粉。根据《食品安全国家标准 乳粉》（GB 19644-2010）的微生物限量表中标注：“菌落总数”项目“不适用于添加活性菌种（好氧和兼性厌氧益生菌）的产品”[33]，即在乳粉中是允许加入活性菌种的，因此用干混法制作的含乳酸菌/益生菌的乳粉应归入乳粉类（调制乳粉），而不应归入发酵乳粉。

5.3 制定产品标准刻不容缓

发酵乳粉是一类乳制品，国内已有酸牛乳粉、酸羊乳粉、酸牦牛乳粉、酸驼乳粉等产品上市，但至今没有相应的国家标准或地方标准，因此企业面临产品上市的困境。目前上市产品多使用乳粉标准（GB 19644-2010）或固体饮料标准（GB/T 29602-2013）。发酵乳粉是以生乳或乳粉为原料，经发酵后加工制成的酸度上升且含有一定数量活性乳酸菌/益生菌的产品。发酵过程中生乳成分和性质发生了一系列变化，因此发酵乳粉的营养成分和理化指标和乳粉有较大区别，不适于使用乳粉标准。固体饮料标准对营养性指标的要求很低，含乳固体饮料对蛋白质含量的要求仅为≥1%[34]，如果发酵乳粉执行固体饮料标准，不仅降低了档次，也为假冒伪劣产品开启了方便之门。因此，制定发酵乳粉的产品标准实乃当务之急。笔者建议不同乳种发酵乳粉的感官和理化指标根据乳种特点制定，乳酸菌活菌数应≥1.0×106CFU/g，复原乳酸度≥70oT，调制发酵乳粉中乳固体含量应不低于70%，污染物限量、真菌毒素限量、微生物限量、食品添加剂和营养强化剂等执行国家标准和有关规定。C

[1] 刁治民，于学军. 发酵乳的营养价值及保健作用[J]. 中国乳品工业，1998，26（5）：11-14，16.

[2] 顾景范. 酸奶对老年的保健功能[A]. 见：中国食品科学技术学会. 第九届乳酸菌与健康国际研讨会论文集[C]，2014：99-100.（如果补充不了编者，麻烦换一篇参考文献）

[3] 杨晓燕，杨洋. 益生菌保健作用及发展动态[J]. 现代食品，2015（12）：29-34.

[4] 胡长利，陈历俊，卢阳，等. 酸奶粉的生产及应用研究进展[J]. 中国乳品工业，2010，38（8）：32-37.

[5] 马晓晴，曾凡坤，周云，等. 乳酸菌酸奶粉的研究现状[J]. 中国乳品工业，2010，38（6）：41-42，46.

[6] 齐晓彦，苏米亚，刘翠平，等. 新型酸奶粉的生产及应用的研究进展[J]. 安徽农业科学，2013，41（29）：11833-11836.

[7] 刘英华. 酸奶粉研究报告[J]. 食品科学，1982（3）：59-61.

[8] 贺荣平. 酸奶粉的制作方法[J]. 农产品加工，2006（11）：32-34.

[9] 马钢，蒋晓珊，李胜先，等. 高活性酸奶粉的研制[J]. 食品与机械，1992（5）：21-22.

[10] Bielecka M，Majkowska A. Effect of spray drying temperature of yoghurt on the survival of starter cultures，moisture content and sensoric properties of yoghurt powder[J]. Molecular Nutrition & Food Research，2000，44（4）：257-260.

[11] Kim S S，Bhowmik S R. Survival of Lactic Acid Bacteria during spray drying of plain yoghurt[J]. Journal of Food Science，2010，55（4）：1008-1010.

[12] 江萍，王家祥，周国君，等. 热风喷雾干燥法生产乳酸菌粉的研究——工艺条件与质量标准[J]. 食品工业，1996（5）：36-38.

[13] Sharma N K，Arora C P. Influence of product thickness，chamber pressure and heating conditions on production rate of freeze-dried yoghurt[J]. International Journal of Refrigeration，1995，18（5）：297-307.

[14] Karadimov D S. Freeze-drying of Bulgarian sour milk in a vibrant fluidized bed[J].Bulletin de l'Institut International du Froid，1975，55（3）：770-773.

[15] 肖壮. 牛初乳酸奶粉的工艺研究：[硕士论文][D]. 长春：吉林农业大学，2012.

[16] Sharma N K，Arora C P，Mital B K.Influence of concentration of milk solids on freeze-drying rate of yoghurt and its quality[J]. Journal of Food Process Engineering，2010，15（3）：187-198.

[17] 高云，陆军. 绿豆酸奶粉的加工工艺[J]. 食品工业科技，2002（2）：49-51.

[18] 余华，颜军，刘海燕. 不同干燥方法对酸奶粉品质指标影响对比研究[J]. 食品科学，2005，26（3）：145-147.

[19] 林艳云，叶南慧，林幼霞. 酸奶粉冷冻干燥工艺的研究[J]. 食品工业，2016，37（5）：112-115.

[20] 张小平. 乳酸菌发酵牛初乳的研究[J]. 乳业科学与技术，2005（3）：109-111.

[21] 潘旭林，张丽萍，张青娈，等. 乳酸菌奶粉保护剂的研究[J]. 黑龙江八一农垦大学学报，2005，17（4）：79-82.

[22] 吕佳枥，张淑娟，董云森，等. 乳酸菌抗湿热保护剂的研究[J]. 西北轻工业学院学报，2002，20（4）：29-33.

[23] 王威，王小标，殷娜，等. 保护剂对真空冷冻干燥酸马乳粉中乳酸菌的影响[J]. 食品工业科技，2016（6）：206-210，215.

[24] 林艳云，叶南慧，陈琳. 胡萝卜风味酸奶粉的制备及其速溶特性研究[J]. 中国乳品工业，2016，44（2）：61-64.

[25] 赵瑾，许喜林，张勇，等. 不同发酵条件对酸奶粉影响的研究[J]. 食品工业科技，2008，29（11）：203-204，207.

[26] 王轶钦，刘树兴. 酸奶粉的制备和复性条件的优化研究[J]. 食品科技，2009，34（12）：66-70.

[27] 李秀凉，雷虹，葛菁萍，等. 酸奶粉冲调复原性的探讨[J]. 食品工业科技，2005（10）：112-114.

[28] Kumar P，Mishra H N. Yoghurt powder—a review of process technology，storage and utilization[J]. Food and Bioproducts Processing，2004，82（2）：133-142.

[29] 骆承庠. 低温二次喷雾干燥生产酸奶粉简介[J]. 中国乳品工业，1995（8）：175-179.

[30] Cabrini A，Bossi M G，Emaldi G C.Survival of lactic acid bacteria in freezedried yoghurt[J]. Industria del Latte，1982，18（1）：49-60.

[31] 杨芳，宋士良，周美凤，等. 酸奶粉产品稳定性研究[J]. 食品研究与开发，2010，31（1）：29-31.

[32] 陈辉，霍贵成. 干法生产婴儿配方奶粉[J]. 中国乳品工业，2002，30（5）：103-105.

[33] 中华人民共和国卫生部. GB 19644-2010 乳粉[S]. 北京：中国标准出版社，2010.

[34] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中国国家标准化管理委员会. GB/T 29602-2013固体饮料[S]. 北京：中国标准出版社，2013.