高蛋白酸奶的生产工艺与开发现状

杨郁荭，郑华杰，王新，王占东

（黑龙江完达山林海液奶有限公司，哈尔滨150078）

0 引言

蛋白质是保持人体健康的重要营养物质，越来越多的消费者关注蛋白质的摄入。酸奶由新鲜牛乳经过乳酸菌发酵，使蛋白质形成微细凝块利于吸收，是膳食中蛋白质的优质来源。酸奶中的蛋白质不仅能够为产品提供令人满意的质地和口感，同时其含量也作为评价酸奶营养价值的指标。

目前在国内对高蛋白酸奶的指标及工艺要求并没有相关的标准，根据食品法典中对发酵乳和浓缩发酵乳的定义，Jørgensen等认为高蛋白酸奶的蛋白质含量应不小于5.6%，脂肪含量不高于15%，生产工艺可以在发酵前进行蛋白强化或蒸发原料乳，或膜过滤实现，也可以在发酵后进行离心、膜过滤方式分离乳清[1]。高蛋白酸奶在不同地域有不同的名称，比如冰岛酸奶、希腊酸奶都属于此类酸奶。Tamime等通过对不同区域的浓缩/紧缩酸奶（Concentrated/Strained ferm ented milks）调研统计，认为它们应该具有蛋白质含量大于8%，碳水化合物约5%的特征，希腊或希腊式酸奶的蛋白质含量应不低于5%[2]。

由于含有较高蛋白质含量的酸奶味道浓郁、比普通酸奶更浓稠，近几年市场发展非常迅速。当前，围绕高蛋白酸奶的开发和基础研究受到越来越多的关注，本文从高蛋白酸奶的生产工艺及开发现状进行归纳，以期为产品进一步的研究开发提供一定的参考。

1 高蛋白酸奶产品的生产工艺

酸奶生产的工艺主要包括原料奶分离净乳、配料、均质杀菌、添加菌种发酵、后熟等步骤。希腊酸奶是采用纯牛奶经过发酵后过滤，除去了大部分乳清（包括水、乳糖、少量蛋白质、矿物质等），期间不添加任何物质制得；希腊酸奶和希腊式酸奶是不同的两类酸奶，制作上有各种各样的方法[3]，希腊式酸奶可以在生产过程中添加蛋白粉和增稠剂[4]，使产品达到预期蛋白质的含量要求。根据是否分离乳清，将高蛋白酸奶的制作分为“非滤乳清工艺”和“滤乳清工艺”。

1.1 “非滤乳清工艺”

1.1.1 蛋白提高物

以希腊/希腊式酸酸奶等高蛋白质产品制作为例，在现代工业化生产中可供选择的蛋白提高物种类较多，主要有浓缩乳清蛋白（W PC），分离乳清蛋白（W PI），酪蛋白和牛奶浓缩蛋白（M PC）等。武波波，刘文攸等以6%蛋白质指标研制一款希腊式酸奶时，固定鲜奶的比例40%，选择脱脂奶粉、乳清浓缩蛋白、酪蛋白酸钠复合使用提高蛋白含量，达到希腊式酸奶的特点[5]。王琳、刘培东等人采用81%～90%的牛奶、1%～5%的牛奶蛋白粉和0.5%～6%的乳清蛋白粉制作希腊酸奶，蛋白质含量在4%～8%的指标时，风味口感佳，稳定性好[6]。D.D.Bong通过添加55%、88%的酪蛋白胶束（M CC）开发蛋白含量为9.8%的希腊式酸奶，发现选用MCC-58强化得到的酸奶和市售滤乳清方法获得的酸奶物理性质相近[7]，它们的流变指数分别为0.09±0.03和0.12±0.03，黏度系数分别为176±41 Pa·sn和196±87 Pa·sn，表观黏度分别为2.52±0.26 Pa·s和3.63±1.15 Pa·s，持水力分别为（72±1）%和（70±2）%，无显著差别，为发酵前添加蛋白提高物的加工工艺提供了借鉴。

Desai等对市售10款希腊酸奶接受度测评，其中采用滤乳清工艺制得的产品6款，采用强化蛋白质方式制得的产品共4款，调查中发现消费者在质构和稠厚度上并不认为蛋白质强化的酸奶和滤乳清制得的希腊酸奶存在明显差异，其中蛋白质强化制得的产品在质构和稠厚度的最高得分别为6.7和6.5，滤乳清工艺制得的产品得分别为6.9和6.6[8]。

1.1.2 膜过滤

乳品工业中的膜过滤技术是利用半透性膜和一定压力的分离方法，用来浓缩、分级乳清或用于浓缩牛乳。主要有反渗透、纳滤、超滤和微滤4个基本类型，酸奶发酵前对牛乳浓缩的研究主要集中在超滤和微滤方式处理。用超滤法可除去牛乳中70%～80%的水；在脱脂乳的浓缩上，用反渗透法可去除60%以上的水分，而用超滤法则可得到蛋白质质量分数高达80%的脱脂浓缩乳[9]。

在压力差的作用下，通过反渗透膜将溶液中的溶剂分离出来的操作过程称为反渗透，适用于分离直径为2nm以下的低分子和离子。很多领域使用反渗透时可以在较低温度下进行，但在乳品加工过程中为了提高反渗透的效率，必须对牛奶进行加热。使用反渗透存在固定投资过大，需要的反渗透膜面积较大，而且膜的使用寿命较短等缺陷，同时需要经常对膜进行清洗，设备维护要求较高[10]。吕建国通过管式反渗透浓缩牛奶的实验中发现，工艺中的压力、温度、浓度对总固形物截留率及脱盐率没有影响；压力越大或温度越高，可以使膜通量越大[11]。

纳滤是介于超滤和反渗透之间的新型膜分离技术，其孔径为1 nm左右。纳滤膜的纳米级孔径，既起到浓缩又起到透析的作用，同时它也具有离子选择性，在低压操作下(纳滤一般的压力为0.5～1.0 M Pa)可截留大部分二价盐，使一价盐和小分子物质透过[12]。王玉堂等研究纳滤技术浓缩原料乳生产酸奶时发现，均质后，65℃、1.6 M Pa纳滤浓缩生产的酸奶，黏度、咀嚼性、胶着度、硬度和剪切应力，比15℃、2.0 M Pa条件下生产的酸奶高，也比未采用纳滤浓缩工艺生产的酸奶的高（P＜0.01），适用于开发黏度较高、具有一定黏弹性产品[13]。

超滤是在压力差的作用下，利用半透膜的微孔过滤，截留溶液中的大溶质分子的操作过程。超滤膜的孔的结构范围为1～20 nm，适合保留如蛋白质、脂肪球、多糖等大分子物质的，超滤膜的构型有管状膜、螺旋缠绕式和平板膜等，对于原料乳的浓缩典型使用一定数量的缠绕式膜元件。分子质量为10 ku以下的组分作为透过物而透过膜，不会改变牛乳中酪蛋白乳乳清蛋白的固有比例[1]。

微滤主要用来除微生物及大分子分离。微滤膜的孔的结构范围为0.1～10μm，一般在1～25psi压力下进行操作[14]。基于此孔径的大小，部分乳清蛋白作为透过物而透过膜，相当于对原料乳中酪蛋白含量的浓缩。乳清蛋白对于酸奶的质构有重要的影响，选择微滤处理原料乳的方式应考虑补充W PC或W PI等蛋白提高物。Brandsm a等研究微滤方式生产干酪时，通过测定在pH 6.0～6.6条件下处理的原料乳中钙和乳清蛋白的保留与透过情况表明，相对低的p H条件下，微滤可以增加原料乳中钙的透过和乳清蛋白的保留[15]。

1.2 “滤乳清工艺”

1.2.1 离心

在现有酸奶的生产工艺设备中，离心设备可以集成在此基础上，目前主要有喷嘴和夸克式。GEA喷嘴分离机可以精确设置干物质比例，进而高效、稳定的生产希腊酸奶、冰岛酸奶、夸克和新鲜奶酪等制品，在浓缩固体的同时澄清液体，浓缩的固体通过喷嘴持续排放，澄清的液体通过内置的离心泵排出。Abu-Jdayil等对离心和通过布袋过滤乳清生产的浓缩酸奶流变学性质进行了研究，剪切速率在11.70～1169 s-1，温度5～55℃条件下，两种工艺在流变曲线、稠度系数、表观黏度、触变作用等方面的变化，他们认为不同工艺生产的浓缩酸奶产品，形成的组织结构有所不同[16]。乳清蛋白加热过程中引起的变性可通过疏水键与酪蛋白交联，酸乳形成凝胶时具有连续的网状结构，机械外力的作用下破坏了这种结构，变成分散的微凝胶颗粒[17]。乳清在分离机的作用下被排除，网状结构粒子间的空隙增大，重排形成的结构聚集程度低，可能是导致离心法生产酸奶出现乳清析出、结块的原因。

1.2.2 膜过滤

不同的加工工艺影响酸奶的成分、质构和感官品质等特性。若对发酵后的牛乳采用膜过滤浓缩生产高蛋白酸奶，通常选择超滤的方式。O zer等对比研究了超滤和反渗透方式分别在发酵前和发酵后不同处理工艺制作浓缩酸奶的特性，通过产品成分组成、不同固形物含量中发酵菌株的生长情况等分析，得出发酵后经超滤方式处理的样品产生的风味接受程度高、总体评分高的结论，认为超滤方式对发酵乳的浓缩适合工业化生产[18]。其中，超滤工艺制作高蛋白酸奶蛋白质含量、脂肪含量和乳糖含量分别为7.51～8.25 g/100 g，8.20～8.7 g/100 g和5.21～6.45 g/100 g，反渗透浓缩制得的高蛋白酸奶上述成分含量分别为6.38～6.82 g/100 g，5.6～6.6 g/100 g和7.24～8.98 g/100 g，反渗透浓缩工艺制得产品的蛋白质含量和脂肪含量比超滤工艺制得的产品低；发酵后进行超滤的方式和传统布袋浓缩方式有相似的黏度，比发酵前超滤和反渗透工艺产品的黏度高[19-20]。超滤工艺在发酵前或发酵后进行其弹性和损耗模量的差异并不显著，但发酵前进行反渗透工艺制得的产品其弹性和损耗模要低于超滤工艺[19]。虽然每种情况下蛋白相互作用的类型可能相似，但在相互作用的程度上存在差异[20]。

1.3 高蛋白酸奶品质的影响因素

1.3.1 蛋白提高物的影响

通过蛋白强化方式生产高蛋白酸奶时，其影响品质因素主要集中在蛋白提高物的选择和不同蛋白质的应用比例。王飞等人通过对不同厂商提供的W PC 80原料分析，发现由于蛋白粉的原料来源和加工工艺不同，它们的热凝胶性和溶解度等方面存在一定差异[21]。由于这些差异的存在，应用于酸奶后，将影响产品的风味和特性。孙颖研究发现，酪蛋白和乳清蛋白比例的改变对酸奶凝胶质量有重要影响，同时二者的比例变化在乳酸菌发酵过程中可以影响凝乳时间和pH的降低幅度[22]。由于生牛乳中的蛋白比例固定，添加不同蛋白提高物将改变蛋白的组成，蛋白质含量及比例不适将会导致产品凝固胶体太软、结成小颗粒、沙粒状、多粒状和乳清分离[23]。因此合理选择蛋白粉的来源和添加比例对提升高蛋白酸奶的品质有重要意义。

1.3.2 乳脂肪和乳糖的影响

脂肪的含量影响高蛋白酸奶的口感味道和质构特性。Desai等对市售脂肪含量为零脂至全脂共计10款希腊酸奶的调研测评，乳脂风味是驱动消费者购买的重要因素，全脂产品得到的感官品评价分数最高[8]。乳糖能够影响乳清蛋白的热变性程度，进而影响酸奶的质构。M eletharayil等研究了由M PC组成的蛋白质含量为4%溶液，在90℃加热10 m in通过GDL诱导凝胶的条件下，不同乳糖浓度表现不同理化特性，随着乳糖浓度增加至5.6%或11.2%，κ-酪蛋白与乳清蛋白的相互作用受其影响，致使凝胶的储能模量G’和持水力增加，微观结构显示更疏松[24]。

1.3.3 其他

Tam ime等认为超滤方式在工业化生产中浓缩酸乳的温度宜为40℃～45℃，通过研究35℃～55℃超滤温度条件下，发现在55℃时要比35℃时有更高的硬度，结构上表现为更复杂的蛋白胶束，50℃～55℃的条件下也使菌种减少2～3个数量级[1，25]；另外，pH值和均质对高蛋白酸奶的品质具有重要影响。乳酸菌在发酵过程中持续产酸，随着p H的降低，最后形成凝胶。除了导致产品酸度不够或过高问题，pH过低可能导致凝乳结构粗糙。武波波研制的希腊式酸奶的发酵终点在4.65时，结构细腻，没有颗粒感[5]；以全脂牛奶为原料生产高蛋白酸奶时，凝乳后可以选择低压均质处理，均质能够提高产品均一性，使粗脂肪颗粒破碎成小脂肪分散于酸乳中，使产品具有奶油感和滑爽感[26]。

2 高蛋白酸奶生产现状

在国内乳品市场中，高蛋白酸奶产品的蛋白质指标基本达到7 g/100 g，大部分产品主要布局中高端市场，定位“纯正”、“0脂肪”、“高蛋白”等概念。具体指标介绍如表1，“滤乳清工艺”和“非滤乳清工艺”均有应用。生产过程中采用“滤乳清工艺”约产生原料乳2/3的乳清，乳清的排放易对环境造成污染，处理大量的乳清需要配有特殊设备，如果不能对产生的乳清再利用，一定程度上可能增加了企业的生产成本。

表1 部分企业高蛋白酸奶产品指标情况

在北美市场，希腊式酸奶的销量得到迅速增长，推动希腊式酸奶增长主要原因是健身男士可以将其作为高蛋白含量营养品，同时希腊式酸奶得到大部分女士的亲睐热衷[28]。高蛋白酸奶品牌Pow erfu l推出专为男性设计的乳制品Pow erful Yogurt，每份产品的蛋白质含量在21～25g，适合运动前后蛋白质补充。达能Light&Fit Greek Crunch系列希腊式酸奶采用上下分式包装，顶部装有松脆零食，底部是零脂希腊式奶油酸奶，每5.0oz含有11g蛋白质和544.28 J热量。

3 展望

伴随新兴消费群体对酸奶功能性需求，未来高蛋白乳制品的发展将更趋近高端化。倡导健康生活方式、更多人热衷运动将成为高蛋白酸奶的发展契机。随着膜技术、离心和蛋白提高物对高蛋白酸奶品质影响的研究深入，企业可以通过制造不同形式产品，拓宽目标消费人群。高蛋白酸奶作为未来乳制品中重要细分品类，能够保证企业持有长久的核心竞争力，实现差异化。

高蛋白酸奶除可以在加工技术上创新，也可以在质构和功能等方面延伸。突破类似于奶酪的半固态外观，将其细分为饮用型、布丁型产品等；益生菌和益生元的协同作用在肠道健康领域拥有巨大潜力，可以在高蛋白酸奶中添加功能性益生菌和膳食纤维，使其在营养价值上高于传统希腊酸奶的标准。