牛奶浓缩蛋白的加工制备、特性及其应用研究进展

(上海旺旺食品集团有限公司，上海 201103)

牛奶浓缩蛋白（Milk Protein Concentrates，MPC）由生乳经脱脂后，经超滤浓缩，再喷雾干燥制得。MPC是完全蛋白质，包含酪蛋白和乳清蛋白，且二者之间的比例与在牛奶中的比例相同或相似。与脱脂奶粉和全脂奶粉相比，MPC蛋白质含量高，乳糖含量低，因此可以为终产品提供高营养及特定感官和功能特性，目前已被广泛应用于各类食品。但也正是由于其高蛋白等特性，对储存条件有相对苛刻的要求，储存过程中容易失去良好的溶解性，因此研究人员通过一些工艺的改进，不断地对这一劣势进行改善。

1 牛奶浓缩蛋白的制备

近年来MPC在末端产品的使用越来越广泛，生产量逐年增加。越来越多的研究者对其关键特性，比如溶解性、复水性、起泡性、特别是储存后的溶解性等，从制程角度进行了研究。

Rupp等将喷粉前蛋白浓度分别控制为19%、21%、23%，比较了一次超滤浓缩加蒸发浓缩对成品MPC80的影响。结果显示，三者对MPC80的堆积密度、溶解性、起泡性没有显著影响，在30℃条件下储存，其溶解性都会显著变差。更高的蛋白浓度浓缩液对复水有一定影响，浓度高的黏度大[1]。

Wang对比了蒸发浓缩和纳滤浓缩制得的MPC在不同热处理条件下的凝胶特性。在未预热的情况下，蒸发浓缩的MPC比纳滤浓缩的MPC有更高的弹性模量、硬度和较低的乳清蛋白离心率，因而具有更好的凝胶特性[2]。

Mao等比较了在渗滤阶段按0、50、100、150mmol/L添加量添加NaCl对成品MPC80溶解性的影响，发现添加量为150mmol/L时MPC80具有最高的溶解性[3]。

孙颜君等采用薄膜蒸发浓缩牛乳超滤截留液的固形物含量为15.55%、18.17%和26.12%，比较其对MPC粉末粒径、流动性、溶解性和喷流性指数的影响。结果表明，在喷粉前浓缩液固形物含量为26.12%时加工出来的MPC具有较好的溶解性和流动性[4]。另外，他们还研究了不同进口、出口的干燥温度对MPC粉的影响，发现130℃/65℃、160℃/78℃、190℃/93℃的入口、出口干燥温度对乳清蛋白变形率没有显著性影响，但随着喷雾干燥温度的升高，MPC的水分含量降低，粒径增加，溶解性降低[5]。

高蛋白含量的牛奶浓缩蛋白，例如MPC80在20℃复水还原时显示出较差的溶解性，温度升高至37℃时溶解度会提升。在牛奶中或者乳清中溶解性会比在水中好很多。这些高蛋白含量的牛奶浓缩蛋白的溶解性与矿物质的组成有较高的相关性，钠离子含量较高，钙、镁离子含量较低，则会增强溶解。MPC80、MPC90在37℃储存60d相比20℃储存60d，溶解性会降低一半。若能在3℃下储存，则存放12个月溶解性也仅降低15%。

樊凤娇等研究测试了以超声条件300W、600W分别处理3、5、10min对新鲜MPC70的影响，发现在300W、10min的超声处理条件下，MPC水溶性下降最慢。进而指出在MPC的生产过程中进行超声处理，可以在一定程度上减缓MPC贮藏过程中水溶性下降程度[6]。

孙鹏研究指出，未经高压处理时，新鲜MPC粉末20℃时的溶解度为66%；在-20℃条件下储存6周，溶解度下降10%，在储存12个月后，其溶解度继续下降至原溶解度的50%。而在200MPa、40℃的处理条件下，浓缩物的初始溶解度提高至85%。环境温度条件下储存6周，MPC溶解度不变，储存12个月后仍可保留85%的初始溶解度。静态高压处理对提高MPC溶解度有较大的帮助[7]。

徐雨婷的研究指出，脱钙MPC的初始溶解度都在95%以上，且随脱钙程度的增加而略有提高。在35℃储藏4个月后，未脱钙MPC的溶解度显著降低；11.1%脱钙的MPC，其溶解度下降的程度则明显降低；18.6%～37.1%脱钙MPC的溶解度在储藏期内几乎不变。随着脱钙率的增加，MPC的凝胶性逐渐降低，但钙的回补能显著恢复其凝胶性，其中11.1%脱钙MPC的凝胶性可通过钙的回补得到基本恢复。但MPC的起泡性、泡沫稳定性、乳化性、乳化稳定性都随脱钙程度的增加而提高[8]。

2 牛奶浓缩蛋白的特性

MPC的特性首先是溶解性，超滤（UF）工艺很好地保持了蛋白质的原始结构，从而保持了MPC的部分溶解性，但又因为蛋白质含量高，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、凝胶性的基础。MPC中的高蛋白含量使之呈现非常好的乳化性[8]。

Babu等研究了蛋白含量为70.3%、81.5%、88.1%的三款MPC在25℃、40℃储存12周的形态、功能、流动性变化。在25℃储存12周以后，随着蛋白含量的增加，基础流动能值、流动速率指数显著地增加；动态流动测试显示，较高的蛋白含量具有较高的渗透性。剪切测试显示25℃储存较40℃具有更好的流动性。因此，在25℃储存12周较40℃储存12周时MPC凝聚较少，具有较好的流动特性[9]。

Crowleya等研究了MPC复原乳的热稳定性。测试的pH值区间为6.3～7.3，当pH＜6.8时，复原乳的热稳定性随着MPC蛋白含量的增加而减少，因为高蛋白含量的MPC具有更多的活性钙离子。当pH＞6.8时，高蛋白含量的MPC带来的高钙离子活性与解聚的k-酪蛋白而部分抵消，未呈现相同的规律。乳糖和尿素的添加只在钙离子导致凝聚的pH之外产生影响[10]。

Hunter等研究了MPC85不同储存时间、储存温度条件下，对MPC85强化的脱脂奶凝乳特性的影响（其MPC85的强化添加量为2.5‰）。结果显示，随着储存温度及时间的增加，MPC85的溶解性变差，同时凝乳的复合模量和屈服应力增加。这个过程不影响凝乳的第一步，即k-酪蛋白的裂解，只是影响凝乳的第二步及其余酪蛋白的聚集[11]。

Ye研究了浓缩牛奶浓缩蛋白的乳化特性，研究对象为4个不同钙含量的MPC80，发现较高钙含量的MPC形成的乳状液粒径较大，油滴总表面积结合的蛋白更低，且这些结合的蛋白的比例与最初的MPC均发生改变。低钙含量的MPC形成的乳状液，随着粒径的增大，稳定性变差，在超过一个临界点后蛋白会发生聚集[12]。

樊凤娇等研究指出，MPC水溶性的下降主要是在储藏过程中，蛋白质之间通过形成氢键、二硫键和疏水相互作用以及共价键产生交联反应造成的。蛋白质含量越高，水溶性下降得越明显；一定含量的还原糖可以改善这个现象[13]。

李妍等研究结果表明，温度通过影响粉粒中酪蛋白胶束成分的溶解度而影响MPC复水速率。在25～45℃的范围内，随着温度的提高，复水溶解速率显著增加。在45～55℃阶段，MPC在1h内可完成复水，此时复水速率随着温度变化差异不明显。对复水过程中溶解相和非溶解相组成变化的分析表明，MPC颗粒中乳糖和乳清蛋白成分容易分散溶解，而酪蛋白及其结合的钙、镁、磷溶解缓慢，其是限制MPC复水溶解的主要因素，且提高复水温度不能减少MPC不溶性成分含量[14,15]。

3 牛奶浓缩蛋白的应用

近年中国市场酸奶品类发展迅猛，MPC较脱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质地。传统的酸奶质地较差且有乳清分离，在加工中一般加入凝胶剂和稳定剂，而MPC因为有较高的蛋白质含量，可以作为稳定剂来提高酸奶的质地，从而也会起到清洁标签的作用，符合现在的市场趋势。当MPC70替代牛奶的量为0～10%时，发酵酸奶的感官品质、表观黏度、乳清析出以及硬度随替代量的增加明显提高，提高了发酵酸奶的品质。但当替代量超过10%时，发酵酸奶的品质开始下降[16,17]。

高蛋白酸奶获得了越来越多消费者的青睐，部分原因是口味和质地的改善，更重要的原因是越来越多的科学证据表明，乳蛋白对健康有益。高蛋白酸奶可以通过发酵前添加蛋白类乳制品，或者发酵后浓缩发酵液排除乳清的方式生产。发酵前添加的蛋白类乳制品包括牛奶浓缩蛋白、乳清蛋白等，而更多采用的是添加牛奶浓缩蛋白。这种方式的固定投入相对较少，成品变化多样，生产线更具柔性[18]。

MPC具有良好的应用前景，但储存过程中溶解性的降低始终没有找到可工业化生产的解决方案，从而限制了其应用，需要继续深入研究。