无乳糖乳制品研究进展

张丽静，袁玮艺，雷文平，2，段天芳，刘成国，2，周 辉，2，罗 洁，2

（1.湖南农业大学 食品科技学院，湖南 长沙410125；2.湖南农业大学食品科学与生物技术湖南省重点实验室，湖南长沙410125）

乳糖不耐症是引起胃肠道症状的常见原因之一，其成因是人体内缺乏乳糖酶，无法消化降解乳糖，使得乳糖在肠道中滞留，导致渗透压失衡而积水，乳糖又经细菌分解发酵产气产酸，造成肠道微生态环境紊乱。患者易出现反胃、腹泻、腹痛等一系列症状，无法进食牛乳及其他众多乳制品，严重程度可能因人而异。据Storhaug C L等人[1]研究统计，世界上约有2/3的人群患有乳糖不耐症，而中国乳糖不耐症人口约有85%。目前针对乳糖不耐症人群的解决方法主要是食用低乳糖或无乳糖乳制品，或者摄入乳制品时服用外源乳糖酶或益生菌。降低乳制品中乳糖含量的方式有膜过滤等物理方法和乳糖酶水解等化学方法。采用乳糖酶水解技术生产无乳糖牛乳会使得产品甜度增加，风味改变。部分厂家如Valio公司采用膜过滤预先除去部分乳糖，再结合乳糖酶水解剩余的乳糖，该方式既将乳糖降低至0.01%以下，又保留了牛乳的正常风味和口感[2]。随着牛乳中乳糖降低技术的不断发展，目前生产商面临的挑战主要是生产出与传统牛乳口感和风味一致的高品质无乳糖牛乳，因此需要不断提升乳糖酶的品质和改良优化乳糖酶水解工艺。通过查阅国内外相关文献，对乳糖不耐症及其解决方法和无乳糖乳制品现状及其加工技术进行综述。

1 乳糖不耐症概述

1.1 乳糖不耐症的类型

乳糖不耐症是由于人体肠道缺乏乳糖酶导致食用乳制品时出现腹泻、腹痛等现象。根据乳糖不耐症的成因，可将其分为3种类型：先天性乳糖酶缺乏、继发性乳糖酶缺乏、原发性乳糖酶缺乏。

先天性乳糖酶缺乏症是一种严重且罕见的常染色体隐性遗传病，患有该病的新生儿症状难以辨别和判断，仅在接受母乳喂养后出现水样腹泻，无呕吐等明显反应，且不拒绝进食。因而在母乳摄入量充足的情况下，若诊断不及时，脱水和代谢性酸中毒有可能危及婴儿生命[3]。因此，早期的症状识别至关重要。

继发性乳糖酶缺乏是因环境因素造成小肠上皮细胞破损而产生的暂时性乳糖酶活性低下，多发于克罗恩病、溃疡性结肠炎等胃肠道疾病或肠道手术后[4]。营养严重不良的婴幼儿可能患小肠萎缩，继而导致继发性乳糖酶缺乏[5]。

原发性乳糖酶缺乏又称成人型乳糖酶缺乏，是最常见的乳糖酶缺乏类型，全球流行率约为68%[1]。其形成一般被认为主要与饮食习惯及遗传因素有关，由常染色体隐性单基因控制。

1.2 国内外乳糖不耐症现状分析

世界乳糖不耐症患病率见表1[1]。

表1 世界乳糖不耐症患病率/%

由表1可知，亚洲的中国、韩国、日本、印度等乳糖不耐症患病率较高，其中韩国乳糖不耐症患病率为100%，中国、日本乳糖不耐症患病率最高达86%；而欧美地区乳糖不耐症患病率较低，其中爱尔兰、北欧、德国等地区乳糖不耐症患病率为20%以下。乳糖不耐症是广泛存在的世界性问题，世界各地区乳糖不耐症患病率存在显著差异，亚洲、中东和北非地区乳糖不耐症患病率普遍上高于欧洲和北美[1]。

获得性原发性乳糖酶缺乏症患病率见表2[5]。

由表2可知，有60%~100%的近东和地中海阿拉伯人、亚洲泰国人、非洲尼日利亚南方人、北美和南美非裔美国人等患有乳糖酶缺乏，而北欧白人、非洲希马人等，以及印度新德里和旁遮普人仅有2%~30%出现乳糖酶缺乏情况。由此可知，原发性乳糖酶缺乏在世界大部分地区较为普遍，北欧人和非洲、印度部分人口体内乳糖酶活能够在长时间内保持稳定，原发性乳糖酶缺乏症患病率在地域和种族上存在显著差异[5]。大多数乳糖不耐症人群，刚出生后体内乳糖酶活性最高，之后随着年龄增长而逐渐下降或消失，但乳糖酶的最终损失水平和损失时间随种族的不同而存在很大的差异。停止母乳喂养后，6%~8%的中国人和日本人乳糖酶在3~4年内平均损失80%~90%，而犹太人和其他亚洲人的乳糖酶则可以较长时间维持在20%~30%，有10%的北欧白人的乳糖酶可能需要18~20年才会达到最低点[6]。此外，一些哺乳期和断乳后经常食用牛奶的儿童也被发现患有乳糖酶缺乏[7]。由此可见，乳糖酶缺乏发生于各类人群。但在乳糖酶缺乏人群中，平均只有约20%的人表现出乳糖不耐症的症状[8]，这是因为乳糖不耐症的症状是否表现是由乳糖摄入剂量和方式、乳糖酶缺乏程度、肠道转运、结肠菌群和对发酵产物的敏感性等多种因素而决定的[9]。

表2 获得性原发性乳糖酶缺乏症患病率

亚非等国家和地区的乳糖不耐症情况较为严重，影响了该部分人群正常食用乳制品获取营养。因此，有必要除去乳制品中的乳糖或者摄入外源乳糖酶等，以此防止出现乳糖不耐症现象。

2 乳糖不耐症的预防与控制

对于乳糖不耐症，从根本上规避的方法无疑是减少乃至避免乳制品的食用。然而，由于乳制品是钙、磷、铁、维B2和维D等基本营养成分的高质量来源，摄取不足可能导致婴幼儿脑发育迟缓、贫血、佝偻病，以及包括成年人骨质疏松和营养缺乏在内的多种健康问题[10-12]。因此，针对乳糖不耐症，通常从食用低乳糖或无乳糖乳制品及补充外源乳糖酶或益生菌等2个方面着手。

目前，降低牛乳中的乳糖可应用膜分离等物理方法。Zhang H等人[13]使用超滤、电渗析、纳滤3种膜技术制作低乳糖奶粉，利用超滤保留蛋白质、脂肪等大分子物质，通过电渗析浓缩回收矿物质盐，再利用纳滤脱除乳糖，最后经过喷雾干燥可制成乳糖含量<2%的低乳糖奶粉和纯度为95.7%乳糖粉。Choi S H等人[14]先向牛乳中添加β-半乳糖苷酶，水解后的乳糖含量为0.43%，再经过纳滤制成乳糖含量为0.06%的低乳糖牛乳，且其甜度与普通牛乳类似。

利用乳糖酶水解牛乳中的乳糖是生产低乳糖或无乳糖乳制品更普遍的工艺技术。王辉[15]研制无乳糖低脂高蛋白牛奶时，利用0.08% Maxilact LGI 5000乳糖酶，在40℃下水解90 min达到95%以上的水解率。李冠龙等人[16]利用海藻酸钠和壳聚糖对米曲霉乳糖酶、Maxilact乳糖酶和诺维信Lactozym乳糖酶进行固定化，结果表明用壳聚糖作为Maxilact酶的固定化载体的效果最好，向20mL牛奶中加入20 U固定化酶，在温度60℃，pH值7.0条件下水解2 h可达到99.93%的乳糖水解率。

应用乳酸菌等益生菌处理加工牛乳也能降低牛乳中乳糖含量。Moynihan A C等人[17]利用超滤调整成高、中、低乳糖/酪蛋白比率的牛奶，经过一系列奶酪加工工艺，加入含有嗜热链球菌和瑞士乳杆菌的发酵剂和凝乳酶。结果表明，到熟化的第42天，3种奶酪的乳糖含量分别为0.03%，0.01%，0。徐雅琴[18]向巴氏杀菌奶中接种包含德氏乳杆菌保加利亚亚种和嗜热链球菌的发酵剂制作酸奶。结果表明，有24.1%的乳糖被消耗降解，酸奶中还存在约76%的乳糖。GarcíC等人[19]利用腐臭假单胞菌（Pseudomonas taetrolens）和干酪乳杆菌开发一种富含益生元乳糖酸的功能性发酵乳制品，结果表明发酵过程中乳糖含量逐渐降低，并且在最佳工艺条件下可生产出乳糖含量<1%的发酵乳。

除了食用低乳糖或无乳糖乳制品外，还可以通过服用乳糖酶制剂、补充益生元或益生菌提高乳糖消化能力。Vitellio P等人[20]对23名坚持至少6个月无乳糖饮食但仍存在乳糖不耐症现象的患者测试长双歧杆菌BB536、鼠李糖乳杆菌HN001和维B6的功效，研究表明30 d摄入以上益生菌和维B6能够改善腹胀和便秘，缓解乳糖不耐症症状。Roškar I等人[21]研究含有动物IM386和植物乳杆菌MP2026的益生菌产品缓解乳糖不耐症症状的效果，对44名患者进行6周益生菌治疗期试验，结果表明补充益生菌产品会改善腹泻和肠胃胀气等乳糖不耐症的症状。

膜分离和乳糖酶水解技术均能降低牛乳中的乳糖，前者成本较高且降低牛乳甜度，后者导致牛乳甜度升高。因此，通常可以结合2种方式生产同传统牛乳风味一致的无乳糖牛乳。摄入乳糖酶或者益生菌均能改善乳糖消化，但是关于摄取益生菌对乳糖不耐症症状的影响的试验研究受试者人数较少，有局限性，并且其改善效果没有直接摄入乳糖酶好。

3 无乳糖乳制品生产技术研究进展

食用无乳糖乳制品是解决乳糖不耐症的方法之一。无乳糖乳制品能够为乳糖不耐症人群提供其无法从常规乳制品中摄取的钙等必需营养成分，故存在具有针对性的健康吸引力。近年来，随着人们对健康饮食要求的逐步提升，无乳糖乳制品的产品创新和质量因而也显著提升，其市场也成为乳制品行业增长最快的领域。

3.1 无乳糖乳制品市场现状

Dekker P等人[22]基于Euromonitor分析数据的调研显示，2017—2022年间部分无乳糖乳制品市场份额逐年增加，复合年均增长率（CAGR）预估高达7.3%，其中无乳糖牛奶的市场份额一直远超其他乳制品，约占据市场份额的2/3，其次是无乳糖酸奶、无乳糖奶酪和其他无乳糖乳制品，而无乳糖奶酪CAGR最高，其他无乳糖乳制品的CAGR最低。

2017—2022年间部分无乳糖乳制品市场复合年均增长率（CAGR）[22]见表3。

表3 2017—2022年间部分无乳糖乳制品市场复合年均增长率（CAGR）

3.2 无乳糖乳制品及加工技术

3.2.1 无乳糖牛乳制品及加工技术

工业上生产无乳糖牛奶主要采用乳糖酶水解技术，基本上使用游离乳糖酶，固定化乳糖酶很少应用在工业生产无乳糖牛奶中[23]。食品级乳糖酶中，来源于酵母菌的乳糖酶最适pH值与牛乳相近，最适用于水解牛奶和乳清中的乳糖[24]。根据乳糖酶添加方式的不同，乳糖酶水解技术又分为批量添加和包装内无菌添加[25]。批量添加即向牛乳或经过巴氏杀菌冷却后的牛乳中直接添加中性乳糖酶，充分搅拌混合，在4~8℃的低温冷藏条件下水解至所需要的乳糖含量，再进行巴氏杀菌或UHT灭菌和灭酶，冷却后灌装。而包装内无菌添加是采用无菌设备向UHT牛乳中添加无菌乳糖酶同时进行灌装。

商业乳糖酶制剂含有蛋白水解酶活性，可将牛乳中的蛋白质水解为肽和游离氨基酸，导致非酶褐变和异味，从而影响无乳糖乳制品在贮藏期内的品质。Tossavainen O等人[25]比较批量添加（10℃水解20 h）和包装内无菌添加2种工艺生产的UHT牛乳与未经乳糖水解的UHT牛乳在贮藏过程中蛋白质水解变化，结果表明2种乳糖酶水解技术均导致蛋白质水解增加并且水解程度没有显著差异，但储存温度为5℃时，牛乳几乎不存在蛋白质水解。而Troise A D等人[26]研究意大利市场中6种低乳糖牛奶室温（22±3℃）储存180 d的产品质量，结果表明采用无菌后添加技术时，货架期内商业乳糖酶制剂中蛋白水解酶活性会影响低乳糖牛奶的感官特性和营养价值，而采用批量添加乳糖酶的方式不会影响货架期内的牛奶品质。

上述研究表明，当采用批量添加乳糖酶方式生产无乳糖牛乳时，乳糖酶及其蛋白水解酶活在热处理后消失。采用包装内无菌添加工艺生产无乳糖牛乳时，乳糖酶及蛋白水解酶在整个货架期间仍保留活性。在室温下储存时，乳糖水解和蛋白质水解反应同时进行；在5℃下储存时，蛋白水解酶活性得到抑制，避免无乳糖牛乳中蛋白质水解反应。此外，无乳糖牛乳在低温下贮存时，能有效抑制美拉德反应，防止产品褐变。因此，使用高纯度且无蛋白水解酶活的商业乳糖酶制剂或者严格控制好储存温度能够保证货架期内无乳糖牛乳的产品质量。

3.2.2 无乳糖发酵乳制品及加工技术

牛乳在乳酸菌的作用下，可将乳糖降解为乳酸。普通酸乳中含有2%~4%的乳糖[27-28]，不能满足严重的乳糖不耐症人群的需求。生产无乳糖酸乳可在发酵前或发酵过程中添加乳糖酶水解乳糖。无乳糖发酵乳制品的生产方式有2种，一是先用乳糖酶降低牛乳中的乳糖，然后再接种发酵剂发酵；另一种方式是乳糖酶和乳酸菌同时加入，乳糖降解和发酵同时进行。

武波波等人[28]先添加乳糖酶水解2 h，再接入发酵剂生产低乳糖酸奶并与普通酸奶进行比较，结果表明低乳糖酸奶的奶香味、甜度、黏度均有所增加，风味、口感和质地优于普通酸奶。徐爱才等人[29]对比低乳糖酸奶和普通酸奶，向乳糖水解率为70%的牛乳接入发酵剂，在42℃下发酵10 h，结果表明低乳糖酸奶的乳酸菌发酵速度更快，贮藏过程中后酸化速度更慢，产品黏度更大，活菌数更多，风味物质2,3-丁二酮含量更高，品质更好。Nagaraj M等人[30]用50%和70%乳糖水解的牛乳制作出的酸乳比普通酸乳的口感、风味更好，而90%乳糖水解后再发酵，得到的无乳糖酸乳太甜及黏度较低。Schmidt C等人[31]研究发现使用水解牛乳制作酸奶时，其胞外多糖合成量有增加的趋势。

牛乳中同时添加乳糖酶与发酵剂进行酶解和发酵生产无乳糖酸奶的方式称共水解。徐雅琴[18]同时加入发酵剂CY340和乳糖酶Maxilact LG2000在43℃下发酵，其乳糖水解率达到94.9%，乳糖含量低于0.3%且共水解方式基本不影响酸奶发酵过程且感官上的风味变化不大。Wolf I V等人[32]在探究利用β-半乳糖苷酶降低酸奶中乳糖含量对其挥发性成分及质量指标的影响的试验中，向牛乳中接入发酵剂和乳酸克鲁维酵母乳糖酶，于42℃下同时进行发酵和乳糖水解过程，发酵结束后在5℃下储存21 d，结果表明乳糖水解酸奶的乳糖水解率为75%~78%，而普通酸奶水解率为10%~13%，且在贮藏期间，乳糖水解酸奶的二酮（如2,3-丁二酮、2,3-戊二酮和乙醛）含量比普通酸奶更高。冯永强等人[33]同时添加诺维信乳糖酶Pure 6500 L和乳酸菌制备无乳糖酸乳并对发酵条件进行优化，试验表明，与普通酸乳相比，无乳糖酸乳的酸度、黏度、色泽和风味没有显著变化，但乳酸菌数量增加了0.5倍。而贾凌云等人[34]研究表明，无乳糖酸奶发酵期间的酸度增速更快，黏度更高，发酵结束后的乳酸菌数量显著增加，并且在贮藏期间，37℃下发酵的无乳糖酸乳的2,3-丁二酮和3-羟基-2-丁酮含量显著升高。

上述研究表明，低乳糖酸奶的质地和感官特性均优于普通酸奶。乳糖在乳糖酶的作用下水解为葡萄糖和半乳糖，乳酸菌可直接发酵葡萄糖生成乳酸，从而加快了乳酸菌的发酵速度，酸度升高得更快；在贮藏期间，低乳糖酸奶中的乙醛、2,3-丁二酮等风味物质大量合成，其含量明显比普通酸奶高。酸乳黏度除了与乳酸菌生成乳酸使蛋白质变性沉淀形成凝乳有关外，还和乳酸菌生成的胞外多糖有关[35]，因此可能是由于乳酸菌直接利用葡萄糖生成更多的胞外多糖，导致低乳糖酸乳的黏度升高。采用共水解方式生产低乳糖酸乳时，乳糖水解和酸奶发酵同时进行，无需增加乳糖水解反应罐，乳糖水解时间更长，酸乳中乳糖含量更低，并且乳酸菌数量显著增加。

3.2.3 其他无乳糖乳制品及加工技术

利用乳糖水解牛乳可生产无乳糖奶粉。由于乳糖水解为葡萄糖和半乳糖，无乳糖乳粉的吸湿性更强，容易吸潮结块和粘壁。另外，由于单糖还原性增加，极易在高温加工过程中导致奶粉发生非酶褐变，产生异味。Ferreira Torres J K等人[36]研究5种不同的乳糖水解率对奶粉的影响，结果表明乳糖水解率越高，导致奶粉与设备的黏附力越大，颗粒团聚程度更高，褐变程度越大，同时其复水能力降低。Shrestha A K等人[37]用乳糖水解的脱脂奶粉进行喷雾干燥，大量乳粉粘附在设备干燥器内壁上，旋风分离器回收率仅为25%。吕培蕾[38]通过结合膜过滤和酶解法生产无乳糖牛奶，以此减轻产品褐变并保持乳粉正常的甜度和风味，再采用微胶囊包埋法进行喷雾干燥，以减少粘壁现象。黄惠芙等人[39]试验确定研制低乳糖奶粉最佳的乳糖水解条件为温度10℃，pH值6.6~6.8下，添加Maxilact L G 2000乳糖酶0.8 g/L，水解8 h得到乳糖水解率大于60%以上的乳糖水解牛乳制作的低乳糖奶粉最好。

在冰激凌的生产过程中，若乳糖含量过高时，在冷冻过程中会形成晶体，导致出现“砂砾”结构[40]。乳糖水解使得单糖含量增加，导致冰激凌冰点降低，使冰激凌质地更软。因此，利用乳糖水解牛乳可生产出质地更软、冰点更低、无砂质的冰激凌。Abbasi S等人[41]用不同乳糖水解率的巴氏杀菌奶制作冰激凌，结果表明乳糖水解率的增加提高了冰激凌的表观黏度、甜度和融化率，此外还降低了硬度、冰点及沙度。Suebsiri N等人[42]研究表明，与普通冰激凌相比，无乳糖冰激凌融化速率加快，而硬度明显降低。

目前，乳糖水解应用在奶粉、冰激凌等其他乳制品的试验研究较少。现有的试验表明，乳糖水解牛乳生产无乳糖奶粉还存在诸多问题，如粘壁、结块、褐变等不良现象；乳糖水解工艺应用在冰激凌上，其优点较为突出，显著降低冰点、硬度及减少砂质等。除此以外，乳糖水解最明显的是可以增加乳制品甜度，从而后续生产中可以减少乳制品中甜味剂的添加量，降低产品的热量。因此，无乳糖乳制品不仅可以满足乳糖不耐症人群的需要还可以作为一种低热量的健康食品。

4 结语

乳制品加工中通常使用乳糖酶生产无乳糖乳制品，而高纯度的商业乳糖酶制剂的价格通常较高；将乳糖酶固定化可以实现乳糖酶循环利用，但是在工业上使用固定化乳糖酶生产无乳糖乳制品时容易造成微生物的污染，目前还处于试验研究阶段；采用乳糖酶水解技术会增加牛乳的甜度，因此可结合膜过滤生产出与传统牛乳风味一致的产品，但该种方式增加了生产成本；乳制品中葡萄糖和半乳糖的含量升高，在热处理及储存过程中更容易发生美拉德反应，导致乳制品褐变。

不同的无乳糖乳制品生产技术都有其优势和不足，在不影响乳制品的质量和满足消费者需求的情况下，开发经济实用的乳糖降解技术是十分必要的。未来无乳糖乳制品的研发重心仍应该集中在低价、高纯度乳糖酶的研制及无乳糖乳制品的开发和工艺的改进。乳品企业通过创新工艺和技术，降低生产成本，使无乳糖乳制品价格能够被更多消费者所接受。目前，国内无乳糖乳制品类型较单一，基本集中在UHT牛乳，乳品企业应多借鉴国外无乳糖乳制品生产工艺，向巴氏杀菌牛乳、甜牛乳、花色乳、乳粉、冰激凌等领域拓展，开发更多适合我国消费者无乳糖乳制品种类，扩大无乳糖乳制品的市场占有率。