新兴的乳品加工技术

不断变化的消费趋势，促使乳制品制造商对开发“非热”加工技术越来越感兴趣。美国爱荷华州立大学食品科学与人类营养学系副教授Aubrey Mendonça博士表示，具体来说，消费者青睐安全、加工程度低，新鲜、营养，不含化学合成食品添加剂的产品。

“自新冠疫情开始以来，消费者对有助于增强免疫力和改善整体健康的食品饮料产品的需求有所增加。” Errol V. Raghubeer 博士表示。他是JBT Corporation旗下Avure Technologies微生物学和食品技术高级副总裁。

巴氏杀菌、超高温（UHT）加工、脱水等传统牛奶热加工技术，能够确保微生物安全并延长乳制品的保质期，并已使用几十年。然而，这些工艺会导致热敏生物活性和营养成分的降解，并使处理后的乳制品特性发生不良变化，从而降低乳品的“新鲜”特性。Mendonça博士说：“越来越多具有健康意识的消费者更喜欢食用由生鲜乳制成的乳制品。”

高压处理系统示意图

“热加工技术的原理是通过热处理杀死有害微生物从而实现液态奶的安全；然而，该技术所使用的高温，也会导致蛋白质结构和功能以及生物活性化合物的活性发生改变，包括乳制品中的维生素和矿物质。”美国南达科他州立大学乳制品和食品科学系副教授Maneesha S. Mohan博士说道，“牛奶中的乳清蛋白在150ºF（约65.5°C）以上开始变性，并与糖和其他蛋白质形成共价键，从而影响风味、颜色、生物活性和功能，导致个别成分和产品发生凝胶、酶凝和沉淀等变化。”

用于乳品加工的一些非热加工技术，包括高压加工（HPP）、脉冲电场（PEF）和紫外线（UV）处理。宾夕法尼亚州立大学帕克分校食品科学教授Federico Harte博士表示：“这些技术不依赖高温（即温度高于50℃）来实现食品加工的最终目标，即在保质期内保持食品的安全和品质。”

有些非热加工技术已在过去十年实现商业化，有些则处于商业化之前的研究阶段。其中许多技术都能有效灭活乳制品和其他食品中的有害微生物和病原体。

下面我们来看看一些新型非热加工技术，探讨其工作原理及优缺点。

高压灭菌技术（HPP）

食品高压灭菌技术（HPP）是将包装好的食品放在一个密闭的超高压容器内，用水作为介质对软包装食品等物料施以600Mpa左右的压力。压力由一对增强器向封闭压力容器中泵入更多的水来产生。在释放压力之前，食物会在特定的压力下保持一段时间，从而杀死其中几乎所有的细菌等常见微生物。

用高压杀菌技术处理过的牛奶所制成的酸奶具有更醇厚的质构和更强的抗脱水收缩性。

在加压过程中，微生物内部的生理和生化过程会受到影响，导致它们失去活性。然而，由于共价键不会受到这些压力的影响，因此营养素和生物可利用化合物在很大程度上完好无损，而不会像高温杀菌那样造成营养成分破坏和风味变化，从而生产出口感新鲜、营养丰富的产品。

高压杀菌技术处理可以提高产品质量，因为该过程不会对热敏性化合物（例如维生素、单糖）和挥发性风味化合物造成影响。因此，不会导致非酶褐变及风味与营养的损失。

◆ 高压灭菌工艺的优点
加州州立理工大学食品科学与营养学助理教授Yiming Feng博士说，使用高压杀菌技术时，可以在同一批次中加工不同包装容量的食品。由于食品放置在包装中加工，它们不直接接触加工设备，这防止了二次污染，降低了卫生成本。由于在室温下进行加工处理，还降低了与加热和随后冷却相关的能源消耗。

而且，用高压杀菌技术处理过的牛奶所制成的乳制品品质更高。例如，2007 年发表在《国际乳品杂志》（International Dairy Journal）上的一项研究表明，用高压杀菌技术处理过的牛奶所制成的酸奶具有更醇厚的质构和更强的抗脱水收缩性（doi: 10.1016/j.idairyj.2006.10.001）。此外，根据2001年发表在《国际乳业杂志》（International Dairy Journal）上的另一篇文章（doi: 10.1016/S0958-6946（01）00044-9），与巴氏杀菌牛奶制成的奶酪相比，经高压杀菌处理的牛奶在奶酪成熟过程中会增强奶酪中的脂肪分解，而巴氏杀菌牛奶中的脂肪酶在热处理过程中大多是失活的。增强脂肪分解能使奶酪风味和香气更浓郁，因为脂肪酶将脂质分解成游离脂肪酸有助于产生奶酪的独特风味和香气。然而，由于脂肪酶失活不充分，高压杀菌技术并不是生产液态奶的理想选择，因为乳脂肪在分解时会产生酸败的异味。

脉冲电场技术系统组成示意图。

Mohan博士表示，虽然高压杀菌技术技术的初始资本投入很高，但该技术已在各类热敏食品，如鳄梨调味酱、酱汁、果酱和果冻等生产中获得广泛商业认可。在乳品行业，高压灭菌技术已在液态奶、奶酪、酸奶和果汁奶的生产中实现了商业化。

◆ 高压灭菌工艺的缺点
MendonÇa博士表示，将高压杀菌技术应用于乳制品存在一些缺点和挑战。例如，细菌芽孢对高压灭活具有极强的抵抗力。

事实上，商业应用中通常使用的最高压力水平不能完全破坏细菌芽孢，除非反复使用高压杀菌技术循环。这会非常耗时并且增加了能源的使用，使其在经济上不可行。

高压杀菌技术另一个缺点是需要适当包装。作为批量产品，一次可以处理多少产品是有限的。高压杀菌技术也不是一个放之四海而皆准的标准流程。 “这项技术还很年轻，需要对每种情况进行评估，以确保它能有效应对潜在危害。”美国乳业产品研究和食品安全创新中心高级副总裁Tim Stubbs说，“它有时可能会被误用。”

脉冲电场技术（PEF）

在脉冲电场工艺中，高压脉冲电场被用于破坏食品中的微生物。这一加工过程在处理室的两个高电场电极之间进行。电极由非导电材料连接，防止电流在电极之间流动。为了有效灭活微生物，脉冲电场技术过程的持续时间很短——通常是几微秒到几毫秒，施加的电压大约是10到80千伏。

电脉冲被转移到食品中并破坏微生物细胞膜，从而破坏微生物。在脉冲电场技术处理过程中，会使用环境温度、或低于/高于环境温度的各种温度。经过处理的食品在储存和配送过程中进行无菌包装和冷藏。

◆ 脉冲电场技术的优点
脉冲电场技术和传统热处理都可以提高原料奶和其他乳制品的微生物安全性和保质期。然而，与热处理相比，脉冲电场技术可以保留热敏感生物活性成分和营养成分，同时减少这些物质不良的感官变化。“源自乳制品的营养物质，其主要成分是一种能促进人体健康的生物活性物质。而消费者对这些健康成分日益关注。考虑到这一点，脉冲电场技术加工的这一优势尤为重要。”MendonÇa博士总结道，“脉冲电场技术加工优于传统的热处理技术，因为它能在确保微生物安全的同时，保持食品的感官特性和营养成分不受破坏。脉冲电场技术还可以有效和经济地提高能源使用，与巴氏杀菌和瞬时高温灭菌等热处理相比，节省了更多的成本。”

液态食品紫外线处理系统组件示意图。

此外，在温和加热的基础上使用脉冲电场技术可以将乳制品中的微生物数量减少到与巴氏杀菌相当的水平，但在感官和营养质量上没有显著变化。因此，脉冲电场技术技术有潜力取代传统的热加工技术。

脉冲电场技术已被建议作为巴氏杀菌的替代方法，对用于奶酪制作的牛乳进行灭菌。“脉冲电场技术可以在去除微生物种群的同时保持酶的活性。” Mendonça博士说，“然而，对于通过牛奶天然微生物来获得适当风味和质地的奶酪来说，脉冲电场技术可能和传统热加工技术一样有害。”

◆ 脉冲电场技术的缺点
脉冲电场技术仍处于早期发展阶段。目前，与其他技术（如过滤、紫外线辐射和传统热处理）相比，脉冲电场技术每单位体积/重量的成本更高。Feng博士说：“降低脉冲电场技术的能源需求并将其扩大到工业化应用水平，还有许多工作要做。”

与高压灭菌工艺一样，脉冲电场工艺的另一个缺点是它无法有效破坏细菌芽孢，而它们对许多物理和化学抗菌过程具有极强抵抗力。“然而，大多数脉冲电场技术的局限性仍是技术上的，并且与电化学反应的发生有关。”MendonÇa博士说。这些反应会导致电极腐蚀和污染、电极材料迁移到处理过的食品中、水的电解以及食品中的化学变化。

紫外线处理技术

紫外线处理是指在规定时间内对食品进行紫外线辐照。固体食物在传送带上暴露在紫外线光源下，而液体食物则流经紫外线反应器内的UV照灯。

 紫外线辐射来源包括汞灯、黑光、荧光灯和白炽灯，以及某些类型的激光。紫外线辐射可根据波长分为UV- A（320-400 nm）、UV- B（280-320 nm）和UV- C（200-280 nm）。

波长较短的UV-C能量更高，可以杀死微生物。食源性微生物的遗传物质会因为吸收短波长而损坏，从而导致微生物核酸的功能受损而无法繁殖。

◆ 利与弊
MendonÇa博士说，通过紫外线辐射进行食品加工是一项很有前途的技术，主要因为它具有良好的商业化潜力。此外，根据2015年发表在《创新食品科学与新兴技术》（Innovative Food Science & Emerging Technologies）（doi: 10.1016/ j.f ifset.2015.06.007）的一项研究，经过创新食品加工技术处理的食品中，经紫外线处理的食品被描述为高质量（94%）、安全（92%）和长保质期（91%）。

从经济学角度来看，应用该技术涉及的安装、维护和运营成本相对较低。此外，该技术对环境无害，因为它只需相对较低的能源消耗，不产生废物。与其他非热处理技术一样，紫外线辐射处理可以为消费者提供微生物安全、以最低限度加工的新鲜食品。

其他好处还包括保留食物原有质地和营养成分，而不会产生不良的感官和营养变化；不会对环境产生有害影响（没有化学残留或毒素），也不会产生热量。

尽管紫外线作为一种食品加工技术具有吸引力，但它仍存在一定局限性。首先，它固有穿透力很低，这降低了它在含有高浓度悬浮固体的食物和牛奶等不透明液体中的灭菌效果。因此，紫外线的应用仅限于处理透明液体、食品表面和用于包装奶酪的食品包装薄膜。此外，在操作中，工作人员应小心佩戴护目镜、防护罩和手套等个人防护装备，因为长时间暴露在紫外线下会损伤眼睛和皮肤。

其他新型非热加工技术

更多非热加工技术正在酝酿中。非热（冷）等离子体是一种电离气体，是物质的第四种状态，已被证明可以杀灭致病和致腐微生物，而对食品营养、功能和感官质量的影响极小。低温等离子体的抗菌能力主要来自三个主要成分：活性气体分子、带电粒子和紫外线辐射。优点包括经济、适应性强和环境友好。

过滤是另一种常用于乳品加工的较新技术，主要通过滤空尺寸来消灭细菌。例如，过滤可以消除细菌孢子，但会保留某些营养物质。在这种情况下，可将过滤与温和的巴氏杀菌结合使用，以提供极高品质、长货架期的脱脂牛奶。过滤可用于各种乳制品类型，包括高蛋白牛奶和希腊酸奶。

还有一种方法是微纳米气泡技术，它可以改善不同产品的功能，包括浓缩蛋白和其他高粘度产品。这些看不见的微纳米气泡可以由不同气体组成，如氮气、二氧化碳、氧气或空气。

由于其微小的尺寸和电荷，微纳米气泡可在液态系统中稳定几天。除了应用于不同乳制品的生产中，这一技术还可能应用于乳制品行业的污水处理厂，以减少废水中的悬浮固体和有机物含量。

Mohan 博士认为，在乳制品行业使用微纳米气泡技术，能够减少废水排放负荷，提高高蛋白产品的功能性和乳制品加工的可持续性，潜力巨大。

作者：KAREN APPOLD
摘自Food Quality & Safety杂志

来源：荣格-《国际食品加工及包装商情》

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