CN112752510A - 生产具有延长的保质期的奶和奶相关产品的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于生产具有延长的保质期的奶和奶相关产品的方法。该方法包括以下步骤：将全脂奶分离为乳脂部分和脱脂奶部分，其中，所述脱脂奶部分的脂肪含量为0.5重量％或更小，对所述脱脂奶部分进行热处理，所述热处理包括将所述脱脂奶部分加热至152℃至165℃，持续500ms或更短，以及将所述脱脂奶部分冷却至70℃或更低的温度。尽管处理温度高，但生产的奶和奶相关产品仍保持高水平的未变性乳清蛋白。

Description

生产具有延长的保质期的奶和奶相关产品的方法

技术领域

本公开内容涉及一种用于生产具有延长的保质期的奶(milk)和奶相关产品的方法。产品保持高水平的乳清蛋白，表明产品在加工过程中蛋白和其他成分的分解程度低。

背景技术

作为一种农产品，奶是通过从牛、水牛、山羊、绵羊的以及较为罕见地从骆驼、马和驴的乳腺中提取而生产的。在许多文化中，奶也是婴儿和成人的重要营养来源。

奶通常是从奶场的奶农那里收集的，然后分发给消费者。由于奶中存在病原体的风险，奶场通常会对奶进行热处理以破坏病原体或至少削弱其活性。热处理的结果应减少与奶有关的病原微生物引起的对健康的危害。由于热处理还会降解奶中的成分，因此，尽可能保持营养价值并减少对味道和气味的影响成为一个单独的目标。

巴氏灭菌法是一种相对温和的奶处理方法，其中，通常将奶加热到72℃并持续15秒。巴氏灭菌处理会破坏大多数植物性病原生物(细菌、酵母和霉菌)，这些植物性病原生物可能导致食物中毒。灭菌是一种更严格的热处理(通常在121℃下持续3分钟)，并且会破坏所有微生物(植物性和孢子性)或使其无法进一步生长。

当要在相对较短的时间内食用奶制品并且可以保持冷却链时，巴氏灭菌法是一种优选的热处理方式。如果打算将乳制品存储更长的时间，即超过数周或数月，和/或将乳制品存储在环境温度下，则灭菌通常是优选的热处理方法。

将热处理提高到灭菌所用的水平会增加最终产品的化学、物理、感官和营养降解。灭菌温度可能会导致奶发生不良变化：pH降低、钙沉淀、蛋白质变性、美拉德褐变和酪蛋白改性。这些变化很重要，并且会影响其感官特性和营养价值。

超高温(UHT)处理奶通常在约143℃的温度下进行约6秒钟。UHT处理通常以连续性流程实施，热处理后的奶被快速冷却并包装。与灭菌奶相比，UHT奶经历的化学变化更少，从而使产品更白，焦糖味更少，乳清蛋白变性降低，热敏性维生素损失减少。即使这样，在存储过程中产生异味，尤其是陈旧或氧化的异味，也是限制UHT奶可接受性的最重要因素。异味的发展与在加工过程中发生并在随后的储存过程中继续发生的化学反应和变化(例如，美拉德反应和褐变)有关。

热处理过程中乳清蛋白的变性会导致奶的味质下降。β-乳球蛋白约占奶中总乳清蛋白的50％和总蛋白的12％。β-乳球蛋白每18kDa的单体包含两个分子内二硫键和1摩尔半胱氨酸。在热处理过程中，认为反应会形成导致加热后的奶具有蒸煮味道的挥发性化合物。

传统观点认为，β-乳球蛋白的变性首先涉及其非常紧密的二聚体结构的解离，然后是球形单体的打开。后面的步骤暴露出通常被埋在球状结构内部的活性游离巯基基团。该-SH基团或由分子内巯基-二硫化物反应产生的另一个基团据称在分子间巯基-二硫化物反应中与其他-SH基团相互作用。这些反应在β-乳球蛋白分子之间发生，但在β-乳球蛋白和K-酪蛋白之间以及在β-乳球蛋白和α-乳清蛋白之间也明显发生。

根据本发明的一个方面，目的是通过减少热处理期间乳清蛋白(诸如β-乳球蛋白)的变性来减少在超高温下处理的奶的异味。

在WO 2010/085957中公开了尝试降低在超高温下处理的奶的蒸煮味道，其中在热处理之前首先进行微生物的物理分离。分离微生物后，将乳制品在150℃的温度下处理90ms，之后最终冷却，然后进行无菌包装。微生物的去除是在微滤设备中进行的，该微滤设备使用等流量陶瓷管式膜进行切向微滤，其中渗余物以一定流速再循环，以产生不含微生物的滤液。认为在热处理之前微生物的去除改善了味道，特别是降低了蒸煮的味道。

但是，渗余物的再循环导致必须丢弃其中存在高浓度微生物的一定量的最终渗余物。因此，估计在此过程中损失了原始奶量的1-2％。此外，去除微生物需要投资于微滤设备和相关设备，例如泵、管道、阀门等。微滤设备增加了整个车间的占地面积，因此需要在奶牛场中腾出更多的空间。最后，微滤设备的存在使过程复杂化，需要在监视设备上进行投资，并增加了故障的风险。本发明试图避免或减轻这些缺陷中的一个或多个。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种生产具有延长的保存期的奶和奶相关产品的方法，该方法包括以下步骤：

a.将全脂奶分离为乳脂部分(cream fraction)和脱脂奶部分，其中脱脂奶部分的脂肪含量为0.5重量％或更小，

b.对脱脂奶部分进行热处理，所述热处理包括将脱脂奶部分加热至152℃至165℃，持续500ms或更短，以及

c.将脱脂奶部分冷却至70℃或更低的温度。

通过该方法获得的奶和奶相关产品令人惊讶地显示出诸如β-乳球蛋白的乳清蛋白的降解降低。保持奶中高水平的乳清蛋白维持了处理过的奶中的天然味道，并导致营养价值接近热处理前脱脂奶部分的营养价值。乳清蛋白的变性程度是乳清中其他蛋白变性的指标。与现有技术中获得的类似长保质期产品相比，低的变性程度表明较高量的生物活性蛋白，因此具有更健康的长保质期的奶产品。

不受理论的束缚，目前认为乳清蛋白降解的减轻至少部分是由于脱脂奶部分中脂肪或乳脂的浓度低。通过目前尚不知道并且在本方法的温度下发生的化学过程，认为脂肪与乳清蛋白反应或以其他方式促进乳清蛋白的降解。在本发明的某些实施方式中，步骤c的处理过的脱脂奶部分含有的变性的β-乳球蛋白的量为最初存在于步骤a的脱脂奶部分中的β-乳球蛋白的量的40％或更小，诸如30％或更小，并且优选20％或更小。

在本发明的上下文中，术语“奶或奶相关产品”涉及基于奶的产品，其可以包含许多(如果不是全部)脱脂奶的成分，并且任选地可以包含各种量的不含乳制品的添加剂，诸如不含乳制品的香料、甜味剂、矿物质和/或维生素。

当在本发明的上下文中使用时，术语“长保质期”涉及具有比普通巴氏灭菌的奶更长的保质期的产品。在本发明的上下文中，术语“延长的保质期”或ESL用作“长保质期”的同义词。

本发明的方法可以优选地用于处理新鲜的全脂奶，即，从奶衍生物来源(例如，从牛)中最新挤出的奶。例如，优选地，奶至多存放48小时，即，自挤奶以来至多48小时，更优选至多36小时，诸如至多24小时。

可以以现有技术中容易获得的多种方式将乳脂与全脂奶分离。因此，可以对奶进行沉降直到乳脂浮在顶部，然后通过倾析来回收顶部部分，或者通过排放来回收底部部分。在本发明的一个优选方面中，通过离心将全脂奶分离成乳脂部分和脱脂奶部分。由于省去了沉降时间，离心提供了更快的分离方法。此外，通过离心分离提供了将脱脂奶中脂肪的剩余量调节至预定水平的可能性。在将乳脂和脱脂奶部分分离之前，通常可以在板式换热器(PHE)中对奶进行预热。

尽管通过分离方法生产的脱脂奶可以直接用于加热处理中，但是通常合适的是，脱脂奶部分在步骤b之前通过巴氏灭菌法进行预处理。巴氏灭菌通常在70℃至75℃下进行10到30秒。优选地，该巴氏灭菌步骤在72℃下进行15s，也称为高温短时(HTST)巴氏灭菌。本发明中使用的脱脂奶部分也可以是通过乳糖酶将乳糖水解为葡萄糖和半乳糖，或者通过其他方法，诸如纳滤、电渗析、离子交换色谱和离心分离技术而生产的无乳糖的或乳糖减少的奶。在本发明的上下文中，术语“乳糖减少的奶”是指每千克奶包含至多0.5g乳糖的奶。术语“无乳糖的奶”是指每千克奶包含至多0.05g乳糖的奶。

本发明的重要方面是不需要微过滤或其他种类的物理分离。因此，在本发明的一个方面中，在步骤b之前，通过巴氏灭菌对脱脂奶部分进行预处理，或步骤b直接在步骤a之后发生或直接在预处理后发生。令人惊讶地观察到，少量微生物的存在不会显著影响处理过的脱脂奶的感知量，包括处理过的脱脂奶的味道和气味。在本发明的上下文中，术语“微生物”涉及例如，细菌和细菌孢子、酵母、霉菌和真菌孢子。因此，优选在步骤a中使用的全脂奶质量良好，含有至多100,000个菌落形成单位(cfu)/ml，优选至多50,000cfu/ml，且甚至更优选至多25,000cfu/ml。甚至可能优选的是，奶衍生物包含至多10,000cfu/ml，诸如至多7,500cfu/ml。

步骤b的热处理通常在152℃或更高，诸如153℃或更高，诸如154℃或更高，并且优选155℃或更高的温度下进行。通常，步骤b的热处理温度不超过165℃。适当地，热处理的温度不超过164℃，诸如163℃，诸如162℃，诸如161℃，并且优选不超过160℃。在本发明的优选方面中，热处理包括将脱脂奶部分加热至153℃至159℃。在本发明的最优选实施方式中，热处理在154℃+/-1℃或157℃+/-1℃的温度下进行。

热处理温度下的停留时间通常为500毫秒或低于500毫秒，以避免奶成分(如乳清蛋白)过度变质。在优选的实施方式中，热处理在300ms或更短的时间内，诸如在100ms或更短的时间内进行。通常，热处理持续时间大于10ms，例如50ms，例如70ms。在优选的实施方式中，加热的持续时间为约90ms+/-5ms。

加热速率适当地为200℃/s或更高，诸如300℃/s或更高，并且优选地为400℃/s或更高，以获得对微生物不利的温度，而不会在加热过程中不必要地对脱脂奶部分的组分造成影响。在优选的实施方式中，加热速率为500-700℃/s。加热通常通过通常被称为直接蒸汽喷射(DSI)的方法通过将脱脂奶部分的液滴与蒸汽均匀混合来进行。另一种合适的技术是蒸汽注入，其中将液体注入到充满蒸汽的腔室中。用于喷射或注入的蒸汽的温度通常略高于所需的处理温度，例如比所需的处理温度高最多10℃，优选最多5℃，甚至更优选最多3℃。

冷却速率适当地为-200℃/s或更高，诸如-300℃/s或更高，并且优选为-400℃/s或更高，以限制冷却过程中对脱脂奶部分的组分的影响。在优选的实施方式中，冷却速率为-500至-700℃/s。冷却通常通过急速冷却进行，即，将脱脂奶部分在高温高压下暴露于低压环境。通常，将经过热处理的脱脂奶部分作为热液体或气溶胶喷雾到真空室中，从而使一部分液体蒸发并快速冷却剩余的液体。

SPX Flow的即时注入系统(IIS)是有用的热处理系统的一个实例。热处理系统是国际专利申请WO96/16556(A1)的主题，其通过引用整体并入本文。热处理系统的进一步发展公开于WO2016/012025、WO2016/012026和WO 2018/115131中，其全部内容通过引用并入本文。WO2016/012025公开了一种围绕输液室的底部部分的冷却套，用于冷却壁以减少结垢，以及一种安装在注入室上的光学相机，其视角覆盖了至少一部分底部。WO2016/012026公开了底部部分在注入室的底部具有出口，用于允许收集的流体食品离开注入室。出口无缝地连接到泵的入口，并且冷却套围绕底部部分以冷却底部部分。冷却套一直延伸到泵。WO2018/115131公开了一种热处理系统，其中用于加热脱脂奶部分的蒸汽是闪蒸蒸汽以及新鲜蒸汽。来自闪蒸容器的闪蒸蒸汽连接至压缩装置，该压缩装置用于将蒸汽压缩至适合于热处理的温度和压力。

尽管脱脂奶部分的脂肪浓度可高达0.5重量％，但是通常优选脱脂奶部分的脂肪含量为0.3重量％或更小，诸如0.1重量％或更小。在本发明的优选方面，脱脂奶部分中的脂肪含量为0.05重量％+/-0.02重量％。通常，脂肪含量越低，乳清蛋白的降解越低。

可以将乳脂转移回到经过处理的脱脂奶中，以获得具有所需脂肪含量的奶相关产品。在某些实施方式中，将处理过的脱脂奶部分与处理过的乳脂部分共混，以获得0.5重量％至4重量％之间的脂肪含量。通常，在将乳脂和经过处理的脱脂奶混合之前，将乳脂部分在100-180℃的温度下处理10ms至4s。在本发明的优选方面中，将乳脂加热至约147℃+/-5℃并持续0.5s至2s。乳脂的热处理可以等同于UHT处理，并确保微生物和任选的孢子被减毒或杀死。如本领域技术人员将清楚的那样，混合步骤之后可以是均质化步骤。

作为乳脂的替代品或添加物，可以向处理过的脱脂奶中添加一种或多种不含乳制品的脂质源，诸如植物脂肪和/或植物油。当奶或奶相关产品是所谓的换脂奶(filledmilk)(即其中至少一部分初始的乳脂已被不含乳制品的脂质源，如植物油或植物脂肪替代的奶产品)时，通常会出现这种情况。植物油可以例如包括选自由向日葵油、玉米油、芝麻油、大豆油、棕榈油、亚麻子油、葡萄籽油、菜籽油、橄榄油、花生油及其组合组成的组中的一种或多种油。如果需要植物脂肪，则植物脂肪可以例如包括选自由棕榈油基植物脂肪，棕榈仁油基植物脂肪、花生酱、可可脂、椰子酱及其组合组成的组中的一种或多种脂肪。

经处理的脱脂奶也可以添加其他乳脂源，诸如选自由来自其他批次或动物的乳脂、双乳脂、无水黄油脂、乳清奶油、酥油、酥油部分及其组合组成的组中的一种或多种乳脂源。长保质期的奶的生产通常涉及奶中的奶脂肪部分的UHT处理。

在冷却并可选地与乳脂或其他脂质源进行混合后，通常将奶或奶衍生的产品在包装区中包装，包装区通常与热处理区保持流体连通。在本发明的优选实施方式中，包装是无菌进行的，即在无菌条件下包装奶或奶相关产品。例如，无菌包装可以通过使用无菌填充系统来执行，并且其优选地涉及将奶填充到一个或多个无菌容器中。有用的容器的实例是例如，瓶子、纸箱、砖形物和/或袋子。

包装优选在室温或低于室温下进行。因此，第二成分的温度在包装期间优选为至多30℃，优选为至多25℃，甚至更优选为至多20℃，诸如至多10℃。

在包装之前的任何阶段，可以向奶或奶衍生的产品中添加一种或多种添加剂。例如，添加的添加剂可以是有用的香精，诸如，例如草莓香精、巧克力香精、香蕉香精、芒果香精和/或香草香精。可选地，或另外，一种或多种添加剂可包含一种或多种维生素。有用的维生素例如维生素A和/或维生素D。其他维生素，诸如维生素B、C和/或E也可以是有用的。可选地，或另外，一种或多种添加剂还可以包含一种或多种矿物质补充剂，例如钙补充剂。另一种有用的添加剂是乳清蛋白。

尽管在热处理中使用了高温，但通过本发明方法获得的奶或奶相关产品仍保持高残留量的乳清蛋白。在优选的实施方式中，奶或奶相关产品保持了最初存在于奶中的乳清蛋白的80重量％或更大，诸如90重量％或更大的乳清蛋白。通常，奶或奶相关产品包含2.5-4.5重量％的酪蛋白，0.25-1重量％的乳清蛋白和0.01-0.1重量％的乳脂。

本发明的示例性实施方式提供了具有延长的保质期的奶或奶相关产品，其中该产品保留了全脂奶的大部分营养和感官特性，同时是无菌的或至少具有显著降低的微生物含量(活孢子数)。通常不使用添加剂(例如，奶老化的抑制剂)即可获得产品性能的提高，并且不依赖于辐照灭菌的使用。根据本发明的一个示例性实施方式的奶或奶相关产品具有与UHT奶差不多的延长的保质期，使得其可以在制造后长达6个月被消耗时仍保持期望的新鲜奶的风味。

本发明的奶或奶相关产品的延长的保质期是由于存活微生物的残留水平低或不含存活微生物。当在加工和包装后(在无菌条件下)立即测量时，产品的活孢子数应适当地(以菌落形成单位/毫升(cfu/ml)测量)为1,000cfu/ml或更小，诸如500cfu/ml或更小，诸如100cfu/ml或更小，诸如50cfu/ml或更小，诸如10cfu/ml或更小，诸如1cfu/ml或更小，且优选1cfu/ml或更小。在本发明的优选实施方式中，奶或奶相关产品含有0cfu/ml。

由于其较长的保质期和对高温的耐受性，因此该奶或与奶相关产品可以在环境温度而不是5℃的温度下运输。与差不多的环境温度物流设置相比，低温物流消耗大量能量，并且通常需要运输相对大量的小、冷却负载的产品。因此，本发明的奶或与奶相关产品可以以比具有类似的高乳清蛋白含量的现有技术的奶产品低的CO₂排放量来生产并运输到零售商。

实施例1

通过离心将全脂奶分离成乳脂部分和脱脂奶部分。将脱脂奶部分在72℃下预热15秒，即巴氏灭菌，然后加热到157℃持续0.09秒，并急速冷却到70℃或更低。出于比较的目的，将脱脂奶部分的一部分在预热后也通过采用加热到143℃持续6秒钟的标准即时注入(UHT)工艺进行处理。

如下表所示，对全脂奶进行了类似的处理：

表1：所有数字均以重量％计

表中的数据表明，仅7.8重量％的乳清蛋白被本发明的方法变性。相比之下，全脂奶中33.4重量％的乳清蛋白被变性，这表明脂肪含量在奶和奶衍生产品中的乳清蛋白变性方面起着至关重要的作用。

数据还表明温度和时间对于乳清蛋白的变性很重要。因此，当将脱脂奶的处理方案更改为143℃下持续6s时，变性程度将提高到45.0％。同样，当将全脂奶在143℃下处理6s时，全脂奶的变性程度会提高到56.0％。

如上所述处理的脱脂奶可以单独使用，也可以与乳脂混合使用来制备脂肪含量较高的奶衍生产品。在将乳脂部分与处理过的脱脂奶混合之前，可以在147℃下对乳脂部分处理1秒钟，即UHT处理。在将UHT处理过的乳脂和处理过的脱脂奶混合后，可以将混合物在240-40巴下均质化。

实施例2

通过离心将全脂奶分离成乳脂部分和脱脂奶部分。将脱脂奶部分在72℃下预热15秒，即巴氏灭菌，然后加热到154℃持续0.250秒，并急速冷却到70℃或更低。出于比较的目的，将脱脂奶部分的一部分在预热后也通过采用加热到143℃持续6秒钟的标准即时注入(UHT)工艺进行处理。

作为对照实验，按照下表所示类似方法处理了具有1.6％(按重量计)的减少的脂肪含量的奶：

表2

表2中的数据表明，通过本发明的方法仅变性了16.6重量％的β-乳球蛋白。相反，在脂肪减少的全脂奶中有47.0％(重量)的β-乳球蛋白变性，这表明当在＜0.5秒的短的保存时间和>150℃的非常高的温度加工时，脂肪的量在β-乳球蛋白和乳清蛋白的变性方面起着至关重要的作用。

表2的数据中，脱脂奶中仅16.6重量％的β-乳球蛋白变性是至关重要的信息，因为众所周知，在高β-乳球蛋白变性的奶中，如常规UHT或高压灭菌的奶中，例如>40％变性，更可能是>60％的变性，甚至更有可能是>80％的变性，奶蒸煮后的味道更明显。已知巴氏灭菌的奶，即在72℃处理15s的奶，其β-乳球蛋白的变性也接近于零，并且也已知没有蒸煮的味道。

表2中的数据还表明，通过本发明的方法使脱脂奶中仅9.4重量％的乳清蛋白变性。相反，在脂肪减少的全脂奶中，26.9重量％的乳清蛋白被变性。数据表明，在<0.5秒的短的保持时间和>150℃的非常高的温度下加工时，脂肪的量在乳清蛋白的变性方面起着至关重要的作用。

Claims (10)

1.一种用于生产具有延长的保质期的奶和奶相关产品的方法，包括以下步骤：

a.将全脂奶分离为乳脂部分和脱脂奶部分，其中，所述脱脂奶部分的脂肪含量为0.5重量％或更小，

b.对所述脱脂奶部分进行热处理，所述热处理包括将所述脱脂奶部分加热至152℃至165℃，持续500ms或更短，以及

c.将所述脱脂奶部分冷却至70℃或更低的温度。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤c中的处理过的脱脂奶部分含有的变性的β-乳球蛋白的量为最初存在于步骤a中的所述脱脂奶部分中的β-乳球蛋白的量的40％或更小，诸如30％或更小，并且优选20％或更小。

3.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其中，在步骤b之前通过巴氏灭菌法对所述脱脂奶部分进行预处理。

4.根据步骤1至3中任一项所述的方法，其中，步骤b直接在步骤a之后发生或直接在所述预处理后发生。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中，所述热处理包括将所述脱脂奶部分加热至153℃～159℃。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其中，所述热处理在300ms或更短的时间内，诸如在100ms内或更短的时间内实施。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其中，所述脱脂奶部分的脂肪含量为0.3重量％或更小，诸如0.1重量％或更小。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，将所述乳脂部分在100-180℃下处理10ms至4s的时间段。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，还包括以下步骤：

d.将所述处理过的脱脂奶部分与处理过的乳脂部分共混以获得脂肪含量为0.5重量％至4重量％的奶制品。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中，所述奶或奶相关产品保持了最初存在于所述奶中的乳清蛋白的80重量％或更大，例如90重量％或更大的乳清蛋白。