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1、第五讲乳品资源开发研究进展,第一节乳品加工业的现状与发展趋势,一、乳品加工业的现状（一）乳品品种和产量我国目前乳品主要包括：巴氏杀菌奶、UHT奶、奶粉（全脂奶粉、脱脂奶粉）、酸奶、冰淇淋和其他含乳饮料、炼乳、奶油、干酪、干酪素等。,据国家统计局数据，2015年111月，全国共有规模以上乳制品企业637家，主营业务收入3015.3亿元，销售收入利润率为6.8%。乳制品产量2531.0万吨，其中液体乳产量2295.7万吨，乳粉产量126.3万吨。,2015年，销售收入前四位的省：内蒙古589.8亿元，占全国销售总收入19.6%；黑龙江省327.1亿元，占10.8%；山东省278.1亿元，占9.2%
2、；河北省262.4亿元，占8.7%。4省区的销售收入占到全国的48.3%。,（二）乳品生产装备水平目前进口设备占国内50%的市场（伊利、三元、光明、蒙牛其主要设备都是国际一流的）如日处理鲜奶100t和200t的奶粉生产设备，日处理鲜奶40t60t的甜炼乳生产设备，而且还引进了各种无菌灌装机等。）多数中小企业，仍以国产设备为主，与世界先进设备相比，差距很大。主要表现在机械化程度低、配套性能差，产品品种少等方面。,今后我国乳品机械要适应乳品生产结构的调整及进行更新和改造，增加设备品种，开发多效蒸发器，降低能耗，开发高温短时杀菌和超高温瞬时杀菌设备，提高分离机械技术水平。提高消毒乳、低脂奶、风味奶、
3、酸奶、奶油、干酪的成套设备水平。增加产品数量、品种，以适应乳品业发展的需求。,（三）质量标准和管理体系建设情况质量标准是乳品生产的重要依据，随着乳品市场竞争的日益激烈及消费者对乳品安全重视程度不断提高，世界各国都非常重视乳品质量标准管理体系建设，如目前广泛采用的GMP、HACCP和IS09000族等质量管理体系。相比之下，我国还存在较大差距。,我国有关乳制品的国家标准及标准检验方法涉及安全指标仅45项，对影响健康及食品安全的一些重要项目：如抗生素、农药残留、毒素都未在标准及检测方法中做出规定。尽管原料乳的质量直接影响各类乳制品的质量及安全性，但仍未制定相应的标准和可执行的检测方法。我国目前大的
4、乳业集团多已实行了IS09000族体系的认证，但中小乳品企业还远未普及。,目前我国乳与乳制品的质量标准与发达国家也有很大的差距，如干物质含量、细菌总数及体细胞的数量等都与国际标准有差距，所以要完善和建立新的质量标准。尤其是国标要赶上和接近发达国家水平以起到指导作用。有一些中小企业的标准和地方标准还存在严重的不足和缺陷，这必将影响乳业的长远发展。因此，加强质量标准建设是推进我国乳品加工业的发展、逐步实现和国际接轨的一项战略任务。,二、我国乳业未来发展的重点及优先发展领域（一）功能性乳制品的开发1.低胆固醇、低脂肪乳制品的开发。研究表明过分摄入胆固醇和脂肪对人的健康是有害的，容易引起动脉硬化、高血
5、压、冠心病等多种疾病，这是目前我国人口健康恶化的重要原因。因此，开发低胆固醇、低脂肪乳制品具有重要现实意义，市场前景十分广阔。,2.功能性乳粉的开发。乳粉已不再是婴幼儿的专利。近些年来，功能性乳粉开发很快，主要有适合胎儿发育和哺乳期产妇的奶粉，婴幼儿食用的母乳代用品奶粉；预防骨质疏松、降低胆固醇、提高人体抗氧化的中老年奶粉等。其中婴幼儿配方奶粉的研发应是现阶段我国乳粉发展的重点。,3.免疫乳。具有多种疗效的新型功能性乳制品，将其用于人体的保健及对一些疾病的预防和治疗上具有许多优点。应继续研究和生产免疫全脂乳粉、免疫脱脂乳粉、免疫乳清蛋白浓缩物等。4.生物活性物质酪蛋白磷酸肽的开发利用。全球人口
6、老龄化倾向，老年人骨质疏松的问题引起了人们的关注，由于酪蛋白磷酸肽与游离钙结合为可溶性钙，有利于肠道吸收，因而能显著促进人体钙质吸收的酪蛋白磷酸肽成为食品和营养学研究和开发的重点。,（二）加快发酵剂的研究步伐 早在19世纪末20世纪初，西方乳业科学家就开始研制浓缩发酵剂，到现在酸奶发酵剂已经实现商业化，并涌现出一批知名发酵剂制造商。例如：丹麦Hasen公司、美国Marshell公司、澳大利亚Csiro研究所、荷兰Nizo研究所，它们生产的发酵剂性能优良、形态各异，遍布世界各地的乳品企业。,我国发酵剂的研究仍停留在液体发酵剂使用及菌种保藏阶段，目前还没有一家专业化发酵剂生产厂。这极大限制了我国发
7、酵乳制品工业的发展。而我国目前大多数生产厂家仍采用传统的液体发酵剂工艺进行生产，一些中小型企业因缺乏专业技术人员制备发酵剂，经常由于菌种比例失调、活力下降、变异或污染而导致产品质量不稳定，从而限制了酸乳制品发展的规模和速度。开发出适合我国生产情况、高效、使用方便的商品化发酵剂是发酵乳科学研究的当务之急。另外，利用益生菌生产发酵乳在国外发展势头很好，值得我们及时加以关注和研究。,（三）干酪的开发干酪生产在我国几乎是空白，而发达国家将近30%50%的乳用于干酪的生产，品种达500种之多，随着经济全球化、饮食西方化及原料乳产量的增加，干酪在将来必将成为我国乳品工业的重要品种之一。,干酪，又名奶酪、乳
8、酪，或译称芝士、起司、起士，是乳制食品的通称，有各式各样的味道、口感和形式。奶酪以奶类为原料，含有丰富的蛋白质和脂质，乳源包括家牛、水牛、家山羊或绵羊等。制作过程中通常加入凝乳酶，造成其中的酪蛋白凝结，使乳品酸化，再将固体分离、压制为成品。大多奶酪呈乳白色到金黄色。传统的干酪含有丰富的蛋白质和脂肪，维生素A，钙和磷。现代也有用脱脂牛奶作的低脂肪干酪。而中国的奶酪品种除了西方的传统干酪制品，还有广东地区的大良牛乳少数民族的各种非乳酸菌制成的干酪。,（四）乳清的开发利用 乳清是生产干酪和干酪素时从牛乳中分离出来的副产物，具有较高的营养价值，乳中55%的营养成分留于乳清中。近十几年来，发达国家在乳清
9、的开发利用上有较大发展，主要将其加工成浓缩乳清、乳清粉、乳清蛋白浓缩物、乳清蛋白粉等。大力发展乳清粉不仅可以壮大乳业基础，并且可以减轻对进口原料的依赖。,（五）发展学童奶 加工和包装手段落后、产品质量低下是困扰中国学童奶发展的一大因素，因此，必须加强对学童奶的生产管理，从而提高产品质量。,（六）乳品加工设备和在线检测设备我国大型乳品加工企业的设备绝大多数是从国外引进，尤其是液体奶生产线，与国外发达国家水平没有太大差别，基本上达到了国际一流水平，但是我国自主研制生产的乳品加工设备与国外相比存在较大差距，因此，应大力支持乳品设备的研制和开发，这样可以降低乳制品生产成本，有利于形成乳品生产的良性循环
10、。乳品的在线检测设备主要包括原料乳化学组成及卫生质量（细菌数、抗生素等）的快速检测、生产过程中的在线检测和无损伤检测。与乳制品加工设备一样，我国也应开发出原料乳快速检测仪、奶粉水分在线检测仪、酸奶黏度和酸度在线检测仪等在线检测设备。,第二节新型发酵乳制品生产技术,一、传统发酵乳制品的生产通过乳酸菌发酵（如酸奶）或由乳酸菌、酵母菌共同发酵（如开菲尔）制成的乳制品叫发酵乳制品。综合名称，包括酸乳、开菲尔、发酵酪乳、酸乳油、乳酒（以马奶为主）等。发酵乳的名称是由于牛乳中添加了发酵剂，使部分乳糖转化成乳酸而来的。在发酵过程中还形成CO2、醋酸、丁二酮、乙醛和其他物质，从而使产品具有独特的滋味和香味。用
11、于开菲尔和乳酒制作的微生物还能产生乙醇。,（一）酸乳的营养价值和保健功能1.酸乳制品营养丰富，它具有原料乳所提供的所有营养价值，而且优于原料乳，主要表现在：乳酸菌发酵产生蛋白质水解酶，使原料乳中部分蛋白质水解，从而酸乳中含有比原料乳更多的肽和比例更合理的人体所需的必需氨基酸，而且发酵产生的乳酸使乳蛋白质形成微细的凝块，更易于被人体消化吸收；乳酸还可以与乳中Ca、P、Fe等矿物质形成易溶于水的乳酸盐，大大提高了Ca、P、Fe的利用率；酸乳中含有大量的B族维生素（维生素B1、维生素B2、维生素B6）和少量脂溶性维生素。,2.调节人体肠道中的微生物菌群平衡，抑制肠道有害菌生长。酸乳中的乳酸菌可以活着
12、到达大肠，在肠道中营造了一种酸性环境，有利于肠道内有益菌的繁殖，而对一些致病菌和腐败菌的生长有显著的抑制作用，从而起到协调人体肠道中微生物菌群平衡的作用。3.降低胆固醇水平，大量进食酸乳可以降低人体胆固醇水平。4.合成某些抗菌素，提高人体抗病能力。例如在生长繁殖过程中，乳酸链球菌能产生乳酸链球菌素，乳油链球菌产生乳油链球菌素等，这些抗菌素能抑制和消灭多种病原菌，从而提高人体对疾病的抵抗能力。,5.缓解“乳糖不耐受症”。人体内乳糖酶活力在刚出生时最强，断乳后开始下降，成年时人体内的乳糖酶活力仅是刚出生时的10%，有的人更小以至于无法消化乳糖。当他们喝牛乳时就会出现腹痛、腹泻、痉挛、肠鸣等症状，称
13、为“乳糖不耐受症”。酸乳中一部分乳糖水解成半乳糖和葡萄糖，再被转化为乳酸，因此酸乳中的乳糖比鲜牛乳中要少。另外，酸乳中的活菌直接或间接地具有乳糖酶活性，因此摄人酸乳可以减轻喝牛乳时出现的“乳糖不耐受症”，常饮效果更佳。6.常饮酸乳还有美容、润肤、明目、固齿等作用。,（二）现代酸乳制品的发展动态和趋势 1.酸乳的品种已由原味淡酸乳向调味酸乳（添加各类香精）、果粒酸乳（添加各类水果果料）和功能性酸乳（特殊有益菌、营养成分的功能性如低脂低糖高钙高蛋白、添加维生素和矿物质元素）转化。2.保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌为生产普通酸乳的最优菌种组合，双歧杆菌酸乳和嗜酸乳杆菌酸乳已越来越被消费者所接受。20世纪
14、90年代以后芬兰、挪威、荷兰等国出现了新型功能性酸奶干酪乳杆菌酸乳，具有良好的产香和滑爽、细腻质构类酸乳的菌种选育已受到广泛重视，此后发酵酸乳菌种研究也引起人们重视。,3.通过改变牛乳基料的成分生产低热量的发酵产品，添加剂应用的变化可能包括使用各种填充剂，如纤维素和亲水胶体；使用强甜味剂而不是高热量的糖；降低基料中脂肪和非脂乳固体的含量；使用脂肪代用品、微粒蛋白质、植物油等。4.生产方便、口味温和、几乎不用添加剂的长货架期产品。利用现代杀菌技术生产“长寿酸乳”已成为酸乳发展的新热点，这类酸乳因其常温下半年以上的保质期更适于运输和消费。5.在冷链情况下消费的包装形式是现阶段和未来产品的热点和趋势
15、，这一方面由于冷链技术的发展，另一方面有利于保持酸乳中有足够的对人体有益的活菌数。,二、双歧杆菌及其制品（一）双歧杆菌对机体的生理作用1.保持肠道正常微生物区系平衡双歧杆菌通过细胞壁质酸与肠黏膜上皮细胞的相互作用，紧密结合，与其他厌氧菌一起共同占据肠黏膜表面形成一个生物学屏障，构成微生物肠道定殖的阻力，从而阻止致病菌、条件致病菌的入侵和定殖。此外，双歧杆菌还产生细胞外糖苷酶，降解肠黏膜上皮细胞的复杂多糖，这些糖可作为致病菌和细菌毒素的受体，所以通过这些酶的作用，就可以阻止潜在致病菌及其毒素对肠黏膜上皮细胞的黏附。,2.抗肿瘤作用 双歧杆菌对肿瘤抑制机理可由激活机体免疫功能，直接或间接除去致癌物
16、（前体）两方面进行解释。双歧杆菌产生的乙酸和乳酸使肠道pH降低，抑制了腐败菌的增殖，使结肠中N亚硝基化合物、酚类、胆固醇代谢产物及其他潜在致癌物的形成数量减少。研究还发现双歧杆菌除了能减少肠道中由仲胺和亚硝酸盐合成的亚硝胺的数量外，还能部分降解N，N二苯基亚硝胺和N亚硝基吡咯烷，对肉烧焦时产生的致癌物具有很强的吸收能力。双歧杆菌除了能减少致癌物形成，抑制肿瘤发生外，还可通过激活机体免疫系统，抑制肿瘤发生。有证据表明，双歧杆菌的抗肿瘤活性与其细胞壁组分有关，加热杀死的婴儿双歧杆菌的细胞壁具有抗肿瘤作用，作用的强弱与细胞壁完整性有关。,3.增强机体的非特异性和特异性免疫反应双歧杆菌能激活机体吞噬机
17、体细胞的吞噬活力，提高抗感染能力，双歧杆菌在肠道有定殖，对巨噬细胞有明显的激活作用，相当于自然自动免疫，可诱发机体的特异免疫反应。4.降低血清胆固醇水平一般认为这与乳酸菌所产生的羟甲基戊二酸、乳清酸对胆固醇合成的抑制作用有关。,5.营养作用 肠道中的双歧杆菌能合成维生素B1、维生素B2、维生素B6、维生素K等多种维生素，双歧杆菌发酵制品可以作为B族维生素的良好来源。双歧杆菌也能合成各种氨基酸，供肠道吸收。双歧杆菌发酵乳制品生产过程中蛋白凝固并发生轻微蛋白质水解，有利于蛋白质的吸收。通过双歧杆菌半乳糖苷酶的作用，将部分乳糖水解，最终形成乳酸和乙酸。在肠道中生长的双歧杆菌则能更持久的发挥乳糖水解作
18、用，因此双歧杆菌能明显地改善乳糖不耐症者对乳糖的消化吸收性。,（二）双歧杆菌乳营养价值和生理功能 1.增加婴儿体重2.提供人体所需要的维生素尤其是B族维生素3.产生有机酸，抑制肠道内硝酸还原细菌的生长，保护人体健康4.帮助建立肠道菌群的平衡，治疗胃肠道紊乱5.肝病的辅助治疗,三、LGG菌 LGG（ATCC 53103）是一种专利的鼠李糖乳杆菌菌株，80年代初由两位美国教授ShgwoodGorbach和BarryGodin从健康人体肠道中分离出来。LGG菌种的名字是以乳杆菌（Lactohcillus）和两位美国教授姓名（Gorbach和Goldin）的第一个字母连接而成。1987年，芬兰维利奥公
19、司获得了LGG的全球唯一授权。目前，全球30多个国家和地区已有LGG产品生产和销售。,（一）LGG菌的主要功能1.能在食品和胶囊中存活和保持活性2.能在消化的环境中保持活性3.能黏着于肠黏膜，促进免疫反应4.平衡消化道微生物，产生细菌素、有机酸、H2O2、二乙酰等抗菌物质及2吡咯烷5羧基酸（PCA），即焦谷氨酸的环状氨基酸类抗菌物质5.能影响粪便的代谢和减少有害化合物的形成6.能预防和治疗不同类型的痢疾7.能对损伤的黏膜进行修复，增加黏膜的免疫障碍8.加速乳过敏反应的恢复和减少过敏症状,（二）LGG菌生理功能未来研究的重点领域和内容1.节段性回肠炎节段性回肠炎是常发于肠道但在消化道任何部位均可
20、发生的不明病理的严重病症，对LGG菌作用的研究应着重其增加肠黏膜通透性和干扰食品抗原的传送方面。,2.慢性关节炎 对患有慢性关节炎的孩子，LGG菌被证明能促进IgA类区域免疫反应，增加对食品抗原的专一性IgA反应，及使粪便中具有高尿素酶活力正常化。高尿素酶活力表明肠道微生物的不平衡。据此可推断LGG菌能加强慢性关节炎病中肠黏膜的免疫障碍，这类研究应是对LGG菌未来研究的重点之一。3.膀胱纤维化微生物治疗的一个新领域是膀胱纤维化的治疗。研究表明：服用LGG 6个月能大大减少肺感染和腹痛，尤其是增加假单胞菌感染者的体重。这个功能有待于进一步的证实。,第三节功能性乳制品生产技术,一、免疫乳 免疫乳是
21、指给哺乳动物（主要是牛、山羊等）选择性地接种一些能够对人或动物产生疾病的细菌、病毒，或一些外来抗原刺激机体产生免疫应答以分泌特异性的抗体（或称为免疫球蛋白）进入乳中，这种含有特异性抗体的乳即为免疫乳。,（一）免疫乳产生的基本原理动物与环境中存在的各种抗原（各种细菌、病毒等）经自然接触或通过接种都可刺激机体产生相应的抗体。但是在某些情况下，机体不发生免疫应答，这种现象称为免疫耐受性，这主要是由于机体对抗原刺激的敏感性被长期抑制之故。在高度免疫过程中，机体的免疫系统被刺激产生应答，持续不断地产生高浓度的抗体进入乳中，这就是免疫乳生产的基本原理。,当饮用免疫乳后，其中的抗体及其他免疫物质就可提供被动
22、免疫保护。利用不同的抗原或抗原组合来免疫哺乳动物，可产生许多不同的免疫乳。例如给牛接种不同种类的细菌或病毒抗原，可得到不同的免疫牛乳。乳中的抗体取决于抗原，也就是说，每一种抗原都可以刺激机体产生其相应的特异性抗体。免疫系统可以同时对许多不同类型的抗原发生应答，因而可给动物同时接种许多不同的抗原，即多价接种，在乳中可同时获得许多不同的抗体，这样可以用来同时预防或治疗许多不同病原微生物引起的疾病。,将牛乳收集加工，保留乳中抗体的免疫活性，将这种免疫乳制品或由此制备的乳抗体浓缩物给人食用，可以预防一些疾病的发生。按照这一方法以及抗体与抗原间的特异性反应，每一种疾病可以具有一种或多种免疫乳抗体。,（二
23、）免疫乳的主要功能1.对关节炎患者，特别是类风湿关节炎患者，饮用特定的免疫乳可缓解肿胀、疼痛，改善关节的运动性及患者的精神状态2.可预防由轮状病毒和大肠杆菌等引起的腹泻3.预防霍乱的发生及中和其毒素4.具有抗隐性疾病作用5.预防龋齿及牙周炎等口腔疾病的发生,二、牛初乳功能性食品（一）牛初乳牛初乳天然富含多种免疫因子，但主要是含量很高、且有抗原结合特性的IgA，酪蛋白和其他乳清蛋白降解产物也具有免疫功能。牛初乳Ig主要以IgG为主，天然牛初乳IgG具有较广谱的抑菌效果，特别是对大多数导致胃肠道疾病的病原微生物具有良好的抑制和杀灭效果。,牛初乳作为食品，其中具有抗体活性的免疫球蛋白含量丰富，除直接
24、与肠道病原菌发生免疫反应外，这些异种抗体尚未完全降解，可以成为抗原刺激肠黏膜释放抗体物质，这也是牛初乳的免疫调节机制之一。因此，对于易发生肠道感染的人群，牛初乳是一种理想的天然免疫功能食品。它具有增加肠道黏膜免疫防御功能，改善胃肠道，促进生长发育以及调节肠道菌群的功能。,（二）免疫牛初乳在免疫牛初乳制造中，特定抗原诱导乳牛产生大量能结合该抗原的抗体（免疫球蛋白），它对该抗原导致的疾病具有特别强的防治效果。免疫球蛋白上具有识别抗原的结合部位，故能和刺激机体产生该免疫球蛋白的细菌、病毒等发生反应，即抗原（细菌、病毒）。表面的抗原决定簇和抗体（免疫球蛋白）的结合位点之间发生反应，形成不溶性的复合物，
25、凝集、粘连在一起，从而抑制细菌或病毒正常的繁殖，达到抑菌、防病效果。,免疫牛初乳一般制成蛋白浓缩物或粉状制品，其外观与普通牛初乳无异，但其功能性发生了重大的变化，对目标抗原（通常是某种致病微生物或病毒）的中和效价显著提高。因其中的特定抗体不同，免疫牛初乳可以具有特殊的保健功能：1.改善胃肠道菌群分布，增强肠黏膜及淋巴细胞的免疫能力。2.调节血压、调节血脂治疗动脉硬化相关的疾病。,3.抗炎症：含有常引起类风湿性关节炎的细菌抗体，可以有效中和胃肠道细菌及其代谢产物，增强病人的免疫力。4.防止蛀牙：将引起蛀牙的微生物的死菌体制成疫苗生产免疫乳，然后低温喷雾制成乳粉。5.防止体臭：将引起体臭的十六种细
26、菌制成疫苗，接种于乳牛后产出免疫乳。6.保养肺脏：免疫乳可能刺激活化肺部巨噬细胞，清除防止异物。,第四节 乳中生物活性物质,牛乳尤其是牛初乳引人注目之处在于它天然含有大量具有不同生理生物活性的功能性组分，是自然界免疫因子最为富集的食品资源之一。由于牛初乳组成非常复杂，它的功能活性组分可以大致分为免疫因子和生长因子两大类，分别对机体免疫和生长具有调节功能。已经证实存在于牛初乳中的免疫因子包括：,1.免疫球蛋白：包括高浓度IgG、IgM、IgA，IgE、特殊辅助因子（SIgA，分泌型IgA，它能诱导IgA合成）。2.乳铁蛋白和转铁蛋白。3.生物活性肽类：包括富含脯氨酸多肽（IPRP），吗啡样活性肽、抗高血压肽、免疫调节肽、抗血栓肽、促进钙吸收的酪蛋白磷酸肽、抗菌肽、促进DNA合成和细胞生长的肽以及抗癌细胞肽和促进双歧杆菌生长的肽类等。,4.生物活性酶类：主要包括乳过氧化物酶体系（Lp）、溶菌酶（Lz）、超氧化物歧化酶（SOD）、巯基氧化酶以及核糖核酸酶（RNase）等。5.细胞因子（CK）：根据功能主要分为细胞增长因子、白细胞介素、干扰素、激素和生长因子等几类。6.多不饱和脂肪酸、降胆固醇成分及磷脂等。7.胰蛋白酶抑制剂，维生素B，结合蛋白、黄嘌呤氧化酶等生物活性物质。,
