零添加高钙奶的研发

董人富

（南平市食品药品执法支队，福建南平 354200）

钙是人体中的重要矿物质之一，占人体重的1.5%～2.0%，当人体中钙摄入量不足时会导致各种疾病，严重影响身体健康[1]。乳制品是人体摄入钙质的重要食物来源，每100 g普通牛奶中含钙元素100 mg左右。与普通牛奶相比，经钙强化后的高钙牛奶，不但保留了人体所需的全部营养，还提供了更多的利于人体的钙质[2]。本文以轻质碳酸钙、乳矿物盐和牛奶蛋白粉等钙源为研究对象，筛选优质钙源，探究产品超高温瞬时灭菌条件，并对产品进行长期稳定性考察，旨在为高钙牛奶零添加品类的研制提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

轻质碳酸钙，建德市兴隆钙粉有限公司（以下简称建德兴隆）；乳矿物盐、牛奶蛋白粉，丹麦阿拉食品原料有限公司（以下简称丹麦阿拉）。

硝 酸（HNO3），优级纯；氩气（Ar）：氩气≥99.995%或液氩；氦气（He）：氦气≥99.995%；金元素（Au）溶液，浓度为1 000 mg·L-1；淀粉酶，酶活力≥1.5 U·mg-1；氨水，质量分数约25%；乙醇，体积分数至少为95%；半胱氨酸盐酸盐、标准钙储备液、葡萄糖胰蛋白陈琼脂、甲醇、浓盐酸、三氟乙酸、乙酸铵、糠氨酸、硫酸铜、硫酸钾、硫酸、硼酸、甲基红指示剂、溴甲酚绿指示剂、亚甲基蓝指示剂、氢氧化钠、无水乙醚、石油醚、刚果红、盐酸和碘。

1.2 仪器与设备

电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）、分析天平、微波消解仪（配聚四氟乙烯消解内罐）、恒温干燥箱、控温电热板、超声水浴箱、培养箱、恒温水浴锅、无菌培养皿、高效液相色谱仪、凯氏定氮仪、离心机、电子天平、定氮蒸馏装置、电热鼓风干燥箱、干燥器、抽脂瓶、磁力搅拌器和pH计。

1.3 实验方法

1.3.1 高钙原料筛选试验方案

（1）工艺流程。原料乳验收→配料→预热→均质→杀菌→冷却→灌装。具体操作步骤如下。①原料乳验收。对原料乳进行酸度、细菌数测定、感官检验、抗生素检测。②配料。取生牛乳850 g，水浴加热至50 ℃，加入经45～50 ℃水合30 min的高钙原料，使用剪切机进行剪切混合5 min，剪切速度为2 000 r·min-1，用生牛乳将混合液定量至1 000 g。③预热。水浴加热至65 ℃。④均质。采用二级均质机进行均质，二级均质压力为5 MPa，一级均质压力为20 MPa。⑤杀菌。水浴加热至95 ℃，保温5 min进行杀菌。⑥冷却。使用冰水水浴冷却20 min。⑦灌装。无菌灌装。

（2）样品稳定性观察方法。取冷却未灌装的高钙奶产品，放置在2～6 ℃冰箱中冷藏，每天肉眼观察冷藏样品沉淀产生的情况，并记录沉淀产生的初始时间。通过沉淀产生的时间确认样品稳定性的优劣。

（3）样品感官品尝测试试验方法。组织10名感官品鉴员对生产样品进行评价，评价标准如表1。通过感官评价结果，确认样品口味的优劣。

表1 样品感官评价标准

1.3.2 超高温瞬时灭菌试验方案

（1）灭菌方法。使用超高温杀菌设备对高钙奶样品进行杀菌，实验条件如表2所示。

表2 超高温瞬时灭菌实验条件

（2）理化指标测定。取经超高温瞬时灭菌后的样品，以如下方法测定样品灭菌后钙、耐热芽孢、糠氨酸含量，并通过样品灭菌后钙、耐热芽孢、糠氨酸含量变化情况，确认超高温瞬时灭菌最适的温度和时间。①钙检测参考《食品安全国家标准 食品中钙的测定》（GB 5009.92—2016）中的电感耦合等离子体质谱法（第四法）。②耐热芽孢检测参考《乳与乳制品中嗜冷菌、需氧芽孢及嗜热需氧芽孢数的测定》（NY/T1331—2007）。③糠氨酸检测参考《巴氏杀菌乳和UHT灭菌乳中复原乳的鉴定》（NY/T 939—2016）。

1.3.3 高钙奶产品长期稳定性试验方案

按前步骤（1.3.2）确认的最适灭菌温度和时间，对高钙奶样品进行灭菌，无菌灌装后，常温保存样品，并在0个月、3个月、5个月、7个月、9个月的时间节点，按照如下方法对样品pH值、蛋白质、脂肪和钙含量进行测定，并以高钙奶样品的pH值、蛋白质、脂肪和钙含量随时间变化稳定与否，确认灭菌高钙奶的长期稳定性。①蛋白质检测参考《食品安全国家标准 食品中蛋白质的测定》GB 5009.5—2016（第一法）。②脂肪检测参考《食品安全国家标准 食品中脂肪的测定》GB 5009.6—2016（第三法）。③pH值检测方法。取100 mL样品，用磁力搅拌器混合均匀，插入pH计，待数值稳定后记录pH值。

2 结果与分析

2.1 高钙原料的筛选

2.1.1 信息检索情况

按照《食品安全国家标准 食品添加剂使用标准》（GB 2760—2014）[3]、《卫生部关于批准茶叶籽油等7种物品为新资源食品的公告（2009第18号）》[4]《食品安全国家标准 乳粉》（GB 19644—2010）等法律法规的要求，碳酸钙、乳矿物盐和牛奶蛋白粉均可作为高钙奶的原料（表3）。碳酸钙的钙含量最高，价格便宜，也是目前市面上高钙调制乳中最常用的高钙原料，但是，它属于食品添加剂，需要用到稳定体系；乳矿物盐的钙含量较高，来源于乳清，是通过膜分离技术将牛乳中天然存在的钙及矿物质盐经浓缩得到，属于新食品原料[5]；牛奶蛋白粉的钙含量较低，但牛奶蛋白粉中的钙主要来源于牛奶中的酪蛋白结合的钙离子，这种形式的钙更有利于人体吸收与利用[6]。

表3 高钙原料信息对比

2.1.2 稳定性方面

由表4可知，以轻质碳酸钙和乳矿物盐为高钙原料的样品放置第5天出现沉淀，以牛奶蛋白粉为高钙原料的样品放置第30天观察到出现沉淀，说明在不添加任何稳定剂的情况下，牛奶蛋白粉作为高钙原料，其产品的稳定性更优。加入牛奶蛋白粉的高钙奶无需稳定剂的原因可能是牛奶蛋白粉中的蛋白主要以酪蛋白为主，酪蛋白中丝氨酸的磷酸残基与钙离子稳定结合[4]，溶于牛乳后，形成酪蛋白酸钙-磷酸钙复合胶束，具有良好的稳定性[7]。同时，牛奶蛋白作为蛋白质的一种，本身具蛋白质的功能特性，如乳化性、增稠性等，从而提高产品的稳定性[8]。

2.1.3 风味品尝方面

由表4可知，以轻质碳酸钙为高钙原料的样品奶香一般，有粉涩感；以乳矿物盐为高钙原料的样品奶香浓郁，有粉涩感；以牛奶蛋白粉为高钙原料的样品奶香浓郁，口感顺滑。因此，在不添加任何稳定剂的情况下，以3种高钙原料为产品的风味品尝结果为牛奶蛋白粉＞乳矿物盐＞轻质碳酸钙。

表4 不同高钙奶稳定性及风味对比

2.2 超高温瞬时灭菌条件的确定

由表5可知，超高温灭菌温度136～138 ℃和保持时间3～5 s，对样品中的钙含量和耐热芽孢数量没有显著性影响，而耐热芽孢残留菌引起的变质是影响超高温瞬时灭菌奶制品质量的主要因素之一[9]。所以在灭菌温度136～138 ℃和保持时间3～5 s，提高温度和时间对提高产品质量没有显著作用。随着杀菌温度的提高和保持时间的延长，糠氨酸含量也相应提高，而糠氨酸是美拉德反应的重要产物，其可以间接反映牛奶热处理过程中赖氨酸营养成分的损失程度[10]。这表明样品在超高温灭菌温度136 ℃和保持时间3 s的条件下，营养成分保留最佳。综上，超高温灭菌温度136 ℃和保持时间3 s是最佳的超高温瞬时灭菌条件。

表5 超高温瞬时灭菌后高钙奶相关理化指标

2.3 高钙奶产品的长期稳定性考察

由表6可知，高钙奶产品在超高温灭菌温度136 ℃和保持时间3 s灭菌后，1～9个月的时间内，pH值、蛋白质、脂肪和钙含量等理化指标均比较稳定，变化不大，反映了该高钙奶产品在较长时期（1～9月）内的稳定性较好，也说明了该零添加高钙奶产品可能会具有较长的货架期。

表6 灭菌后高钙奶理化指标的变化

3 结论

本文筛选出了比轻质碳酸钙和乳矿物盐更适合高钙奶的钙源——牛奶蛋白粉，确定了以牛奶蛋白粉为钙源，不添加稳定剂高钙奶的最适超高温瞬时灭菌条件为温度136 ℃、保持时间3 s，为开辟零添加高钙牛奶新品类奠定了基础。