文│A.C.Juriannse（荷蘭乳品研究所）

歐洲的乳制品工藝發(fā)展—記荷蘭乳品研究所（NIZO food research）

文│A.C.Juriannse（荷蘭乳品研究所）

一、總體介紹

1.乳品研發(fā)的進(jìn)展。歐洲乳品世界已經(jīng)發(fā)生了翻天覆地的變化。經(jīng)過持續(xù)的兼并和收購，乳品企業(yè)的數(shù)量大幅度下降，如今的全球或區(qū)域乳品市場被少數(shù)大型企業(yè)占據(jù)。同時，隨著農(nóng)業(yè)在國民經(jīng)濟中的比重下降，政府正在削減對公共乳品研發(fā)的投入。乳品企業(yè)不僅面臨彼此的激烈競爭，更要面臨傳統(tǒng)意義上非乳品企業(yè)的挑戰(zhàn)，他們?yōu)橄M者提供“類乳產(chǎn)品”，例如軟飲料、果蔬產(chǎn)品和氫化黃油。

創(chuàng)新的壓力迫使企業(yè)應(yīng)用更多非乳源性新原料，因此很多乳品公司已經(jīng)成為“食品公司”。當(dāng)乳品公司自有研發(fā)部門的技術(shù)和資源不足時，外部研發(fā)提供商的保密性也顯得十分重要。乳品研發(fā)產(chǎn)業(yè)也隨之發(fā)生了重大轉(zhuǎn)變。世界范圍內(nèi)獨立乳品研發(fā)機構(gòu)的數(shù)量出現(xiàn)了大幅的下降。傳統(tǒng)意義上的乳品研發(fā)針對原材料，著眼于了解原料和產(chǎn)品的性質(zhì)、加工過程中的保持和工藝的優(yōu)化。乳品研發(fā)目前已經(jīng)轉(zhuǎn)為針對消費者獲益的傳遞，提高創(chuàng)新速度與改進(jìn)工藝效率和穩(wěn)定性的手段（表1）。

2.NIZO的歷史。荷蘭乳品研究所（NIZO）于1948年由荷蘭乳品工業(yè)聯(lián)合建立，其歷史折射了乳品市場的發(fā)展歷程。雄厚的科技傳承與工業(yè)相結(jié)合使NIZO成為緊隨市場的發(fā)展變化并始終保持獨立地位的少數(shù)乳品研發(fā)機構(gòu)之一。NIZO已經(jīng)公開發(fā)表了許多關(guān)于產(chǎn)品工藝和流程的文獻(xiàn)，為乳品企業(yè)驗證并應(yīng)用（見表2，表3）。

NIZO與工業(yè)伙伴緊密合作中進(jìn)行研發(fā)。為了結(jié)合科學(xué)和企業(yè)生產(chǎn)，NIZO的專業(yè)人員分別來自學(xué)術(shù)機構(gòu)和生產(chǎn)企業(yè)，以確保學(xué)術(shù)卓越和新技術(shù)實踐應(yīng)用?；诙嗄曦S富經(jīng)驗的多學(xué)科交叉項目管理，來自工業(yè)的絕大部分技術(shù)需求可以得到滿足。

NIZO已經(jīng)由曾經(jīng)的研發(fā)機構(gòu)成長為獨立的研發(fā)服務(wù)提供商，根據(jù)乳品工業(yè)的需求，努力創(chuàng)新，保持乳品研發(fā)領(lǐng)域的世界領(lǐng)先地位。

近年來，NIZO的科技優(yōu)勢已經(jīng)從以產(chǎn)品為中心（乳酪、奶粉、液態(tài)奶、酸奶）拓展到更加廣泛的技術(shù)平臺，包括食品物理學(xué)、生命科學(xué)和食品工藝學(xué)（見表1）。

表1 NIEO的科技優(yōu)勢

二、從知識到實踐

1.知識基礎(chǔ)上的創(chuàng)新。獨占性技術(shù)往往可以保證企業(yè)在激烈的市場競爭中保持多年的優(yōu)勢。以此為目的，功能性和感官性益處的有機結(jié)合是具有決定意義的。表2歸納了一些NIZO為了平衡感官與功能性益處而進(jìn)行開發(fā)的例子。

2.供應(yīng)鏈。市場競爭在推動企業(yè)研發(fā)新產(chǎn)品的同時，也要求降低生產(chǎn)消耗。乳品企業(yè)往往要處理大量的原材料，生產(chǎn)效率上的小改進(jìn)都有十分重要的意義。表3歸納了NIZO為幫助企業(yè)建立低耗生產(chǎn)模式的供應(yīng)鏈輔助工具。

3.理論與實踐。“不能生產(chǎn)該產(chǎn)品，就談不上進(jìn)行相關(guān)的研究?！边@已經(jīng)成為NIZO自創(chuàng)立以來一直堅持的首要理念。NIZO擁有最新的亞工業(yè)規(guī)模中試車間，涵蓋所有乳品生產(chǎn)中的單元操作，包括液態(tài)制品、酸奶、乳酪（鮮、亞硬質(zhì)和硬質(zhì)）、奶粉和配料（從發(fā)酵菌種到高純度蛋白、磷脂等）。另外，NIZO的中試車間更是進(jìn)行小批量高價值配料生產(chǎn)的完美選擇，從液態(tài)制品的一線式生產(chǎn)到高科技（發(fā)酵）配料。傳統(tǒng)意義上的中試車間主要應(yīng)用于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)前的逐級放大過程，但是實際中的應(yīng)用更加廣泛。NIZO的客戶使用這些設(shè)備生產(chǎn)精品級產(chǎn)品、試驗市場樣品，或解決新工藝/設(shè)備運行中出現(xiàn)的問題。另外，產(chǎn)品-工藝模型的改進(jìn)和驗證可幫助企業(yè)實行減耗項目和加快創(chuàng)新。同時，擁有豐富研究背景和工業(yè)生產(chǎn)經(jīng)驗的專家使NIZO能夠高效率地將理論知識轉(zhuǎn)化為工業(yè)化成果。

2008年，NIZO增設(shè)了全新的食品應(yīng)用中心（FAC），大大擴展了食品級生產(chǎn)的能力。FAC為客戶提供極具有競爭力的平臺，使專家更有效地應(yīng)用基于知識的理念，快速進(jìn)入特定目標(biāo)市場。FAC幫助客戶成為更高效更充分的創(chuàng)新者，同時NIZO的專家利用豐富的經(jīng)驗和技術(shù)手段使全新產(chǎn)品可處理、理化性質(zhì)穩(wěn)定和最優(yōu)化。對于輔配料供應(yīng)商，F(xiàn)AC可用來測試配料在諸多產(chǎn)品中的應(yīng)用，以了解應(yīng)用過程中的功能性，并為標(biāo)注提供證據(jù)。FAC是NIZO客戶特定工藝應(yīng)用的靈活場所。目前FAC已經(jīng)被應(yīng)用于以下產(chǎn)品：乳品、飲料、湯品、調(diào)味品、冰淇淋、糖果、烘焙制品和肉制品。

三、乳制品的獨特性：面向未來的承諾

表2 NIZO的技術(shù)改進(jìn)成果

1.乳制品特有的風(fēng)味。為了傳遞消費者收益，風(fēng)味生成和保持是未來乳品工業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)。自然形成的香味是乳制品風(fēng)味的獨特優(yōu)勢；眾多香味化學(xué)物質(zhì)伴隨著牛奶發(fā)酵生成。相對于合成風(fēng)味，消費者往往更傾向于均衡醇厚的發(fā)酵復(fù)合風(fēng)味。這賦予乳品企業(yè)一個獨特的競爭優(yōu)勢。

基于多年的乳品風(fēng)味研究，NIZO已經(jīng)為創(chuàng)新性應(yīng)用收集保藏了極為豐富的菌種資源?；蚪M學(xué)的快速發(fā)展極大促進(jìn)了發(fā)酵技術(shù)的改進(jìn)?，F(xiàn)代生物科技已經(jīng)被用來建立基因表達(dá)與產(chǎn)品功能性之間的聯(lián)系，并根據(jù)新功能鑒定新菌種（株）。盡管消費者對現(xiàn)代生物技術(shù)（轉(zhuǎn)基因）的應(yīng)用還不很積極，但是基因組學(xué)研究成果已經(jīng)被積極應(yīng)用于傳統(tǒng)發(fā)酵中，并進(jìn)一步融入產(chǎn)品。這些應(yīng)用包括加速熟化、重酸化酸奶、高活性肽酶去除苦味、乳酪風(fēng)味濃縮產(chǎn)品、低熱量丙氨酸單體生產(chǎn)等。近二十年來高通量篩選技術(shù)（HTS）快速發(fā)展，使得特定測試狀態(tài)下對（天然）菌株的快速比較成為可能。應(yīng)特別提及的成果是“微乳酪系統(tǒng)”，它被應(yīng)用于篩選乳酪生產(chǎn)中的菌株。利用這一系統(tǒng)，每天可以生產(chǎn)600個不同的微乳酪（每個200毫克）以監(jiān)測發(fā)酵菌種的活力。

未來的研究將結(jié)合對代謝途徑的了解和數(shù)字化計算機建模技術(shù)，達(dá)到預(yù)測生產(chǎn)過程（如乳酪熟化）中風(fēng)味形成的目的。這項技術(shù)也可以被應(yīng)用于預(yù)測貨架期中風(fēng)味的穩(wěn)定性。

消費者的風(fēng)味感受是多模擬元的綜合結(jié)果：揮發(fā)性、非揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)及其釋放動力學(xué)性質(zhì)也會影響消費者的接受程度。新分析設(shè)備例如質(zhì)譜鼻（MS Nose）和氣味測量計（olfactometer）的應(yīng)用，結(jié)合先進(jìn)的感官分析技術(shù)，使辨別風(fēng)味和物性的功效成為可能，并有希望為乳品工業(yè)提供更多的創(chuàng)新點。近年來，對含有益健康成分食品的市場需求持續(xù)走高。但是這些健康成分通常會損害食品原有風(fēng)味或使風(fēng)味組成失衡。尋找掩蓋異味或強化添加成分風(fēng)味，以維持完美風(fēng)味平衡的解決方案將是產(chǎn)品開發(fā)中十分耗時并且昂貴的步驟。NIZO為此開發(fā)了一全新技術(shù)，稱為“Olfactoscan”，用來快速篩選擁有風(fēng)味遮掩或良性風(fēng)味增強作用的化合物。其獨特之處在于利用特別構(gòu)建的界面結(jié)合了氣味測量計和氣相色譜兩項技術(shù)。這一界面混合特定異味和潛在的掩蓋風(fēng)味物質(zhì)，并且控制其在生產(chǎn)流程中的輸送。高效與可靠食源風(fēng)味提取物結(jié)合使Olfactoscan成為對異味物質(zhì)檢測的快速線上技術(shù)解決方案。

2.新優(yōu)乳品組織結(jié)構(gòu)。隨著消費市場的發(fā)展，乳制品需要新的功能性特質(zhì)，例如便捷性、健康特性、長貨架期、多層次復(fù)合產(chǎn)品、物質(zhì)釋放的可控性等。

為了控制產(chǎn)品特性，要檢測真實情況下的剪切力和溫度。微結(jié)構(gòu)分析的最新進(jìn)展已經(jīng)能使學(xué)者對特定級別（細(xì)觀）的結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，甚至伴隨咀嚼過程。這是向更好地了解加工過程中的結(jié)構(gòu)（形成需要的結(jié)構(gòu)）或在與口腔相同狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)分解的主要步驟。近期的研究表明微結(jié)構(gòu)和真實口腔情況下的切割行為對了解口腔感覺需求的重要性，如多汁性、易碎性和類奶油性。

表3 NIZO開發(fā)并在工業(yè)運用的供應(yīng)鏈工具

含特定難混合成分（如脂肪和水，蛋白質(zhì)和多聚糖等）的產(chǎn)品有其固有的不穩(wěn)定性。學(xué)者們與熱力學(xué)進(jìn)行著長期的抗?fàn)帯ｋS著非乳品原材料的引入，要求更好地了解和控制復(fù)合高聚物系統(tǒng)的性質(zhì)。特別是對蛋白質(zhì)和多聚糖的交聯(lián)作用對理性食品設(shè)計有至關(guān)重要的意義。

新產(chǎn)品需要解決如從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)釋放的小分子的控制，膠囊化和食品中小分子移動中的新問題。功能性或生物活性成分在食品中的強化加速推動了對先進(jìn)膠囊化技術(shù)的研究。為此，NIZO開發(fā)了基于定制功能性（tailored functionality）的天然膠囊化技術(shù)，通過對包被蛋白的天然交聯(lián)研究開發(fā)了定制功能性?；谶@項技術(shù)開發(fā)了一種腸包被可以在胃酸環(huán)境中得以保全，在小腸部位降解從而將生物活性物質(zhì)運輸至目標(biāo)部位。為了快速檢測活性物質(zhì)的釋放，NIZO還開發(fā)了模擬食物組織和成分生理降解的方法。食物組織和成分的分解和消化在結(jié)構(gòu)設(shè)計的權(quán)重決策中是重要的考慮方面。

食品物理和在數(shù)學(xué)模型中重現(xiàn)加工狀況的能力結(jié)合在一起可以對工藝效率和產(chǎn)品物性控制更加有效。同時這項改進(jìn)為知識管理的嶄新方式打下牢固的基石。

物理學(xué)和食品工藝學(xué)不是執(zhí)掌制造新型材料的惟一工具；一旦完成分子功能性分子的鑒定，生命科學(xué)會帶來更多更新的擁有改進(jìn)特性的新分子。

3.功能性健康成分。消費者需要可口和健康的產(chǎn)品。NIZO把研究重點放在腸道，因為絕大多數(shù)的功能性都（聲稱）在此部位體現(xiàn)。

鈣的重要性在于降低腸道感染和直腸癌的風(fēng)險。此外鈣還可能對炎癥性腸病起積極作用。其他幾種乳品成分也可能調(diào)整對腸道感染的抵抗力。益生元和益生菌因可以影響腸道菌群組成而為人所知，并且益生細(xì)菌可以用作某些營養(yǎng)物質(zhì)在腸道內(nèi)的原位合成。二者也可能在免疫反應(yīng)改善過程中起重要作用。即將誕生的新生物標(biāo)記將有助于闡明食品成分在腸道健康中的功效。

超重和肥胖癥是包括成人和兒童的主要公共健康問題。近年來，世界范圍內(nèi)的肥胖級別顯著升高。所以食品企業(yè)必須重視其反應(yīng)并且將合理的飲食建議（建議增強體育鍛煉）結(jié)合于新產(chǎn)品的諸多影響因素（飽食度）中。來自于嗅覺、味覺、色澤、溫度以及組織的感官效應(yīng)是飲食終結(jié)重要的影響因素。另外改變風(fēng)味特性也對增強感官特異的飽食感有作用。蛋白質(zhì)和脂肪的功能性能彼此增強過飽食效應(yīng)。益生元和益生菌被發(fā)現(xiàn)能調(diào)整飽食相關(guān)激素和能量攝入，也可以作為體重控制的功能性成分。

4.乳品工藝。追求低耗生產(chǎn)，持續(xù)性和食品安全性將繼續(xù)左右乳品工業(yè)。企業(yè)結(jié)構(gòu)（人員）的高頻度改變使乳品企業(yè)面臨嚴(yán)重的專業(yè)人員流失，甚至企業(yè)的核心專業(yè)領(lǐng)域。這就提高了對知識管理的要求。為維持知識體系、降低生產(chǎn)消耗和加快創(chuàng)新速度，相關(guān)的信息技術(shù)工具得到了長足的發(fā)展。若干IT系統(tǒng)已經(jīng)完成并且被應(yīng)用于將NIZO對食品物性的了解與食品安全性質(zhì)相結(jié)合，進(jìn)而降低生產(chǎn)成本或優(yōu)化產(chǎn)品特性。案例見表3。

絕大多數(shù)IT工具被植入到用戶友好的軟件環(huán)境中，如NIZO-Premia和ES-Spraydry來保證用戶的可使用性，一些甚至可以通過互聯(lián)網(wǎng)接入。目前乳品和食品企業(yè)的研發(fā)部門和生產(chǎn)部門正在應(yīng)用這些IT工具來降低生產(chǎn)成本和改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量。

需要有限計算時間的數(shù)學(xué)建模工具已經(jīng)被植入基于模型的在線控制系統(tǒng)NIZO-Premic。不同于傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)，Premic允許使用產(chǎn)品質(zhì)量參數(shù)作為設(shè)定點。內(nèi)置的預(yù)測模型確保工藝設(shè)定點在整個生產(chǎn)過程實現(xiàn)最優(yōu)化。

除了關(guān)于食品和軟件應(yīng)用的知識，可靠IT工具的完善與改進(jìn)還需要工藝和產(chǎn)品數(shù)據(jù)。NIZO的中試車間設(shè)備及其生產(chǎn)中獲得的數(shù)據(jù)在IT工具發(fā)展中起著重要的作用。給定的生產(chǎn)規(guī)模下得到的消耗往往偏高。因此NIZO正在開發(fā)實驗性的實驗室級別生產(chǎn)流程，允許在大范圍生產(chǎn)條件下的高通量測試，為改進(jìn)IT工具提供更合適的數(shù)據(jù)。在這一框架下的第一項發(fā)展是已經(jīng)在幾個工業(yè)化項目中應(yīng)用的微型熱交換器，例如檢測食品生產(chǎn)中微生物芽孢的熱敏感型，獲得的相關(guān)滅活數(shù)據(jù)可以應(yīng)用于IT工具中以優(yōu)化大規(guī)模生產(chǎn)。其另一個優(yōu)勢是合適的接入性，可以使用優(yōu)化工具在線測量數(shù)個產(chǎn)品質(zhì)量參數(shù)。

通過結(jié)合工藝和應(yīng)用技術(shù)優(yōu)勢，以及從已有的IT工具獲得的數(shù)據(jù)，NIZO正在重新設(shè)計乳品生產(chǎn)流程，以降低生產(chǎn)成本，確保安全，根據(jù)可持續(xù)性達(dá)到（未來）標(biāo)準(zhǔn)。例如與荷蘭乳品企業(yè)合作，NIZO正在探索一個全新的零廢物乳清生產(chǎn)流程，包括最小化和循環(huán)使用過程水，尋找分解副產(chǎn)品如乳清鹽的新應(yīng)用，如最小化乳清鹽的排放。

5.食品安全和風(fēng)險管理。食品安全是倍受爭議的公共問題。今天的消費者對食品有很高的要求，諸如有自然風(fēng)味和新鮮度的方便性產(chǎn)品，并且高度安全。這無疑是食品工業(yè)面臨的巨大挑戰(zhàn)。

NIZO在食品鏈特別是乳品生產(chǎn)鏈中的安全和質(zhì)量方面有很強的可追溯歷史。NIZO提供覆蓋整個食品鏈的食品安全改進(jìn)方案。鑒定潛在的（新）危害和實施有效的控制方案。NIZO提供的分析服務(wù)包括對化學(xué)污染的最新檢測，檢測微生物污染的最新（分子）技術(shù)，針對食品鏈中微生物（如致病菌、芽孢等）的滅活/生長預(yù)測模型，對化學(xué)和微生物污染的定量風(fēng)險評估模型，為確保衛(wèi)生工藝流程的計算機輔助設(shè)計和依需要進(jìn)行特例分析。另外，新近對產(chǎn)品儲藏的研究有助于延長產(chǎn)品貨架期和創(chuàng)新。

NIZO的工具和優(yōu)勢使食品產(chǎn)業(yè)應(yīng)用最經(jīng)濟的工藝條件生產(chǎn)最優(yōu)化的產(chǎn)品，同時保證高度的食品安全性。

四、技術(shù)造就成功

NIZO同時致力于基礎(chǔ)科學(xué)研究和其工業(yè)應(yīng)用。學(xué)者和工業(yè)長期相互影響保證了科學(xué)研究成果推動工業(yè)化的持續(xù)創(chuàng)新。NIZO的角色已經(jīng)隨時間改變。多年前，荷蘭乳品工業(yè)內(nèi)部存在競爭，NIZO開發(fā)的技術(shù)讓企業(yè)投產(chǎn)新產(chǎn)品，例如Leerdammer和Kernhemmer乳酪。今天，乳品企業(yè)擁有自己的研發(fā)部門，而NIZO也成為通過給予保密的支持某一公司產(chǎn)品研發(fā)的技術(shù)提供者。NIZO的業(yè)務(wù)理念則更類似于計算機芯片制造商“NIZO inside”。盡管視野已經(jīng)擴展到其他食品類別，NIZO還是致力于在乳品研發(fā)中保持領(lǐng)先地位。通過參與許多國際科學(xué)網(wǎng)絡(luò)，NIZO站在科學(xué)的新水平線上，將新技術(shù)帶到工業(yè)生產(chǎn)。（注：本稿件由中國奶業(yè)協(xié)會信息中心提供）