J. Future Foods | 泡沫垫干燥技术在乳及乳制品保鲜中的应用：一种创新的保鲜技术

本文系Journal of Future Foods原创编译，欢迎分享，转载请授权

Introduction

牛乳作为哺乳动物乳腺分泌的营养丰富的液态食品，因易消化的蛋白质、均衡的氨基酸组成及高营养密度，成为全球各年龄段人群的重要膳食来源。但牛乳高水分、高营养的特性使其易滋生大肠杆菌等致病菌，在不卫生条件下易引发食源性疾病，因此必须通过加工延长保质期。但现有乳制品保鲜技术均存在局限：巴氏杀菌和超高温处理需专用设备，且会改变营养与风味；冷藏依赖持续供能，储存成本高；发酵虽可以改善口感却缩短保质期。传统的干燥技术同样存在问题，喷雾干燥破坏热敏性营养素、影响溶解度；冷冻干燥成本高、能耗大；滚筒干燥易过热；流化床干燥能耗高且干燥不均；真空干燥耗时且易损失风味。乳制品行业亟需一种兼顾保鲜效果与产品品质的新型技术。

泡沫垫干燥技术为解决上述难题提供了新思路。该技术通过向液态食品中添加起泡剂形成稳定泡沫，铺展成薄层后在可控条件下进行干燥，能在提升效率的同时保留食品原有色泽、风味和营养。

相较于传统技术，泡沫垫干燥优势显著：温和加工保留食品品质，泡沫增大比表面积以缩短干燥时间，多孔结构降低能耗，适用范围广且干燥均匀，符合可持续发展需求。在乳制品领域，该技术已展现出潜力，如添加麦芽糊精等填充剂制备的乳粉产率和溶解度更高，生产的酸乳粉稳定性良好。其低温操作可保护牛乳蛋白质特性，多功能性与高能效也契合乳制品行业的可持续发展方向，为乳及乳制品保鲜提供了高效、环保的新选择。

泡沫垫干燥技术的工作原理

如图1所示，乳及乳制品泡沫垫干燥的流程为：先向液态牛乳中加入蛋白质、表面活性剂等起泡剂，这些活性成分通过在牛乳基质中包裹气泡形成稳定泡沫结构；随后将泡沫均匀铺展在垫子或托盘上形成薄层，以最大化暴露于可控干燥条件；最后通过加热和气流等可控干燥过程高效去除泡沫中的水分。增大的比表面积加速了干燥进程，使泡沫转化为固态，同时保留牛乳原有的风味、色泽和营养成分。起泡剂的选择对稳定泡沫结构至关重要，而温度、气流、泡沫厚度等加工参数的精确控制，是实现均匀干燥、保证乳粉产品质量的关键。

图1 乳及乳制品泡沫垫干燥技术的工作方法

用于泡沫垫干燥的泡沫剂种类

（1）脂肪酸丙二醇酯（PGEs）：具有良好的起泡和乳化性能，起泡能力随单酯含量增加而增强，广泛应用于蛋糕、乳油、冰淇淋等多种食品。

（2）聚山梨酯类：包括聚山梨酯20、40、60等非离子型表面活性剂，凭借高表面活性降低液体表面张力，促进气泡和泡沫结构形成。

（3）脂肪酸单双甘油酯乳酸酯（LACTEM）：乳化和充气性能优异，其成分对泡沫质地和空气分布影响显著，乳酸化处理可使泡沫更坚硬、空气分布更均匀。

（4）皂树皮提取物：因含皂苷类物质而具备出色起泡能力，皂苷作为天然表面活性剂，能降低表面张力、稳定气泡，可用于碳酸饮料、低醇啤酒等。

（5）甘草酸：从甘草根中提取的三萜皂苷类化合物，可用作起泡剂。

（6）蛋白质类：血清白蛋白、乳清蛋白、酪蛋白胶束、大豆残余蛋白等可在气泡周围形成稳定涂层，其起泡能力受疏水性、分子量、构象稳定性等影响，如乳清蛋白因分子量小，能在气泡表面形成柔韧且有粘性的薄膜，兼具起泡和稳定作用，且其起泡性还受离子强度、pH值、温度等因素调控。

（7）碳水化合物类：玉米、小麦、土豆等来源的淀粉通过形成粘性溶液为泡沫提供粘度和稳定性；黄原胶、阿拉伯胶等树胶作为水胶体，可防止气泡聚结；藻酸盐也可作为起泡剂使用。这类物质的分子结构、分子量、电荷密度等决定了其在气-水界面形成刚性结构和粘弹性网络的能力，进而影响起泡性能。

影响乳及乳制品泡沫垫干燥的因素

如图2所示，几个因素可以影响泡沫垫干燥的效率和质量。

图2影响牛乳及乳制品泡沫垫干燥的因素

（1）泡沫特性：泡沫密度（FD）指单位体积泡沫的质量，过高会因暴露表面积减少而减慢干燥速度，且受起泡剂种类和浓度影响；泡沫膨胀体积是液体到泡沫的体积增量，影响干燥垫覆盖率和干燥效率；泡沫稳定性即泡沫维持结构的能力，对干燥均匀性和产品质量至关重要，受起泡剂类型、浓度及稳定剂影响；表面张力则关系到气泡的形成与稳定，需通过起泡剂合理控制。

（2）起泡剂：起泡剂的类型和浓度直接影响泡沫的稳定性和结构，进而作用于干燥过程。研究表明，增加起泡剂浓度可缩短干燥时间，因其能形成更稳定、气泡更小的泡沫，降低表面张力。

（3）干燥参数：干燥温度影响水分去除速率，较高温度可提高垫子结构孔隙率，但过高会导致产品质量下降；泡沫与干燥环境间的水分含量梯度推动水分扩散，泡沫厚度和成分会对其产生影响，且牛乳的成分和材料特性也会作用于有效水分扩散系数、干燥速率等；活化能是驱动水分去除所需能量，是待干燥材料的固有特性；此外，牛乳的成分和材料会影响干燥速率和水分扩散系数，例如不同类型牛乳材料的孔隙结构存在差异。

泡沫垫干燥技术的优势

（1）保留营养成分：泡沫垫干燥温度低于传统干燥方法，能有效保护牛乳中维生素B、蛋白质等热敏性营养素，避免热降解；干燥时间更短，减少营养成分暴露于热环境的时间，降低损失风险；控制氧气暴露，减少脂质等营养素的氧化分解；最大限度减少蛋白质变性和降解，保证蛋白质质量；形成均匀泡沫基质，使营养素在产品中分布均匀，确保每份产品营养均衡。

（2）维持感官品质：低温加工可保留牛乳中的挥发性风味化合物，防止热劣化；有效减少美拉德褐变反应，维持牛乳原有色泽，避免不良风味产生；控制氧气接触，防止脂质氧化带来的异味，保持产品新鲜度；泡沫基质保证干燥条件均匀，避免局部质地和口感差异，维持乳制品特有的口感和乳油质地。

（3）保证微生物品质：通过降低产品水分活度，创造不利于细菌、酵母和霉菌生长的环境，抑制微生物繁殖；减少产品与外部环境的接触，降低干燥后再污染的风险。

（4）成本效益与效率：操作温度低，降低能耗和生产成本；缩短干燥时间，提高生产吞吐量，增强企业对市场需求的响应能力；适用范围广，可用于乳粉、浓缩液、速溶混合物等多种乳制品，无需为每种产品购置专用设备，减少资本投入；能耗和电力消耗低，传质和传热系数高，能在保证关键产品质量的前提下实现快速干燥，节省运营成本；与非泡沫干燥相比，干燥时间可缩短60%，效率约为2 倍，能耗降低近80%，且泡沫材料密度低可减少干燥机负荷，减少资本支出。

泡沫垫干燥技术的局限性

（1）行业接受度有限：在乳制品行业的应用不如传统干燥方法广泛，这与技术学习曲线、替代干燥方法的可获得性以及不同乳制品的特定要求有关，且泡沫需薄层干燥，即使在理想条件下吞吐量也有限。

（2）泡沫稳定性问题：干燥过程中维持泡沫稳定是高效干燥的关键，但泡沫稳定性易受配方、温度、压力等因素影响，若控制不当导致泡沫破裂，会对干燥产品质量产生负面影响。

（3）操作复杂性：涉及泡沫稳定性、干燥条件、产品特性等众多复杂参数，实现并维持最佳条件难度较大，需要熟练的操作人员和精密的控制系统，且设备成本较高、生产需较大表面积，进一步增加了操作复杂性。

泡沫垫干燥技术在乳及乳制品中的应用

泡沫垫干燥技术在乳及乳制品中应用广泛，涵盖乳粉、酸乳粉、乳清粉、白乳酪粉、骆驼乳油粉等多种产品。在乳粉制备中，以鲜牛乳为原料，添加麦芽糊精、阿拉伯胶作为填充剂，吐温-80作为乳化剂，研究发现随着填充剂浓度增加，乳粉产率和溶解度提高，蛋白质含量降低，15%麦芽糊精时效果最佳。

泡沫垫干燥技术的负面影响

泡沫垫干燥可能导致某些生物活性成分损失，此外，加热过程中泡沫不稳定可能导致细胞结构破坏，影响干燥操作，且低密度泡沫与高密度泡沫的干燥机制不同，气液两相热导率差异会导致传热速率不同；高温还可能引发酶促和非酶促褐变反应，使产品颜色加深，且产品的亮度、红度、黄度等颜色参数会受表面水分、含水量、色素浓度、干燥条件等多种因素影响。

结论与展望

泡沫垫干燥技术为乳及乳制品保鲜提供了创新方案，具有保留营养和感官品质、提高微生物稳定性、提升能效、降低成本等显著优势，在乳粉、酸乳粉、乳清粉等多种乳制品的生产中展现出良好应用前景。然而，该技术在推广应用中仍面临行业接受度低、泡沫稳定性不足、操作复杂等挑战，这些问题亟待解决以实现大规模应用。

未来研究应聚焦以下方向：1）优化泡沫垫干燥工艺参数，针对不同乳制品特性定制干燥方案，提高技术适用性和稳定性；2）开发新型高效起泡剂，改善泡沫稳定性，减少干燥过程中泡沫破裂的风险；3）研发更精密的控制系统，简化操作流程，降低对操作人员技能的依赖；4）开展更多产业化试验，积累实际应用数据，提升行业对该技术的认可度和接受度；5）进一步拓展应用范围，探索其在更多乳制品及其他食品领域的潜力，推动泡沫垫干燥技术成为乳制品行业乃至食品工业的主流保鲜技术之一。

Applications of foam-mat drying for milk and milk products: an innovative preservation technique

Dnyaneshwar Devrao Patangea, Shital Appasaheb Patilb, Snehal Pranav Khandekarcd*

a

Department of Animal Husbandry and Dairy Science, Rajarshee Chhatrapati Shahu Maharaj College of Agriculture, Kolhapur 416004, India

b

Department of Technology, Shivaji University, Kolhapur 416004, India

c

Department of Food Science and Technology, Shivaji University, Kolhapur 416004, India

Department of Food Technology, DY Patil Agriculture & Technical University, Kolhapur 416112, India

*Corresponding authors.

Abstract

The demand for traditional dairy products in the form of ready to eat with extended shelf life has increased steadily, and to prepare them, minimum moisture has to be maintained by the application of different drying technologies. These technologies have some limitations and these can be overcome by application of foam-mat drying. This method has clear benefits, as it is capable of maintaining nutritional and sensory qualities, providing improved energy efficiency, and reducing costs. This paper covers the applications of foam mat drying in various dairy products, including yogurt, cheese, and whey powder. The challenges linked to foam stability and operational complexity need to be addressed for large scale implementation of foam mat drying.

Reference:

PATANGED D, PATIL S A, KHANDEKAR S P , et al . Applications of foam-mat drying for milk and milk products: an innovative preservation technique [J ]. Journal of Future Foods, 2026, 6(2): 184-194. DOI:10.1016/j.jfutfo.2024.05.013.

翻译：张庆芬（实习）

编辑：龚艺；责任编辑：梁安琪

封面图片来源：摄图网

J. Future Foods | 用GC×GC-TOF MS构建麦芽威士忌新酒的感官词典J. Future Foods | 1-甲基环丙烯对北虫草贮藏品质的影响

J. Future Foods | 基于代谢组学结合网络药理学探究酸枣仁治疗失眠的活性成分及机制