乳制品和乳制品的销售在经历了"人人需要牛奶"、"牛奶有益健康"和"你喝牛奶了吗？"等大量推广活动后，几十年来销量大多呈现下降和波动趋势。这些活动将牛奶定位为与健康、自然选择相关联的健康、自然选择，与健身和提神相关联。根据美国农业部经济研究局的数据，美国液态奶销量从2009年的550多亿磅下降到2023年的约428亿磅，反映出随时间推移牛奶消费量的减少。
尽管有这一趋势，但从牛奶和乳清中提取的成分继续为食品行业提供创新解决方案。这些成分向各个生命阶段的消费者提供功能性、营养和健康益处。牛奶是蛋白质、碳水化合物、脂肪、维生素和矿物质的丰富来源。越来越多地，牛奶成分——包括牛奶和乳清蛋白、如牛奶脂肪球膜(MFGM)的脂质以及生物活性肽——被用于开发从方便零食和婴儿配方奶粉到运动营养以及支持免疫、肠道和认知健康的食物产品。
酪蛋白和乳清蛋白
乳制品蛋白成分——包括酪蛋白和乳清蛋白等主要牛奶蛋白，以及衍生产品如牛奶蛋白浓缩物(MPC)、牛奶蛋白分离物(MPI)、乳清蛋白浓缩物(WPC)、乳清蛋白分离物(WPI)和乳清蛋白水解物(WPH)——是在食品、饮料和工业应用中广泛使用的高度功能性、营养价值高的成分。它们提供温和的乳制品风味，并被添加到乳制品、烘焙食品、糖果、汤、酱汁、婴儿配方奶粉、加工肉类、预制食品和饮料中。牛奶蛋白因其必需氨基酸组成和功能性特性而受到重视，包括溶解性、乳化性、保水性、热稳定性、凝胶化、搅打性和起泡性。它们还有助于粘度和质地的形成，并与乳糖和其他牛奶成分一起，通过褐变反应支持风味和色泽的形成。
从牛奶和乳清中提取的成分继续为食品行业提供创新解决方案。
浓缩牛奶蛋白产品——包括微滤牛奶蛋白浓缩物(MMPC)、微滤牛奶蛋白分离物(MMPI)、微粒酪蛋白浓缩物(MCC)和微粒酪蛋白分离物(MCI)——作为风味增强剂、配方辅助剂、保湿剂、乳化剂、稳定剂、增稠剂和质地改良剂发挥作用，同时提供高质量蛋白质。乳清蛋白浓缩物(WPC 30和WPC 60)和WPI在酸奶和布丁中提供凝胶化，在肉制品和香肠系统中提供保水性，在顶部装饰和填充物中提供搅打性，并在冰淇淋、人造黄油和蛋黄酱等产品中提供乳化作用。这些成分也广泛用作运动和医疗营养产品中的蛋白质补充剂。通过化学或酶水解生产的WPHs，用于需要改性功能或营养特性的场合。
其他牛奶蛋白成分，包括α-乳白蛋白和β-乳球蛋白，表现出强烈的生物相容性和功能性表现。它们的溶解性、起泡能力和热稳定性使它们适用于饮料应用和营养补充剂。α-乳白蛋白被添加到早期生命营养配方中，而β-乳球蛋白广泛用作营养和运动营养产品中的高质量蛋白质来源。
生物活性肽
牛奶来源的生物活性肽，包括乳铁蛋白、糖巨肽和乳清肽，表现出降血压、降血糖、抗氧化、抗菌和免疫调节作用。潜在应用包括旨在提升情绪、减轻焦虑、提供压力缓解和刺激免疫系统的食品产品。
乳铁蛋白是从牛奶、乳清或初乳中分离出来的铁结合糖蛋白。它表现出抑菌和杀菌活性，以及抗病毒和抗真菌特性。乳铁蛋白还支持免疫调节，可能有助于预防和治疗对SARS-CoV-2(COVID-19)的反应。对其健康益处日益增长的兴趣已导致一些乳制品成分制造商扩大了生产能力。
其他肽类如糖巨肽和乳清衍生片段表现出代谢和免疫功能。初乳素，一种来自初乳的富含脯氨酸的多肽，已显示出神经保护和认知支持特性，并在阿尔茨海默病患者中表现出稳定认知功能的效果。
脂质、MFGM和磷脂
牛奶脂质主要由甘油三酯、单酸甘油酯和二酸甘油酯、磷脂、糖脂、游离脂肪酸、甾醇、脂溶性维生素、类胡萝卜素和风味化合物组成。这些成分既贡献物理功能又贡献生物功能，代表主要的膳食能量来源。报告的健康益处包括支持大脑发育、免疫调节和肠道健康。牛奶脂质成分的功能特性取决于脂质组成和脂肪酸谱。虽然甘油三酯不溶于水，但单酸甘油酯和二酸甘油酯作为乳化剂发挥作用，并有助于充气、风味、质地、熔化行为和感官质量。
MFGM由极性脂质、糖脂和蛋白质的三层结构组成，支持免疫功能、胃肠道健康和认知发展。添加了牛MFGM的婴儿配方奶粉已显示出与神经发育、免疫反应和感染防御相关的益处。MFGM越来越多地作为乳化和功能性成分添加到婴儿营养产品中。
如鞘磷脂和脑苷脂等牛奶极性脂质是重要的营养素，特别是在婴儿期。鞘磷脂已显示出抗肿瘤活性、胆固醇代谢调节和抗感染特性。这些脂质形成稳定的油包水乳液，可用作饮料递送系统中生物活性化合物的载体。
共轭亚油酸(CLA)天然存在于牛奶脂肪中，在放牧饲养的乳制品系统中更为丰富，与抗癌、抗动脉粥样硬化、降血糖、免疫增强作用以及改善身体成分相关联。使用发酵剂和益生菌培养物进行发酵可以进一步增强乳制品饮料中的CLA生产。
碳水化合物
牛奶的主要碳水化合物成分包括乳糖、富含乳糖的透过物和低聚糖。乳糖是牛奶中的主要糖分，是一种结晶碳水化合物，比蔗糖甜度低、溶解度低。从功能上看，乳糖有助于非酶褐变和焦糖化反应，并表现出保湿特性，有助于在食品系统中保持水分。它还可用作干混应用中的有效流动剂，并可作为调味料的载体，使零食产品上的分布均匀并改善附着力。
消费者对乳糖不耐受意识的提高增加了对无乳糖乳制品的需求。无乳糖牛奶和乳制品食品是通过将酶乳糖酶添加到乳糖中将其水解为其组成糖——葡萄糖和半乳糖，或者通过使用超滤或纳滤等膜分离技术以及包括阳离子交换系统在内的色谱方法去除乳糖而生产的。许多乳品加工商将超滤与超高温杀菌相结合，以生产保质期延长的无乳糖牛奶产品，同时保持感官质量。
牛奶低聚糖是由三到10个单糖单元组成的复杂碳水化合物，包括葡萄糖、半乳糖、N-乙酰氨基葡萄糖、岩藻糖和唾液酸。这些化合物表现出重要的生物活性，包括益生元效应、免疫调节和抑制婴儿胃肠道中病原体的粘附。人乳含有13种核心低聚糖，统称为人乳低聚糖(HMOs)。HMOs抑制细菌和病毒病原体或毒素与肠道上皮细胞的结合，并促进有益的肠道微生物群，特别是双歧杆菌和乳酸杆菌。另一种重要的牛奶衍生低聚糖，半乳糖低聚糖(GOS)，由乳糖生产，提供益生元功能，使其成为婴儿配方应用中的宝贵成分。
最近的进展正在扩展乳品加工的能力，以实现新型成分和下一代产品的开发。
乳清是牛奶或乳清中去除蛋白质时产生的副产品，是通过超滤和渗滤过程产生的富含乳糖的成分。牛奶和乳清透过物具有温和、乳味、略带甜味和微咸的风味特征，类似于乳清固体。从功能上看，透过物在烘焙产品中贡献褐变和软化面包屑特性，并可用于降低钠含量、部分替代糖以及增强各种食品应用中的风味。乳糖和透过物流也用作生产增值成分的底物，包括如GOS和左旋糖的膳食纤维，以及如塔格糖和阿洛酮糖的低热量甜味剂。
加工技术创新
传统加工技术——包括热处理、酸化、均质化、酶修饰和过滤——长期以来一直用于生产具有理想风味、质地、营养质量、安全性和保质期的牛奶和乳制品。然而，最近的进展正在扩展乳品加工的能力，以实现新型成分和下一代产品的开发。
高压试验处理、冷等离子体、脉冲电场、超声波和膜技术等新兴技术越来越多地应用于提高功能性、安全性和加工效率，同时保持产品质量。这些方法允许对牛奶成分进行有针对性的修改，减少热影响，支持改善营养保留和功能表现。
其他创新包括高压试验均质化与乳化盐相结合，以减少酪蛋白胶束解离并增强泡沫稳定性。可持续材料开发也在推进，包括将WPI-木质素薄膜作为乳制品传统塑料包装的替代品的潜在应用。通过添加乳清富含脯氨酸的肽水解物来增强牛奶蛋白浓缩物的溶解度，已证明可改善成分功能。
其他有前景的新兴技术包括高压试验喷射处理、超剪切处理和毫秒技术，所有这些都显示出在牛奶和乳制品系统中改善功能特性、质地开发和加工效率的强大力量。
人工智能
人工智能(AI)越来越多地应用于乳制品成分开发，通过分析复杂的大规模数据集来优化配方、质地和风味表现。AI工具可以降低研发成本，同时加速创新，并改善设计针对特定健康和营养目标的功能性成分的效率。
主要应用包括预测成分相互作用、优化感官特性，以及实现全球消费者数据的快速分析，以识别新兴趋势和首选成分。AI系统还支持供应商选择、优化用于精准发酵的微生物菌株，以及改进工艺效率和质量控制。
结论
乳制品科学和加工技术的进步已扩展了对牛奶成分的理解，并实现了创新乳制品成分的开发，这些成分在各种食品应用中提供功能性、营养和健康益处。包括先进加工和AI支持的产品开发在内的新兴技术，正在支持创建具有改进效率、减少浪费和降低环境影响的可持续乳制品。
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