滅菌型乳酸菌飲料穩(wěn)定性的研究進(jìn)展

文∕張志娟 趙 晶 * 何衛(wèi)加

（1黑龍江東方學(xué)院；2丹尼斯克（中國）投資有限公司）

乳酸菌飲料是以乳、復(fù)原乳或再制乳為原料，經(jīng)乳酸菌發(fā)酵、調(diào)配和熱處理等工藝制得的活菌型或非活菌型酸性飲品。乳酸菌飲料具有較大的市場(chǎng)潛力，近年來，國內(nèi)外關(guān)于活菌型乳酸菌飲料的研究和產(chǎn)品開發(fā)非?；钴S。與其它調(diào)配型乳飲料相比，乳酸菌飲料不僅在營養(yǎng)和風(fēng)味上具有獨(dú)特性，而且其發(fā)酵過程中累積的有機(jī)酸等發(fā)酵物及乳酸菌本身飲用后能有效抑制腸道內(nèi)有害微生物，調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)平衡。但是活性乳酸菌飲料的保質(zhì)期（貨架期）普遍比較短，而且銷售、運(yùn)輸過程需要低溫，這就給它的生產(chǎn)銷售帶來許多不便。大量研究表明，由于乳酸菌發(fā)酵產(chǎn)物的存在、以及失活的乳酸菌菌體在胞外多糖的作用下仍然具有一定的腸道吸附和保護(hù)作用，因而滅菌型乳酸菌飲料依然受到廣泛重視。本文就近年來針對(duì)殺菌型乳酸菌飲料的研究情況進(jìn)行了總結(jié)歸納，主要從滅菌型乳酸菌飲料的穩(wěn)定機(jī)理、穩(wěn)定性表征方法及影響滅菌型乳酸菌飲料穩(wěn)定性的主要因素等進(jìn)行了探討分析，以期為此類產(chǎn)品的研究發(fā)展提供依據(jù)。

1 滅菌型乳酸菌飲料的穩(wěn)定及失穩(wěn)機(jī)理

在牛乳中，酪蛋白占總蛋白質(zhì)含量的80%左右，它以酪蛋白膠粒的形式存在。酪蛋白膠?？梢栽谂Ｈ橹蟹€(wěn)定存在，是由于酪蛋白膠粒間存在的靜電排斥作用及空間位阻作用，后者為決定性因素。酪蛋白膠粒在牛乳中帶有負(fù)的凈電荷，在中性條件下，膠粒間具有靜電排斥作用，可以促使酪蛋白穩(wěn)定。酪蛋白膠粒網(wǎng)絡(luò)表面為κ-CN層，它具有親水作用的C-末端伸向水層，使膠粒表面形成“毛發(fā)”結(jié)構(gòu)，即聚合體電刷，在適合的溶劑中，膠粒的穩(wěn)定性作用會(huì)增大；反之，多聚刷會(huì)出現(xiàn)崩潰現(xiàn)象，使乳體系凝聚。

牛乳中酪蛋白的等電點(diǎn)為pH值4.6。在低pH值下，酪蛋白膠粒的ξ-電位降低，部分α、β-酪蛋白溶出，膠體磷酸鈣溶解，其濃度降低到30%時(shí)，膠粒的完整性受到破壞，膠粒所帶的凈電荷減少，酪蛋白膠粒間的靜電排斥作用降低。同時(shí)，位于酪蛋白膠粒表面的具有空間位阻作用的“毛發(fā)”結(jié)構(gòu)發(fā)生倒塌，酪蛋白膠粒出現(xiàn)凝聚。

滅菌型乳酸菌飲料的pH值在3.6～4.4之間，低于酪蛋白等電點(diǎn)，此時(shí)，酪蛋白處于高度不穩(wěn)定狀態(tài)，若不采取有效方法，酪蛋白膠粒勢(shì)必發(fā)生聚集，造成分層、沉淀。

2 滅菌型乳酸菌飲料穩(wěn)定性的表征方法

2.1 常溫靜置觀察

將產(chǎn)品置于常溫庫的貨架上，每5 天觀察一次，用直尺測(cè)出沉淀厚度和析水高度。沉淀越少，析水越小，則產(chǎn)品的穩(wěn)定性越好。

2.2 高溫靜置觀察

將產(chǎn)品置于42 ℃高溫庫的貨架上，每24 h觀察一次，用直尺測(cè)出沉淀厚度和析水高度。沉淀越少，析水越小，則產(chǎn)品的穩(wěn)定性越好。

2.3 離心沉淀率

產(chǎn)品經(jīng)UHT或巴氏殺菌后，將約40 g產(chǎn)品裝進(jìn)離心管中，離心機(jī)以4 000 rpm對(duì)樣品離心15 min，取出測(cè)量沉淀厚度，然后緩慢將上層液體倒出，再將離心管倒置5 min，稱量沉淀重量，計(jì)算出離心沉淀率。此值越低，則穩(wěn)定性越好，貨架期越長(zhǎng)[1，2]。

2.4 LUMiSizer 分析法

使用LUMiSizer分析儀，通過離心原理使樣品粒子在重力或離心力下移動(dòng)，然后通過近紅外光進(jìn)行觀察，并計(jì)算出沉降速率，通過分析沉淀和懸浮的分離時(shí)間過程，觀看結(jié)果數(shù)據(jù)，對(duì)比出不同樣品的穩(wěn)定性、貨架期及粒子尺寸分布。

2.5 粒徑分析儀

滅菌型乳酸菌飲料體系中顆粒的粒徑大小和分布可以影響飲料的穩(wěn)定性。粒徑分析儀可利用粒子的布朗運(yùn)動(dòng)，根據(jù)光的散射原理測(cè)量顆粒的大小及正態(tài)分布情況，從而了解產(chǎn)品的穩(wěn)定性。

3 滅菌型乳酸菌飲料穩(wěn)定性的影響因素

農(nóng)加段分析了殺菌型乳酸菌飲料分層的原因，指出滅菌型乳酸菌飲料易沉淀分層的原因有配料過程中水的質(zhì)量不合格，水質(zhì)硬度過大；發(fā)酵過程控制得不好，以致酪蛋白顆粒大小不均勻[3]。其它相關(guān)研究顯示，影響滅菌型乳酸菌飲料穩(wěn)定性的因素還有：生產(chǎn)工藝不合適，如均質(zhì)和熱處理工藝條件的選擇；原輔料的使用不適合，如糖類、穩(wěn)定劑、螯合劑等的種類或用量的選擇等[2，4]。

3.1 水質(zhì)對(duì)穩(wěn)定性的影響

如果水的硬度過高，會(huì)使滅菌型乳酸菌飲料出現(xiàn)沉淀現(xiàn)象。因?yàn)楦哂捕鹊乃泻写罅康腃a2+和Mg2+，而滅菌型乳酸菌飲料的pH值較低，膠體磷酸鈣發(fā)生溶解，去除膠體磷酸鈣后的酪蛋白膠粒完整性受到破壞。該酪蛋白體系對(duì)Ca2+很敏感，即使在很低的Ca2+濃度下也會(huì)發(fā)生沉淀，影響滅菌型乳酸菌飲料的穩(wěn)定性。因此生產(chǎn)用水的硬度應(yīng)低于1 度，才能避免沉淀現(xiàn)象的產(chǎn)生。

目前，廠家對(duì)生產(chǎn)用水采用的去離子方法有砂棒過濾法、反滲透法、離子交換法等。通過降低水中的Ca2+濃度，可以降低酪蛋白與 Ca2+結(jié)合為酪蛋白磷酸鈣的機(jī)會(huì)，從而增強(qiáng)了滅菌型乳酸菌飲料體系的穩(wěn)定性。

3.2 均質(zhì)對(duì)穩(wěn)定性的影響

均質(zhì)可以使酪蛋白附于脂肪球表面，使脂肪球參與酸化過程中網(wǎng)絡(luò)的形成，可以有效地增加酪蛋白的體積分?jǐn)?shù)，使發(fā)酵凝乳的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)結(jié)實(shí)，不易被破壞，從而提高滅菌型乳酸菌飲料的穩(wěn)定性。而且UHPH（超高壓均質(zhì)）有潛力塑造發(fā)酵乳飲料的一些流變學(xué)特性[5]，如表觀粘度和剪切應(yīng)力，因此可以減少添加劑和穩(wěn)定劑的使用。

確定適宜的均質(zhì)溫度對(duì)防止沉淀有很好的作用，當(dāng)溫度高于54.5 ℃時(shí)，均質(zhì)后的飲料較稀，無凝結(jié)物，但易出現(xiàn)水泥狀沉淀，飲用時(shí)有粉質(zhì)或粒質(zhì)口感。均質(zhì)溫度保持在51.0～54.5 ℃，尤其53 ℃左右時(shí)效果最好。

3.3 不同固形物對(duì)穩(wěn)定性的影響

研究表明，蔗糖添加量為10%～12%時(shí)，可有效提高滅菌型乳酸菌飲料的穩(wěn)定性。通過增加葡萄糖用量對(duì)滅菌型乳酸菌飲料的穩(wěn)定性無明顯提高[6～10]。

在一定范圍內(nèi)，隨著蔗糖添加量逐漸增加，滅菌型乳酸菌飲料的穩(wěn)定性提高。這是因?yàn)檎崽欠肿咏Y(jié)構(gòu)上具有較多羧基和羥基，它們與酪蛋白粒子有良好的親合作用。而且，將蔗糖加入到酸性飲料后，可提高體系粘度并在酪蛋白表面形成糖膜，從而提高酪蛋白膠粒和溶劑間的親合性，使滅菌型乳酸菌飲料中的酪蛋白保持懸浮，穩(wěn)定體系。

通過增加葡萄糖的用量對(duì)滅菌型乳酸菌飲料的穩(wěn)定性無顯著提高，這是因?yàn)槠咸烟欠肿咏Y(jié)構(gòu)上的羥基較少，無法阻止酪蛋白顆粒間的吸附作用。

3.4 穩(wěn)定劑對(duì)穩(wěn)定性的影響

提高酸性飲料常用的化學(xué)方法是添加親水性和乳化性較高的穩(wěn)定劑。穩(wěn)定劑是影響乳酸菌飲料穩(wěn)定的重要因素。穩(wěn)定劑是一種親水性高分子化合物，在酸性條件下與酪蛋白形成保護(hù)膠體，防止凝集沉淀。也可以提高飲料的粘度，防止蛋白質(zhì)粒子因重力作用而下沉。滅菌型乳酸菌飲料中常使用的穩(wěn)定劑有果膠、羧甲基纖維素（CMC）、海藻酸丙二醇酯（PGA）、可溶性大豆多糖等。有研究表明[11]，前3 種穩(wěn)定劑，對(duì)滅菌型乳酸菌飲料穩(wěn)定性的影響顯著程度為CMC>果膠>PGA。

一般情況下，在滅菌型乳酸菌飲料中，對(duì)體系穩(wěn)定效果最好的是果膠。這是因?yàn)楣z是一種多聚半乳糖醛酸，在低pH值下，果膠與酪蛋白間生成果膠/酪蛋白復(fù)合膠粒，這些復(fù)合膠粒通過靜電排斥作用在體系中保持穩(wěn)定存在。未吸附的果膠與酪蛋白膠粒形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其空間位阻作用可以使整個(gè)體系穩(wěn)定。

劉俊亮[12]等的研究表明，羧甲基纖維素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、分子量和取代度都會(huì)影響滅菌型乳酸菌飲料的穩(wěn)定性。在滅菌型乳酸菌飲料中，當(dāng)CMC質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%時(shí)，酸性乳飲料的沉淀量很低；當(dāng)CMC的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.05%時(shí)，沉淀量很高。滅菌型乳酸菌飲料中采用高分子量的CMC時(shí)，CMC可以提供更大的空間位阻作用，使飲料體系穩(wěn)定。當(dāng)CMC的分子量相同時(shí)，CMC的取代度越大，體系越穩(wěn)定。

3.5 螯合劑對(duì)穩(wěn)定性的影響

一般牛乳中的鈣主要是以酪蛋白酸鈣形式存在，但當(dāng)牛乳的pH值降到酪蛋白等電點(diǎn)以下時(shí)，鈣則以游離鈣狀態(tài)存在，Ca2+與酪蛋白之間易發(fā)生凝集而沉淀。因此，在酸性飲料中加入適當(dāng)?shù)尿蟿梢允蛊渑cCa2+形成螯合物，有利于提高酪蛋白的穩(wěn)定性。通常使用的螯合劑有檸檬酸鹽、植酸、磷酸鹽等。其中檸檬酸鈉和三聚磷酸鈉效果較好，Na+可使酪蛋白表面的電荷數(shù)增加，水化層增厚，而酸根離子具有多價(jià)離子特性，可螯合游離鈣離子，降低鈣離子有效濃度，使體系的穩(wěn)定性提高。

3.6 熱處理對(duì)穩(wěn)定性的影響

酪蛋白膠粒對(duì)熱處理極為穩(wěn)定，在pH值6.7下100 ℃加熱24 h酪蛋白不凝固，而且酪蛋白可以耐受140 ℃、20 min熱處理。酪蛋白膠粒的熱凝固不是由于變性所致，而是由于熱處理過程中發(fā)生的一系列變化引起的，如乳糖熱解產(chǎn)生酸導(dǎo)致pH值降低，κ-CN斷裂，乳清蛋白變性后附于酪蛋白膠粒上，可溶性磷酸鈣沉淀于酪蛋白膠粒上，以及酪蛋白膠粒的水合作用降低，使得飲料的穩(wěn)定性下降。

4 展望

隨著研究的深入，滅菌型乳酸菌飲料保持穩(wěn)定的機(jī)理愈加透徹，其生產(chǎn)工藝也日趨成熟，對(duì)于影響其穩(wěn)定性的因素的研究也越來越細(xì)致完善。滅菌型乳酸菌飲料口感爽滑，可于室溫下較長(zhǎng)時(shí)間保存，且具有方便、時(shí)尚的特點(diǎn)，成為中國消費(fèi)者喜愛的飲品，并將在中國市場(chǎng)迅速崛起。

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