二氧化碳抑菌技術(shù)在乳制品保鮮中的應(yīng)用

□ 范珺 濟南蘭光機電技術(shù)有限公司

二氧化碳抑菌技術(shù)在乳制品保鮮中的應(yīng)用

□ 范珺 濟南蘭光機電技術(shù)有限公司

乳制品因營養(yǎng)豐富，所以對廣譜微生物群來說是理想的培養(yǎng)基。抑菌保鮮是乳制品貯藏乃至銷售階段具有重要意義的環(huán)節(jié)，而酸化、變質(zhì)是導(dǎo)致乳制品風味劣變和漲袋的核心因素，也是乳制品保鮮貯藏技術(shù)所面對的巨大挑戰(zhàn)。

抑菌保鮮是乳制品貯藏乃至銷售階段具有重要意義的環(huán)節(jié)，這也關(guān)系到食用者的健康、生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟效益和企業(yè)形象。酸化、變質(zhì)是導(dǎo)致乳制品風味劣變和漲袋的核心因素，也是乳制品保鮮貯藏技術(shù)所面對的巨大挑戰(zhàn)。乳制品酸化、變質(zhì)不單單是腐敗菌群的“個人表演”，而是腐敗菌群及其釋放的胞外酶的共同作用。

乳制品變質(zhì)的主要成因—微生物

乳制品因營養(yǎng)豐富，所以對廣譜微生物群來說是理想的培養(yǎng)基。大部分乳制品成品，如巴士殺菌鮮奶、酸奶等，需要采用低溫貯藏以保持其優(yōu)良品質(zhì)和營養(yǎng)成分。但低溫貯藏并不能夠?qū)λ形⑸锲鹨种谱饔茫热缡壤渚?。根?jù)文獻資料記載，所有乳制品貨架期中，約25%的問題是由耐熱嗜冷菌所引起。

嗜冷革蘭氏陰性菌屬的繁殖和生長可使冷藏的原料、巴氏殺菌乳、脫脂干酪及其類似產(chǎn)品中的微生物環(huán)境惡化。假單胞菌是嗜冷菌的代表菌株，是一種革蘭氏陰性兼性厭氧型的嗜冷菌，這類菌株不僅可以在乳中生長，還可釋放出許多可降解乳成分的胞外酶，主要是蛋白酶和脂肪酶，這兩種酶能夠分解蛋白質(zhì)和脂肪，使乳產(chǎn)生感官缺陷。這些酶具有耐熱特性，從而影響由巴氏殺菌乳所制成產(chǎn)品的保藏質(zhì)量。

其他常見的微生物如酵母菌和霉菌（地絲菌屬、扇·霉屬、毛霉、支鏈胞屬、青霉菌），可導(dǎo)致風味、質(zhì)地劣化和可見的腐敗。此外，耐熱乳酸球菌的生長能降低巴氏殺菌乳的pH值直到發(fā)生凝乳現(xiàn)象。

相關(guān)研究表明，鮮牛乳經(jīng)巴氏殺菌后仍殘留一定數(shù)量的微生物。一般牛乳經(jīng)巴氏殺菌后7d內(nèi)微生物生長緩慢，但隨著貯藏時間的延長，以假單胞菌為主的嗜冷菌數(shù)量快速增長。當貯藏時間為10~12d時，假單胞菌數(shù)量可達峰值。與此同時，乳酸鏈球菌等開始迅速繁殖，分解乳糖產(chǎn)生乳酸使牛乳酸度升高，pH值持續(xù)下降，此時假單胞菌的生長開始受限。12d后假單胞菌開始大量死亡，當pH值降到5時，乳酸鏈球菌的生長也受到抑制。由于乳酸桿菌的耐酸能力較強，逐漸占領(lǐng)繁殖優(yōu)勢，并繼續(xù)產(chǎn)酸，此時，乳中出現(xiàn)大量乳凝塊，并有乳清析出。

二氧化碳抑菌技術(shù)在乳制品中的應(yīng)用

二氧化碳（CO2）是碳原子的最高氧化狀態(tài)，常溫下以無色無味的氣體狀態(tài)存在，微溶于水。二氧化碳是一種天然抗微生物劑，具有抑制微生物生長的作用。因為二氧化碳分子是非極性分子，易溶解在微生物細胞膜的脂質(zhì)雙分子層中，且能增加膜的流動性，從而使細胞質(zhì)暴露在有毒的環(huán)境中。微生物的細胞質(zhì)含有水分，而二氧化碳與水發(fā)生水合反應(yīng)生成碳酸，導(dǎo)致細胞質(zhì)pH值降低，使細胞所受壓強增大。當二氧化碳在細胞內(nèi)積累時，微生物視其為代謝廢物而需消耗更多的代謝能量，同時取代氧氣最小限度，發(fā)生降解反應(yīng)，擾亂微生物正常的生理平衡。

二氧化碳抗菌技術(shù)應(yīng)用于乳制品保鮮常采用兩種方式：直接添加二氧化碳和充入二氧化碳混合氣體的MAP氣調(diào)包裝技術(shù)。已有相關(guān)研究證實，二氧化碳對革蘭氏陽性和革蘭氏陰性微生物的生長均具有抑制作用，這種抑制作用的效果主要依賴于二氧化碳在產(chǎn)品中的溶解程度，故較易溶解的液態(tài)乳制品更宜采用直接添加二氧化碳的方式。

1 直接添加二氧化碳

將裝有液化和壓縮二氧化碳的鋼瓶利用減壓閥和導(dǎo)管連通液態(tài)乳容器底部，以較低的壓力向液態(tài)乳中充入適量二氧化碳。此方法對延長液態(tài)乳的貨架期具有顯著作用，例如巴氏殺菌乳常規(guī)貨架期一般為15d左右，直接充入二氧化碳后貨架期可延長7d左右。但是，直接添加二氧化碳會受到包裝材料阻隔性的影響。

包裝材料是隔離液態(tài)乳與外界環(huán)境的屏障，其主要功能是阻隔會加速乳品氧化變質(zhì)進程的氧氣。該性能一般通過包裝材料的氧氣透過率表征—氧氣透過率越大的包材，單位時間內(nèi)透過同一面積包材的氧氣量就越多。眾所周知，氧氣能促進大多數(shù)微生物的生長繁殖，這將導(dǎo)致二氧化碳抗菌效果以及延長貨架期的作用大打折扣。

筆者曾利用Labthink品牌的VAC-V2壓差法氣體滲透儀測試了不同貯藏溫度下的多種液態(tài)乳包裝材料的氧氣透過率，如表1所示，復(fù)合膜的氧氣透過率明顯低于PE膜，這是因為復(fù)合膜集合了多種膜材的優(yōu)點，尤其是添加了鋁箔的復(fù)合膜，其氧氣透過率僅為同溫度下PE膜的0.05%~0.16%。表1也反映了包裝材料的氧氣透過率指標受溫度影響的情況，即溫度越高，材料的氧氣透過率越大，越不利于對氧氣的阻隔。

基于表1的試驗結(jié)果，對于采用直接添加二氧化碳抑菌的液態(tài)乳，建議選擇多層塑塑復(fù)合膜、鋁塑復(fù)合膜、紙鋁塑復(fù)合膜或鍍鋁復(fù)合膜等作為包裝材料，充分利用其產(chǎn)生的協(xié)同抑菌作用。相關(guān)研究顯示，原料乳中注入二氧化碳后，采用高阻隔材料包裝可使其貨架期提高97.9%，而采用低阻隔材料包裝，其貨架期只提高了65.6%。

表1 液態(tài)乳包裝材料不同溫度下氧氣透過率測試數(shù)據(jù)

2 添加二氧化碳混合氣體的MAP氣調(diào)包裝技術(shù)

MAP又稱氣調(diào)保鮮包裝，是一種通過調(diào)節(jié)包裝內(nèi)氣體含量以營造利于抑菌保鮮氣體氛圍的包裝形式，粉類乳制品由于形態(tài)緣故更適宜采用MAP氣調(diào)包裝技術(shù)。MAP氣調(diào)包裝技術(shù)是將一定比例的氮氣和二氧化碳混合氣體充入包裝，充入的惰性氣體—氮氣能最大限度地降低乳粉包裝內(nèi)氧氣殘留量；二氧化碳則協(xié)同氮氣抑制乳粉中嗜氧菌繁殖，從而延長貨架期。

需要注意的是，MAP氣調(diào)包裝技術(shù)的抑菌效果與包裝內(nèi)各氣體成分含量的穩(wěn)定程度密切相關(guān)。若乳粉所用包裝對氣體的阻隔性較差，或乳粉包裝密封不良，則易改變包裝內(nèi)部氮氣或二氧化碳的含量，這也是乳粉氣調(diào)包裝要求使用對氣體具有高阻隔性的包裝材料，以及建立定期檢測包裝內(nèi)氣體成分含量日常監(jiān)測機制的原因。

筆者所在的濟南蘭光包裝安全檢測中心的研究人員曾利用CLASSIC 650頂空氣體分析儀測試罐裝乳粉和鋁塑復(fù)合膜袋裝乳粉這兩種乳粉試樣的頂空氣體成分含量，結(jié)果如表2。罐裝乳粉采用充入二氧化碳和氮氣的氣調(diào)包裝，試驗期間各氣體成分含量較為穩(wěn)定，原因可能在于馬口鐵罐自身對于氣體具有優(yōu)異的阻隔性。鋁塑復(fù)合膜袋裝乳粉采用充氮的包裝形式，從表2可以觀察到，氧氣含量隨貯藏時間的延長出現(xiàn)緩慢上升，氮氣和二氧化碳含量逐漸減少，這可能是因為鋁塑復(fù)合袋表面存在針孔或折痕，或者存在泄漏點，進而增大了包裝整體的氧氣透過量。

結(jié)語

抑菌是乳制品貯藏保鮮領(lǐng)域的永久話題，以嗜冷菌為主的微生物菌群在低溫環(huán)境中仍具有較強的繁殖性，是乳制品最為主要的致腐菌群。二氧化碳是一種天然抗微生物劑，具有抑制微生物生長的作用，可采用向乳制品中直接添加二氧化碳的方式和充入二氧化碳混合氣體的MAP氣調(diào)包裝技術(shù)實現(xiàn)抑菌保鮮目的。

表2 乳粉包裝內(nèi)氣體含量測試結(jié)果