活菌型乳酸菌飲料穩(wěn)定性影響因素淺析

朱彤

上海旺旺食品有限公司（上海 201102）

乳酸菌飲料是近年來(lái)在我國(guó)快速發(fā)展并流行的一類飲料產(chǎn)品，它是利用乳酸菌（如保加利亞乳桿菌、嗜熱鏈球菌等）對(duì)脫脂奶（包括用脫脂奶粉還原）進(jìn)行發(fā)酵，發(fā)酵過程中乳糖轉(zhuǎn)變成為乳酸同時(shí)蛋白質(zhì)發(fā)生降解，當(dāng)發(fā)酵到酸度不變時(shí)以此為基料進(jìn)行調(diào)配，調(diào)配時(shí)根據(jù)需要添加蔗糖、有機(jī)酸、螯合劑、穩(wěn)定劑等配料，經(jīng)過定量、均質(zhì)等工藝制作而成的具有清爽口感、酸甜適中的飲料[1]。主要針對(duì)乳酸菌飲料生產(chǎn)過程中對(duì)于品質(zhì)部分有可能會(huì)影響的因素，包括不同的發(fā)酵菌種、不同的奶粉種類、不同糖的種類、不同的均質(zhì)壓力、有機(jī)酸的添加順序、螯合劑的使用、穩(wěn)定劑的選擇等做了基礎(chǔ)探討。所涉及的結(jié)論希望能對(duì)乳酸菌飲料相關(guān)的新產(chǎn)品開發(fā)、原料選擇以及工藝參數(shù)的設(shè)定等提供重要的理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

恒天然脫脂乳粉，白砂糖，葡萄糖，漢森菌種（YC-380、LH-B 02），乳酸，檸檬酸鈉，可溶性大豆多糖（SSPS，國(guó)產(chǎn)），海藻酸丙二醇酯（PGA）。

1.2 儀器與設(shè)備

ME4002E精密電子天平（梅特勒-托利多集團(tuán)）；S210-S pH計(jì)（梅特勒-托利多集團(tuán)）；PYXPHS-50X65隔水式電熱恒溫培養(yǎng)箱（上海進(jìn)醫(yī)療器械有限公司）；DK-S22恒溫水浴鍋（上海精宏實(shí)驗(yàn)室設(shè)備有限公司）；SIGAM2-16P離心機(jī)（希格瑪實(shí)驗(yàn)室離心機(jī)公司）；NS2002H均質(zhì)機(jī)（德國(guó)GEA集團(tuán)）；Brookfield DV2TLV黏度計(jì)（美國(guó)博勒飛公司）；LS-609激光粒度分布儀（珠海歐美克儀器有限公司）。

1.2.1 發(fā)酵乳制備

用水（55～60 ℃）將脫脂奶粉、葡萄糖混合物進(jìn)行攪拌溶解，確認(rèn)溶解完全后進(jìn)行靜置水合30 min（水浴55 ℃保溫），然后進(jìn)行高溫殺菌（125 ℃，4 s），殺菌后快速冷卻至43 ℃，添加菌種進(jìn)行恒溫發(fā)酵（發(fā)酵溫度43 ℃），發(fā)酵至發(fā)酵乳的酸度基本不變時(shí)進(jìn)行破乳并冷卻至10 ℃以下備用。

1.2.2 乳酸菌飲料制備

將白砂糖、穩(wěn)定劑混合后用水（75 ℃）進(jìn)行攪拌溶解，完全溶解后進(jìn)行高溫殺菌（125 ℃，30 s），殺菌后冷卻至10 ℃以下，添加自制的發(fā)酵乳然后攪拌混合均勻，根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)酸，然后進(jìn)行定量及均質(zhì)，均質(zhì)后冷藏儲(chǔ)存。

1.2.3 乳酸菌飲料黏度的測(cè)定

統(tǒng)一設(shè)定10 ℃為測(cè)定溫度，根據(jù)產(chǎn)品預(yù)計(jì)的黏度范圍選擇合適的轉(zhuǎn)子，通過黏度計(jì)進(jìn)行黏度的測(cè)定。

1.2.4 乳酸菌飲料的沉淀率測(cè)定

稱取一定量的乳酸菌飲料的樣品，倒入離心管中，以3 000 r/min的速度對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行離心15 min，待離心機(jī)停止后取出離心管并緩慢倒出上清液，然后將離心管倒置5 min后測(cè)量離心管底部沉淀量，沉淀率按式（1）計(jì)算。

離心沉淀量=（處理后管的質(zhì)量-處理前空管的質(zhì)量）/樣品質(zhì)量×100% （1）

1.2.5 乳酸菌飲料的穩(wěn)定性觀察

定期對(duì)冷藏儲(chǔ)存的乳酸菌樣品進(jìn)行感官評(píng)定，確認(rèn)樣品的體系是否均一，并觀察料液的分層及沉淀情況。

2 試驗(yàn)項(xiàng)目與討論

2.1 不同發(fā)酵菌種對(duì)于乳酸菌飲料穩(wěn)定性的影響

試驗(yàn)測(cè)試了2種不同型號(hào)的乳酸菌，在相同的發(fā)酵條件下進(jìn)行發(fā)酵，待發(fā)酵乳的酸度穩(wěn)定后，進(jìn)行破乳并制成乳酸菌飲料進(jìn)行穩(wěn)定性測(cè)試，發(fā)酵乳的結(jié)果見表1。不同的菌種發(fā)酵的結(jié)果差異較大。將對(duì)應(yīng)的發(fā)酵乳分別制成乳酸菌飲料并進(jìn)行離心沉淀率的分析以確認(rèn)產(chǎn)品的穩(wěn)定性差異，結(jié)果如圖1所示。

菌種的選擇對(duì)于乳酸菌飲料的穩(wěn)定性影響很大，發(fā)酵速度快雖然具有很強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)效益，但對(duì)于成品的穩(wěn)定性具有負(fù)面作用，所以盡量還是選擇產(chǎn)酸較慢發(fā)酵時(shí)間較長(zhǎng)的菌種。主要原因是在發(fā)酵過程的前期，乳酸菌分解乳糖產(chǎn)酸相對(duì)緩慢，而乳酸菌的蛋白酶此時(shí)蛋白水解活性較強(qiáng)，牛奶中蛋白質(zhì)持續(xù)被水解，發(fā)酵乳的顆粒逐漸變小，從而乳酸菌飲料的顆粒也相應(yīng)變小，產(chǎn)品的穩(wěn)定性得到提升[2]。隨著發(fā)酵過程的持續(xù)進(jìn)行，發(fā)酵乳中乳酸的濃度持續(xù)增加，而酸對(duì)蛋白酶有很強(qiáng)的抑制作用，牛奶中的蛋白質(zhì)水解減慢，從而發(fā)酵乳及對(duì)應(yīng)乳酸菌成品的顆粒大小趨于穩(wěn)定。

表1 菌種發(fā)酵試驗(yàn)結(jié)果

圖1 不同菌種對(duì)產(chǎn)品穩(wěn)定性的影響

2.2 奶粉的種類對(duì)于乳酸菌飲料穩(wěn)定性的影響

根據(jù)乳清蛋白氮指數(shù)（whey protein nitrogen index，WPNI），脫脂奶粉可分為高溫加熱脫脂奶粉（HH）、中溫加熱脫脂奶粉（MH）和低溫加熱脫脂奶粉（LH）[3]。試驗(yàn)對(duì)比了不同的脫脂奶粉，所對(duì)應(yīng)的乳酸菌成品穩(wěn)定性差異如圖2所示。

圖2 不同奶粉對(duì)產(chǎn)品穩(wěn)定性的影響

試驗(yàn)結(jié)果顯示，奶粉在生產(chǎn)過程中熱處理的強(qiáng)度越大，穩(wěn)定性結(jié)果越差，如果需要達(dá)到相同穩(wěn)定性條件可能所需的穩(wěn)定劑用量需要增加。所以盡可能選擇低溫或中溫的脫脂奶粉用于乳酸菌飲料的生產(chǎn)。

2.3 不同糖的種類和含量對(duì)于乳酸菌飲料穩(wěn)定性的影響

一般情況下企業(yè)通常采用蔗糖作為甜源用于乳酸菌飲料的生產(chǎn)，如果有營(yíng)養(yǎng)需求或低糖等功能訴求時(shí)，也會(huì)使用其他的糖類或甜味來(lái)源。試驗(yàn)選取了蔗糖與葡萄糖進(jìn)行對(duì)比，添加量分別為4%，6%，8%和10%，所對(duì)應(yīng)的乳酸菌成品穩(wěn)定性差異如圖3所示。

蔗糖添加量的逐漸增加，可明顯提高乳酸菌飲料的穩(wěn)定性，而葡萄糖的效果相對(duì)不明顯。這是因?yàn)檎崽蔷哂泻芎玫姆稚⑿院陀H水性，發(fā)酵乳中的蛋白質(zhì)與蔗糖分子的羥基和羧基相結(jié)合后提升了蛋白質(zhì)的親水性，從而使蛋白質(zhì)能夠相對(duì)均勻地分散，同時(shí)蔗糖溶液濃度的提高也能提升整個(gè)體系的黏度，所以蔗糖含量較高時(shí)產(chǎn)品的穩(wěn)定性得到明顯的提升[4]。相比之下，葡萄糖的分子結(jié)構(gòu)與蔗糖差異較大，分子的羥基數(shù)較少，同時(shí)葡萄糖用量增加對(duì)于體系的黏度貢獻(xiàn)也相對(duì)較差，因此同等用量的葡萄糖對(duì)于產(chǎn)品的穩(wěn)定性影響較差[5]。

圖3 不同糖對(duì)產(chǎn)品穩(wěn)定性的影響

2.4 不同均質(zhì)壓力對(duì)于乳酸菌飲料穩(wěn)定性的影響

均質(zhì)工藝對(duì)于乳酸菌飲料的穩(wěn)定性有很大的影響，通過對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行均質(zhì)使產(chǎn)品粒徑變小，試驗(yàn)比較了不同的均質(zhì)壓力，所對(duì)應(yīng)的乳酸菌成品穩(wěn)定性及粒徑變化如圖4所示。

發(fā)酵乳基料是乳酸菌飲料最主要的原料，為了驗(yàn)證其的粒徑大小對(duì)于產(chǎn)品穩(wěn)定性的影響，試驗(yàn)比較了發(fā)酵乳基料均質(zhì)與否對(duì)乳酸菌成品穩(wěn)定性影響，結(jié)果如圖5所示。

均質(zhì)工藝參數(shù)的變化對(duì)乳酸菌飲料的穩(wěn)定性影響較大。隨著均質(zhì)壓力的增加，乳酸菌飲料體系的粒徑與沉淀率均持續(xù)下降。同時(shí)對(duì)發(fā)酵乳進(jìn)行均質(zhì)處理在很大的程度上也可進(jìn)一步提高成品的穩(wěn)定性。根據(jù)斯托克斯定律，顆粒的沉降速度主要取決于顆粒的大小和整個(gè)產(chǎn)品體系的黏度，要提升乳酸菌飲料的穩(wěn)定性可以減小蛋白質(zhì)顆粒大小或增加飲料的黏度[6]。由此可見，提升均質(zhì)壓力能促進(jìn)產(chǎn)品的穩(wěn)定性，均質(zhì)壓力太低則蛋白質(zhì)顆粒較大從而穩(wěn)定性較差。

圖4 均質(zhì)與產(chǎn)品穩(wěn)定性及粒徑關(guān)系

圖5 發(fā)酵乳均質(zhì)對(duì)產(chǎn)品穩(wěn)定性影響

2.5 有機(jī)酸的添加與否及順序?qū)τ谌樗峋嬃戏€(wěn)定性的影響

乳酸菌飲料如果發(fā)酵乳基料的酸度較低時(shí)，一般會(huì)進(jìn)行額外的調(diào)酸以確保產(chǎn)品的合適口感。試驗(yàn)1用于探討乳酸添加與否的產(chǎn)品穩(wěn)定差異：樣品1直接使用發(fā)酵乳基料調(diào)配成pH 3.8的乳酸菌成品，樣品2先使用發(fā)酵乳基料調(diào)配成pH 4.0的體系然后添加乳酸溶液將體系的pH調(diào)整為3.8，試驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。

試驗(yàn)2用于研究乳酸不同的添加方式對(duì)體系穩(wěn)定性的影響：樣品1為糖膠溶液中先加乳酸后加發(fā)酵乳進(jìn)行調(diào)配；樣品2為糖膠溶液中先加發(fā)酵乳再加酸調(diào)配；樣品3為發(fā)酵乳添加至膠液中再添加含乳酸的糖漿溶液。試驗(yàn)結(jié)果如圖7所示。

使用有機(jī)酸對(duì)于乳酸菌飲料的穩(wěn)定性有負(fù)面作用，主要是由于發(fā)酵乳的平衡被外添的有機(jī)酸進(jìn)一步破壞，酸將牛乳中的鈣進(jìn)行剝離，導(dǎo)致牛乳中的蛋白質(zhì)（主要是酪蛋白）以游離的形式存在，從而發(fā)生酪蛋白的聚集與沉淀。如果一定要使用有機(jī)酸，則根據(jù)試驗(yàn)2的結(jié)果，糖膠溶液中先加乳酸后加發(fā)酵乳與糖膠溶液中先加發(fā)酵乳再加酸對(duì)產(chǎn)品穩(wěn)定性均不好，而先將發(fā)酵乳添加至膠液中再添加含乳酸的糖漿溶液相對(duì)穩(wěn)定性會(huì)比較好，主要是由于膠體對(duì)于發(fā)酵乳中的蛋白起到一定保護(hù)作用，同時(shí)，糖漿溶液起到將酸稀釋及緩沖的作用。

圖6 調(diào)酸與否對(duì)產(chǎn)品穩(wěn)定性的影響

圖7 酸的添加方式對(duì)產(chǎn)品穩(wěn)定性的影響

2.6 螯合劑的使用對(duì)于乳酸菌飲料穩(wěn)定性的影響

發(fā)酵乳發(fā)酵過程中，pH低于酪蛋白等電點(diǎn)時(shí)，Ca2+呈游離狀態(tài)，因其與酪蛋白之間聚集而影響產(chǎn)品的穩(wěn)定性。試驗(yàn)選取了檸檬酸鈉作為螯合劑，配制成不同用量的溶液添加至產(chǎn)品中，試驗(yàn)結(jié)果如圖8所示。

螯合劑的使用能有效地提升乳酸菌飲料的成品穩(wěn)定性，主要是由于Na+能增加酪蛋白表面的電荷數(shù)，促進(jìn)蛋白質(zhì)分子與水分子的作用，同時(shí)螯合劑中的酸根離子可以和游離的鈣離子螯合，降低游離鈣離子對(duì)蛋白穩(wěn)定體系的破壞，從而使乳酸菌飲料的體系穩(wěn)定性提高[7]。

圖8 螯合劑對(duì)產(chǎn)品穩(wěn)定性的影響

2.7 穩(wěn)定劑的選擇對(duì)于乳酸菌飲料穩(wěn)定性的影響

一般情況下，乳酸菌飲料都會(huì)使用穩(wěn)定劑來(lái)提升產(chǎn)品的穩(wěn)定性，選擇穩(wěn)定劑的類型通?？疾斓氖瞧溆H水和乳化的性能。

乳酸菌飲料常用的穩(wěn)定劑有CMC、果膠、PGA及可溶性大豆多糖等，考慮到活菌乳酸菌飲料的清爽口感的特性，試驗(yàn)著重研究了PGA和可溶性大豆多糖在乳酸菌飲料中沉淀和析水方面的表現(xiàn)。測(cè)試的樣品如表2所示。穩(wěn)定性結(jié)果如圖9所示，同時(shí)在儲(chǔ)存后期對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行了感官質(zhì)量的評(píng)定，結(jié)果如表3所示。

表2 PGA和可溶性大豆多糖測(cè)試比較

圖9 不同體系穩(wěn)定性儲(chǔ)存變化情況

表3 不同穩(wěn)定體系感官質(zhì)量表現(xiàn)

大豆多糖具有較為清爽的口感，但穩(wěn)定性效果相對(duì)PGA略差，如將大豆多糖與PGA進(jìn)行復(fù)配，可有效提升產(chǎn)品的穩(wěn)定性同時(shí)降低產(chǎn)品的黏度以提升產(chǎn)品的清爽口感。

PGA與大豆多糖3∶1及2∶2配比時(shí)穩(wěn)定性效果均還可以，但從感官表現(xiàn)結(jié)果看，20 d左右2∶2配比的方案有略微的分層，而3∶1則完好。綜合穩(wěn)定性和清爽口感考慮，PGA與大豆多糖按3∶1配比是一個(gè)不錯(cuò)的穩(wěn)定劑方案。

3 結(jié)論

通過上述針對(duì)不同的工藝條件、配料等因素的試驗(yàn)探討，影響乳酸菌飲料穩(wěn)定性的因素歸納如下

1) 菌種的選擇對(duì)于乳酸菌飲料的穩(wěn)定性影響很大，應(yīng)盡量選擇發(fā)酵產(chǎn)酸速度相對(duì)慢、發(fā)酵時(shí)間較長(zhǎng)的菌種。

2) 盡可能選擇低溫或中溫的脫脂奶粉用于乳酸菌飲料的生產(chǎn)。

3) 蔗糖用量的增加可有效提升乳酸菌飲料的穩(wěn)定性，使用其他糖時(shí)如葡萄糖則效果相對(duì)不明顯。

4) 均質(zhì)壓力的提高可明顯降低乳酸菌飲料的粒徑大小，從而提升成品的穩(wěn)定性。對(duì)發(fā)酵后的發(fā)酵乳基料先進(jìn)行均質(zhì)再進(jìn)行調(diào)配可進(jìn)一步提升產(chǎn)品的穩(wěn)定性。

5) 有機(jī)酸的使用對(duì)于乳酸菌飲料的穩(wěn)定性有負(fù)面作用，所以應(yīng)盡可能減少或不使用外添的有機(jī)酸。如一定要使用有機(jī)酸，先將發(fā)酵乳添加至膠液中再添加含乳酸的糖漿溶液相對(duì)穩(wěn)定性會(huì)比較好。

6) 螯合劑的使用能有效地提升乳酸菌飲料的成品穩(wěn)定性。

7) PGA相對(duì)大豆多糖有比較好的穩(wěn)定性作用，但口感比大豆多糖會(huì)相對(duì)黏稠。PGA與大豆多糖復(fù)配能兼顧穩(wěn)定性與口感，PGA與大豆多糖按3∶1配比是一個(gè)不錯(cuò)的穩(wěn)定劑方案。