微囊化技術在制造常溫型活菌酸奶中的應用

呂繼明，趙德英，于 蘭，李玉芹，曾化偉，曾 昕＊

1 安徽曦強乳業(yè)集團有限公司，安徽淮北 235000

2 淮北師范大學生命科學學院，安徽淮北 235000

0 引言

活菌型酸奶是保健功效最好的酸奶之一，其特色歸功于其中存在的高活性乳酸菌[1]?；钚匀樗峋軌蛟谀c道中增殖生長形成生物膜屏障，進而競爭性的抑制腸道黏膜有害菌；此外，乳酸菌的代謝產物（乳酸、脂肪酸）還能夠對病原菌產生抑制，維持健康的腸道菌群系統(tǒng)[2，3]。當前活菌型酸奶儲存運輸對冷鏈的要求高，貨架期短（21 天），對儲存環(huán)境要求苛刻，這無疑增加了銷售成本[4]。如何在常溫下維持高水平的乳酸菌活性和提高酸奶穩(wěn)定性是本領域存在的共性問題[2]。本研究采用微囊對活性乳酸菌進行包埋，將其和外界營養(yǎng)源隔絕開來，使其處于休眠狀態(tài)，并輔以酸奶穩(wěn)定劑進行常溫下酸奶質地的改良，旨在開發(fā)一種適用于活菌型酸奶的常溫保存體系，將對酸奶加工業(yè)中有著重要的意義。

1 材料與方法

1.1 活性乳酸菌的微囊化條件構建

1.1.1 活性乳酸菌的培養(yǎng)

取新鮮生牛乳，在65 ℃條件下，巴氏滅菌30 min，再于冰箱中冷藏備用。接種嗜熱乳酸鏈球菌于其中，加入8%蔗糖，于42 ℃發(fā)酵4 h。

1.1.2 微囊的構建

選取微晶纖維素和預膠化淀粉作為芯材的主材，加入物料重量1.7 倍的蒸餾水，使物料粘合，具有一定的可塑性。選擇孔徑為0.7 mm的孔板，將物料放入到圓筒擠壓機，在50 r/min的轉速下將物料擠出推進并通過孔板，獲得圓柱狀條形物，然后放入滾圓裝置，在500～700 r/min的轉速下將條形物打斷，并在300 r/min的轉速下滾成圓球。在擠出滾圓過程中，開啟冷卻裝置，保持系統(tǒng)溫度在5～10 ℃或以下，最大限度地保持活菌的活性[5]。制備好的丸芯，置于45 ℃烘箱中，烘干24 h后，按試驗要求過篩，得到一定大小的丸芯。將一定量的醋酸酯抗消化淀粉-硬脂酸-黃原膠溶于適合的有機溶劑中，配制成濃度3%醋酸酯抗消化淀粉-1%硬脂酸-1%黃原膠的溶液，添加占醋酸酯抗消化淀粉干基重量20%的三乙酸甘油酯，磁力攪拌8 h。在風機轉速為1 500～1 800 r/min、物料溫度25～29 ℃、進風溫度40～44 ℃、流化壓力和霧化壓力為0.01～0.1 MPa和包衣液進樣流速為5～7 r/min的條件下，對上述制備好的丸芯進行包衣制備微丸。然后稱取1 g制備好的微丸投入100 g新鮮發(fā)酵的酸奶中，攪拌均勻，置于4 ℃下儲藏[6]。

1.1.3 微囊功效試驗

將包有活菌的微囊置于巴氏殺菌酸奶中，分別在30 ℃、4 ℃下進行保存。將儲藏一定時間的酸奶中的醋酸酯淀粉-硬脂酸薄膜包衣微丸取出，用無菌水洗凈[7]。在超凈臺中將微丸徹底研磨，梯度稀釋，涂布LB培養(yǎng)基固體平板，選取0 天、3 天、6 天、9 天、12 天、15 天、18 天、21 天、24 天、27 天、30 天作為考察時間段。

1.2 基于微囊化和復合生物抑菌劑的產品無損保鮮

1.2.1 活性乳酸菌的培養(yǎng)

取新鮮生牛乳，于65 ℃保溫30 min進行巴氏滅菌，再于冰箱中冷藏備用。接種嗜熱鏈球菌于其中，加入8%蔗糖，于42 ℃發(fā)酵4 h。

1.2.2 基于微囊化、復合生物抑菌劑的無損保鮮技術構建

選取多聚賴氨酸、納他霉素、乳酸鏈球菌素作為主要材料，通過單因素試驗、復配試驗確定最適添加量。單因素試驗將考察聚賴氨酸、納他霉素和乳酸鏈球菌素各自的單一添加濃度，添加濃度為0～20 mg/L，添加后在30 ℃下存放18 天后，取出200 μL微囊外發(fā)酵乳涂布于LB平板上，并菌落計數(shù)。

1.3 常溫酸奶穩(wěn)定體系的構建及穩(wěn)定性試驗

將穩(wěn)定劑、物理改性淀粉與白砂糖進行混合，混合均勻后得到第一混合物，將第一混合物與30 ℃的牛奶混合20 min，得到第二混合物，將第二混合物與稀奶油以及乳清蛋白粉混合25 min，得到第三混合物，將第三混合物在溫度為60 ℃、壓力為160 bar的條件下進行均質處理，得到均質混合物；將均質混合物在90 ℃的溫度下進行巴氏殺菌250 s，得到殺菌混合物；將殺菌混合物降溫至35 ℃后進行發(fā)酵處理12 h，得到乳基料；將酸奶基料在15 ℃的溫度下進行灌裝，得到15 ℃儲存的酸奶。相關穩(wěn)定試驗參照表1開展。

表1 常溫酸奶穩(wěn)定體系試驗組

穩(wěn)定性測試：將該常溫儲存的酸奶在42 ℃下保溫7 天，肉眼觀察其是否出現(xiàn)沉淀或者脂肪上浮的現(xiàn)象。并隨機選擇10 人對該常溫儲存酸奶的風味進行評分，以100分為滿分，評分標準如表2所示。

表2 發(fā)酵乳感官評分標準

2 結果與分析

2.1 活性乳酸菌的微囊化條件構建

由圖1所示，當沒有采用微囊包裹的乳酸菌置于巴氏滅菌發(fā)酵乳中，其活菌數(shù)量因為強酸環(huán)境的影響極具減少，在第9天已經沒有活性乳酸菌存在；本試驗制備的活菌微囊在30 ℃環(huán)境中，其30 天活菌保存率達到49.9%，而在4 ℃環(huán)境中，其30 天活菌保存率達到81.4%，效果極為顯著。

圖1 低溫及30 ℃下微囊中乳酸菌數(shù)量變化

由圖2所示，30 ℃環(huán)境下，微囊在12 天起有部分破裂而釋放出內部乳酸菌，該部分乳酸菌在外界酸環(huán)境下先生長，后逐漸死亡；在4 ℃環(huán)境下，微囊未出現(xiàn)破裂，外界在保存期內一直未出現(xiàn)乳酸菌溢出，故在4 ℃環(huán)境下，微囊化乳酸菌能夠長時間保持活力。

圖2 低溫及30 ℃下微囊外乳酸菌數(shù)量變化

2.2 基于微囊化和復合生物抑菌劑的產品無損保鮮

由圖3所示，30 ℃環(huán)境下，添加20 mg/L聚賴氨酸可以完全抑制微囊破裂釋放出的乳酸菌生長，以保障產品不受逃逸出來的乳酸菌影響，穩(wěn)定酸奶質地，而20 mg/L乳酸鏈球菌素還不能完全抑制釋放的乳酸菌生長；故需要將兩種生物防腐劑進行復配，獲得更為高效的抑菌配方。

圖3 聚賴氨酸、乳酸鏈球菌素添加抑菌效果

由圖4所示，30 ℃環(huán)境下，10 mg/L聚賴氨酸-乳酸鏈球菌素在3∶7、4∶6、5∶5、6∶4的組合中均表現(xiàn)出強的抑菌能力，基于其價格因素，確定聚賴氨酸∶乳酸鏈球菌素=3∶7（w/w）為最適添加量。另外，為防止產品貨架期意外的真菌感染，本配方引入納他霉素，確定最終配方為聚賴氨酸∶納他霉素∶乳酸鏈球菌素=3∶1∶6，添加10 mg/L該抑菌復合物可有效抑制微囊外微生物的生長，延長產品貨架期。

圖4 聚賴氨酸-乳酸鏈球菌素復合添加（w/w）抑菌效果

2.3 常溫酸奶穩(wěn)定體系的構建及穩(wěn)定性分析

從表3中能夠得出，C組酸奶穩(wěn)定劑配方脂肪上浮程度最小，風味高水平評分高，具有在常溫下穩(wěn)定酸奶質地的作用，因此可作為輔助方案，在常溫型活菌型酸奶中使用。

表3 三種常溫酸奶穩(wěn)定劑配方效果分析

2.4 技術集成與效果分析

基于以上的優(yōu)化結果，提出了活性乳酸菌微囊化-復合抑菌劑質控-常溫酸奶穩(wěn)定劑質保技術策略，進行產業(yè)化轉化，最終產品在常溫30 ℃環(huán)境下保存30 天，活性乳酸菌含量能達到初始含量的53.6%，微囊外微生物濃度為0，酸奶質地未有任何變化，脂肪上浮厚度為0.5 mm，風味評分80分以上占比97%，效果顯著。

3 結論

本文通過微囊構建、生物抑菌劑單因素試驗、復合添加、常溫酸奶穩(wěn)定劑添加試驗，對基于食品級微囊益生菌固定化、生物抑菌劑無損保鮮體系進行了建立和優(yōu)化，并構建了最優(yōu)的常溫酸奶穩(wěn)定劑配方，結果分別為：

（1）以預膠化淀粉為芯材，進行活性乳酸菌的固定，以復配醋酸酯抗消化淀粉、硬脂酸、黃原膠（3∶1∶1）等為壁材，進行囊芯的包裹，制備直徑大小為0.7mm大小的乳酸菌微囊。本試驗制備的活菌微囊在30 ℃環(huán)境中，其30天活菌保存率達到49.9%，而在4 ℃環(huán)境中，其30天活菌保存率達到81.4%，效果顯著；

（2）與微囊化活性乳酸菌配套的復合抑菌劑配方為聚賴氨酸：納他霉素：乳酸鏈球菌素=3∶1∶6，添加10 mg/L該抑菌復合物可有效抑制微囊外微生物的生長，延長產品貨架期。

（3）穩(wěn)定劑：瓊脂3%、果膠3%、海藻酸丙二醇酯1%、檸檬酸單甘脂0.3%。乳基料：牛奶87%、稀奶油0.9%、白砂糖8.3%、乳清蛋白粉0.9%、穩(wěn)定劑0.9%、物理改性淀粉2%。