酸乳特性對殺菌型乳飲料穩(wěn)定體系的影響

徐顯睿，夏文洋，李翠鳳，張宗博，隋勇軍，李道河，陳政言，張?zhí)m威

（1.青島根源生物技術集團有限公司 食品研究室，山東 青島266000；2.青島諾和諾康實業(yè)有限公司，山東 青島266000；3.中國海洋大學食品科學與工程學院，山東青島266000）

0 引 言

殺菌型發(fā)酵乳飲料是以乳粉為主要原料，經乳酸菌發(fā)酵成酸乳，再與白砂糖、穩(wěn)定劑、乳化劑、甜味劑、酸味劑等進行調配、殺菌制成的乳飲料。乳飲料p H值在3.8~4.3，牛乳中的酪蛋白在此條件下與其它負電荷膠粒凝聚導致沉淀進而影響乳飲料的穩(wěn)定性，因此為使產品在貨架期保持均一穩(wěn)定，目前添加親水膠體是解決酸化乳體系失穩(wěn)的主要方法[1-3]。這是由于帶負電荷的親水膠體附著于帶正電荷酪蛋白顆粒表面，隨著親水膠體添加量增多使粒子表面負電荷逐漸增加，帶負電荷的酪蛋白顆粒間因靜電斥力而防止乳飲料的沉淀分層[4]。

此外對配方優(yōu)化，添加一定量脂肪可使酪蛋白膠束或酪蛋白亞膠束吸附到脂肪球表面，阻止酪蛋白顆粒聚集，改善乳飲料穩(wěn)定性[5]。乳化劑能與酪蛋白等顆粒以絡合方式聚集到粒子表面，使粒子間電荷增強阻止其互相結合，維持發(fā)酵乳飲料穩(wěn)定[6]。王銀娟[7]、孫雅婷[8]等研究發(fā)現(xiàn)乳清濃縮蛋白替代30%的脫脂乳粉可顯著降低發(fā)酵乳顆粒粒徑，減少沉淀。在工藝上目前大多數(shù)研究主要集中在均質作用、加酸工藝[9]、殺菌條件對發(fā)酵乳飲料穩(wěn)定性的影響并進行生產工藝改進，但除配方和工藝外，對調制發(fā)酵乳飲料中酸乳基料特性對其穩(wěn)定性影響，尤其以酸乳質構特征、酸乳中蛋白濃度、總酸度和p H值對乳飲料穩(wěn)定性的影響，目前在國內研究較少。因此試驗重點研究不同的酸乳特性對殺菌型發(fā)酵乳飲料離心沉淀率的影響，旨在為提高殺菌型發(fā)酵乳飲料產品穩(wěn)定性提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

脫脂奶粉（蛋白質濕基含量32.5%），新西蘭恒天然公司；羧甲基纖維素鈉、檸檬酸、檸檬酸鈉、蔗糖（食品級），市售；直投式發(fā)酵劑YO-MIX 883、YO-MIX863，美國杜邦公司；直投式發(fā)酵劑YC-X 11、LH-B02、L.casei 01、YOFLEX Express 1.0，丹麥科漢森公司。

1.2 儀器與設備

TAX-XT 2i質構分析儀，英國Stable Micro Systems公司；DV-Ⅱ黏度計，美國BROOKFIELD公司；iCinac乳品發(fā)酵監(jiān)控儀，法國AMS Alliance公司；R 50A高速乳化剪切機，上海弗魯克科技發(fā)展有限公司；AH-BASIC高壓均質機，加拿大ATS公司；1-7離心機，德國Sigma公司。

1.3 方法

1.3.1 酸乳的制備

稱取脫脂奶粉125 g（蛋白含量4%）加純水溶解（45℃、30 min）定容至1 000 g，均質（60℃、20 MPa），水浴殺菌（95℃、5 min），冷卻（37~43℃）接種，發(fā)酵至酸度90±5°T，立即破乳，冷卻至25℃以下備用。

分別設計蛋白含量為5%、6%、7%3個梯度，再按上述方法進行酸乳制備。

1.3.2 發(fā)酵乳飲料的制備

分別稱取蔗糖110 g、羧甲基纖維素鈉5 g、檸檬酸鈉1 g混勻后加水溶解（80℃、40 min），冷卻至30℃以下加入上述酸乳250 g（蛋白含量4%），混合均勻（10 min）再用30%的檸檬酸溶液調整酸度至45~50°T，預熱均質（65℃、25 MPa），用PP瓶進行灌裝，水浴殺菌（87~89℃、30 min），快速冷卻至常溫，得到蛋白含量為1%的發(fā)酵乳飲料。

1.3.3 離心沉淀率測定

稱取10 g乳飲料成品加入帶刻度的離心管中，在4 000 r/min條件下離心10 min，讀取離心管底部沉淀體積（V），沉淀率按式（1）計算。

1.3.4 酸乳黏度測試

按1.3.1中方法制備酸乳，采用BROOKFIELDDV-Ⅱ黏度計測定產品黏度。測定條件：63 s轉子，轉速5 rpm，測定時間為10 s。

1.3.5 酸乳質構測試

按1.3.1中方法制備酸乳，采用TAX-XT 2i質構分析儀測定產品硬度、稠度、黏聚性。測定條件：選用A/BE探頭，壓力盤直徑為35 mm。設置參數(shù)：下降速度1.0 mm/s，測試速度1.0 mm/s，提升速度10.0 mm/s，測試深度30 mm，記錄整個過程中所需應力。探入過程中的最大峰值為硬度，探頭上行的負峰值為黏聚性，曲線正峰面積為稠度。

1.3.6 酸乳持水性測試

按1.3.1中方法制備酸乳，測定方法按參考文獻方法，持水率按式（2）計算。

1.3.7 酸乳p H值測定

將菌粉用10%滅菌的脫脂乳稀釋，按用量分別轉接至4%、5%、6%、7%的脫脂復原乳中，在菌粉最適發(fā)酵溫度下，采用iCinac乳品發(fā)酵監(jiān)控儀測試20 h內的p H值。

1.3.8 酸乳總酸度測定

稱取10 g酸乳樣品置于錐形瓶中，加入20 mL冷卻至室溫的蒸餾水混勻，再加入2滴0.5%的酚酞指示劑，混勻后用氫氧化鈉標定溶液滴定至微紅色，并在30 s內不褪色，讀取消耗氫氧化鈉標準溶液體積（V）,酸度按式（3）計算。

酸度（°T）=CV×10 （3）式中C為氫氧化鈉標定溶液的摩爾濃度。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用OriginPro 8.5軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 不同發(fā)酵劑發(fā)酵酸乳對飲料離心沉淀率的影響

將6種不同發(fā)酵劑制備的酸乳按1.3.2中方法調制成發(fā)酵乳飲料，殺菌后進行離心試驗，考察不同酸乳對離心沉淀率的影響。由圖1可知，以發(fā)酵劑YO-MIX 883和YO-MIX 863制備的酸乳調配成乳飲料的穩(wěn)定性最好，顯著低于采用其他發(fā)酵酸乳產生的離心沉淀率。其次為YC-X 11和YOFLEX Express1.0，產生的離心沉淀率均在2.0%左右。發(fā)酵劑LH-B02、L.casei 01發(fā)酵酸乳產生的離心沉淀率最高，均在2.5%。

圖1 不同酸乳對發(fā)酵乳飲料離心沉淀率影響

影響殺菌型發(fā)酵乳飲料穩(wěn)定性的因素通常是穩(wěn)定劑和殺菌強度，但本試驗上述兩個參數(shù)均一致，因此不同的酸乳性狀使發(fā)酵乳飲料的穩(wěn)定性不同。酸乳的乳清分離或析出現(xiàn)象（黏度、質構特征、持水率有關）、過度發(fā)酵（p H和酸度有關）、干物質含量（蛋白濃度有關）是影響酸乳性狀的重要因素[10]，因此進一步測試對酸乳性狀有顯著影響的指標并考察飲料的離心沉淀率。

2.2 不同發(fā)酵劑發(fā)酵酸乳黏度對離心沉淀率的影響

由圖2可知，6種不同發(fā)酵劑發(fā)酵酸乳的黏度不同，且差異顯著。YO-MIX 883發(fā)酵酸乳的黏度值最高，其值為4 470 mPa·s；YO-MIX 863發(fā)酵酸乳相對于其他發(fā)酵劑表現(xiàn)出較大的黏度值，其黏度為3 450 mPa·s；其次為發(fā)酵劑YC-X 11、YOFLEX Express1.0，而發(fā)酵劑LH-B02和L.casei01發(fā)酵酸乳的黏度相似且最小。由圖1、圖2可以看出，飲料離心沉淀率與發(fā)酵酸乳的黏度呈負相關，酸乳黏度越大，飲料離心沉淀率越小，可能與Yang[11]等研究發(fā)現(xiàn)酸乳黏度高可使酪蛋白膠束緊密聚集，降低凝膠網(wǎng)狀結構的重組或破壞，減少乳清析出進而提高酸乳品質有關。

圖2 不同發(fā)酵劑發(fā)酵酸乳的黏度

2.3 不同發(fā)酵劑發(fā)酵酸乳持水率對離心沉淀率的影響

由圖3可知，6種不同發(fā)酵劑發(fā)酵的酸乳持水率差異顯著。YO-MIX 883發(fā)酵的酸乳持水率最高，持水率為47.74%；發(fā)酵劑YO-MIX 863發(fā)酵的酸乳也表現(xiàn)出較大的持水率，其值為36.7%；其次為YC-X 11和YOFLEX Express1.0，其酸乳持水率相似，分別為24.6%和23.5%；發(fā)酵劑LH-B02和L.casei01發(fā)酵酸乳的持水率最小，持水率分別為13.8%和13.1%。因此由圖1、圖3可以看出飲料離心沉淀率與發(fā)酵酸乳的持水率呈負相關，酸乳持水率越大，飲料離心沉淀率越小。

圖3 不同發(fā)酵劑發(fā)酵酸乳的持水性

2.4 不同發(fā)酵劑發(fā)酵酸乳的質構特征對離心沉淀率的影響

發(fā)酵終點p H可顯著影響酸乳的質構特征。胡凱麗等[12]發(fā)現(xiàn)隨著p H降低，酸乳的硬度、稠度和黏聚性均呈上升趨勢。調制發(fā)酵乳飲料以滴定總酸度為酸乳的發(fā)酵終點，因此當酸乳總酸度在90±5°T，測定其p H值考察破乳時酸乳的質構特征，進而評價調制乳飲料過程中不同酸乳的質構對離心沉淀率的影響。

圖4 表示發(fā)酵過程中不同酸乳的p H變化趨勢，不同發(fā)酵菌產酸能力的差異使酸乳達到符合破乳要求相對應的p H值不同。由圖4可知，YO-MIX 883和YO-MIX 863前期產酸速度快，分別在6、10 h發(fā)酵速度趨于穩(wěn)定，總酸度在90±5°T對應的p H分別在4.20~4.45和4.25~4.35；YC-X 11發(fā)酵趨勢與上述兩個發(fā)酵劑類似且p H在10~20 h基本無變化，符合破乳的p H在4.5~4.59；YOFLEX Express1.0在p H 4.23~4.29符合破乳指標；LH-B02和L.casei01產酸速度最慢，在20 h內達到破乳酸度的p H分別在4.55左右和4.38~4.48。

圖4 不同發(fā)酵劑發(fā)酵酸乳的pH曲線

表1 為發(fā)酵終止時各酸乳實際的滴定總酸度和對應的p H。由表1可知，酸乳在90±5°T的p H在4.25~4.59，其中YO-MIX 863在硬度、稠度方面表現(xiàn)最好，略高于YO-MIX 883，但YO-MIX 883黏聚性指標最高，說明其黏度大，拉絲長。從圖1、圖2可知，酸乳的黏度越高，其飲料的離心沉淀率越小，與表3中試驗結果一致。徐顯睿[13]研究發(fā)現(xiàn)酸乳的硬度、稠度和黏度表現(xiàn)為較好的線性關系，發(fā)酵乳硬度大，發(fā)酵乳越稠厚，其黏度就越大。但本試驗中YO-MIX 883在硬度、稠度指標低于YO-MIX 863可能與其終點p H偏高有關。其它酸乳在硬度、稠度和黏聚性方面顯著低于上述兩個酸乳。因此，由圖1、圖2、表1可以看出，酸乳質構特征與離心沉淀率呈負相關性，酸乳的質構特征越大可顯著降低發(fā)酵乳飲料的離心沉淀率。

表1 不同發(fā)酵劑發(fā)酵酸乳質構

2.5 不同蛋白濃度發(fā)酵酸乳的特性測定結果

由上述試驗結果表明，酸乳黏度大、持水率高、質構特征越大，其制備的發(fā)酵乳飲料離心沉淀率越小，選擇發(fā)酵劑YO-MIX 883進一步優(yōu)化酸乳性狀。Catarino[14]等研究表明提高脫脂奶粉比例，可顯著改善酸乳質構特性。Sandra[15]等發(fā)現(xiàn)超濾增加酪蛋白濃度對酸乳的稠厚度有顯著影響。因此按1.3.1中方法配制不同蛋白濃度的酸乳并測試其特性。

由圖5可知，YO-MIX 883發(fā)酵不同蛋白濃度的酸乳在20 h的p H變化趨勢不同。發(fā)酵4%和5%蛋白濃度的產酸速度最快，6 h使酸乳p H降至4.5以下；發(fā)酵6%蛋白濃度的產酸能力顯著減弱，10 h酸乳的p H在4.5左右；發(fā)酵7%蛋白濃度的產能速度最慢，在16 h使酸乳p H降至4.5左右。楊愛君等研究發(fā)現(xiàn)酸奶在發(fā)酵過程中的黏度、質構、酸度及p H變化均與蛋白濃度有關[16]。因此由于不同蛋白濃度導致酸化水平不同，酸乳在90±5°T進行破乳調配時其p H值存在較大差異，進而使酸乳質構特征不同，具體見表2。由表2可知，發(fā)酵不同蛋白濃度酸乳的黏度、持水性、硬度、稠度和黏聚性指標基本呈正相關性，4%、5%和7%蛋白濃度的質構特征較大，其中5%蛋白濃度的黏度、持水性和質構特征最大，與蛋白濃度較高且酸化p H較低均有關。Ronnegard等研究表明發(fā)酵終點pH由4.7降到4.1過程使發(fā)酵乳硬度和黏度明顯增加；Sandoval等[17]發(fā)現(xiàn)將蛋白濃度由4%提高至5%可使酸乳硬度增加33%，與本試驗結果類似。4%和7%蛋白濃度質構特征相似，其中4%蛋白濃度酸乳性狀主要與產酸速度快、p H較低有關，而7%蛋白濃度的酸乳雖然p H較高但由于其干物質含量高導致其質構特征、黏度和持水性均較高。但6%蛋白濃度酸乳的黏度、持水性和質構特征相對較小則與其終止高p H值有關。

圖5 發(fā)酵不同蛋白濃度酸乳的pH曲線

表2 不同蛋白濃度發(fā)酵酸乳的特性

2.6 不同蛋白濃度酸乳對飲料離心沉淀率的影響

由圖6可知，由上述不同蛋白濃度的酸乳制備發(fā)酵乳飲料的離心沉淀率不同，但差異性不大，主要為不同蛋白濃度的酸乳黏度、持水性和質構特征呈正相關且差異不顯著。5%蛋白濃度酸乳，其調制的發(fā)酵乳飲料離心沉淀率最小，6%蛋白濃度的酸乳制備乳飲料的離心沉淀率相對于4%、7%的蛋白濃度較大，約為1.2%、4%和7%蛋白濃度的酸乳制備發(fā)酵乳飲料的離心沉淀率相似，約為1.0%。

圖6 不同發(fā)酵蛋白濃度對發(fā)酵乳飲料離心沉淀率影響

2.7 不同發(fā)酵乳的酸度對飲料離心沉淀率的影響

由上述試驗結果表明，以優(yōu)選發(fā)酵劑發(fā)酵5%蛋白濃度的酸乳，調制成發(fā)酵乳飲料的離心沉淀率最小，因此以5%蛋白濃度酸乳為基料，發(fā)酵至不同終止酸度制備蛋白含量為1%的發(fā)酵乳飲料，考察不同的酸乳酸度對飲料離心沉淀率的影響。

由圖7可知，酸乳酸度為80、100、120°T，其制備的發(fā)酵乳飲料離心沉淀率最小，約在1.0%；酸乳在140、160°T的發(fā)酵乳飲料離心沉淀率略高，分別約為1.2%和1.3%。這是由于發(fā)酵過度，產酸過多達到深度發(fā)酵程度使蛋白變性程度加強，顆粒粗大，使乳飲料產品穩(wěn)定性變差。此外酸度80~120°T時測得酸乳p H值在4.2~4.4（±0.05），但由于在蛋白濃度不高的條件下p H值可顯著影響酸乳質構特征導致黏度和持水性的差異，因此發(fā)酵終點必須兼顧酸度和p H指標，若酸度或p H不到，需適當延長發(fā)酵時間。反之，則應縮短發(fā)酵時間以保證乳飲料產品穩(wěn)定性。

圖7 不同發(fā)酵乳酸度對發(fā)酵乳飲料離心沉淀率影響

3 結 論

酸乳特性對殺菌型發(fā)酵乳飲料的穩(wěn)定性有顯著影響，酸乳黏度、持水率、質構特征基本呈正相關性，與發(fā)酵乳飲料離心沉淀率呈負相關性。試驗結果表明酸乳的黏度越大，其持水率越高，酸乳硬度、稠度和黏聚性也越大，用其制備發(fā)酵乳飲料的離心沉淀率越低。對優(yōu)良酸乳性狀發(fā)酵工藝進行優(yōu)化表明蛋白濃度為5%、酸度80~120°T且終點p H在4.15~4.45的酸乳制備發(fā)酵乳飲料，此時得到的離心沉淀率最低，沉淀率為1.0%。