A2β-酪蛋白乳酸菌飲料穩(wěn)定性研究

王新 王青云 王占東 梁超 夏潔

本文以A2β-酪蛋白乳酸菌飲料的蛋白質(zhì)含量、均質(zhì)壓力、pH、復(fù)配穩(wěn)定體系為研究對象，以離心沉淀率和感官分析為評價指標(biāo)，對A2β-酪蛋白乳酸菌飲料的穩(wěn)定性進行研究，以期對乳酸菌飲料的新產(chǎn)品開發(fā)、原料選擇以及工藝參數(shù)設(shè)定等提供重要的理論指導(dǎo)。

一、材料與儀器

1.材料。A2β-酪蛋白生牛乳，哈爾濱完達山乳業(yè)股份有限公司；白砂糖，北方銀霞；食用葡萄糖，益海嘉里；實驗用發(fā)酵劑（保加利亞乳桿菌、嗜熱鏈球菌），杜邦；柑橘纖維，樂檬；羧甲基纖維素鈉（CMC），重慶力宏；果膠，杜邦；檸檬酸鈉，濰坊英軒實業(yè)有限公司；乳酸，金丹等。

2.儀器。FA2004電子天平，上海浦春計量儀器有限公司；FA25高剪切分散乳化機，上海弗魯克科技發(fā)展有限公司；RH250-70高壓均質(zhì)機，上海申鹿均質(zhì)機有限公司；恒溫培養(yǎng)箱，上海浦東榮豐科學(xué)儀器有限公司；DV3T粘度儀，美國Brookfield公司；FE28 pH計，梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；離心機TDL80-2B，上海安亭科學(xué)儀器廠；燒杯、稱量勺、溫度計等。

二、試驗與方法

1.發(fā)酵基料的制備。A2β-酪蛋白生牛乳加熱進行均質(zhì)（溫度55℃-60℃，壓力180bar-200bar）、殺菌（溫度90℃-95℃，時間300s），然后降溫至41℃-43℃，添加發(fā)酵劑（保加利亞乳桿菌、嗜熱鏈球菌），以0.2DCU/kg進行發(fā)酵，發(fā)酵至pH為4.4，破乳降溫至10℃停止發(fā)酵。

2.殺菌型乳酸菌飲料的制備。將純凈水加熱至70℃-75℃，啟動高剪切分散乳化機，緩慢加入白砂糖、羧甲基纖維素鈉（CMC），持續(xù)20min待完全溶解，降溫至20℃以下與發(fā)酵基料混合均勻；乳酸用20倍純凈水稀釋后慢加入至料液中，最后進行定容、均質(zhì)、殺菌、灌裝。

3.乳酸菌飲料的沉淀率測定。將制備的乳酸菌飲料樣品倒入離心管中，定量為10mL，以4000r/min的速度離心20min，待離心機停止后取出離心管并緩慢倒出上清液，然后將離心管倒置10min后測量離心管底部沉淀量，離心沉淀率計算公式如下：

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%

4.穩(wěn)定體系的構(gòu)建研究。殺菌型乳酸菌飲料是一種不穩(wěn)定的多相體系，包含發(fā)酵、酸化、殺菌等過程，穩(wěn)定性較差，易出現(xiàn)沉淀、分層、渾濁、析水等現(xiàn)象，嚴重影響產(chǎn)品質(zhì)量和外觀。根據(jù)前期的試驗積累，選擇柑橘纖維、羧甲基纖維素鈉（CMC）、果膠、檸檬酸鈉復(fù)配作為殺菌型乳酸菌飲料的穩(wěn)定體系，進行4因素3水平正交實驗，以確定最佳穩(wěn)定體系配比。試驗因素水平如表1所示，并通過保質(zhì)期內(nèi)感官評定進行評判。

5.感官分析。由15人組成感官分析品評小組，測評產(chǎn)品的析水量、沉淀量、清爽度、風(fēng)味釋放性等。感官評價標(biāo)準(zhǔn)如表2所示，滿分為10分。

三、結(jié)果與分析

1.蛋白質(zhì)含量對產(chǎn)品穩(wěn)定性的影響。蛋白質(zhì)是滅菌型乳酸菌飲料的核心營養(yǎng)元素，也影響著產(chǎn)品的穩(wěn)定性。配方設(shè)計為：羧甲基纖維素鈉（CMC）添加量為0.6%，產(chǎn)品pH為3.8，均質(zhì)壓力為200bar，制備蛋白質(zhì)含量為0.7%、0.8%、0.9%、1.0%、1.1%、1.2%的殺菌型乳酸菌飲料樣品，并對其進行沉淀率測定。從圖1可以看出，隨著蛋白質(zhì)含量的增加，飲料體系的離心沉淀率逐漸上升，說明產(chǎn)品穩(wěn)定性變差。這是因為在基料發(fā)酵過程中乳清蛋白和酪蛋白復(fù)合體會隨著乳酸的產(chǎn)生變得越來越不穩(wěn)定，當(dāng)體系內(nèi)的pH達到酪蛋白的等電點時，酪蛋白膠粒開始聚集，分子團變大，蛋白質(zhì)逐漸失去穩(wěn)定性。在后續(xù)步驟的酸化和殺菌過程中，蛋白質(zhì)會更加不穩(wěn)定，形成變性和沉淀。根據(jù)國標(biāo)最低蛋白質(zhì)含量要求（≥0.7%），確定蛋白質(zhì)含量為0.7g/100g。

圖1：殺菌型乳酸菌飲料蛋白質(zhì)含量對離心沉淀率

的影響

2.pH對產(chǎn)品穩(wěn)定性的影響。pH決定產(chǎn)品的酸甜口味，也決定產(chǎn)品的穩(wěn)定性。配方設(shè)計為：羧甲基纖維素鈉（CMC）添加量為0.6%，蛋白質(zhì)含量為0.7%，均質(zhì)壓力為200bar，通過添加有機酸乳酸來調(diào)節(jié)產(chǎn)品的pH，調(diào)整殺菌型乳酸菌飲料的pH為3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9、4.0、4.1、4.2、4.3進行實驗，冷藏3d后測其離心率，并進行沉淀率測定。從圖2可以看出，隨著pH升高，產(chǎn)品的沉淀率呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢，當(dāng)pH為3.8時沉淀率最低，因此確定最佳pH為3.8。這是因為產(chǎn)品在酸化過程中，酪蛋白膠體離子被破壞，而穩(wěn)定體系在合適的pH條件下能與酪蛋白所帶正電荷發(fā)生靜電作用，形成親水性復(fù)合物，避免顆粒間的聚合作用，使酪蛋白膠束顆粒得以穩(wěn)定分散。

3.均質(zhì)壓力對產(chǎn)品穩(wěn)定性的影響。均質(zhì)工藝是一個細化過程，對殺菌型乳酸菌飲料的穩(wěn)定性有很大的影響。配方設(shè)計為：羧甲基纖維素鈉（CMC）添加量為0.6%，蛋白質(zhì)含量為0.7%，pH為3.8，調(diào)整均質(zhì)壓力為100bar、120bar、140bar、160bar、180bar、200bar、220bar、240bar、260bar、280bar、300bar，冷藏3d后測其離心率，并進行沉淀率測定。從圖3可以看出，隨著均質(zhì)壓力的升高，產(chǎn)品離心沉淀率逐漸降低，當(dāng)均質(zhì)壓力高于240bar時，飲料體系的離心沉淀率又逐漸上升，因此確定最佳均質(zhì)壓力為240bar。根據(jù)斯托克斯定律，蛋白質(zhì)分子的沉降速度與其粒子半徑成正比，在均質(zhì)過程中，均質(zhì)壓力越小，形成的蛋白質(zhì)顆粒就越大，越容易形成沉淀；均質(zhì)壓力越大，蛋白質(zhì)分子半徑越小，其沉降速度越慢，溶液體系越穩(wěn)定。而均質(zhì)壓力過大時形成的蛋白質(zhì)粒徑太小，一方面會導(dǎo)致分子布朗運動加快，碰撞頻率增加；另一方面會造成表面電荷減少，電荷排斥作用降低，蛋白質(zhì)容易聚集，產(chǎn)品穩(wěn)定性下降。

圖3：殺菌型乳酸菌飲料均質(zhì)壓力對離心沉淀率的影響

4.穩(wěn)定體系正交實驗結(jié)果。穩(wěn)定體系是殺菌型乳酸菌飲料維持質(zhì)量穩(wěn)定的關(guān)鍵要素。配方設(shè)計為：蛋白質(zhì)含量為0.7%，pH為3.8，均質(zhì)壓力為240bar，穩(wěn)定體系根據(jù)正交試驗進行復(fù)配組合，常溫存放6個月，通過感官評定對殺菌型乳酸菌飲料進行綜合評分。從表3可以看出，實驗方案7的評分最高，穩(wěn)定體系組合為：1.5‰柑橘纖維、1.0‰羧甲基纖維素鈉、2.0‰果膠、0.5‰檸檬酸鈉，正交實驗得到的組合為：1.5‰柑橘纖維、3.0‰羧甲基纖維素鈉、2.0‰果膠、0.5‰檸檬酸鈉。對以上兩組方案進行比對驗證，產(chǎn)品在保質(zhì)期內(nèi)的析水量和沉淀率均得到有效控制，但實驗方案7的產(chǎn)品明顯比正交實驗得到的組合方案的產(chǎn)品口感清爽、風(fēng)味釋放性好，所以在保證產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定的前提下，選擇口感風(fēng)味更優(yōu)的實驗方案7。

綜上所述，殺菌型乳酸菌飲料是一種多相不穩(wěn)定體系，保質(zhì)期內(nèi)容易出現(xiàn)沉淀、析水等現(xiàn)象。要想維持產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，就需要將配方與工藝緊密結(jié)合。本實驗以A2β-酪蛋白牛奶為原料，包含發(fā)酵、調(diào)配、酸化、均質(zhì)、殺菌等制作過程。為解決產(chǎn)品在保質(zhì)期內(nèi)易出現(xiàn)的沉淀、分層、析水等質(zhì)量問題，對關(guān)鍵因素蛋白質(zhì)含量、均質(zhì)壓力、pH和穩(wěn)定性體系的構(gòu)建進行了研究。結(jié)果表明，蛋白質(zhì)含量為0.7%，pH為3.8，加工過程均質(zhì)壓力為240bar，穩(wěn)定體系為1.5‰柑橘纖維、1.0‰羧甲基纖維素鈉、2.0‰果膠、0.5‰檸檬酸鈉進行復(fù)配，可使產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。

基金項目：黑龍江省“百千萬”工程科技重大專項“超高端有機A2系列乳制品研制開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化示范”（2021ZX12B01）。

作者簡介：王新（1984-），男，漢族，湖南漢壽縣人，高級工程師，大學(xué)本科，研究方向為乳制品類產(chǎn)品的研究與開發(fā)。

*通信作者：王青云（1978-），男，漢族，安徽淮北人，正高級工程師，碩士研究生，研究方向為乳制品類產(chǎn)品的研究與開發(fā)。