灭菌型乳酸菌饮料稳定性的研究进展

文∕张志娟 赵 晶 * 何卫加

（1黑龙江东方学院；2丹尼斯克（中国）投资有限公司）

乳酸菌饮料是以乳、复原乳或再制乳为原料，经乳酸菌发酵、调配和热处理等工艺制得的活菌型或非活菌型酸性饮品。乳酸菌饮料具有较大的市场潜力，近年来，国内外关于活菌型乳酸菌饮料的研究和产品开发非常活跃。与其它调配型乳饮料相比，乳酸菌饮料不仅在营养和风味上具有独特性，而且其发酵过程中累积的有机酸等发酵物及乳酸菌本身饮用后能有效抑制肠道内有害微生物，调节肠道微生态平衡。但是活性乳酸菌饮料的保质期（货架期）普遍比较短，而且销售、运输过程需要低温，这就给它的生产销售带来许多不便。大量研究表明，由于乳酸菌发酵产物的存在、以及失活的乳酸菌菌体在胞外多糖的作用下仍然具有一定的肠道吸附和保护作用，因而灭菌型乳酸菌饮料依然受到广泛重视。本文就近年来针对杀菌型乳酸菌饮料的研究情况进行了总结归纳，主要从灭菌型乳酸菌饮料的稳定机理、稳定性表征方法及影响灭菌型乳酸菌饮料稳定性的主要因素等进行了探讨分析，以期为此类产品的研究发展提供依据。

1 灭菌型乳酸菌饮料的稳定及失稳机理

在牛乳中，酪蛋白占总蛋白质含量的80%左右，它以酪蛋白胶粒的形式存在。酪蛋白胶粒可以在牛乳中稳定存在，是由于酪蛋白胶粒间存在的静电排斥作用及空间位阻作用，后者为决定性因素。酪蛋白胶粒在牛乳中带有负的净电荷，在中性条件下，胶粒间具有静电排斥作用，可以促使酪蛋白稳定。酪蛋白胶粒网络表面为κ-CN层，它具有亲水作用的C-末端伸向水层，使胶粒表面形成“毛发”结构，即聚合体电刷，在适合的溶剂中，胶粒的稳定性作用会增大；反之，多聚刷会出现崩溃现象，使乳体系凝聚。

牛乳中酪蛋白的等电点为pH值4.6。在低pH值下，酪蛋白胶粒的ξ-电位降低，部分α、β-酪蛋白溶出，胶体磷酸钙溶解，其浓度降低到30%时，胶粒的完整性受到破坏，胶粒所带的净电荷减少，酪蛋白胶粒间的静电排斥作用降低。同时，位于酪蛋白胶粒表面的具有空间位阻作用的“毛发”结构发生倒塌，酪蛋白胶粒出现凝聚。

灭菌型乳酸菌饮料的pH值在3.6～4.4之间，低于酪蛋白等电点，此时，酪蛋白处于高度不稳定状态，若不采取有效方法，酪蛋白胶粒势必发生聚集，造成分层、沉淀。

2 灭菌型乳酸菌饮料稳定性的表征方法

2.1 常温静置观察

将产品置于常温库的货架上，每5 天观察一次，用直尺测出沉淀厚度和析水高度。沉淀越少，析水越小，则产品的稳定性越好。

2.2 高温静置观察

将产品置于42 ℃高温库的货架上，每24 h观察一次，用直尺测出沉淀厚度和析水高度。沉淀越少，析水越小，则产品的稳定性越好。

2.3 离心沉淀率

产品经UHT或巴氏杀菌后，将约40 g产品装进离心管中，离心机以4 000 rpm对样品离心15 min，取出测量沉淀厚度，然后缓慢将上层液体倒出，再将离心管倒置5 min，称量沉淀重量，计算出离心沉淀率。此值越低，则稳定性越好，货架期越长[1，2]。

2.4 LUMiSizer 分析法

使用LUMiSizer分析仪，通过离心原理使样品粒子在重力或离心力下移动，然后通过近红外光进行观察，并计算出沉降速率，通过分析沉淀和悬浮的分离时间过程，观看结果数据，对比出不同样品的稳定性、货架期及粒子尺寸分布。

2.5 粒径分析仪

灭菌型乳酸菌饮料体系中颗粒的粒径大小和分布可以影响饮料的稳定性。粒径分析仪可利用粒子的布朗运动，根据光的散射原理测量颗粒的大小及正态分布情况，从而了解产品的稳定性。

3 灭菌型乳酸菌饮料稳定性的影响因素

农加段分析了杀菌型乳酸菌饮料分层的原因，指出灭菌型乳酸菌饮料易沉淀分层的原因有配料过程中水的质量不合格，水质硬度过大；发酵过程控制得不好，以致酪蛋白颗粒大小不均匀[3]。其它相关研究显示，影响灭菌型乳酸菌饮料稳定性的因素还有：生产工艺不合适，如均质和热处理工艺条件的选择；原辅料的使用不适合，如糖类、稳定剂、螯合剂等的种类或用量的选择等[2，4]。

3.1 水质对稳定性的影响

如果水的硬度过高，会使灭菌型乳酸菌饮料出现沉淀现象。因为高硬度的水中含有大量的Ca2+和Mg2+，而灭菌型乳酸菌饮料的pH值较低，胶体磷酸钙发生溶解，去除胶体磷酸钙后的酪蛋白胶粒完整性受到破坏。该酪蛋白体系对Ca2+很敏感，即使在很低的Ca2+浓度下也会发生沉淀，影响灭菌型乳酸菌饮料的稳定性。因此生产用水的硬度应低于1 度，才能避免沉淀现象的产生。

目前，厂家对生产用水采用的去离子方法有砂棒过滤法、反渗透法、离子交换法等。通过降低水中的Ca2+浓度，可以降低酪蛋白与 Ca2+结合为酪蛋白磷酸钙的机会，从而增强了灭菌型乳酸菌饮料体系的稳定性。

3.2 均质对稳定性的影响

均质可以使酪蛋白附于脂肪球表面，使脂肪球参与酸化过程中网络的形成，可以有效地增加酪蛋白的体积分数，使发酵凝乳的网络结构结实，不易被破坏，从而提高灭菌型乳酸菌饮料的稳定性。而且UHPH（超高压均质）有潜力塑造发酵乳饮料的一些流变学特性[5]，如表观粘度和剪切应力，因此可以减少添加剂和稳定剂的使用。

确定适宜的均质温度对防止沉淀有很好的作用，当温度高于54.5 ℃时，均质后的饮料较稀，无凝结物，但易出现水泥状沉淀，饮用时有粉质或粒质口感。均质温度保持在51.0～54.5 ℃，尤其53 ℃左右时效果最好。

3.3 不同固形物对稳定性的影响

研究表明，蔗糖添加量为10%～12%时，可有效提高灭菌型乳酸菌饮料的稳定性。通过增加葡萄糖用量对灭菌型乳酸菌饮料的稳定性无明显提高[6～10]。

在一定范围内，随着蔗糖添加量逐渐增加，灭菌型乳酸菌饮料的稳定性提高。这是因为蔗糖分子结构上具有较多羧基和羟基，它们与酪蛋白粒子有良好的亲合作用。而且，将蔗糖加入到酸性饮料后，可提高体系粘度并在酪蛋白表面形成糖膜，从而提高酪蛋白胶粒和溶剂间的亲合性，使灭菌型乳酸菌饮料中的酪蛋白保持悬浮，稳定体系。

通过增加葡萄糖的用量对灭菌型乳酸菌饮料的稳定性无显著提高，这是因为葡萄糖分子结构上的羟基较少，无法阻止酪蛋白颗粒间的吸附作用。

3.4 稳定剂对稳定性的影响

提高酸性饮料常用的化学方法是添加亲水性和乳化性较高的稳定剂。稳定剂是影响乳酸菌饮料稳定的重要因素。稳定剂是一种亲水性高分子化合物，在酸性条件下与酪蛋白形成保护胶体，防止凝集沉淀。也可以提高饮料的粘度，防止蛋白质粒子因重力作用而下沉。灭菌型乳酸菌饮料中常使用的稳定剂有果胶、羧甲基纤维素（CMC）、海藻酸丙二醇酯（PGA）、可溶性大豆多糖等。有研究表明[11]，前3 种稳定剂，对灭菌型乳酸菌饮料稳定性的影响显著程度为CMC>果胶>PGA。

一般情况下，在灭菌型乳酸菌饮料中，对体系稳定效果最好的是果胶。这是因为果胶是一种多聚半乳糖醛酸，在低pH值下，果胶与酪蛋白间生成果胶/酪蛋白复合胶粒，这些复合胶粒通过静电排斥作用在体系中保持稳定存在。未吸附的果胶与酪蛋白胶粒形成网络结构，其空间位阻作用可以使整个体系稳定。

刘俊亮[12]等的研究表明，羧甲基纤维素的质量分数、分子量和取代度都会影响灭菌型乳酸菌饮料的稳定性。在灭菌型乳酸菌饮料中，当CMC质量分数为0.3%时，酸性乳饮料的沉淀量很低；当CMC的质量分数为0.05%时，沉淀量很高。灭菌型乳酸菌饮料中采用高分子量的CMC时，CMC可以提供更大的空间位阻作用，使饮料体系稳定。当CMC的分子量相同时，CMC的取代度越大，体系越稳定。

3.5 螯合剂对稳定性的影响

一般牛乳中的钙主要是以酪蛋白酸钙形式存在，但当牛乳的pH值降到酪蛋白等电点以下时，钙则以游离钙状态存在，Ca2+与酪蛋白之间易发生凝集而沉淀。因此，在酸性饮料中加入适当的螯合剂，可以使其与Ca2+形成螯合物，有利于提高酪蛋白的稳定性。通常使用的螯合剂有柠檬酸盐、植酸、磷酸盐等。其中柠檬酸钠和三聚磷酸钠效果较好，Na+可使酪蛋白表面的电荷数增加，水化层增厚，而酸根离子具有多价离子特性，可螯合游离钙离子，降低钙离子有效浓度，使体系的稳定性提高。

3.6 热处理对稳定性的影响

酪蛋白胶粒对热处理极为稳定，在pH值6.7下100 ℃加热24 h酪蛋白不凝固，而且酪蛋白可以耐受140 ℃、20 min热处理。酪蛋白胶粒的热凝固不是由于变性所致，而是由于热处理过程中发生的一系列变化引起的，如乳糖热解产生酸导致pH值降低，κ-CN断裂，乳清蛋白变性后附于酪蛋白胶粒上，可溶性磷酸钙沉淀于酪蛋白胶粒上，以及酪蛋白胶粒的水合作用降低，使得饮料的稳定性下降。

4 展望

随着研究的深入，灭菌型乳酸菌饮料保持稳定的机理愈加透彻，其生产工艺也日趋成熟，对于影响其稳定性的因素的研究也越来越细致完善。灭菌型乳酸菌饮料口感爽滑，可于室温下较长时间保存，且具有方便、时尚的特点，成为中国消费者喜爱的饮品，并将在中国市场迅速崛起。

[1]康生文，马学云.杀菌型乳酸菌乳饮料的研究.中国乳品工业，2006，34（2）：34-35.

[2]蓝煦，林珊妹，张勇.杀菌型无脂低糖乳酸菌奶饮料的开发.中国食品添加剂，2005（C00）：237-239.

[3]农家段.浅析乳酸菌乳饮料的分层.农村新技术，2010（8）：59-60.

[4]夏世仁，欧国兵，童刚平.试述乳酸菌饮料品质的影响因素.综述与述评，2007，10（4）：7-10.

[5]Lourdes M P M，Amauri R，Veronica M A C，et al.Effect of ultrahigh pressure homogenization on viscosity and shear stress of femented dairy beverage.LWT-Food Science and Technology，2012（40）：495-501.

[6]蒋文真，司卫丽，曾建新.不同固形物对乳酸菌饮料稳定性的影响.食品工业科技，2007（8）：121-128.

[7]刘利强，杜鹃，白永强.乳酸菌饮料稳定性的影响因素.中国乳品工业，2006，34（7）：58-60.

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[9]刘娟，王广英，刘怀东.乳酸菌饮料常见的质量问题及控制措施.中国乳品工业，2005，33（4）：62-64.

[10]李楠.影响发酵型饮料质量因素的探讨.科技向导，2011（20）：176.

[11]陈锡钧，张婧，孟岳成.响应面法优化灭菌型发酵乳饮料的稳定剂配方.食品科技，2012，37（4）：94-98.

[12]刘俊亮，邬娟，张洪斌.羧甲基纤维素钠稳定酸性乳饮料的研究进展.中国乳品工业，2012，40（1）：38-41.