碳酸水酸化生乳发酵加工性能探究

韩智飞，刘会平，*，俞佳，王宇，王海凤

（1.天津科技大学，天津300457；2.弗里生（天津）乳制品有限公司，天津300333）

碳酸水酸化生乳发酵加工性能探究

韩智飞1，刘会平1，*，俞佳1，王宇1，王海凤2

（1.天津科技大学，天津300457；2.弗里生（天津）乳制品有限公司，天津300333）

以碳酸水处理后的生乳为研究对象，检测其发酵加工性能及其产品品质，研究碳酸水的添加对生乳发酵加工及产品品质的影响。结果表明，处理组发酵时间比对照乳缩短1.3 h，且处理组发酵乳结构均匀密实更柔顺，对照组表面不平整有裂纹。碳酸水的添加延缓了生乳贮存期内乳酸菌的消亡，抑制了大肠菌群的增殖。但是残留水分会影响发酵乳的质构特性，感官品质无显著差异，且处理组的挥发性风味物质比对照组多一种，用碳酸水处理组加工成的发酵乳的品质更优，碳酸水冷藏保存生乳技术是可行的。

碳酸水；生乳；微生物；发酵

目前，已有关于向原料乳中充入二氧化碳气体对延长其保藏时间以及对其某些成分的影响[1]、将二氧化碳加入乳制品中延长乳制品贮存期的方法[2]、Nisin和CO2对巴氏奶的协同保鲜效果[3]等方面的文献报道。早在1972年，Kosikowski等就将CO2加入到顶部空间用于气调包装（MAP），近年来，Preeti在2012年研究发现，无论是将CO2应用于MAP还是向乳及乳制品中直接添加都能够有效的抑制腐败微生物的生长，对碱性磷酸酶、胞外酶等酶类都有显著影响，从而延长乳及乳制品的保质期，并且不会改变乳和乳制品中的营养物质、风味口感。然而碳酸气与生乳不易混合均匀，造成碳酸气的浪费，因此本研究考虑将碳酸水添加至生乳中，并且在工业中可以通过闪蒸工艺去除。

目前的文献中还没有添加碳酸水对生乳后续加工条件影响的研究报道。本试验将对碳酸水处理生乳发酵加工性能进行深入研究。通过发酵处理后的生牛乳，进一步验证CO2保鲜及加工生乳的可行性。

1 材料与方法

1.1 材料

生牛乳：天津市塘沽奶场；食品级二氧化碳：天津圣楠气体有限公司；瑞士乳杆菌6024：由中国工业微生物菌种保藏管理中心提供。

1.2 仪器与设备

TM703-1碳酸饮料现调机：盐城市天马食品（机械）有限公司；HES-26电热恒温水浴锅：上海一恒科学仪器有限公司；K9840自动凯氏定氮仪：济南海能仪器有限公司；Centrifμge 5804R台式冷冻离心机：德国Eppendorf公司；JSM-6380扫描电子显微镜：日本电子株式会社；TA.XTPlus物性测试仪：英国Stable Micro System公司；SAAB-57328U-1固相微萃取头：上海安普科学仪器有限公司；SAAB-57330U固相微萃取手柄：上海安普科学仪器有限公司；GC-MS-4000气相色谱-质谱联用仪：美国VARIAN公司。

1.3 发酵加工试验

将CO2浓度为41.47mmol/L碳酸水酸化生乳与对照组一起分别进行20MPa均质，然后95℃保持5min杀菌，接种3%已活化的瑞士乳杆菌6024，白砂糖添加量8%，43℃条件下发酵至凝固，制作成发酵乳，然后放置在4℃冷藏24 h，每天取样测定指标，以检测发酵乳品质。

1.4 碳酸水制备与添加

现调机的CO2气瓶压力外表设置为75 psi～80 psi，即0.517MPa～0.552MPa。查GB/T 10792-2008《碳酸饮料（汽水）》中碳酸气吸收系数表得知：在0.50MPa、4℃的条件下，CO2气体的吸收倍数为8.74倍。计算得现调机所制的碳酸水中CO2浓度为390.2mmol/L，则碳酸水与生乳的体积比例用下式计算：

式中：C为不同生乳混合液中CO2浓度，mmol/L；V1为碳酸水体积，mL；V2为牛奶体积，mL。

由式（1）可计算得出不同浓度生乳混合液中V1：V2的理论值，按比例添加碳酸水即得所需CO2浓度的生乳混合液，然后将其放置在4℃下保存，定期取样测定各项指标。

1.5 最佳CO2浓度生乳确定

经本实验室前期研究，采用碳酸水添加至CO2含量40mmol/L左右为最适宜添加量。实测CO2浓度为41.47mmol/L。

1.6 pH值测定

将样品在4℃冰箱内贮藏后，每天取样，室温放置到20℃，然后用精密pH计测定其pH值，测量3次取平均值。

1.7 质构检测

使用TA-XT2i物性测试仪的A/BE附件进行检测。

1.8 感官品质评价

选取4种评定指标：色泽、口感、滋气味以及组织状态，并且对各指标做权重分配。请20名感官评价人员，分别对对照组和处理组发酵乳样品进行感官评价，根据评分结果分析比较对照组和处理组酸奶感官品质的异同。感官评分标准见表1。

表1 发酵乳感官评价标准Table1 Standards of evaluation for com pound beverage

1.9 挥发性风味物质检测

使用GC-MS分析挥发性风味物质的种类，按照匹配度确定风味物质的名称，计算其百分含量[4-5]。

1.10 微观结构检测

酪蛋白胶束：样品前处理方法：取样→脱脂→固定→清洗→脱水→冷冻干燥→镀，膜→电镜观察[6-7]。

2 结果与分析

在进行发酵试验时，发现对照组生乳的发酵时间为5.87 h±0.36 h，而处理组生乳的发酵时间为4.53 h± 0.42 h时即发酵完全，发酵时间缩短，可能是由于碳酸化使乳中胶磷酸钙盐形成的改变，改进凝乳特性，降低凝乳时间，或者是CO2能刺激发酵剂微生物的生长，从而降低生产时间。

2.1 pH

对照组和处理组发酵乳贮存期间的pH值变化如图1所示。

由图1可知，对照组和处理组发酵乳的pH值随着贮存时间的延长总体呈现下降的趋势，且处理组pH值基本都低于对照组，最后趋于相等。可能是前期的碳酸水抑制了其他微生物的增殖而不影响乳酸菌，使乳酸菌在后期有生长优势，发酵产酸较多而使pH值较低。

图1 对照组和处理组发酵乳贮存期间的pH变化Fig.1 The changes of pH in fermented milk made of raw and carbonated milk during storage

2.2 酸度

对照组和处理组发酵乳贮存期间的酸度变化如图2所示。

图2 对照组和处理组发酵乳贮存期间的酸度变化Fig.2 The changes of acidity in fermented milk made of raw and carbonated milk during storage

由图2可知，对照组和处理组发酵乳的酸度随着贮存时间的延长总体呈现上升的趋势，且处理组酸度基本都高于对照组，最后趋于相等。可能是前期的碳酸水抑制了其他微生物的增殖而不影响乳酸菌，使乳酸菌在后期有生长优势，发酵产酸较多而使酸度较大。

2.3 蛋白质含量

对照组和处理组发酵乳贮存期间的蛋白质含量变化如图3所示。

图3 对照组和处理组发酵乳贮存期间的蛋白质含量变化Fig.3 The changes of protein in fermented milk made of raw and carbonated milk during storage

由图3可知，对照组和处理组发酵乳的蛋白质含量随着贮存时间的延长总体呈现下降趋势，且处理组蛋白质含量基本都低于对照组。在种类繁多的各种乳酸菌中，瑞士乳杆菌明显有较强的蛋白水解活性，能水解牛乳蛋白质生成多种活性肽[8]，在增殖生长过程中也需利用蛋白质，因此呈下降趋势。但处理组蛋白质含量比对照组下降得缓慢，可能是由于残留的CO2能有效降低牛乳中其他微生物引起的蛋白水解作用。

2.4 菌落总数

对照组和处理组发酵乳贮存期间的菌落总数对数值变化如图4所示。

图4 对照组和处理组发酵乳贮存期间的菌落总数对数值变化Fig.4 The changes of total aerobic bacteria in fermented milk made of raw and carbonated milk during storage

由图4可知，对照组和处理组发酵乳的菌落总数随着贮存时间的延长总体呈现下降趋势，且处理组菌落总数基本都高于对照组。发酵乳中菌落总数测定的主要是乳酸菌，上述现象可能是由于随着保存时间的增加，乳中活性乳酸菌逐渐死亡，而处理组中乳酸菌基数大，消亡速度较慢。

2.5 大肠菌群

对照组和处理组发酵乳贮存期间的大肠菌群数量变化如图5所示。

图5 对照组和处理组发酵乳贮存期间的大肠菌群数量变化Fig.5 The changes of Coliforms in fermented milk made of raw and carbonated milk during storage

由图5可知，对照组和处理组发酵乳的大肠菌群随着贮存时间的延长总体呈现增加趋势，且对照组大肠菌群基本都高于处理组，但直到保存25 d，大肠菌群数仍少于20 cfu/mL，符合发酵乳的有关卫生标准，可能是残留的CO2仍对其有抑制作用。

2.6 乳酸菌数

对照组和处理组发酵乳贮存期间的乳酸菌对数值变化如图6所示。

图6 对照组和处理组发酵乳贮存期间的乳酸菌对数值变化Fig.6 The changes of lactic acid bacteria in fermented milk made of raw and carbonated milk during storage

由图6可知，对照组和处理组发酵乳的乳酸菌数随着贮存时间的延长总体呈现下降趋势，且对照组大肠菌群基本都低于处理组，这可能是由于前期CO2抑制了其他菌或刺激发酵剂，使乳酸菌能生长，后期发酵就有优势，基数较大，贮存中消亡较慢。

2.7 质构特性检测结果

对照组和处理组发酵乳质构特性曲线如图7所示，对照组和处理组发酵乳质构特性如表2所示。

图7 对照组和处理组发酵乳质构特性曲线Fig.7 The curves of texture properties of fermented milk made of raw and carbonated milk

质构仪下探过程中的最大峰值表示硬度，探头回缩过程中的负峰值代表内聚性，曲线的负值区域为黏度。由图7和表2可知，处理组发酵乳的硬度、稠度、内聚力、黏度都小于对照组发酵乳，这可能是由于处理组中水分含量仍较多，影响了发酵乳的质构特性。

表2 对照组和处理组发酵乳质构特性Table2 Texture properties of fermented milk made of raw and carbonated milk

2.8 感官评价结果

对照组和处理组发酵乳的感官品质如表3所示。

表3 对照组和处理组发酵乳的感官品质Table3 Sensory quality of fermented milk made of raw and carbonated milk

由表3可知，两组发酵乳感官品质没有显著差异，也就是说用添加碳酸水的生乳直接制作的发酵乳与未处理生乳制作的发酵乳在感官品质上基本相同，即生乳中添加碳酸水对所制的发酵乳感官品质无影响，这与Calvo、Karagul、Gueimonde[10]等的报道相似。

2.9 挥发性风味物质检测结果

发酵乳中分离和鉴定出的挥发性化合物如表4所示。

表4 发酵乳中分离和鉴定出的挥发性化合物Table4 Volatile compounds identified in the GC-MS effluent of products for fermented milk

从GC-MS数据分析得出：发酵乳中含挥发风味物质主要有以下几大类：烷烃类、芳香烃类、醇类、醛类、酮类、酸类、烯类等。比较对照组和处理组，发现两组挥发性风味物质保留时间与相对含量基本接近，对照组共分离、鉴定出15种挥发性化合物，而处理组分离、鉴定出16种挥发性化合物，在保留时间为12.217min时，处理组发酵乳出现了苯甲醛，相对含量为5.105%，对照组没有检测到此物质。

醛类是发酵乳中重要的风味物质之一，可见生乳中添加碳酸水制成发酵乳，有利于发酵乳总体风味品质的提升。

2.10 微观结构检测结果

对照组和处理组发酵乳的微观结构如图8所示。

图8 对照组和处理组发酵乳的微观结构Fig.8 Microstructure of fermented milk made of raw and carbonated milk

由图8可知，处理组生乳制得的发酵乳蛋白交联比较好，蛋白网络结构稳定，均匀密实，脂肪几乎全被酪蛋白包裹，而对照组结构不是很均匀，出现了脂肪球颗粒大小不均匀的情况，且表面不平整有裂纹。处理组发酵乳的蛋白凝胶微观结构明显比对照组的网络结构更致密，即处理组发酵乳凝胶的微观结构比较好，可能添加了碳酸水后通过成分的相互作用改进了发酵乳的微观结构。

3 结论

在发酵加工试验中，处理组发酵时间比对照组缩短约1.3 h。贮存时，碳酸水的添加使处理组的理化性质变化比对照组平缓，延缓了乳酸菌的消亡，抑制了大肠菌群的增殖。残留水分影响了发酵乳的质构特性，但两组发酵乳感官品质无显著差异。生乳中添加碳酸水对所制发酵乳的挥发性风味物质基本没有影响，区别在于处理组出现了苯甲醛，而醛类是发酵乳中重要的风味物质之一，可见生乳中添加碳酸水制成发酵乳，有利于发酵乳总体风味品质的提升。微观结构显示处理组制得的发酵乳蛋白交联比较好，结构均匀密实，而对照组结构不是很均匀，表面不平整有裂纹。

综上所述，碳酸水的添加能延长生乳的冷藏保存期，且较易去除，用碳酸水处理组发酵乳的品质比正常生乳发酵品质更优，证明了添加碳酸水保存生乳的可行性。

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Study on the Fermentation Properties of Carbonated Milk

HAN Zhi-fei1，LIU Hui-ping1，*，YU Jia1，WANG Yu1，WANG Hai-feng2
（1.Tianjin University of Science&Technology，Tianjin 300457，China；2.Frisian（Tianjin）Dairy Foods Co.，Ltd.，Tianjin 300333，China）

It was carbonated milk which was fermented and detected products quality to study the effects of carbonated water addition to milk processing and product quality.We found the fermentation time of the carbonated group was shorter than the control group for 1.3 h. The structure of the carbonated fermented milk was uniformly dense，and the control group had uneven structure with surface crack. The added carbonated water slowed down the demise of the lactic acid bacteria，and inhibited the proliferation of coliform bacteria. Residual moisture affected the textural properties of fermented milk，but there was no significant difference in sensory quality. The volatile flavor compounds of treatment group were one more than the control group. The quality of fermented milk made by carbonated milk were better than which made by normal milk. The all above proved the feasibility of adding carbonated water to raw milk preservation.

carbonated water；raw milk；microorganism；fermentation

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.04.017

2016-07-07

天津市科技型中小企业与发展计划（13KQZZNC0664）

韩智飞（1989—），男（汉），硕士研究生，研究方向：乳品科学。

*通信作者：刘会平（1964—），男，教授，研究方向：畜产品加工。