超高温调制型乳酸奶稳定性研究

文/林少宝 林 彬 郑彦东 林鸿庆

（广州风行乳业股份有限公司）

超高温（UHT）灭菌奶是以生牛乳或复原乳为主要原料，经灭菌制成的液体产品，具有饮用方便、保质期长及可远距离销售等优点，近年来发展迅速。如今，乳制品在人们生活中扮演着越来越重要的角色。乳制品对生产设备和工艺条件要求都较高，从原料到生产控制，包括设备清洗，都非常重要。UHT热处理与二次灭菌的生产工艺不同，二次灭菌是灭菌奶在灌装后再次被加热灭菌，而UHT热处理是在无菌灌装完成后不再经受任何灭菌处理，是生产高质量商业无菌乳制品的关键环节[1]。UHT热处理会导致蛋白质和脂肪结构发生变化，随着时间的推移，蛋白质颗粒发生沉淀，脂肪颗粒发生聚集并产生脂肪上浮。UHT灭菌奶的保质期一般为6 个月，6 个月时其组织状态一般都不理想，因此超高温灭菌乳的稳定性是其货架期的最主要限制因素[2，3]。UHT灭菌奶在货架期出现分层、凝块和沉底等感官质量问题，可能是由于配方、工艺、设备及奶源质量等方面问题导致[4]。由于恒温（37 ℃）存放条件对产品的破坏力约是常温状态的5～6 倍[5]，因此针对稳定性问题，可在恒温条件下加速货架期进行验证。

本文通过研究超高温调制型乳酸奶的沉淀情况，对稳定剂的溶解条件、加酸方式及时间、超高温灭菌温度进行优化，最终确定影响产品稳定性的关键因素，得到沉淀形成的控制方法，为控制超高温乳酸

奶沉淀生成奠定应用基础，为行业内企业提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

羧甲基纤维素（CMC），购自丹尼斯克（中国）有限公司；柠檬酸，购自中粮生物化学（安徽）股份有限公司；柠檬酸钠，购自连云港市德邦精细化工有限公司；乳酸，购自河南金丹乳酸科技股份有限公司；牛奶及其它添加剂。

GSHHG-1000高速混合罐（乳化系统）；Tetra Flex D Lacta 10超高温灭菌机；缸顶喷洒加酸系统，模拟在线加酸系统。

2 试验方法

2.1 稳定剂的溶解条件优化

最初溶解条件为溶解水量500 kg、温度95 ℃、剪切时间5 min，溶解效果不佳。对参数设置梯度变化（溶解水量600 kg、700 kg，温度80 ℃、85 ℃，剪切时间10 min、15 min、20 min）进行试产，得出不同水量、温度与时间对稳定剂溶解的影响，选取最佳参数，试产3 批平行产品，并在生产线上连续8 个小时抽取8 个样品，验证其在恒温条件下的沉淀结果。

2.2 加酸时间

对喷洒系统中6 个不同缸次的加酸时间进行测定，并试产3 批平行产品，观察各个缸次产品在恒温条件下储存7、15、30 d的沉淀情况，研究加酸时间是否对乳酸奶沉淀产生影响。

2.3 加酸方式

模拟在线加酸，保证pH值迅速经过等电点并维持在4.1～4.2，试产3 批平行产品，并在生产线上连续8 个小时抽取8 个样品，恒温条件下储存7、15、30 d，观察其沉淀状况。

2.4 超高温灭菌温度

超高温乳酸奶先经过预巴氏（85 ℃）初加热处理，再经过超高温（121 ℃、2～8 s）二次热处理，试产3 批平行产品，并在生产线上连续8 个小时抽取8 个样品，恒温条件下储存7、15、30 d，观察其沉淀状况。

2.5 模拟在线加酸及12 1 ℃超高温灭菌

模拟在线加酸及调整超高温灭菌温度至121 ℃，试产3 批平行产品，并在生产线上连续8 个小时抽取8 个样品，恒温条件下储存7、15、30 d，观察其沉淀状况。

3 结果与分析

3.1 稳定剂的最佳溶解条件

稳定剂的主要成分是CMC，主要作用是增稠及增加牛奶蛋白质稳定性。溶解CMC时需要注意溶解水量、温度和剪切时间。根据工艺分析，稳定剂是否完全溶解，直接影响其在超高温灭菌时的稳定性能；如果其原有结构遭到破坏，则稳定性降低。由表1可知，溶解水量、温度、剪切时间分别为700 kg、80 ℃、15 min和700 kg、80 ℃、20 min条件下，稳定剂可完全溶解，从节能环保方面考虑，确定最优工艺为700 kg、80 ℃、15 min。

表1 稳定剂溶解条件优化试验结果

将稳定剂在最优工艺条件下溶解，试产3 批平行产品，恒温条件下储存7、15、30 d的沉淀结果见表2。恒温条件下，15 d时产生少量颗粒状沉淀；30 d时不会生成大量沉淀颗粒，且出现的颗粒状态由原来的大颗粒转变为细小颗粒、软块状或糊状。试验结果表明，产品沉淀情况有明显的改善，这说明稳定剂起着至关重要的作用，稳定剂溶解越完全，产品的稳定性越好。

3.2 加酸时间对产品稳定性的影响

在等电点（pH值4.6）时，蛋白质分子以双极离子存在，总净电荷为零，颗粒无电荷间排斥作用，易凝聚成大颗粒，发生酪蛋白沉淀析出。若加酸时间太长，在等电点停留时间太久，则会导致大量沉淀析出。

现有的喷洒加酸系统，在柠檬酸与乳酸适量配比条件下，理论加酸时间为17～18 min。经过跟踪，由于每个奶罐配套的喷淋头孔径的加工精度存在偏差，加酸时间长短不一，各缸次的加酸时间（19～20 min）和产品的稳定性见表3，加酸时间越长，产品越容易出现沉淀。因此需要改进喷淋头，缩短加酸时间，减少变性时间段，并且在条件允许的情况下寻求新的加酸方式。

3.3 加酸方式对产品稳定性的影响

经研究，选用在线加酸系统可以改善产品的沉淀状况。通过调试，产品在恒温条件下的沉淀结果见表4。恒温条件下，15 d时无颗粒沉淀产生；30 d时有少量细小颗粒沉淀产生。初步判断在线加酸系统的产品稳定性比喷洒加酸系统好。

表2 稳定剂对产品稳定性的影响

表3 加酸时间对产品稳定性的影响

表4 加酸方式对产品稳定性的影响

表5 超高温灭菌温度对产品稳定性影响

3.4 超高温灭菌温度对产品稳定性的影响

加热会导致蛋白质凝固变性。从加热时间和加热温度看，巴氏加热温度低，不会导致蛋白质变性；超高温加热温度虽高但时间短，也不会导致蛋白质变性。因此，加热导致蛋白质变性的可能性小，但降低超高温灭菌温度可能能够改善产品的沉淀状况。通过调试，产品在恒温条件下储存7、15、30 d的沉淀结果见表5。将超高温灭菌温度调至121 ℃后，恒温条件下，15 d时只有2 个产品出现轻微颗粒沉淀，并有轻微软块产生；30 d时大多数产品出现软块状沉淀，对口感影响不大，颗粒沉淀状况得到明显改善。

3.5 在线加酸及12 1 ℃超高温灭菌对产品稳定性的影响

模拟在线加酸并调整超高温灭菌温度为121 ℃，产品在恒温条件下的沉淀状况见表6，30 d时极少样品出现颗粒状沉淀且为细微颗粒，多数样品为糊状、软块状沉淀，说明产品较为稳定。

4 结论

本文研究了稳定剂的溶解条件、加酸方式、加酸时间、超高温灭菌温度对乳酸奶稳定性的影响，优化生产工艺。结果表明：稳定剂在溶解水量700 kg、温度80 ℃、剪切时间15 min条件下完全溶解，产品稳定性最佳；使用在线加酸系统，实际加酸时间为19～20 min时产品稳定性得到明显改善；超高温灭菌温度下降至121 ℃时有利于提高产品的稳定性。综上所述，通过对乳酸奶试生产阶段生产工艺的研究和优化，产品生成的沉淀由大颗粒状转化为细小颗粒，多为糊状、软块，产品稳定，口感影响不大。优化后的工艺将降低生产成本，提高生产效率。C

表6 加酸方式及超高温灭菌温度对产品稳定性影响