活菌型乳酸菌饮料稳定性影响因素浅析

2021-01-18朱彤

食品工业 2020年12期

朱彤

上海旺旺食品有限公司（上海 201102）

乳酸菌饮料是近年来在我国快速发展并流行的一类饮料产品，它是利用乳酸菌（如保加利亚乳杆菌、嗜热链球菌等）对脱脂奶（包括用脱脂奶粉还原）进行发酵，发酵过程中乳糖转变成为乳酸同时蛋白质发生降解，当发酵到酸度不变时以此为基料进行调配，调配时根据需要添加蔗糖、有机酸、螯合剂、稳定剂等配料，经过定量、均质等工艺制作而成的具有清爽口感、酸甜适中的饮料[1]。主要针对乳酸菌饮料生产过程中对于品质部分有可能会影响的因素，包括不同的发酵菌种、不同的奶粉种类、不同糖的种类、不同的均质压力、有机酸的添加顺序、螯合剂的使用、稳定剂的选择等做了基础探讨。所涉及的结论希望能对乳酸菌饮料相关的新产品开发、原料选择以及工艺参数的设定等提供重要的理论指导。

1 材料与方法

1.1 试验材料

恒天然脱脂乳粉，白砂糖，葡萄糖，汉森菌种（YC-380、LH-B 02），乳酸，柠檬酸钠，可溶性大豆多糖（SSPS，国产），海藻酸丙二醇酯（PGA）。

1.2 仪器与设备

ME4002E精密电子天平（梅特勒-托利多集团）；S210-S pH计（梅特勒-托利多集团）；PYXPHS-50X65隔水式电热恒温培养箱（上海进医疗器械有限公司）；DK-S22恒温水浴锅（上海精宏实验室设备有限公司）；SIGAM2-16P离心机（希格玛实验室离心机公司）；NS2002H均质机（德国GEA集团）；Brookfield DV2TLV黏度计（美国博勒飞公司）；LS-609激光粒度分布仪（珠海欧美克仪器有限公司）。

1.2.1 发酵乳制备

用水（55～60 ℃）将脱脂奶粉、葡萄糖混合物进行搅拌溶解，确认溶解完全后进行静置水合30 min（水浴55 ℃保温），然后进行高温杀菌（125 ℃，4 s），杀菌后快速冷却至43 ℃，添加菌种进行恒温发酵（发酵温度43 ℃），发酵至发酵乳的酸度基本不变时进行破乳并冷却至10 ℃以下备用。

1.2.2 乳酸菌饮料制备

将白砂糖、稳定剂混合后用水（75 ℃）进行搅拌溶解，完全溶解后进行高温杀菌（125 ℃，30 s），杀菌后冷却至10 ℃以下，添加自制的发酵乳然后搅拌混合均匀，根据需要进行调酸，然后进行定量及均质，均质后冷藏储存。

1.2.3 乳酸菌饮料黏度的测定

统一设定10 ℃为测定温度，根据产品预计的黏度范围选择合适的转子，通过黏度计进行黏度的测定。

1.2.4 乳酸菌饮料的沉淀率测定

称取一定量的乳酸菌饮料的样品，倒入离心管中，以3 000 r/min的速度对产品进行离心15 min，待离心机停止后取出离心管并缓慢倒出上清液，然后将离心管倒置5 min后测量离心管底部沉淀量，沉淀率按式（1）计算。

离心沉淀量=（处理后管的质量-处理前空管的质量）/样品质量×100% （1）

1.2.5 乳酸菌饮料的稳定性观察

定期对冷藏储存的乳酸菌样品进行感官评定，确认样品的体系是否均一，并观察料液的分层及沉淀情况。

2 试验项目与讨论

2.1 不同发酵菌种对于乳酸菌饮料稳定性的影响

试验测试了2种不同型号的乳酸菌，在相同的发酵条件下进行发酵，待发酵乳的酸度稳定后，进行破乳并制成乳酸菌饮料进行稳定性测试，发酵乳的结果见表1。不同的菌种发酵的结果差异较大。将对应的发酵乳分别制成乳酸菌饮料并进行离心沉淀率的分析以确认产品的稳定性差异，结果如图1所示。

菌种的选择对于乳酸菌饮料的稳定性影响很大，发酵速度快虽然具有很强的经济效益，但对于成品的稳定性具有负面作用，所以尽量还是选择产酸较慢发酵时间较长的菌种。主要原因是在发酵过程的前期，乳酸菌分解乳糖产酸相对缓慢，而乳酸菌的蛋白酶此时蛋白水解活性较强，牛奶中蛋白质持续被水解，发酵乳的颗粒逐渐变小，从而乳酸菌饮料的颗粒也相应变小，产品的稳定性得到提升[2]。随着发酵过程的持续进行，发酵乳中乳酸的浓度持续增加，而酸对蛋白酶有很强的抑制作用，牛奶中的蛋白质水解减慢，从而发酵乳及对应乳酸菌成品的颗粒大小趋于稳定。

表1 菌种发酵试验结果

图1 不同菌种对产品稳定性的影响

2.2 奶粉的种类对于乳酸菌饮料稳定性的影响

根据乳清蛋白氮指数（whey protein nitrogen index，WPNI），脱脂奶粉可分为高温加热脱脂奶粉（HH）、中温加热脱脂奶粉（MH）和低温加热脱脂奶粉（LH）[3]。试验对比了不同的脱脂奶粉，所对应的乳酸菌成品稳定性差异如图2所示。

图2 不同奶粉对产品稳定性的影响

试验结果显示，奶粉在生产过程中热处理的强度越大，稳定性结果越差，如果需要达到相同稳定性条件可能所需的稳定剂用量需要增加。所以尽可能选择低温或中温的脱脂奶粉用于乳酸菌饮料的生产。

2.3 不同糖的种类和含量对于乳酸菌饮料稳定性的影响

一般情况下企业通常采用蔗糖作为甜源用于乳酸菌饮料的生产，如果有营养需求或低糖等功能诉求时，也会使用其他的糖类或甜味来源。试验选取了蔗糖与葡萄糖进行对比，添加量分别为4%，6%，8%和10%，所对应的乳酸菌成品稳定性差异如图3所示。

蔗糖添加量的逐渐增加，可明显提高乳酸菌饮料的稳定性，而葡萄糖的效果相对不明显。这是因为蔗糖具有很好的分散性和亲水性，发酵乳中的蛋白质与蔗糖分子的羟基和羧基相结合后提升了蛋白质的亲水性，从而使蛋白质能够相对均匀地分散，同时蔗糖溶液浓度的提高也能提升整个体系的黏度，所以蔗糖含量较高时产品的稳定性得到明显的提升[4]。相比之下，葡萄糖的分子结构与蔗糖差异较大，分子的羟基数较少，同时葡萄糖用量增加对于体系的黏度贡献也相对较差，因此同等用量的葡萄糖对于产品的稳定性影响较差[5]。

图3 不同糖对产品稳定性的影响

2.4 不同均质压力对于乳酸菌饮料稳定性的影响

均质工艺对于乳酸菌饮料的稳定性有很大的影响，通过对产品进行均质使产品粒径变小，试验比较了不同的均质压力，所对应的乳酸菌成品稳定性及粒径变化如图4所示。

发酵乳基料是乳酸菌饮料最主要的原料，为了验证其的粒径大小对于产品稳定性的影响，试验比较了发酵乳基料均质与否对乳酸菌成品稳定性影响，结果如图5所示。

均质工艺参数的变化对乳酸菌饮料的稳定性影响较大。随着均质压力的增加，乳酸菌饮料体系的粒径与沉淀率均持续下降。同时对发酵乳进行均质处理在很大的程度上也可进一步提高成品的稳定性。根据斯托克斯定律，颗粒的沉降速度主要取决于颗粒的大小和整个产品体系的黏度，要提升乳酸菌饮料的稳定性可以减小蛋白质颗粒大小或增加饮料的黏度[6]。由此可见，提升均质压力能促进产品的稳定性，均质压力太低则蛋白质颗粒较大从而稳定性较差。

图4 均质与产品稳定性及粒径关系

图5 发酵乳均质对产品稳定性影响

2.5 有机酸的添加与否及顺序对于乳酸菌饮料稳定性的影响

乳酸菌饮料如果发酵乳基料的酸度较低时，一般会进行额外的调酸以确保产品的合适口感。试验1用于探讨乳酸添加与否的产品稳定差异：样品1直接使用发酵乳基料调配成pH 3.8的乳酸菌成品，样品2先使用发酵乳基料调配成pH 4.0的体系然后添加乳酸溶液将体系的pH调整为3.8，试验结果如图6所示。

试验2用于研究乳酸不同的添加方式对体系稳定性的影响：样品1为糖胶溶液中先加乳酸后加发酵乳进行调配；样品2为糖胶溶液中先加发酵乳再加酸调配；样品3为发酵乳添加至胶液中再添加含乳酸的糖浆溶液。试验结果如图7所示。

使用有机酸对于乳酸菌饮料的稳定性有负面作用，主要是由于发酵乳的平衡被外添的有机酸进一步破坏，酸将牛乳中的钙进行剥离，导致牛乳中的蛋白质（主要是酪蛋白）以游离的形式存在，从而发生酪蛋白的聚集与沉淀。如果一定要使用有机酸，则根据试验2的结果，糖胶溶液中先加乳酸后加发酵乳与糖胶溶液中先加发酵乳再加酸对产品稳定性均不好，而先将发酵乳添加至胶液中再添加含乳酸的糖浆溶液相对稳定性会比较好，主要是由于胶体对于发酵乳中的蛋白起到一定保护作用，同时，糖浆溶液起到将酸稀释及缓冲的作用。