凝固型酸奶稳定剂的研究现状及进展

朱礼强 ， 金丽梅 ，2，3

（1.黑龙江八一农垦大学食品学院，黑龙江 大庆 163319；2.黑龙江省农产品加工工程技术研究中心，黑龙江 大庆 163319；3.北大荒现代农业产业技术省级培育协同创新中心，黑龙江 大庆 163319）

酸奶是以鲜牛乳或浓缩乳为原料，经杀菌、接种（保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌）、发酵等工艺制备的一种乳制品[1]。酸奶的作用主要包括调节肠道菌群[2-3]、改善乳糖不耐症[4]、促进消化和吸收[5-8]，具有抗菌和抗炎特性，并降低患病风险[9-10]。同时，酸奶营养物质丰富，富含各种氨基酸，特别是硫氨基酸、蛋氨酸等[11]。

目前，酸奶广泛被人们喜爱和接受。尤其在中国，其市值增长率领跑全球且每年正以两位数飞速增长[12]。市售酸奶主要包含凝固型和搅拌型酸奶，其中凝固型酸奶采取先灌装后发酵的加工工艺[13]，具有良好的风味，柔滑细腻、质地均一、酸甜可口，另外，凝固型酸奶含钙等常量元素，能够为人体提供大量的钙，同时富有胆碱、维生素等物质，具有较高的市场地位。

凝固型酸奶的生产工艺较为严格，主要包括对原料乳[14]、乳固形物质量分数[15]等要求较高。另外，菌种[16]也是决定其品质的一个重要因素。乳酸菌产酸能力的强弱与上述条件密切相关，生产工艺的控制不当会导致酸奶出现黏稠度稀薄、风味不足、口感不良、硬度不足、组织状态疏松、乳清析出[17]等不良现象。因此，凝固型酸奶生产中常使用不同类型的食品稳定剂或增稠剂以提高其品质[18]。稳定剂作为乳制品中的重要成分，能够显著提高凝固型酸奶的质地与形态，改善食品的营养构成[19]，对于改善和提升凝固型酸奶的稳定性具有重要作用。对凝固型酸奶影响因素、常见稳定剂的研究进行总结，希望对未来稳定剂的发展提供一定的参考方向。

1 凝固型酸奶

1.1 凝固机理

凝固型酸奶是新鲜牛乳通过高温杀菌后，加入适量发酵剂，经灌装、发酵[20]、冷藏、后熟等加工工序生产的一种乳制品。牛乳中水占87%～89%，脂肪占3%～5%，蛋白质占3.0%～3.4%，无机盐占0.6%～0.7%[21]。酪蛋白和乳清蛋白是构成乳蛋白的重要成分。酪蛋白胶束主要由αs1- 酪蛋白、αs2- 酪蛋白、β - 酪蛋白、κ - 酪蛋白等构成并以空间位阻、静电排斥、范德华相互吸引效应维持酸乳体系稳定，其中α - 酪蛋白主要维护酪蛋白框架稳定，β - 酪蛋白具有很强的疏水作用，能够使胶束相互吸引并重新聚合，从而形成三维空间网状结构。酸奶发酵时，乳酸菌经进一步生长繁殖后分解乳糖能够产生乳酸等有机酸， 使pH 值下降，当乳体系pH 值等同于酪蛋白胶束等电点（4.6） 时，κ - 酪蛋白会产生一种毛发层，能够减小静电斥力，酪蛋白凝聚后形成的乳凝状酸奶称为凝固型酸奶[22]。

1.2 凝固型酸奶稳定性影响因素

影响酸奶稳定性的因素很多，其中影响酸乳品质的重要理化指标之一是pH 值。当乳体系的pH 值大幅度降低时，胶体磷酸钙发生溶解，此时酪蛋白胶粒稳定性逐渐变差[23-28]。酸乳凝结的好坏与乳体系pH 值的变化密切相关。此外，原料乳的理化指标、发酵剂的种类及添加量，以及生产工艺等也会影响凝固型酸奶的品质。影响凝固型酸奶稳定性的主要因素主要有以下几个方面。

1.2.1 乳固形物质量分数

乳固形物，一般指全脂乳固体（原料乳中除去水分及挥发成分外的所有物质） 减去脂肪所占部分，即非脂乳固形物，是决定原料乳品质的关键[29]。酸奶中乳固形物的含量影响着酸奶的感官品质及理化指标。随着乳固形物质量分数的升高，酸奶的凝乳时间会大幅度降低，酸度、持水性等会显著升高[30]。同时，乳固形物的质量分数影响着酸奶的质构特性、黏度等[31]。乳固形物质量分数提高到接近15.50%时，浓缩型酸乳酪细腻光滑[32]。刘振民等人[33]研制了一种乳固形物含量在11.5%以上的含醇发酵乳。张俊山[34]研究发现，将乳的总固形物含量提升至15%，得到的酸奶黏度、持水力高。唐民民[35]研究了乳固形物质量分数对干酪凝乳的影响，结果表明乳固形物质量分数的升高使产品得率高且乳清析出低。有研究指出，当乳固形物质量分数达到16%时，酸羊奶发酵期后的稠度、硬度、质地均得到显著提升[36]。因此，提升酸乳中乳固形物的含量，可以增加其蛋白质含量，既丰富了酸奶的营养价值，又一定程度上改善了酸奶的理化指标与感官品质。

1.2.2 酪蛋白与乳清蛋白的比例

乳酪蛋白（约占80%） 和乳清蛋白（约占20%）是鲜牛乳中蛋白质的主要成分，其中酪蛋白的粒径约为 30～300 nm，由αs1- 酪蛋白、αs2- 酪蛋白、β -酪蛋白、κ - 酪蛋白等构成。乳清蛋白主要由β - 乳球蛋白和α - 乳白蛋白构成[37]。有研究指出，固定蛋白质含量的情况下，通过降低酪蛋白与乳清蛋白的比例可以显著提升酸奶质量[38]。酪蛋白与乳清蛋白比例的降低有助于提升酸奶的胶凝性、内聚性、持水性、硬度、黏度。刘梦云[39]研究了酪蛋白对酸奶凝胶关系的影响，以全脂乳粉为原料，在总蛋白含量较低的情况下，通过增加酪蛋白比例，最终发现酪蛋白比例的升高会进一步增强蛋白质的网状结构，使其持水率显著增强，从而防止了凝胶网络结构的水分析出，此时酪蛋白∶乳清蛋白= 4∶1。Kuecuekcetin A[40]将酪蛋白和乳清蛋白的比例设置为4.0∶1，2.0∶1，3.0∶1，1.5∶1，发现当二者比例升高时，酸奶的黏度和硬度下降。徐红华等人[41]通过调整酪蛋白与乳清蛋白添加量的质量比分别为4.4∶1，3.0∶1，2.0∶1，1.0∶1，结果表明酸奶的硬度、黏度、持水力显著上升，且形成凝胶网络更加致密。

1.2.3 发酵剂

酸奶发酵剂是通过获得含有乳酸菌的培养物[42]，进而发酵酸奶。酸奶作为一类半固体发酵类制品，受到消费者的广泛认可[43]。但是，酸奶成品的好坏在一定程度上取决于原料乳、发酵剂的选取与生产工艺的控制。其中，决定产品品质的关键因素是发酵剂。随着人们对酸奶发酵剂的深入探讨，将不同类型的发酵剂应用于酸奶之中会产生不同的效果，按物理形态可划分为直投式发酵剂、冷冻发酵剂和液体发酵剂[44]。在酸奶生产中，直投式发酵剂被广泛应用，原因是可以将其直接添加于酸奶中，无需活化菌种，且运输便捷、贮存能力稳定，可直接购买使用；同时，一定质量的原料乳需配有一定量的发酵剂。有研究指出，发酵剂添加量在2%时酸奶风味浓郁，感官评分高，酸度稳定，凝乳时间短[45]。陈亚蓝等人[46]将发酵剂2%，椰果粒12%，燕麦4%，白砂糖6%加入酸奶中，在合适温度下发酵了6 h，研制出了一种凝固型椰果燕麦酸奶。因此，选取发酵剂应有较强的发酵性能且其用量应处于合理范围内。

1.2.4 发酵温度和时间

适宜的发酵温度和时间能够在一定程度上对乳酸菌的生长繁殖产生影响，同时对酸奶产品的质构产生一定作用。若酸奶发酵时间短，则产品涣散，呈水状。若酸奶发酵时间长，会造成乳清析出、酸度升高，感官品质下降。若酸奶发酵温度过高，则球菌占比下降，乳清易析出。若酸奶发酵温度过低，则酸奶组织状态涣散。合适的后熟时间对酸奶的黏度、总酸度、活菌数有重要影响[47]。因此，酸奶的一般发酵温度控制在42～43 ℃，发酵时间控制在3.0～6.5 h，此时酸奶组织细腻，可接受性强。

1.2.5 稳定剂

酸奶中的稳定剂和增稠剂通常指能溶解于水，并在一定条件下充分水化形成黏稠、滑腻溶液的大分子物质，又称食品胶，是在食品工业中有广泛用途的一类重要的食品添加剂。增稠剂能有效地改善食品的品质和性能。 稳定剂可改变蛋白沉降速度，使其具有较好的悬浮效果，延长了保质期。稳定剂在食品中能够起到软化质地、减少脱水收缩并提升产品质量的作用[48]。将稳定剂应用于酸奶，不仅能够提高酸奶的稳定性，还可以在一定程度上改善酸奶的组织结构，降低乳清析出，改善质地、状态与口感，提升酸奶品质[49]。食品稳定剂按来源可划分为动物源、植物源与其他生物源（图1[50）]，如动物源的稳定剂主要有乳清蛋白粉（WPP）[51]、食用明胶（Edible Gelatin）[52]等，植物源主要有变性淀粉（Modified Starch）[53]、羧甲基纤维素钠 （CMC-Na）[54]、果胶 （pectin）[55]、瓜尔豆胶 （Guar gum）[56-57]、阿拉伯胶 （Gum Arabic）[58-59]等，微生物源主要有如甲壳素及其衍生物[60]、热凝胶 （Curdlan gum）[61]、黄原胶 （XG）[62]等，海洋生物源则主要有琼脂（Aga）r[63]、海藻酸钠（Sodium alginate）[64-67]等，下面将对凝固型酸奶加工中常见的稳定剂分类进行介绍。

稳定剂的来源见图1。

图1 稳定剂的来源

2 常用稳定剂

2.1 乳清蛋白粉

乳清蛋白粉 （Whey protein powder，WPP） 是以乳清为原材料，通过分离、浓缩等工艺制成的粉末状产品，其蛋白质含量必须高于25%[68]。乳清蛋白中主要成分为β - 乳球蛋白（约占48%） 与α - 乳白蛋白（约占19%） 等，且含有含硫氨基酸（如蛋氨酸），具有高吸收率、高纯度等优点，是公认的优质蛋白，被称为“蛋白质之王”。在酸奶中添加乳清蛋白可显著降低体系内部乳清析出对酸奶造成的影响，同时乳清蛋白粉可以提升酸奶中固形物含量，一定程度上改善酸奶的组织状态。Agarwal S 等人[69]通过向酸奶中添加适量的乳清蛋白粉，在一定程度上提高了酸奶中蛋白质的含量。Hamarsland H 等人[70]通过研究进一步得出，天然乳清蛋白粉可以作为一种原材料添加于酸奶中，进而提高酸奶中蛋白质含量，制备富含高蛋白酸奶。付丽等人[71]将1.0%，1.5%，2.0%，2.5%，3.0%，4.0%，5.0%乳清蛋白粉应用于酸奶中，并以无添加乳清蛋白粉作为对照，结果表明当乳清蛋白粉的含量增加时，酸奶的持水率、黏度、酸度等明显提升；同时，酸奶品质有显著提高。李梦怡[72]通过正交法优化确定酸奶中乳清蛋白粉E300 添加量为0.5%，表明此时的酸奶无乳清析出、平滑如镜。杨敏等人[73]确定了制备褐色酸奶的最优辅料添加量为乳清蛋白粉1.7%，淡奶油0.7%，白砂糖8.0%，该条件下生产的酸奶口感细腻，风味独特。孙香梅[74]发明了一种果桑果酱酸奶，其中乳清蛋白粉占3～15 份，增加了酸奶中蛋白质含量。孙卓等人[75]利用乳清蛋白粉3～15 份等原料制备了一种质构优良、营养丰富的低脂肪高蛋白果酱酸奶。

2.2 食用明胶

食用明胶（Edible Gelatin） 是由动物骨骼组织等中的胶原蛋白通过酸、碱与酶法水解制备的[76-77]。大分子浓度、pH 值、离子强度、温度等是影响胶体强度的重要因素，同时明胶浓度的升高会使其强度增加[78]。明胶作为稳定剂、乳化剂等，具有胶凝性、乳化性，广泛应用于食品工业、医美行业中。酸奶在运输过程中由于外界受力等原因，导致凝胶体系涣散，内部乳清析出，降低了酸奶的品质。食用明胶作为一种稳定剂。可以显著改善酸奶质地，增强人们的可接受性。同时，食用明胶还具有一定的营养价值。胡文娥等人[79]将食用明胶添加于凝固型酸奶中，结果表明食用明胶添加量为0.5%时极显著地改善了凝固型酸奶的持水性、组织状态、质地和口感。Sawitri M E 等人[80]研究发现，将0.6%的明胶添加于酸奶中，可获得脱水率低、pH 值正常的酸奶。王娜娅等人[81]将明胶- 果胶复配稳定剂添加酸奶之中，发现其能够大幅度改善酸奶的组织状态与质地。李文渊[82]综述了明胶在糖果工业中的应用，主要作为稳定剂、搅打剂、胶冻剂。有研究表明，明胶可作为食品稳定剂、凝胶剂、分散剂，并可作为果汁、酒类产品的澄清剂[83]。

2.3 变性淀粉（Modified Starch）

稳定剂的来源有植物来源（如淀粉）、动物来源（如明胶）、合成来源（如羧甲基纤维素钠）。其中，淀粉存在植物体内，一般尺寸范围在1～100 nm，不溶于冷水[84]，作为一种多糖，经直链、支链淀粉构成，通过95%的α-1,4 和5%的α-1,6 糖苷键连接，是葡萄糖的高聚体，具有天然性质（如稳定性、凝胶力、糊化温度等），可以起到稳定剂、增稠剂等作用。但是，现代食品（如酸奶） 常需高温灭菌和高压均质，导致淡粉颗粒大量破裂且淀粉糊化后不能耐高温，造成酸奶黏度低、持水力下降、感官特性变差等，严重影响了消费者的购买欲望。因此，需要对淀粉进行改性。变性淀粉是在淀粉的基础上，通过物理、化学和酶法等方法处理，引入新的官能团或改进其颗粒特性后制备的一种淀粉衍生物，其种类有2 000 多种。有研究指出，乙酰化二淀粉磷酸酯（ADSP） 具有耐高温特性，且糊化后的颗粒结构可保持完整，无破裂，可以增强凝固型酸奶的硬度、黏度，同时延缓淀粉老化[85]。郑罗燕[86]通过研究发现，乙酰化二淀粉磷酸酯（ADSP） 可以提高凝固型酸奶的硬度、断裂力和抵抗力。同时，添加适量的ADSP 也可以增加凝固型酸奶的黏度、稠度与持水力。冯志宽等人[87]选取羟丙基二淀粉磷酸酯作为研究对象，在正交试验基础上进行响应面分析，通过优化羟丙基二淀粉磷酸酯、卡拉胶等稳定剂的添加量等工艺参数，确定最优配方为羟丙基二淀粉磷酸酯添加量1.22%，卡拉胶添加量0.02%，在此条件下制备的酸奶口感细腻、质地均匀。张爱琳等人[88]通过试验及分析确定了凝固型酸奶的最佳复合稳定剂配比为变性淀粉∶PGA∶SB-252 = 4∶1∶1。何绍凯等人[89]探究发现，羟丙基二淀粉磷酸酯具有更好的冻融稳定性，且在一定程度上可以改善酸乳品质，降低乳清析、提升黏稠度和产品贮藏期。刘晓明[90]探究了酸奶体系中羟丙基二淀粉磷酸酯与酪蛋白的相互作用，同时对样品进行了Zeta 点位、粒径测定（DLS）和电导率的测定。结果表明，羟丙基二淀粉磷酸酯分子的改性进一步增加了酸奶表观黏度、黏弹性。同时，酸性条件下的酪蛋白的分布更加均匀，聚集度降低。宋骁[91]研究了羟丙基二淀粉磷酸酯对番茄酱作用机理，发现番茄酱中加入羟丙基二淀粉磷酸酯能够防止酱体析水，提高其稳定性。

2.4 羧甲基纤维素钠

羧甲基纤维素是一种阴离子型线性高分子物质，又称纤维素胶、改性纤维素。纤维素分子结构基本单位是葡萄糖，相对分子质量范围为2.1 万～5.0 万。CMC 的pH 值在4～12 时，对黏度几乎没有影响，但其内部的纤维素骨架易被酸与酶等降解，同时随着温度的升高，会使CMC 的黏度大幅度下降。羧甲基纤维纳（CMC-Na） 可作稳定剂、乳化剂、悬浮剂、增稠剂等，广泛应用于食品、医药等领域。陈一萌等人[92]确定了稳定剂复配最佳组合为果胶0.04%，黄原胶0.02%，CMC-Na 0.03%，该配方制备的酸奶口感滑润。严碧云等人[93]研究发现，羧甲基纤维素添加量为0.3%时制备的凝固型酸奶凝乳效果良好。邵金华等人[94]通过研究确定了稳定剂的最优复配组合为黄原胶∶羧甲基纤维素钠∶果胶= 1∶1∶1。马永哲等人[95]研究发现，羧甲基纤维素钠加入量为0.1%时制备的酸奶口感细腻、色泽明亮。汪飞[96]通过添加羧甲基纤维素钠0.3%，黄原胶0.1%，瓜尔胶0.02%，三聚磷酸钠0.05%，解决了蛋白质沉淀和脂肪上浮等问题。

2.5 黄原胶

黄原胶（XG） 是一种微生物胞外多糖[97]，又称汉生胶。黄原胶是由D- 葡萄糖、D - 甘露糖、D -葡萄糖醛酸、乙酸和丙酮酸组成的“五糖重复单元”的结构聚合体，相对分子质量一般大于106U[98]。黄原胶作为一种增稠剂，添加于酸乳中，因其大分子的空间壁垒效应，会使酪蛋白胶束混乱。由于疏水作用，使其相互吸引，重新聚合形成了酸乳的三位空间网状结构。黄原胶具有优良的悬浮性、乳化性、稳定性、增稠性等，可以与其他多糖胶类起到协同作用，显著增强凝固型酸奶的胶凝性，广泛应用于食品、采油、涂料、日用、品香料、陶瓷、印染、化妆品、农药及消防等领域，具有良好的市场潜力和广阔的应用前景。廖芬等人[99]研究了黄原胶、果胶、卡拉胶和CMC-9 等4种稳定剂在不同添加量时对香蕉凝固型酸奶质地、质构特性等影响。结果表明，添加0.25%～0.50%的黄原胶对香蕉凝固型酸奶的口感、持水力和黏度均显著优于其余3 组。毕宇[100]将0.2%～0.4%的黄原胶添加于酸奶之中，制备的酸奶品质、稳定性与黏度与未添加相比均有显著提升。郑梅霞等人[101]将自提取黄原胶和市售黄原胶于酸奶中，结果表明，二者都具有剪切稀化性质，但自提取黄原胶能使酸奶冰激凌抗溶性和膨胀率显著提升，并能在一定程度上改善冰激凌的口感及组织状态。郭瑞等人[102]综述了黄原胶在食品、化妆品、石油、日化、纺织等工业中的应用，乳化性指出黄原胶作为稳定剂、乳化剂等，具有良好的稳定性、乳化性、流变性等。罗志刚等人[103]综述了黄原胶作为一种非凝胶多糖，具有良好的悬浮性、乳化性、水溶性、增稠性，对热、酸碱、盐、酶解反应的稳定性和免疫学特性，同时还有增效作用。

2.6 琼脂

琼脂（Agar） 是从红藻中提取出的一种水胶体，具有较强的凝胶能力。田芬等人[104]研究发现，添加适量的琼脂可以降低酸奶的离心沉淀率，使酸奶体系稳定性达最佳。孙利军等人[105]将琼脂混合物加入预处理后的牛奶中，通过杀菌、冷却等加工工序制备了一种含琼脂且富含营养价值的凝固型酸奶。刘宁等人[106]对琼脂进行加工，将得到的琼脂粉应用于酸奶制品中发现其酸奶质地和稳定性均有显著提升。杨础华等人[107]探讨了稳定剂对酸奶黏度的影响，结果表明，琼脂添加量为0.08%时，酸奶的抗剪切能力强。李海燕等人[108]研究发现，琼脂为0.15%时，制备的凝固型酸奶品质最佳。于楠楠等人[109]以燕麦粉、红茶等为主要原料，通过进一步试验及分析确定了琼脂添加量为0.4%。梁佳祺等人[110]对酸奶稳定剂复配方案进行优化，结果表明，蛋白质添加量5.64%，变性淀粉添加量0%，琼脂添加量0.6%时，制备的酸奶口感细腻、无乳清析出及分层现象。张兰威等人[111]研究发现，添加0.3%的琼脂对改善酸奶的组织状态，降低乳清析出率有显著影响。总之，在酸奶添加琼脂中，既提高酸奶的稳定性、抗剪切能力，又可以防止酸奶乳清析出。

2.7 其他类型的稳定剂

上述稳定剂除单独使用之外，其复配物对于改善酸奶品质的作用也非常明显。另外，一些新型的稳定剂也不断被开发出来。李晶等人[112]研究发现，添加热凝胶后不影响发酵剂的活力且酸奶稳定性显著增强，凝胶强度提高。彭文怡等人[113]综述了甲壳素及其衍生物在食品工业中的应用，其可作为食品稳定剂和增稠剂，生产面包时加入壳聚糖，可以一定程度上使面包柔软湿润，同时也可作为抗氧化剂、絮凝剂。张英姿等人[114]通过单因素试验和正交试验研究了海藻酸钠等对酸奶稳定性的影响，结果表明海藻酸钠含量为10 g/L 时，制备的酸奶口感细腻、质地均匀。石玉琴等人[115]以酸奶感官评分、持水力、乳酸菌活菌数等为主要检测指标，探讨了瓜尔豆胶对酸乳发酵剂及品质的作用。结果表明，酸奶生产时加入阿拉伯胶可使乳酸菌大量繁殖并提升酸奶持水力与品质。蒋纬等人[116]将明胶0.20%，黄原胶0.09%，果胶0.10% 3种稳定剂进行复配并添加于酸奶之中，解决了苏籽与酸奶交融时发生的分层现象。来凤堂等人[117]通过研究确定了最佳的配比添加量为果胶0.10%，黄原胶0.06%，羧甲基纤维素钠0.10%，此时生产的酸奶持水率最大。刘静等人[118]将瓜尔豆胶和黄原胶分别以不同比例（0.1%～0.5%） 与淀粉进行复配，结果表明复配稳定剂可使样品的凝沉稳定性增大。胡嘉杰等人[119]研究了稳定剂对酸奶感官的影响，结果表明瓜尔豆胶0.08%，魔芋胶0.08%时的酸奶稳定性与口感最佳。总之，稳定剂在一定程度上可以提高酸奶的稳定性，改善酸奶的外观色泽和质地，防止酸奶出现乳清析出、组织状态差等问题。

3 结语

随着当今社会的高速发展，健康饮食对人们的身体健康至关重要。凝固型酸奶不仅有丰富的营养价值，还具有调节肠道菌群、解决乳糖不耐的优点。但是，目前凝固型酸奶对原料乳的质量、加工工艺等有着十分严格的要求。稳定剂具有改善酸奶质地、提升酸奶品质的作用，将其添加于酸奶之中，不仅能够改善凝固型酸奶加工时出现的乳清析出、风味不良、组织状态差等问题，还能丰富酸奶的营养价值。但是各种稳定剂的稳定机理还需进一步深入研究。同时，应加强对未来稳定剂的研制与开发，为未来稳定剂发展提供一定参考方向。