滅菌型乳酸菌飲料穩定性的研究進展

文∕張志娟 趙 晶 * 何衛加

（1黑龍江東方學院；2丹尼斯克（中國）投資有限公司）

乳酸菌飲料是以乳、復原乳或再制乳為原料，經乳酸菌發酵、調配和熱處理等工藝制得的活菌型或非活菌型酸性飲品。乳酸菌飲料具有較大的市場潛力，近年來，國內外關于活菌型乳酸菌飲料的研究和產品開發非常活躍。與其它調配型乳飲料相比，乳酸菌飲料不僅在營養和風味上具有獨特性，而且其發酵過程中累積的有機酸等發酵物及乳酸菌本身飲用后能有效抑制腸道內有害微生物，調節腸道微生態平衡。但是活性乳酸菌飲料的保質期（貨架期）普遍比較短，而且銷售、運輸過程需要低溫，這就給它的生產銷售帶來許多不便。大量研究表明，由于乳酸菌發酵產物的存在、以及失活的乳酸菌菌體在胞外多糖的作用下仍然具有一定的腸道吸附和保護作用，因而滅菌型乳酸菌飲料依然受到廣泛重視。本文就近年來針對殺菌型乳酸菌飲料的研究情況進行了總結歸納，主要從滅菌型乳酸菌飲料的穩定機理、穩定性表征方法及影響滅菌型乳酸菌飲料穩定性的主要因素等進行了探討分析，以期為此類產品的研究發展提供依據。

1 滅菌型乳酸菌飲料的穩定及失穩機理

在牛乳中，酪蛋白占總蛋白質含量的80%左右，它以酪蛋白膠粒的形式存在。酪蛋白膠粒可以在牛乳中穩定存在，是由于酪蛋白膠粒間存在的靜電排斥作用及空間位阻作用，后者為決定性因素。酪蛋白膠粒在牛乳中帶有負的凈電荷，在中性條件下，膠粒間具有靜電排斥作用，可以促使酪蛋白穩定。酪蛋白膠粒網絡表面為κ-CN層，它具有親水作用的C-末端伸向水層，使膠粒表面形成“毛發”結構，即聚合體電刷，在適合的溶劑中，膠粒的穩定性作用會增大；反之，多聚刷會出現崩潰現象，使乳體系凝聚。

牛乳中酪蛋白的等電點為pH值4.6。在低pH值下，酪蛋白膠粒的ξ-電位降低，部分α、β-酪蛋白溶出，膠體磷酸鈣溶解，其濃度降低到30%時，膠粒的完整性受到破壞，膠粒所帶的凈電荷減少，酪蛋白膠粒間的靜電排斥作用降低。同時，位于酪蛋白膠粒表面的具有空間位阻作用的“毛發”結構發生倒塌，酪蛋白膠粒出現凝聚。

滅菌型乳酸菌飲料的pH值在3.6～4.4之間，低于酪蛋白等電點，此時，酪蛋白處于高度不穩定狀態，若不采取有效方法，酪蛋白膠粒勢必發生聚集，造成分層、沉淀。

2 滅菌型乳酸菌飲料穩定性的表征方法

2.1 常溫靜置觀察

將產品置于常溫庫的貨架上，每5 天觀察一次，用直尺測出沉淀厚度和析水高度。沉淀越少，析水越小，則產品的穩定性越好。

2.2 高溫靜置觀察

將產品置于42 ℃高溫庫的貨架上，每24 h觀察一次，用直尺測出沉淀厚度和析水高度。沉淀越少，析水越小，則產品的穩定性越好。

2.3 離心沉淀率

產品經UHT或巴氏殺菌后，將約40 g產品裝進離心管中，離心機以4 000 rpm對樣品離心15 min，取出測量沉淀厚度，然后緩慢將上層液體倒出，再將離心管倒置5 min，稱量沉淀重量，計算出離心沉淀率。此值越低，則穩定性越好，貨架期越長[1，2]。

2.4 LUMiSizer 分析法

使用LUMiSizer分析儀，通過離心原理使樣品粒子在重力或離心力下移動，然后通過近紅外光進行觀察，并計算出沉降速率，通過分析沉淀和懸浮的分離時間過程，觀看結果數據，對比出不同樣品的穩定性、貨架期及粒子尺寸分布。

2.5 粒徑分析儀

滅菌型乳酸菌飲料體系中顆粒的粒徑大小和分布可以影響飲料的穩定性。粒徑分析儀可利用粒子的布朗運動，根據光的散射原理測量顆粒的大小及正態分布情況，從而了解產品的穩定性。

3 滅菌型乳酸菌飲料穩定性的影響因素

農加段分析了殺菌型乳酸菌飲料分層的原因，指出滅菌型乳酸菌飲料易沉淀分層的原因有配料過程中水的質量不合格，水質硬度過大；發酵過程控制得不好，以致酪蛋白顆粒大小不均勻[3]。其它相關研究顯示，影響滅菌型乳酸菌飲料穩定性的因素還有：生產工藝不合適，如均質和熱處理工藝條件的選擇；原輔料的使用不適合，如糖類、穩定劑、螯合劑等的種類或用量的選擇等[2，4]。

3.1 水質對穩定性的影響

如果水的硬度過高，會使滅菌型乳酸菌飲料出現沉淀現象。因為高硬度的水中含有大量的Ca2+和Mg2+，而滅菌型乳酸菌飲料的pH值較低，膠體磷酸鈣發生溶解，去除膠體磷酸鈣后的酪蛋白膠粒完整性受到破壞。該酪蛋白體系對Ca2+很敏感，即使在很低的Ca2+濃度下也會發生沉淀，影響滅菌型乳酸菌飲料的穩定性。因此生產用水的硬度應低于1 度，才能避免沉淀現象的產生。

目前，廠家對生產用水采用的去離子方法有砂棒過濾法、反滲透法、離子交換法等。通過降低水中的Ca2+濃度，可以降低酪蛋白與 Ca2+結合為酪蛋白磷酸鈣的機會，從而增強了滅菌型乳酸菌飲料體系的穩定性。

3.2 均質對穩定性的影響

均質可以使酪蛋白附于脂肪球表面，使脂肪球參與酸化過程中網絡的形成，可以有效地增加酪蛋白的體積分數，使發酵凝乳的網絡結構結實，不易被破壞，從而提高滅菌型乳酸菌飲料的穩定性。而且UHPH（超高壓均質）有潛力塑造發酵乳飲料的一些流變學特性[5]，如表觀粘度和剪切應力，因此可以減少添加劑和穩定劑的使用。

確定適宜的均質溫度對防止沉淀有很好的作用，當溫度高于54.5 ℃時，均質后的飲料較稀，無凝結物，但易出現水泥狀沉淀，飲用時有粉質或粒質口感。均質溫度保持在51.0～54.5 ℃，尤其53 ℃左右時效果最好。

3.3 不同固形物對穩定性的影響

研究表明，蔗糖添加量為10%～12%時，可有效提高滅菌型乳酸菌飲料的穩定性。通過增加葡萄糖用量對滅菌型乳酸菌飲料的穩定性無明顯提高[6～10]。

在一定范圍內，隨著蔗糖添加量逐漸增加，滅菌型乳酸菌飲料的穩定性提高。這是因為蔗糖分子結構上具有較多羧基和羥基，它們與酪蛋白粒子有良好的親合作用。而且，將蔗糖加入到酸性飲料后，可提高體系粘度并在酪蛋白表面形成糖膜，從而提高酪蛋白膠粒和溶劑間的親合性，使滅菌型乳酸菌飲料中的酪蛋白保持懸浮，穩定體系。

通過增加葡萄糖的用量對滅菌型乳酸菌飲料的穩定性無顯著提高，這是因為葡萄糖分子結構上的羥基較少，無法阻止酪蛋白顆粒間的吸附作用。

3.4 穩定劑對穩定性的影響

提高酸性飲料常用的化學方法是添加親水性和乳化性較高的穩定劑。穩定劑是影響乳酸菌飲料穩定的重要因素。穩定劑是一種親水性高分子化合物，在酸性條件下與酪蛋白形成保護膠體，防止凝集沉淀。也可以提高飲料的粘度，防止蛋白質粒子因重力作用而下沉。滅菌型乳酸菌飲料中常使用的穩定劑有果膠、羧甲基纖維素（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 種穩定劑，對滅菌型乳酸菌飲料穩定性的影響顯著程度為CMC>果膠>PGA。

一般情況下，在滅菌型乳酸菌飲料中，對體系穩定效果最好的是果膠。這是因為果膠是一種多聚半乳糖醛酸，在低pH值下，果膠與酪蛋白間生成果膠/酪蛋白復合膠粒，這些復合膠粒通過靜電排斥作用在體系中保持穩定存在。未吸附的果膠與酪蛋白膠粒形成網絡結構，其空間位阻作用可以使整個體系穩定。

劉俊亮[12]等的研究表明，羧甲基纖維素的質量分數、分子量和取代度都會影響滅菌型乳酸菌飲料的穩定性。在滅菌型乳酸菌飲料中，當CMC質量分數為0.3%時，酸性乳飲料的沉淀量很低；當CMC的質量分數為0.05%時，沉淀量很高。滅菌型乳酸菌飲料中采用高分子量的CMC時，CMC可以提供更大的空間位阻作用，使飲料體系穩定。當CMC的分子量相同時，CMC的取代度越大，體系越穩定。

3.5 螯合劑對穩定性的影響

一般牛乳中的鈣主要是以酪蛋白酸鈣形式存在，但當牛乳的pH值降到酪蛋白等電點以下時，鈣則以游離鈣狀態存在，Ca2+與酪蛋白之間易發生凝集而沉淀。因此，在酸性飲料中加入適當的螯合劑，可以使其與Ca2+形成螯合物，有利于提高酪蛋白的穩定性。通常使用的螯合劑有檸檬酸鹽、植酸、磷酸鹽等。其中檸檬酸鈉和三聚磷酸鈉效果較好，Na+可使酪蛋白表面的電荷數增加，水化層增厚，而酸根離子具有多價離子特性，可螯合游離鈣離子，降低鈣離子有效濃度，使體系的穩定性提高。

3.6 熱處理對穩定性的影響

酪蛋白膠粒對熱處理極為穩定，在pH值6.7下100 ℃加熱24 h酪蛋白不凝固，而且酪蛋白可以耐受140 ℃、20 min熱處理。酪蛋白膠粒的熱凝固不是由于變性所致，而是由于熱處理過程中發生的一系列變化引起的，如乳糖熱解產生酸導致pH值降低，κ-CN斷裂，乳清蛋白變性后附于酪蛋白膠粒上，可溶性磷酸鈣沉淀于酪蛋白膠粒上，以及酪蛋白膠粒的水合作用降低，使得飲料的穩定性下降。

4 展望

隨著研究的深入，滅菌型乳酸菌飲料保持穩定的機理愈加透徹，其生產工藝也日趨成熟，對于影響其穩定性的因素的研究也越來越細致完善。滅菌型乳酸菌飲料口感爽滑，可于室溫下較長時間保存，且具有方便、時尚的特點，成為中國消費者喜愛的飲品，并將在中國市場迅速崛起。

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[2]藍煦，林珊妹，張勇.殺菌型無脂低糖乳酸菌奶飲料的開發.中國食品添加劑，2005（C00）：237-239.

[3]農家段.淺析乳酸菌乳飲料的分層.農村新技術，2010（8）：59-60.

[4]夏世仁，歐國兵，童剛平.試述乳酸菌飲料品質的影響因素.綜述與述評，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]蔣文真，司衛麗，曾建新.不同固形物對乳酸菌飲料穩定性的影響.食品工業科技，2007（8）：121-128.

[7]劉利強，杜鵑，白永強.乳酸菌飲料穩定性的影響因素.中國乳品工業，2006，34（7）：58-60.

[8]王鳳芳.乳酸菌飲料的穩定性.食品工業，2004（1）：27-28.

[9]劉娟，王廣英，劉懷東.乳酸菌飲料常見的質量問題及控制措施.中國乳品工業，2005，33（4）：62-64.

[10]李楠.影響發酵型飲料質量因素的探討.科技向導，2011（20）：176.

[11]陳錫鈞，張婧，孟岳成.響應面法優化滅菌型發酵乳飲料的穩定劑配方.食品科技，2012，37（4）：94-98.

[12]劉俊亮，鄔娟，張洪斌.羧甲基纖維素鈉穩定酸性乳飲料的研究進展.中國乳品工業，2012，40（1）：38-41.