活菌型乳酸菌飲料穩定性影響因素淺析

朱彤

上海旺旺食品有限公司（上海 201102）

乳酸菌飲料是近年來在我國快速發展并流行的一類飲料產品，它是利用乳酸菌（如保加利亞乳桿菌、嗜熱鏈球菌等）對脫脂奶（包括用脫脂奶粉還原）進行發酵，發酵過程中乳糖轉變成為乳酸同時蛋白質發生降解，當發酵到酸度不變時以此為基料進行調配，調配時根據需要添加蔗糖、有機酸、螯合劑、穩定劑等配料，經過定量、均質等工藝制作而成的具有清爽口感、酸甜適中的飲料[1]。主要針對乳酸菌飲料生產過程中對于品質部分有可能會影響的因素，包括不同的發酵菌種、不同的奶粉種類、不同糖的種類、不同的均質壓力、有機酸的添加順序、螯合劑的使用、穩定劑的選擇等做了基礎探討。所涉及的結論希望能對乳酸菌飲料相關的新產品開發、原料選擇以及工藝參數的設定等提供重要的理論指導。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

恒天然脫脂乳粉，白砂糖，葡萄糖，漢森菌種（YC-380、LH-B 02），乳酸，檸檬酸鈉，可溶性大豆多糖（SSPS，國產），海藻酸丙二醇酯（PGA）。

1.2 儀器與設備

ME4002E精密電子天平（梅特勒-托利多集團）；S210-S pH計（梅特勒-托利多集團）；PYXPHS-50X65隔水式電熱恒溫培養箱（上海進醫療器械有限公司）；DK-S22恒溫水浴鍋（上海精宏實驗室設備有限公司）；SIGAM2-16P離心機（希格瑪實驗室離心機公司）；NS2002H均質機（德國GEA集團）；Brookfield DV2TLV黏度計（美國博勒飛公司）；LS-609激光粒度分布儀（珠海歐美克儀器有限公司）。

1.2.1 發酵乳制備

用水（55～60 ℃）將脫脂奶粉、葡萄糖混合物進行攪拌溶解，確認溶解完全后進行靜置水合30 min（水浴55 ℃保溫），然后進行高溫殺菌（125 ℃，4 s），殺菌后快速冷卻至43 ℃，添加菌種進行恒溫發酵（發酵溫度43 ℃），發酵至發酵乳的酸度基本不變時進行破乳并冷卻至10 ℃以下備用。

1.2.2 乳酸菌飲料制備

將白砂糖、穩定劑混合后用水（75 ℃）進行攪拌溶解，完全溶解后進行高溫殺菌（125 ℃，30 s），殺菌后冷卻至10 ℃以下，添加自制的發酵乳然后攪拌混合均勻，根據需要進行調酸，然后進行定量及均質，均質后冷藏儲存。

1.2.3 乳酸菌飲料黏度的測定

統一設定10 ℃為測定溫度，根據產品預計的黏度范圍選擇合適的轉子，通過黏度計進行黏度的測定。

1.2.4 乳酸菌飲料的沉淀率測定

稱取一定量的乳酸菌飲料的樣品，倒入離心管中，以3 000 r/min的速度對產品進行離心15 min，待離心機停止后取出離心管并緩慢倒出上清液，然后將離心管倒置5 min后測量離心管底部沉淀量，沉淀率按式（1）計算。

離心沉淀量=（處理后管的質量-處理前空管的質量）/樣品質量×100% （1）

1.2.5 乳酸菌飲料的穩定性觀察

定期對冷藏儲存的乳酸菌樣品進行感官評定，確認樣品的體系是否均一，并觀察料液的分層及沉淀情況。

2 試驗項目與討論

2.1 不同發酵菌種對于乳酸菌飲料穩定性的影響

試驗測試了2種不同型號的乳酸菌，在相同的發酵條件下進行發酵，待發酵乳的酸度穩定后，進行破乳并制成乳酸菌飲料進行穩定性測試，發酵乳的結果見表1。不同的菌種發酵的結果差異較大。將對應的發酵乳分別制成乳酸菌飲料并進行離心沉淀率的分析以確認產品的穩定性差異，結果如圖1所示。

菌種的選擇對于乳酸菌飲料的穩定性影響很大，發酵速度快雖然具有很強的經濟效益，但對于成品的穩定性具有負面作用，所以盡量還是選擇產酸較慢發酵時間較長的菌種。主要原因是在發酵過程的前期，乳酸菌分解乳糖產酸相對緩慢，而乳酸菌的蛋白酶此時蛋白水解活性較強，牛奶中蛋白質持續被水解，發酵乳的顆粒逐漸變小，從而乳酸菌飲料的顆粒也相應變小，產品的穩定性得到提升[2]。隨著發酵過程的持續進行，發酵乳中乳酸的濃度持續增加，而酸對蛋白酶有很強的抑制作用，牛奶中的蛋白質水解減慢，從而發酵乳及對應乳酸菌成品的顆粒大小趨于穩定。

表1 菌種發酵試驗結果

圖1 不同菌種對產品穩定性的影響

2.2 奶粉的種類對于乳酸菌飲料穩定性的影響

根據乳清蛋白氮指數（whey protein nitrogen index，WPNI），脫脂奶粉可分為高溫加熱脫脂奶粉（HH）、中溫加熱脫脂奶粉（MH）和低溫加熱脫脂奶粉（LH）[3]。試驗對比了不同的脫脂奶粉，所對應的乳酸菌成品穩定性差異如圖2所示。

圖2 不同奶粉對產品穩定性的影響

試驗結果顯示，奶粉在生產過程中熱處理的強度越大，穩定性結果越差，如果需要達到相同穩定性條件可能所需的穩定劑用量需要增加。所以盡可能選擇低溫或中溫的脫脂奶粉用于乳酸菌飲料的生產。

2.3 不同糖的種類和含量對于乳酸菌飲料穩定性的影響

一般情況下企業通常采用蔗糖作為甜源用于乳酸菌飲料的生產，如果有營養需求或低糖等功能訴求時，也會使用其他的糖類或甜味來源。試驗選取了蔗糖與葡萄糖進行對比，添加量分別為4%，6%，8%和10%，所對應的乳酸菌成品穩定性差異如圖3所示。

蔗糖添加量的逐漸增加，可明顯提高乳酸菌飲料的穩定性，而葡萄糖的效果相對不明顯。這是因為蔗糖具有很好的分散性和親水性，發酵乳中的蛋白質與蔗糖分子的羥基和羧基相結合后提升了蛋白質的親水性，從而使蛋白質能夠相對均勻地分散，同時蔗糖溶液濃度的提高也能提升整個體系的黏度，所以蔗糖含量較高時產品的穩定性得到明顯的提升[4]。相比之下，葡萄糖的分子結構與蔗糖差異較大，分子的羥基數較少，同時葡萄糖用量增加對于體系的黏度貢獻也相對較差，因此同等用量的葡萄糖對于產品的穩定性影響較差[5]。

圖3 不同糖對產品穩定性的影響

2.4 不同均質壓力對于乳酸菌飲料穩定性的影響

均質工藝對于乳酸菌飲料的穩定性有很大的影響，通過對產品進行均質使產品粒徑變小，試驗比較了不同的均質壓力，所對應的乳酸菌成品穩定性及粒徑變化如圖4所示。

發酵乳基料是乳酸菌飲料最主要的原料，為了驗證其的粒徑大小對于產品穩定性的影響，試驗比較了發酵乳基料均質與否對乳酸菌成品穩定性影響，結果如圖5所示。

均質工藝參數的變化對乳酸菌飲料的穩定性影響較大。隨著均質壓力的增加，乳酸菌飲料體系的粒徑與沉淀率均持續下降。同時對發酵乳進行均質處理在很大的程度上也可進一步提高成品的穩定性。根據斯托克斯定律，顆粒的沉降速度主要取決于顆粒的大小和整個產品體系的黏度，要提升乳酸菌飲料的穩定性可以減小蛋白質顆粒大小或增加飲料的黏度[6]。由此可見，提升均質壓力能促進產品的穩定性，均質壓力太低則蛋白質顆粒較大從而穩定性較差。

圖4 均質與產品穩定性及粒徑關系

圖5 發酵乳均質對產品穩定性影響

2.5 有機酸的添加與否及順序對于乳酸菌飲料穩定性的影響

乳酸菌飲料如果發酵乳基料的酸度較低時，一般會進行額外的調酸以確保產品的合適口感。試驗1用于探討乳酸添加與否的產品穩定差異：樣品1直接使用發酵乳基料調配成pH 3.8的乳酸菌成品，樣品2先使用發酵乳基料調配成pH 4.0的體系然后添加乳酸溶液將體系的pH調整為3.8，試驗結果如圖6所示。

試驗2用于研究乳酸不同的添加方式對體系穩定性的影響：樣品1為糖膠溶液中先加乳酸后加發酵乳進行調配；樣品2為糖膠溶液中先加發酵乳再加酸調配；樣品3為發酵乳添加至膠液中再添加含乳酸的糖漿溶液。試驗結果如圖7所示。

使用有機酸對于乳酸菌飲料的穩定性有負面作用，主要是由于發酵乳的平衡被外添的有機酸進一步破壞，酸將牛乳中的鈣進行剝離，導致牛乳中的蛋白質（主要是酪蛋白）以游離的形式存在，從而發生酪蛋白的聚集與沉淀。如果一定要使用有機酸，則根據試驗2的結果，糖膠溶液中先加乳酸后加發酵乳與糖膠溶液中先加發酵乳再加酸對產品穩定性均不好，而先將發酵乳添加至膠液中再添加含乳酸的糖漿溶液相對穩定性會比較好，主要是由于膠體對于發酵乳中的蛋白起到一定保護作用，同時，糖漿溶液起到將酸稀釋及緩沖的作用。

圖6 調酸與否對產品穩定性的影響

圖7 酸的添加方式對產品穩定性的影響

2.6 螯合劑的使用對于乳酸菌飲料穩定性的影響

發酵乳發酵過程中，pH低于酪蛋白等電點時，Ca2+呈游離狀態，因其與酪蛋白之間聚集而影響產品的穩定性。試驗選取了檸檬酸鈉作為螯合劑，配制成不同用量的溶液添加至產品中，試驗結果如圖8所示。

螯合劑的使用能有效地提升乳酸菌飲料的成品穩定性，主要是由于Na+能增加酪蛋白表面的電荷數，促進蛋白質分子與水分子的作用，同時螯合劑中的酸根離子可以和游離的鈣離子螯合，降低游離鈣離子對蛋白穩定體系的破壞，從而使乳酸菌飲料的體系穩定性提高[7]。

圖8 螯合劑對產品穩定性的影響

2.7 穩定劑的選擇對于乳酸菌飲料穩定性的影響

一般情況下，乳酸菌飲料都會使用穩定劑來提升產品的穩定性，選擇穩定劑的類型通常考察的是其親水和乳化的性能。

乳酸菌飲料常用的穩定劑有CMC、果膠、PGA及可溶性大豆多糖等，考慮到活菌乳酸菌飲料的清爽口感的特性，試驗著重研究了PGA和可溶性大豆多糖在乳酸菌飲料中沉淀和析水方面的表現。測試的樣品如表2所示。穩定性結果如圖9所示，同時在儲存后期對產品進行了感官質量的評定，結果如表3所示。

表2 PGA和可溶性大豆多糖測試比較

圖9 不同體系穩定性儲存變化情況

表3 不同穩定體系感官質量表現

大豆多糖具有較為清爽的口感，但穩定性效果相對PGA略差，如將大豆多糖與PGA進行復配，可有效提升產品的穩定性同時降低產品的黏度以提升產品的清爽口感。

PGA與大豆多糖3∶1及2∶2配比時穩定性效果均還可以，但從感官表現結果看，20 d左右2∶2配比的方案有略微的分層，而3∶1則完好。綜合穩定性和清爽口感考慮，PGA與大豆多糖按3∶1配比是一個不錯的穩定劑方案。

3 結論

通過上述針對不同的工藝條件、配料等因素的試驗探討，影響乳酸菌飲料穩定性的因素歸納如下

1) 菌種的選擇對于乳酸菌飲料的穩定性影響很大，應盡量選擇發酵產酸速度相對慢、發酵時間較長的菌種。

2) 盡可能選擇低溫或中溫的脫脂奶粉用于乳酸菌飲料的生產。

3) 蔗糖用量的增加可有效提升乳酸菌飲料的穩定性，使用其他糖時如葡萄糖則效果相對不明顯。

4) 均質壓力的提高可明顯降低乳酸菌飲料的粒徑大小，從而提升成品的穩定性。對發酵后的發酵乳基料先進行均質再進行調配可進一步提升產品的穩定性。

5) 有機酸的使用對于乳酸菌飲料的穩定性有負面作用，所以應盡可能減少或不使用外添的有機酸。如一定要使用有機酸，先將發酵乳添加至膠液中再添加含乳酸的糖漿溶液相對穩定性會比較好。

6) 螯合劑的使用能有效地提升乳酸菌飲料的成品穩定性。

7) PGA相對大豆多糖有比較好的穩定性作用，但口感比大豆多糖會相對黏稠。PGA與大豆多糖復配能兼顧穩定性與口感，PGA與大豆多糖按3∶1配比是一個不錯的穩定劑方案。