酸乳特性对杀菌型乳饮料稳定体系的影响

徐显睿，夏文洋，李翠凤，张宗博，隋勇军，李道河，陈政言，张兰威

（1.青岛根源生物技术集团有限公司 食品研究室，山东 青岛266000；2.青岛诺和诺康实业有限公司，山东 青岛266000；3.中国海洋大学食品科学与工程学院，山东青岛266000）

0 引 言

杀菌型发酵乳饮料是以乳粉为主要原料，经乳酸菌发酵成酸乳，再与白砂糖、稳定剂、乳化剂、甜味剂、酸味剂等进行调配、杀菌制成的乳饮料。乳饮料p H值在3.8~4.3，牛乳中的酪蛋白在此条件下与其它负电荷胶粒凝聚导致沉淀进而影响乳饮料的稳定性，因此为使产品在货架期保持均一稳定，目前添加亲水胶体是解决酸化乳体系失稳的主要方法[1-3]。这是由于带负电荷的亲水胶体附着于带正电荷酪蛋白颗粒表面，随着亲水胶体添加量增多使粒子表面负电荷逐渐增加，带负电荷的酪蛋白颗粒间因静电斥力而防止乳饮料的沉淀分层[4]。

此外对配方优化，添加一定量脂肪可使酪蛋白胶束或酪蛋白亚胶束吸附到脂肪球表面，阻止酪蛋白颗粒聚集，改善乳饮料稳定性[5]。乳化剂能与酪蛋白等颗粒以络合方式聚集到粒子表面，使粒子间电荷增强阻止其互相结合，维持发酵乳饮料稳定[6]。王银娟[7]、孙雅婷[8]等研究发现乳清浓缩蛋白替代30%的脱脂乳粉可显著降低发酵乳颗粒粒径，减少沉淀。在工艺上目前大多数研究主要集中在均质作用、加酸工艺[9]、杀菌条件对发酵乳饮料稳定性的影响并进行生产工艺改进，但除配方和工艺外，对调制发酵乳饮料中酸乳基料特性对其稳定性影响，尤其以酸乳质构特征、酸乳中蛋白浓度、总酸度和p H值对乳饮料稳定性的影响，目前在国内研究较少。因此试验重点研究不同的酸乳特性对杀菌型发酵乳饮料离心沉淀率的影响，旨在为提高杀菌型发酵乳饮料产品稳定性提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

脱脂奶粉（蛋白质湿基含量32.5%），新西兰恒天然公司；羧甲基纤维素钠、柠檬酸、柠檬酸钠、蔗糖（食品级），市售；直投式发酵剂YO-MIX 883、YO-MIX863，美国杜邦公司；直投式发酵剂YC-X 11、LH-B02、L.casei 01、YOFLEX Express 1.0，丹麦科汉森公司。

1.2 仪器与设备

TAX-XT 2i质构分析仪，英国Stable Micro Systems公司；DV-Ⅱ黏度计，美国BROOKFIELD公司；iCinac乳品发酵监控仪，法国AMS Alliance公司；R 50A高速乳化剪切机，上海弗鲁克科技发展有限公司；AH-BASIC高压均质机，加拿大ATS公司；1-7离心机，德国Sigma公司。

1.3 方法

1.3.1 酸乳的制备

称取脱脂奶粉125 g（蛋白含量4%）加纯水溶解（45℃、30 min）定容至1 000 g，均质（60℃、20 MPa），水浴杀菌（95℃、5 min），冷却（37~43℃）接种，发酵至酸度90±5°T，立即破乳，冷却至25℃以下备用。

分别设计蛋白含量为5%、6%、7%3个梯度，再按上述方法进行酸乳制备。

1.3.2 发酵乳饮料的制备

分别称取蔗糖110 g、羧甲基纤维素钠5 g、柠檬酸钠1 g混匀后加水溶解（80℃、40 min），冷却至30℃以下加入上述酸乳250 g（蛋白含量4%），混合均匀（10 min）再用30%的柠檬酸溶液调整酸度至45~50°T，预热均质（65℃、25 MPa），用PP瓶进行灌装，水浴杀菌（87~89℃、30 min），快速冷却至常温，得到蛋白含量为1%的发酵乳饮料。

1.3.3 离心沉淀率测定

称取10 g乳饮料成品加入带刻度的离心管中，在4 000 r/min条件下离心10 min，读取离心管底部沉淀体积（V），沉淀率按式（1）计算。

1.3.4 酸乳黏度测试

按1.3.1中方法制备酸乳，采用BROOKFIELDDV-Ⅱ黏度计测定产品黏度。测定条件：63 s转子，转速5 rpm，测定时间为10 s。

1.3.5 酸乳质构测试

按1.3.1中方法制备酸乳，采用TAX-XT 2i质构分析仪测定产品硬度、稠度、黏聚性。测定条件：选用A/BE探头，压力盘直径为35 mm。设置参数：下降速度1.0 mm/s，测试速度1.0 mm/s，提升速度10.0 mm/s，测试深度30 mm，记录整个过程中所需应力。探入过程中的最大峰值为硬度，探头上行的负峰值为黏聚性，曲线正峰面积为稠度。

1.3.6 酸乳持水性测试

按1.3.1中方法制备酸乳，测定方法按参考文献方法，持水率按式（2）计算。

1.3.7 酸乳p H值测定

将菌粉用10%灭菌的脱脂乳稀释，按用量分别转接至4%、5%、6%、7%的脱脂复原乳中，在菌粉最适发酵温度下，采用iCinac乳品发酵监控仪测试20 h内的p H值。

1.3.8 酸乳总酸度测定

称取10 g酸乳样品置于锥形瓶中，加入20 mL冷却至室温的蒸馏水混匀，再加入2滴0.5%的酚酞指示剂，混匀后用氢氧化钠标定溶液滴定至微红色，并在30 s内不褪色，读取消耗氢氧化钠标准溶液体积（V）,酸度按式（3）计算。

酸度（°T）=CV×10 （3）式中C为氢氧化钠标定溶液的摩尔浓度。

1.4 数据处理

采用OriginPro 8.5软件作图。

2 结果与分析

2.1 不同发酵剂发酵酸乳对饮料离心沉淀率的影响

将6种不同发酵剂制备的酸乳按1.3.2中方法调制成发酵乳饮料，杀菌后进行离心试验，考察不同酸乳对离心沉淀率的影响。由图1可知，以发酵剂YO-MIX 883和YO-MIX 863制备的酸乳调配成乳饮料的稳定性最好，显著低于采用其他发酵酸乳产生的离心沉淀率。其次为YC-X 11和YOFLEX Express1.0，产生的离心沉淀率均在2.0%左右。发酵剂LH-B02、L.casei 01发酵酸乳产生的离心沉淀率最高，均在2.5%。

图1 不同酸乳对发酵乳饮料离心沉淀率影响

影响杀菌型发酵乳饮料稳定性的因素通常是稳定剂和杀菌强度，但本试验上述两个参数均一致，因此不同的酸乳性状使发酵乳饮料的稳定性不同。酸乳的乳清分离或析出现象（黏度、质构特征、持水率有关）、过度发酵（p H和酸度有关）、干物质含量（蛋白浓度有关）是影响酸乳性状的重要因素[10]，因此进一步测试对酸乳性状有显著影响的指标并考察饮料的离心沉淀率。

2.2 不同发酵剂发酵酸乳黏度对离心沉淀率的影响

由图2可知，6种不同发酵剂发酵酸乳的黏度不同，且差异显著。YO-MIX 883发酵酸乳的黏度值最高，其值为4 470 mPa·s；YO-MIX 863发酵酸乳相对于其他发酵剂表现出较大的黏度值，其黏度为3 450 mPa·s；其次为发酵剂YC-X 11、YOFLEX Express1.0，而发酵剂LH-B02和L.casei01发酵酸乳的黏度相似且最小。由图1、图2可以看出，饮料离心沉淀率与发酵酸乳的黏度呈负相关，酸乳黏度越大，饮料离心沉淀率越小，可能与Yang[11]等研究发现酸乳黏度高可使酪蛋白胶束紧密聚集，降低凝胶网状结构的重组或破坏，减少乳清析出进而提高酸乳品质有关。

图2 不同发酵剂发酵酸乳的黏度

2.3 不同发酵剂发酵酸乳持水率对离心沉淀率的影响

由图3可知，6种不同发酵剂发酵的酸乳持水率差异显著。YO-MIX 883发酵的酸乳持水率最高，持水率为47.74%；发酵剂YO-MIX 863发酵的酸乳也表现出较大的持水率，其值为36.7%；其次为YC-X 11和YOFLEX Express1.0，其酸乳持水率相似，分别为24.6%和23.5%；发酵剂LH-B02和L.casei01发酵酸乳的持水率最小，持水率分别为13.8%和13.1%。因此由图1、图3可以看出饮料离心沉淀率与发酵酸乳的持水率呈负相关，酸乳持水率越大，饮料离心沉淀率越小。

图3 不同发酵剂发酵酸乳的持水性

2.4 不同发酵剂发酵酸乳的质构特征对离心沉淀率的影响

发酵终点p H可显著影响酸乳的质构特征。胡凯丽等[12]发现随着p H降低，酸乳的硬度、稠度和黏聚性均呈上升趋势。调制发酵乳饮料以滴定总酸度为酸乳的发酵终点，因此当酸乳总酸度在90±5°T，测定其p H值考察破乳时酸乳的质构特征，进而评价调制乳饮料过程中不同酸乳的质构对离心沉淀率的影响。

图4 表示发酵过程中不同酸乳的p H变化趋势，不同发酵菌产酸能力的差异使酸乳达到符合破乳要求相对应的p H值不同。由图4可知，YO-MIX 883和YO-MIX 863前期产酸速度快，分别在6、10 h发酵速度趋于稳定，总酸度在90±5°T对应的p H分别在4.20~4.45和4.25~4.35；YC-X 11发酵趋势与上述两个发酵剂类似且p H在10~20 h基本无变化，符合破乳的p H在4.5~4.59；YOFLEX Express1.0在p H 4.23~4.29符合破乳指标；LH-B02和L.casei01产酸速度最慢，在20 h内达到破乳酸度的p H分别在4.55左右和4.38~4.48。

图4 不同发酵剂发酵酸乳的pH曲线

表1 为发酵终止时各酸乳实际的滴定总酸度和对应的p H。由表1可知，酸乳在90±5°T的p H在4.25~4.59，其中YO-MIX 863在硬度、稠度方面表现最好，略高于YO-MIX 883，但YO-MIX 883黏聚性指标最高，说明其黏度大，拉丝长。从图1、图2可知，酸乳的黏度越高，其饮料的离心沉淀率越小，与表3中试验结果一致。徐显睿[13]研究发现酸乳的硬度、稠度和黏度表现为较好的线性关系，发酵乳硬度大，发酵乳越稠厚，其黏度就越大。但本试验中YO-MIX 883在硬度、稠度指标低于YO-MIX 863可能与其终点p H偏高有关。其它酸乳在硬度、稠度和黏聚性方面显著低于上述两个酸乳。因此，由图1、图2、表1可以看出，酸乳质构特征与离心沉淀率呈负相关性，酸乳的质构特征越大可显著降低发酵乳饮料的离心沉淀率。

表1 不同发酵剂发酵酸乳质构

2.5 不同蛋白浓度发酵酸乳的特性测定结果

由上述试验结果表明，酸乳黏度大、持水率高、质构特征越大，其制备的发酵乳饮料离心沉淀率越小，选择发酵剂YO-MIX 883进一步优化酸乳性状。Catarino[14]等研究表明提高脱脂奶粉比例，可显著改善酸乳质构特性。Sandra[15]等发现超滤增加酪蛋白浓度对酸乳的稠厚度有显著影响。因此按1.3.1中方法配制不同蛋白浓度的酸乳并测试其特性。

由图5可知，YO-MIX 883发酵不同蛋白浓度的酸乳在20 h的p H变化趋势不同。发酵4%和5%蛋白浓度的产酸速度最快，6 h使酸乳p H降至4.5以下；发酵6%蛋白浓度的产酸能力显著减弱，10 h酸乳的p H在4.5左右；发酵7%蛋白浓度的产能速度最慢，在16 h使酸乳p H降至4.5左右。杨爱君等研究发现酸奶在发酵过程中的黏度、质构、酸度及p H变化均与蛋白浓度有关[16]。因此由于不同蛋白浓度导致酸化水平不同，酸乳在90±5°T进行破乳调配时其p H值存在较大差异，进而使酸乳质构特征不同，具体见表2。由表2可知，发酵不同蛋白浓度酸乳的黏度、持水性、硬度、稠度和黏聚性指标基本呈正相关性，4%、5%和7%蛋白浓度的质构特征较大，其中5%蛋白浓度的黏度、持水性和质构特征最大，与蛋白浓度较高且酸化p H较低均有关。Ronnegard等研究表明发酵终点pH由4.7降到4.1过程使发酵乳硬度和黏度明显增加；Sandoval等[17]发现将蛋白浓度由4%提高至5%可使酸乳硬度增加33%，与本试验结果类似。4%和7%蛋白浓度质构特征相似，其中4%蛋白浓度酸乳性状主要与产酸速度快、p H较低有关，而7%蛋白浓度的酸乳虽然p H较高但由于其干物质含量高导致其质构特征、黏度和持水性均较高。但6%蛋白浓度酸乳的黏度、持水性和质构特征相对较小则与其终止高p H值有关。

图5 发酵不同蛋白浓度酸乳的pH曲线

表2 不同蛋白浓度发酵酸乳的特性

2.6 不同蛋白浓度酸乳对饮料离心沉淀率的影响

由图6可知，由上述不同蛋白浓度的酸乳制备发酵乳饮料的离心沉淀率不同，但差异性不大，主要为不同蛋白浓度的酸乳黏度、持水性和质构特征呈正相关且差异不显著。5%蛋白浓度酸乳，其调制的发酵乳饮料离心沉淀率最小，6%蛋白浓度的酸乳制备乳饮料的离心沉淀率相对于4%、7%的蛋白浓度较大，约为1.2%、4%和7%蛋白浓度的酸乳制备发酵乳饮料的离心沉淀率相似，约为1.0%。

图6 不同发酵蛋白浓度对发酵乳饮料离心沉淀率影响

2.7 不同发酵乳的酸度对饮料离心沉淀率的影响

由上述试验结果表明，以优选发酵剂发酵5%蛋白浓度的酸乳，调制成发酵乳饮料的离心沉淀率最小，因此以5%蛋白浓度酸乳为基料，发酵至不同终止酸度制备蛋白含量为1%的发酵乳饮料，考察不同的酸乳酸度对饮料离心沉淀率的影响。

由图7可知，酸乳酸度为80、100、120°T，其制备的发酵乳饮料离心沉淀率最小，约在1.0%；酸乳在140、160°T的发酵乳饮料离心沉淀率略高，分别约为1.2%和1.3%。这是由于发酵过度，产酸过多达到深度发酵程度使蛋白变性程度加强，颗粒粗大，使乳饮料产品稳定性变差。此外酸度80~120°T时测得酸乳p H值在4.2~4.4（±0.05），但由于在蛋白浓度不高的条件下p H值可显著影响酸乳质构特征导致黏度和持水性的差异，因此发酵终点必须兼顾酸度和p H指标，若酸度或p H不到，需适当延长发酵时间。反之，则应缩短发酵时间以保证乳饮料产品稳定性。

图7 不同发酵乳酸度对发酵乳饮料离心沉淀率影响

3 结 论

酸乳特性对杀菌型发酵乳饮料的稳定性有显著影响，酸乳黏度、持水率、质构特征基本呈正相关性，与发酵乳饮料离心沉淀率呈负相关性。试验结果表明酸乳的黏度越大，其持水率越高，酸乳硬度、稠度和黏聚性也越大，用其制备发酵乳饮料的离心沉淀率越低。对优良酸乳性状发酵工艺进行优化表明蛋白浓度为5%、酸度80~120°T且终点p H在4.15~4.45的酸乳制备发酵乳饮料，此时得到的离心沉淀率最低，沉淀率为1.0%。