A2β-酪蛋白乳酸菌饮料稳定性研究

王新 王青云 王占东 梁超 夏洁

本文以A2β-酪蛋白乳酸菌饮料的蛋白质含量、均质压力、pH、复配稳定体系为研究对象，以离心沉淀率和感官分析为评价指标，对A2β-酪蛋白乳酸菌饮料的稳定性进行研究，以期对乳酸菌饮料的新产品开发、原料选择以及工艺参数设定等提供重要的理论指导。

一、材料与仪器

1.材料。A2β-酪蛋白生牛乳，哈尔滨完达山乳业股份有限公司；白砂糖，北方银霞；食用葡萄糖，益海嘉里；实验用发酵剂（保加利亚乳杆菌、嗜热链球菌），杜邦；柑橘纤维，乐檬；羧甲基纤维素钠（CMC），重庆力宏；果胶，杜邦；柠檬酸钠，潍坊英轩实业有限公司；乳酸，金丹等。

2.仪器。FA2004电子天平，上海浦春计量仪器有限公司；FA25高剪切分散乳化机，上海弗鲁克科技发展有限公司；RH250-70高压均质机，上海申鹿均质机有限公司；恒温培养箱，上海浦东荣丰科学仪器有限公司；DV3T粘度仪，美国Brookfield公司；FE28 pH计，梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；离心机TDL80-2B，上海安亭科学仪器厂；烧杯、称量勺、温度计等。

二、试验与方法

1.发酵基料的制备。A2β-酪蛋白生牛乳加热进行均质（温度55℃-60℃，压力180bar-200bar）、殺菌（温度90℃-95℃，时间300s），然后降温至41℃-43℃，添加发酵剂（保加利亚乳杆菌、嗜热链球菌），以0.2DCU/kg进行发酵，发酵至pH为4.4，破乳降温至10℃停止发酵。

2.杀菌型乳酸菌饮料的制备。将纯净水加热至70℃-75℃，启动高剪切分散乳化机，缓慢加入白砂糖、羧甲基纤维素钠（CMC），持续20min待完全溶解，降温至20℃以下与发酵基料混合均匀；乳酸用20倍纯净水稀释后慢加入至料液中，最后进行定容、均质、杀菌、灌装。

3.乳酸菌饮料的沉淀率测定。将制备的乳酸菌饮料样品倒入离心管中，定量为10mL，以4000r/min的速度离心20min，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10min后测量离心管底部沉淀量，离心沉淀率计算公式如下：

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%

4.稳定体系的构建研究。杀菌型乳酸菌饮料是一种不稳定的多相体系，包含发酵、酸化、杀菌等过程，稳定性较差，易出现沉淀、分层、浑浊、析水等现象，严重影响产品质量和外观。根据前期的试验积累，选择柑橘纤维、羧甲基纤维素钠（CMC）、果胶、柠檬酸钠复配作为杀菌型乳酸菌饮料的稳定体系，进行4因素3水平正交实验，以确定最佳稳定体系配比。试验因素水平如表1所示，并通过保质期内感官评定进行评判。

5.感官分析。由15人组成感官分析品评小组，测评产品的析水量、沉淀量、清爽度、风味释放性等。感官评价标准如表2所示，满分为10分。

三、结果与分析

1.蛋白质含量对产品稳定性的影响。蛋白质是灭菌型乳酸菌饮料的核心营养元素，也影响着产品的稳定性。配方设计为：羧甲基纤维素钠（CMC）添加量为0.6%，产品pH为3.8，均质压力为200bar，制备蛋白质含量为0.7%、0.8%、0.9%、1.0%、1.1%、1.2%的杀菌型乳酸菌饮料样品，并对其进行沉淀率测定。从图1可以看出，随着蛋白质含量的增加，饮料体系的离心沉淀率逐渐上升，说明产品稳定性变差。这是因为在基料发酵过程中乳清蛋白和酪蛋白复合体会随着乳酸的产生变得越来越不稳定，当体系内的pH达到酪蛋白的等电点时，酪蛋白胶粒开始聚集，分子团变大，蛋白质逐渐失去稳定性。在后续步骤的酸化和杀菌过程中，蛋白质会更加不稳定，形成变性和沉淀。根据国标最低蛋白质含量要求（≥0.7%），确定蛋白质含量为0.7g/100g。

图1：杀菌型乳酸菌饮料蛋白质含量对离心沉淀率

的影响

2.pH对产品稳定性的影响。pH决定产品的酸甜口味，也决定产品的稳定性。配方设计为：羧甲基纤维素钠（CMC）添加量为0.6%，蛋白质含量为0.7%，均质压力为200bar，通过添加有机酸乳酸来调节产品的pH，调整杀菌型乳酸菌饮料的pH为3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9、4.0、4.1、4.2、4.3进行实验，冷藏3d后测其离心率，并进行沉淀率测定。从图2可以看出，随着pH升高，产品的沉淀率呈现先降低后升高的趋势，当pH为3.8时沉淀率最低，因此确定最佳pH为3.8。这是因为产品在酸化过程中，酪蛋白胶体离子被破坏，而稳定体系在合适的pH条件下能与酪蛋白所带正电荷发生静电作用，形成亲水性复合物，避免颗粒间的聚合作用，使酪蛋白胶束颗粒得以稳定分散。

3.均质压力对产品稳定性的影响。均质工艺是一个细化过程，对杀菌型乳酸菌饮料的稳定性有很大的影响。配方设计为：羧甲基纤维素钠（CMC）添加量为0.6%，蛋白质含量为0.7%，pH为3.8，调整均质压力为100bar、120bar、140bar、160bar、180bar、200bar、220bar、240bar、260bar、280bar、300bar，冷藏3d后测其离心率，并进行沉淀率测定。从图3可以看出，随着均质压力的升高，产品离心沉淀率逐渐降低，当均质压力高于240bar时，饮料体系的离心沉淀率又逐渐上升，因此确定最佳均质压力为240bar。根据斯托克斯定律，蛋白质分子的沉降速度与其粒子半径成正比，在均质过程中，均质压力越小，形成的蛋白质颗粒就越大，越容易形成沉淀；均质压力越大，蛋白质分子半径越小，其沉降速度越慢，溶液体系越稳定。而均质压力过大时形成的蛋白质粒径太小，一方面会导致分子布朗运动加快，碰撞频率增加；另一方面会造成表面电荷减少，电荷排斥作用降低，蛋白质容易聚集，产品稳定性下降。

图3：杀菌型乳酸菌饮料均质压力对离心沉淀率的影响

4.稳定体系正交实验结果。稳定体系是杀菌型乳酸菌饮料维持质量稳定的关键要素。配方设计为：蛋白质含量为0.7%，pH为3.8，均质压力为240bar，稳定体系根据正交试验进行复配组合，常温存放6个月，通过感官评定对杀菌型乳酸菌饮料进行综合评分。从表3可以看出，实验方案7的评分最高，稳定体系组合为：1.5‰柑橘纤维、1.0‰羧甲基纤维素钠、2.0‰果胶、0.5‰柠檬酸钠，正交实验得到的组合为：1.5‰柑橘纤维、3.0‰羧甲基纤维素钠、2.0‰果胶、0.5‰柠檬酸钠。对以上两组方案进行比对验证，产品在保质期内的析水量和沉淀率均得到有效控制，但实验方案7的产品明显比正交实验得到的组合方案的产品口感清爽、风味释放性好，所以在保证产品质量稳定的前提下，选择口感风味更优的实验方案7。

综上所述，杀菌型乳酸菌饮料是一种多相不稳定体系，保质期内容易出现沉淀、析水等现象。要想维持产品质量稳定，就需要将配方与工艺紧密结合。本实验以A2β-酪蛋白牛奶为原料，包含发酵、调配、酸化、均质、杀菌等制作过程。为解决产品在保质期内易出现的沉淀、分层、析水等质量问题，对关键因素蛋白质含量、均质压力、pH和稳定性体系的构建进行了研究。结果表明，蛋白质含量为0.7%，pH为3.8，加工过程均质压力为240bar，稳定体系为1.5‰柑橘纤维、1.0‰羧甲基纤维素钠、2.0‰果胶、0.5‰柠檬酸钠进行复配，可使产品质量稳定。

基金项目：黑龙江省“百千万”工程科技重大专项“超高端有机A2系列乳制品研制开发及产业化示范”（2021ZX12B01）。

作者简介：王新（1984-），男，汉族，湖南汉寿县人，高级工程师，大学本科，研究方向为乳制品类产品的研究与开发。

*通信作者：王青云（1978-），男，汉族，安徽淮北人，正高级工程师，硕士研究生，研究方向为乳制品类产品的研究与开发。