碳酸水酸化生乳發酵加工性能探究

韓智飛，劉會平，*，俞佳，王宇，王海鳳

（1.天津科技大學，天津300457；2.弗里生（天津）乳制品有限公司，天津300333）

碳酸水酸化生乳發酵加工性能探究

韓智飛1，劉會平1，*，俞佳1，王宇1，王海鳳2

（1.天津科技大學，天津300457；2.弗里生（天津）乳制品有限公司，天津300333）

以碳酸水處理后的生乳為研究對象，檢測其發酵加工性能及其產品品質，研究碳酸水的添加對生乳發酵加工及產品品質的影響。結果表明，處理組發酵時間比對照乳縮短1.3 h，且處理組發酵乳結構均勻密實更柔順，對照組表面不平整有裂紋。碳酸水的添加延緩了生乳貯存期內乳酸菌的消亡，抑制了大腸菌群的增殖。但是殘留水分會影響發酵乳的質構特性，感官品質無顯著差異，且處理組的揮發性風味物質比對照組多一種，用碳酸水處理組加工成的發酵乳的品質更優，碳酸水冷藏保存生乳技術是可行的。

碳酸水；生乳；微生物；發酵

目前，已有關于向原料乳中充入二氧化碳氣體對延長其保藏時間以及對其某些成分的影響[1]、將二氧化碳加入乳制品中延長乳制品貯存期的方法[2]、Nisin和CO2對巴氏奶的協同保鮮效果[3]等方面的文獻報道。早在1972年，Kosikowski等就將CO2加入到頂部空間用于氣調包裝（MAP），近年來，Preeti在2012年研究發現，無論是將CO2應用于MAP還是向乳及乳制品中直接添加都能夠有效的抑制腐敗微生物的生長，對堿性磷酸酶、胞外酶等酶類都有顯著影響，從而延長乳及乳制品的保質期，并且不會改變乳和乳制品中的營養物質、風味口感。然而碳酸氣與生乳不易混合均勻，造成碳酸氣的浪費，因此本研究考慮將碳酸水添加至生乳中，并且在工業中可以通過閃蒸工藝去除。

目前的文獻中還沒有添加碳酸水對生乳后續加工條件影響的研究報道。本試驗將對碳酸水處理生乳發酵加工性能進行深入研究。通過發酵處理后的生牛乳，進一步驗證CO2保鮮及加工生乳的可行性。

1 材料與方法

1.1 材料

生牛乳：天津市塘沽奶場；食品級二氧化碳：天津圣楠氣體有限公司；瑞士乳桿菌6024：由中國工業微生物菌種保藏管理中心提供。

1.2 儀器與設備

TM703-1碳酸飲料現調機：鹽城市天馬食品（機械）有限公司；HES-26電熱恒溫水浴鍋：上海一恒科學儀器有限公司；K9840自動凱氏定氮儀：濟南海能儀器有限公司；Centrifμge 5804R臺式冷凍離心機：德國Eppendorf公司；JSM-6380掃描電子顯微鏡：日本電子株式會社；TA.XTPlus物性測試儀：英國Stable Micro System公司；SAAB-57328U-1固相微萃取頭：上海安普科學儀器有限公司；SAAB-57330U固相微萃取手柄：上海安普科學儀器有限公司；GC-MS-4000氣相色譜-質譜聯用儀：美國VARIAN公司。

1.3 發酵加工試驗

將CO2濃度為41.47mmol/L碳酸水酸化生乳與對照組一起分別進行20MPa均質，然后95℃保持5min殺菌，接種3%已活化的瑞士乳桿菌6024，白砂糖添加量8%，43℃條件下發酵至凝固，制作成發酵乳，然后放置在4℃冷藏24 h，每天取樣測定指標，以檢測發酵乳品質。

1.4 碳酸水制備與添加

現調機的CO2氣瓶壓力外表設置為75 psi～80 psi，即0.517MPa～0.552MPa。查GB/T 10792-2008《碳酸飲料（汽水）》中碳酸氣吸收系數表得知：在0.50MPa、4℃的條件下，CO2氣體的吸收倍數為8.74倍。計算得現調機所制的碳酸水中CO2濃度為390.2mmol/L，則碳酸水與生乳的體積比例用下式計算：

式中：C為不同生乳混合液中CO2濃度，mmol/L；V1為碳酸水體積，mL；V2為牛奶體積，mL。

由式（1）可計算得出不同濃度生乳混合液中V1：V2的理論值，按比例添加碳酸水即得所需CO2濃度的生乳混合液，然后將其放置在4℃下保存，定期取樣測定各項指標。

1.5 最佳CO2濃度生乳確定

經本實驗室前期研究，采用碳酸水添加至CO2含量40mmol/L左右為最適宜添加量。實測CO2濃度為41.47mmol/L。

1.6 pH值測定

將樣品在4℃冰箱內貯藏后，每天取樣，室溫放置到20℃，然后用精密pH計測定其pH值，測量3次取平均值。

1.7 質構檢測

使用TA-XT2i物性測試儀的A/BE附件進行檢測。

1.8 感官品質評價

選取4種評定指標：色澤、口感、滋氣味以及組織狀態，并且對各指標做權重分配。請20名感官評價人員，分別對對照組和處理組發酵乳樣品進行感官評價，根據評分結果分析比較對照組和處理組酸奶感官品質的異同。感官評分標準見表1。

表1 發酵乳感官評價標準Table1 Standards of evaluation for com pound beverage

1.9 揮發性風味物質檢測

使用GC-MS分析揮發性風味物質的種類，按照匹配度確定風味物質的名稱，計算其百分含量[4-5]。

1.10 微觀結構檢測

酪蛋白膠束：樣品前處理方法：取樣→脫脂→固定→清洗→脫水→冷凍干燥→鍍，膜→電鏡觀察[6-7]。

2 結果與分析

在進行發酵試驗時，發現對照組生乳的發酵時間為5.87 h±0.36 h，而處理組生乳的發酵時間為4.53 h± 0.42 h時即發酵完全，發酵時間縮短，可能是由于碳酸化使乳中膠磷酸鈣鹽形成的改變，改進凝乳特性，降低凝乳時間，或者是CO2能刺激發酵劑微生物的生長，從而降低生產時間。

2.1 pH

對照組和處理組發酵乳貯存期間的pH值變化如圖1所示。

由圖1可知，對照組和處理組發酵乳的pH值隨著貯存時間的延長總體呈現下降的趨勢，且處理組pH值基本都低于對照組，最后趨于相等。可能是前期的碳酸水抑制了其他微生物的增殖而不影響乳酸菌，使乳酸菌在后期有生長優勢，發酵產酸較多而使pH值較低。

圖1 對照組和處理組發酵乳貯存期間的pH變化Fig.1 The changes of pH in fermented milk made of raw and carbonated milk during storage

2.2 酸度

對照組和處理組發酵乳貯存期間的酸度變化如圖2所示。

圖2 對照組和處理組發酵乳貯存期間的酸度變化Fig.2 The changes of acidity in fermented milk made of raw and carbonated milk during storage

由圖2可知，對照組和處理組發酵乳的酸度隨著貯存時間的延長總體呈現上升的趨勢，且處理組酸度基本都高于對照組，最后趨于相等。可能是前期的碳酸水抑制了其他微生物的增殖而不影響乳酸菌，使乳酸菌在后期有生長優勢，發酵產酸較多而使酸度較大。

2.3 蛋白質含量

對照組和處理組發酵乳貯存期間的蛋白質含量變化如圖3所示。

圖3 對照組和處理組發酵乳貯存期間的蛋白質含量變化Fig.3 The changes of protein in fermented milk made of raw and carbonated milk during storage

由圖3可知，對照組和處理組發酵乳的蛋白質含量隨著貯存時間的延長總體呈現下降趨勢，且處理組蛋白質含量基本都低于對照組。在種類繁多的各種乳酸菌中，瑞士乳桿菌明顯有較強的蛋白水解活性，能水解牛乳蛋白質生成多種活性肽[8]，在增殖生長過程中也需利用蛋白質，因此呈下降趨勢。但處理組蛋白質含量比對照組下降得緩慢，可能是由于殘留的CO2能有效降低牛乳中其他微生物引起的蛋白水解作用。

2.4 菌落總數

對照組和處理組發酵乳貯存期間的菌落總數對數值變化如圖4所示。

圖4 對照組和處理組發酵乳貯存期間的菌落總數對數值變化Fig.4 The changes of total aerobic bacteria in fermented milk made of raw and carbonated milk during storage

由圖4可知，對照組和處理組發酵乳的菌落總數隨著貯存時間的延長總體呈現下降趨勢，且處理組菌落總數基本都高于對照組。發酵乳中菌落總數測定的主要是乳酸菌，上述現象可能是由于隨著保存時間的增加，乳中活性乳酸菌逐漸死亡，而處理組中乳酸菌基數大，消亡速度較慢。

2.5 大腸菌群

對照組和處理組發酵乳貯存期間的大腸菌群數量變化如圖5所示。

圖5 對照組和處理組發酵乳貯存期間的大腸菌群數量變化Fig.5 The changes of Coliforms in fermented milk made of raw and carbonated milk during storage

由圖5可知，對照組和處理組發酵乳的大腸菌群隨著貯存時間的延長總體呈現增加趨勢，且對照組大腸菌群基本都高于處理組，但直到保存25 d，大腸菌群數仍少于20 cfu/mL，符合發酵乳的有關衛生標準，可能是殘留的CO2仍對其有抑制作用。

2.6 乳酸菌數

對照組和處理組發酵乳貯存期間的乳酸菌對數值變化如圖6所示。

圖6 對照組和處理組發酵乳貯存期間的乳酸菌對數值變化Fig.6 The changes of lactic acid bacteria in fermented milk made of raw and carbonated milk during storage

由圖6可知，對照組和處理組發酵乳的乳酸菌數隨著貯存時間的延長總體呈現下降趨勢，且對照組大腸菌群基本都低于處理組，這可能是由于前期CO2抑制了其他菌或刺激發酵劑，使乳酸菌能生長，后期發酵就有優勢，基數較大，貯存中消亡較慢。

2.7 質構特性檢測結果

對照組和處理組發酵乳質構特性曲線如圖7所示，對照組和處理組發酵乳質構特性如表2所示。

圖7 對照組和處理組發酵乳質構特性曲線Fig.7 The curves of texture properties of fermented milk made of raw and carbonated milk

質構儀下探過程中的最大峰值表示硬度，探頭回縮過程中的負峰值代表內聚性，曲線的負值區域為黏度。由圖7和表2可知，處理組發酵乳的硬度、稠度、內聚力、黏度都小于對照組發酵乳，這可能是由于處理組中水分含量仍較多，影響了發酵乳的質構特性。

表2 對照組和處理組發酵乳質構特性Table2 Texture properties of fermented milk made of raw and carbonated milk

2.8 感官評價結果

對照組和處理組發酵乳的感官品質如表3所示。

表3 對照組和處理組發酵乳的感官品質Table3 Sensory quality of fermented milk made of raw and carbonated milk

由表3可知，兩組發酵乳感官品質沒有顯著差異，也就是說用添加碳酸水的生乳直接制作的發酵乳與未處理生乳制作的發酵乳在感官品質上基本相同，即生乳中添加碳酸水對所制的發酵乳感官品質無影響，這與Calvo、Karagul、Gueimonde[10]等的報道相似。

2.9 揮發性風味物質檢測結果

發酵乳中分離和鑒定出的揮發性化合物如表4所示。

表4 發酵乳中分離和鑒定出的揮發性化合物Table4 Volatile compounds identified in the GC-MS effluent of products for fermented milk

從GC-MS數據分析得出：發酵乳中含揮發風味物質主要有以下幾大類：烷烴類、芳香烴類、醇類、醛類、酮類、酸類、烯類等。比較對照組和處理組，發現兩組揮發性風味物質保留時間與相對含量基本接近，對照組共分離、鑒定出15種揮發性化合物，而處理組分離、鑒定出16種揮發性化合物，在保留時間為12.217min時，處理組發酵乳出現了苯甲醛，相對含量為5.105%，對照組沒有檢測到此物質。

醛類是發酵乳中重要的風味物質之一，可見生乳中添加碳酸水制成發酵乳，有利于發酵乳總體風味品質的提升。

2.10 微觀結構檢測結果

對照組和處理組發酵乳的微觀結構如圖8所示。

圖8 對照組和處理組發酵乳的微觀結構Fig.8 Microstructure of fermented milk made of raw and carbonated milk

由圖8可知，處理組生乳制得的發酵乳蛋白交聯比較好，蛋白網絡結構穩定，均勻密實，脂肪幾乎全被酪蛋白包裹，而對照組結構不是很均勻，出現了脂肪球顆粒大小不均勻的情況，且表面不平整有裂紋。處理組發酵乳的蛋白凝膠微觀結構明顯比對照組的網絡結構更致密，即處理組發酵乳凝膠的微觀結構比較好，可能添加了碳酸水后通過成分的相互作用改進了發酵乳的微觀結構。

3 結論

在發酵加工試驗中，處理組發酵時間比對照組縮短約1.3 h。貯存時，碳酸水的添加使處理組的理化性質變化比對照組平緩，延緩了乳酸菌的消亡，抑制了大腸菌群的增殖。殘留水分影響了發酵乳的質構特性，但兩組發酵乳感官品質無顯著差異。生乳中添加碳酸水對所制發酵乳的揮發性風味物質基本沒有影響，區別在于處理組出現了苯甲醛，而醛類是發酵乳中重要的風味物質之一，可見生乳中添加碳酸水制成發酵乳，有利于發酵乳總體風味品質的提升。微觀結構顯示處理組制得的發酵乳蛋白交聯比較好，結構均勻密實，而對照組結構不是很均勻，表面不平整有裂紋。

綜上所述，碳酸水的添加能延長生乳的冷藏保存期，且較易去除，用碳酸水處理組發酵乳的品質比正常生乳發酵品質更優，證明了添加碳酸水保存生乳的可行性。

[1]王璐,李曉東.添加CO2對原料乳物理性質及穩定性的影響[J].中國乳品工業,2007(4):26-29

[2]崔旭海,李曉東.CO2對乳性質的影響及在乳品殺菌中的研究進展[J].中國乳品工業,2004(10):23-26

[3]梁艷,李曉東,何述棟,等.Nisin協同CO2在巴氏殺菌乳保鮮中的應用[J].中國乳品工業,2008(9):27-30

[4]Pillonel L,Ampuero S,Tabacchi R,et al.Analytical methods for the determination of the geographic origin of Emmental cheese:volatile compounds by GC/MS-FID and electronic nose[J].European Food Research and Technology,2003,216(2):179-183

[5]Villase?or M J,Valero E,Sanz J,et al.Analysis of volatile components of Manchego cheese by dynamic headspace followed by automatic thermal desorption-GC-MS[J].Milchwissenschaft,2000,55(7):378-382

[6]李子超,王麗娜,李昀鍇,等.3種乳源酪蛋白粒徑及膠束結構的差異性[J].食品科學,2012(5):58-61

[7]張勇,段旭昌,白艷紅,等.超高壓處理對牛乳微觀特性影響的研究[J].食品科技,2008(3):115-118

[8]張重陽,潘道東.瑞士乳桿菌產蛋白酶的培養和提取條件的研究[J].食品科學,2006(10):416-419

[9]Gueimonde M,Alonso L,Delgado T,et al.Quality of plain yoghurt made from refrigerated and CO2-treated milk[J].Food Research International,2003,36(1):43-48

Study on the Fermentation Properties of Carbonated Milk

HAN Zhi-fei1，LIU Hui-ping1，*，YU Jia1，WANG Yu1，WANG Hai-feng2
（1.Tianjin University of Science&Technology，Tianjin 300457，China；2.Frisian（Tianjin）Dairy Foods Co.，Ltd.，Tianjin 300333，China）

It was carbonated milk which was fermented and detected products quality to study the effects of carbonated water addition to milk processing and product quality.We found the fermentation time of the carbonated group was shorter than the control group for 1.3 h. The structure of the carbonated fermented milk was uniformly dense，and the control group had uneven structure with surface crack. The added carbonated water slowed down the demise of the lactic acid bacteria，and inhibited the proliferation of coliform bacteria. Residual moisture affected the textural properties of fermented milk，but there was no significant difference in sensory quality. The volatile flavor compounds of treatment group were one more than the control group. The quality of fermented milk made by carbonated milk were better than which made by normal milk. The all above proved the feasibility of adding carbonated water to raw milk preservation.

carbonated water；raw milk；microorganism；fermentation

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.04.017

2016-07-07

天津市科技型中小企業與發展計劃（13KQZZNC0664）

韓智飛（1989—），男（漢），碩士研究生，研究方向：乳品科學。

*通信作者：劉會平（1964—），男，教授，研究方向：畜產品加工。