凝固型酸奶穩定劑的研究現狀及進展

朱禮強 ， 金麗梅 ，2，3

（1.黑龍江八一農墾大學食品學院，黑龍江 大慶 163319；2.黑龍江省農產品加工工程技術研究中心，黑龍江 大慶 163319；3.北大荒現代農業產業技術省級培育協同創新中心，黑龍江 大慶 163319）

酸奶是以鮮牛乳或濃縮乳為原料，經殺菌、接種（保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌）、發酵等工藝制備的一種乳制品[1]。酸奶的作用主要包括調節腸道菌群[2-3]、改善乳糖不耐癥[4]、促進消化和吸收[5-8]，具有抗菌和抗炎特性，并降低患病風險[9-10]。同時，酸奶營養物質豐富，富含各種氨基酸，特別是硫氨基酸、蛋氨酸等[11]。

目前，酸奶廣泛被人們喜愛和接受。尤其在中國，其市值增長率領跑全球且每年正以兩位數飛速增長[12]。市售酸奶主要包含凝固型和攪拌型酸奶，其中凝固型酸奶采取先灌裝后發酵的加工工藝[13]，具有良好的風味，柔滑細膩、質地均一、酸甜可口，另外，凝固型酸奶含鈣等常量元素，能夠為人體提供大量的鈣，同時富有膽堿、維生素等物質，具有較高的市場地位。

凝固型酸奶的生產工藝較為嚴格，主要包括對原料乳[14]、乳固形物質量分數[15]等要求較高。另外，菌種[16]也是決定其品質的一個重要因素。乳酸菌產酸能力的強弱與上述條件密切相關，生產工藝的控制不當會導致酸奶出現黏稠度稀薄、風味不足、口感不良、硬度不足、組織狀態疏松、乳清析出[17]等不良現象。因此，凝固型酸奶生產中常使用不同類型的食品穩定劑或增稠劑以提高其品質[18]。穩定劑作為乳制品中的重要成分，能夠顯著提高凝固型酸奶的質地與形態，改善食品的營養構成[19]，對于改善和提升凝固型酸奶的穩定性具有重要作用。對凝固型酸奶影響因素、常見穩定劑的研究進行總結，希望對未來穩定劑的發展提供一定的參考方向。

1 凝固型酸奶

1.1 凝固機理

凝固型酸奶是新鮮牛乳通過高溫殺菌后，加入適量發酵劑，經灌裝、發酵[20]、冷藏、后熟等加工工序生產的一種乳制品。牛乳中水占87%～89%，脂肪占3%～5%，蛋白質占3.0%～3.4%，無機鹽占0.6%～0.7%[21]。酪蛋白和乳清蛋白是構成乳蛋白的重要成分。酪蛋白膠束主要由αs1- 酪蛋白、αs2- 酪蛋白、β - 酪蛋白、κ - 酪蛋白等構成并以空間位阻、靜電排斥、范德華相互吸引效應維持酸乳體系穩定，其中α - 酪蛋白主要維護酪蛋白框架穩定，β - 酪蛋白具有很強的疏水作用，能夠使膠束相互吸引并重新聚合，從而形成三維空間網狀結構。酸奶發酵時，乳酸菌經進一步生長繁殖后分解乳糖能夠產生乳酸等有機酸， 使pH 值下降，當乳體系pH 值等同于酪蛋白膠束等電點（4.6） 時，κ - 酪蛋白會產生一種毛發層，能夠減小靜電斥力，酪蛋白凝聚后形成的乳凝狀酸奶稱為凝固型酸奶[22]。

1.2 凝固型酸奶穩定性影響因素

影響酸奶穩定性的因素很多，其中影響酸乳品質的重要理化指標之一是pH 值。當乳體系的pH 值大幅度降低時，膠體磷酸鈣發生溶解，此時酪蛋白膠粒穩定性逐漸變差[23-28]。酸乳凝結的好壞與乳體系pH 值的變化密切相關。此外，原料乳的理化指標、發酵劑的種類及添加量，以及生產工藝等也會影響凝固型酸奶的品質。影響凝固型酸奶穩定性的主要因素主要有以下幾個方面。

1.2.1 乳固形物質量分數

乳固形物，一般指全脂乳固體（原料乳中除去水分及揮發成分外的所有物質） 減去脂肪所占部分，即非脂乳固形物，是決定原料乳品質的關鍵[29]。酸奶中乳固形物的含量影響著酸奶的感官品質及理化指標。隨著乳固形物質量分數的升高，酸奶的凝乳時間會大幅度降低，酸度、持水性等會顯著升高[30]。同時，乳固形物的質量分數影響著酸奶的質構特性、黏度等[31]。乳固形物質量分數提高到接近15.50%時，濃縮型酸乳酪細膩光滑[32]。劉振民等人[33]研制了一種乳固形物含量在11.5%以上的含醇發酵乳。張俊山[34]研究發現，將乳的總固形物含量提升至15%，得到的酸奶黏度、持水力高。唐民民[35]研究了乳固形物質量分數對干酪凝乳的影響，結果表明乳固形物質量分數的升高使產品得率高且乳清析出低。有研究指出，當乳固形物質量分數達到16%時，酸羊奶發酵期后的稠度、硬度、質地均得到顯著提升[36]。因此，提升酸乳中乳固形物的含量，可以增加其蛋白質含量，既豐富了酸奶的營養價值，又一定程度上改善了酸奶的理化指標與感官品質。

1.2.2 酪蛋白與乳清蛋白的比例

乳酪蛋白（約占80%） 和乳清蛋白（約占20%）是鮮牛乳中蛋白質的主要成分，其中酪蛋白的粒徑約為 30～300 nm，由αs1- 酪蛋白、αs2- 酪蛋白、β -酪蛋白、κ - 酪蛋白等構成。乳清蛋白主要由β - 乳球蛋白和α - 乳白蛋白構成[37]。有研究指出，固定蛋白質含量的情況下，通過降低酪蛋白與乳清蛋白的比例可以顯著提升酸奶質量[38]。酪蛋白與乳清蛋白比例的降低有助于提升酸奶的膠凝性、內聚性、持水性、硬度、黏度。劉夢云[39]研究了酪蛋白對酸奶凝膠關系的影響，以全脂乳粉為原料，在總蛋白含量較低的情況下，通過增加酪蛋白比例，最終發現酪蛋白比例的升高會進一步增強蛋白質的網狀結構，使其持水率顯著增強，從而防止了凝膠網絡結構的水分析出，此時酪蛋白∶乳清蛋白= 4∶1。Kuecuekcetin A[40]將酪蛋白和乳清蛋白的比例設置為4.0∶1，2.0∶1，3.0∶1，1.5∶1，發現當二者比例升高時，酸奶的黏度和硬度下降。徐紅華等人[41]通過調整酪蛋白與乳清蛋白添加量的質量比分別為4.4∶1，3.0∶1，2.0∶1，1.0∶1，結果表明酸奶的硬度、黏度、持水力顯著上升，且形成凝膠網絡更加致密。

1.2.3 發酵劑

酸奶發酵劑是通過獲得含有乳酸菌的培養物[42]，進而發酵酸奶。酸奶作為一類半固體發酵類制品，受到消費者的廣泛認可[43]。但是，酸奶成品的好壞在一定程度上取決于原料乳、發酵劑的選取與生產工藝的控制。其中，決定產品品質的關鍵因素是發酵劑。隨著人們對酸奶發酵劑的深入探討，將不同類型的發酵劑應用于酸奶之中會產生不同的效果，按物理形態可劃分為直投式發酵劑、冷凍發酵劑和液體發酵劑[44]。在酸奶生產中，直投式發酵劑被廣泛應用，原因是可以將其直接添加于酸奶中，無需活化菌種，且運輸便捷、貯存能力穩定，可直接購買使用；同時，一定質量的原料乳需配有一定量的發酵劑。有研究指出，發酵劑添加量在2%時酸奶風味濃郁，感官評分高，酸度穩定，凝乳時間短[45]。陳亞藍等人[46]將發酵劑2%，椰果粒12%，燕麥4%，白砂糖6%加入酸奶中，在合適溫度下發酵了6 h，研制出了一種凝固型椰果燕麥酸奶。因此，選取發酵劑應有較強的發酵性能且其用量應處于合理范圍內。

1.2.4 發酵溫度和時間

適宜的發酵溫度和時間能夠在一定程度上對乳酸菌的生長繁殖產生影響，同時對酸奶產品的質構產生一定作用。若酸奶發酵時間短，則產品渙散，呈水狀。若酸奶發酵時間長，會造成乳清析出、酸度升高，感官品質下降。若酸奶發酵溫度過高，則球菌占比下降，乳清易析出。若酸奶發酵溫度過低，則酸奶組織狀態渙散。合適的后熟時間對酸奶的黏度、總酸度、活菌數有重要影響[47]。因此，酸奶的一般發酵溫度控制在42～43 ℃，發酵時間控制在3.0～6.5 h，此時酸奶組織細膩，可接受性強。

1.2.5 穩定劑

酸奶中的穩定劑和增稠劑通常指能溶解于水，并在一定條件下充分水化形成黏稠、滑膩溶液的大分子物質，又稱食品膠，是在食品工業中有廣泛用途的一類重要的食品添加劑。增稠劑能有效地改善食品的品質和性能。 穩定劑可改變蛋白沉降速度，使其具有較好的懸浮效果，延長了保質期。穩定劑在食品中能夠起到軟化質地、減少脫水收縮并提升產品質量的作用[48]。將穩定劑應用于酸奶，不僅能夠提高酸奶的穩定性，還可以在一定程度上改善酸奶的組織結構，降低乳清析出，改善質地、狀態與口感，提升酸奶品質[49]。食品穩定劑按來源可劃分為動物源、植物源與其他生物源（圖1[50）]，如動物源的穩定劑主要有乳清蛋白粉（WPP）[51]、食用明膠（Edible Gelatin）[52]等，植物源主要有變性淀粉（Modified Starch）[53]、羧甲基纖維素鈉 （CMC-Na）[54]、果膠 （pectin）[55]、瓜爾豆膠 （Guar gum）[56-57]、阿拉伯膠 （Gum Arabic）[58-59]等，微生物源主要有如甲殼素及其衍生物[60]、熱凝膠 （Curdlan gum）[61]、黃原膠 （XG）[62]等，海洋生物源則主要有瓊脂（Aga）r[63]、海藻酸鈉（Sodium alginate）[64-67]等，下面將對凝固型酸奶加工中常見的穩定劑分類進行介紹。

穩定劑的來源見圖1。

圖1 穩定劑的來源

2 常用穩定劑

2.1 乳清蛋白粉

乳清蛋白粉 （Whey protein powder，WPP） 是以乳清為原材料，通過分離、濃縮等工藝制成的粉末狀產品，其蛋白質含量必須高于25%[68]。乳清蛋白中主要成分為β - 乳球蛋白（約占48%） 與α - 乳白蛋白（約占19%） 等，且含有含硫氨基酸（如蛋氨酸），具有高吸收率、高純度等優點，是公認的優質蛋白，被稱為“蛋白質之王”。在酸奶中添加乳清蛋白可顯著降低體系內部乳清析出對酸奶造成的影響，同時乳清蛋白粉可以提升酸奶中固形物含量，一定程度上改善酸奶的組織狀態。Agarwal S 等人[69]通過向酸奶中添加適量的乳清蛋白粉，在一定程度上提高了酸奶中蛋白質的含量。Hamarsland H 等人[70]通過研究進一步得出，天然乳清蛋白粉可以作為一種原材料添加于酸奶中，進而提高酸奶中蛋白質含量，制備富含高蛋白酸奶。付麗等人[71]將1.0%，1.5%，2.0%，2.5%，3.0%，4.0%，5.0%乳清蛋白粉應用于酸奶中，并以無添加乳清蛋白粉作為對照，結果表明當乳清蛋白粉的含量增加時，酸奶的持水率、黏度、酸度等明顯提升；同時，酸奶品質有顯著提高。李夢怡[72]通過正交法優化確定酸奶中乳清蛋白粉E300 添加量為0.5%，表明此時的酸奶無乳清析出、平滑如鏡。楊敏等人[73]確定了制備褐色酸奶的最優輔料添加量為乳清蛋白粉1.7%，淡奶油0.7%，白砂糖8.0%，該條件下生產的酸奶口感細膩，風味獨特。孫香梅[74]發明了一種果桑果醬酸奶，其中乳清蛋白粉占3～15 份，增加了酸奶中蛋白質含量。孫卓等人[75]利用乳清蛋白粉3～15 份等原料制備了一種質構優良、營養豐富的低脂肪高蛋白果醬酸奶。

2.2 食用明膠

食用明膠（Edible Gelatin） 是由動物骨骼組織等中的膠原蛋白通過酸、堿與酶法水解制備的[76-77]。大分子濃度、pH 值、離子強度、溫度等是影響膠體強度的重要因素，同時明膠濃度的升高會使其強度增加[78]。明膠作為穩定劑、乳化劑等，具有膠凝性、乳化性，廣泛應用于食品工業、醫美行業中。酸奶在運輸過程中由于外界受力等原因，導致凝膠體系渙散，內部乳清析出，降低了酸奶的品質。食用明膠作為一種穩定劑?？梢燥@著改善酸奶質地，增強人們的可接受性。同時，食用明膠還具有一定的營養價值。胡文娥等人[79]將食用明膠添加于凝固型酸奶中，結果表明食用明膠添加量為0.5%時極顯著地改善了凝固型酸奶的持水性、組織狀態、質地和口感。Sawitri M E 等人[80]研究發現，將0.6%的明膠添加于酸奶中，可獲得脫水率低、pH 值正常的酸奶。王娜婭等人[81]將明膠- 果膠復配穩定劑添加酸奶之中，發現其能夠大幅度改善酸奶的組織狀態與質地。李文淵[82]綜述了明膠在糖果工業中的應用，主要作為穩定劑、攪打劑、膠凍劑。有研究表明，明膠可作為食品穩定劑、凝膠劑、分散劑，并可作為果汁、酒類產品的澄清劑[83]。

2.3 變性淀粉（Modified Starch）

穩定劑的來源有植物來源（如淀粉）、動物來源（如明膠）、合成來源（如羧甲基纖維素鈉）。其中，淀粉存在植物體內，一般尺寸范圍在1～100 nm，不溶于冷水[84]，作為一種多糖，經直鏈、支鏈淀粉構成，通過95%的α-1,4 和5%的α-1,6 糖苷鍵連接，是葡萄糖的高聚體，具有天然性質（如穩定性、凝膠力、糊化溫度等），可以起到穩定劑、增稠劑等作用。但是，現代食品（如酸奶） 常需高溫滅菌和高壓均質，導致淡粉顆粒大量破裂且淀粉糊化后不能耐高溫，造成酸奶黏度低、持水力下降、感官特性變差等，嚴重影響了消費者的購買欲望。因此，需要對淀粉進行改性。變性淀粉是在淀粉的基礎上，通過物理、化學和酶法等方法處理，引入新的官能團或改進其顆粒特性后制備的一種淀粉衍生物，其種類有2 000 多種。有研究指出，乙?；矸哿姿狨ィˋDSP） 具有耐高溫特性，且糊化后的顆粒結構可保持完整，無破裂，可以增強凝固型酸奶的硬度、黏度，同時延緩淀粉老化[85]。鄭羅燕[86]通過研究發現，乙酰化二淀粉磷酸酯（ADSP） 可以提高凝固型酸奶的硬度、斷裂力和抵抗力。同時，添加適量的ADSP 也可以增加凝固型酸奶的黏度、稠度與持水力。馮志寬等人[87]選取羥丙基二淀粉磷酸酯作為研究對象，在正交試驗基礎上進行響應面分析，通過優化羥丙基二淀粉磷酸酯、卡拉膠等穩定劑的添加量等工藝參數，確定最優配方為羥丙基二淀粉磷酸酯添加量1.22%，卡拉膠添加量0.02%，在此條件下制備的酸奶口感細膩、質地均勻。張愛琳等人[88]通過試驗及分析確定了凝固型酸奶的最佳復合穩定劑配比為變性淀粉∶PGA∶SB-252 = 4∶1∶1。何紹凱等人[89]探究發現，羥丙基二淀粉磷酸酯具有更好的凍融穩定性，且在一定程度上可以改善酸乳品質，降低乳清析、提升黏稠度和產品貯藏期。劉曉明[90]探究了酸奶體系中羥丙基二淀粉磷酸酯與酪蛋白的相互作用，同時對樣品進行了Zeta 點位、粒徑測定（DLS）和電導率的測定。結果表明，羥丙基二淀粉磷酸酯分子的改性進一步增加了酸奶表觀黏度、黏彈性。同時，酸性條件下的酪蛋白的分布更加均勻，聚集度降低。宋驍[91]研究了羥丙基二淀粉磷酸酯對番茄醬作用機理，發現番茄醬中加入羥丙基二淀粉磷酸酯能夠防止醬體析水，提高其穩定性。

2.4 羧甲基纖維素鈉

羧甲基纖維素是一種陰離子型線性高分子物質，又稱纖維素膠、改性纖維素。纖維素分子結構基本單位是葡萄糖，相對分子質量范圍為2.1 萬～5.0 萬。CMC 的pH 值在4～12 時，對黏度幾乎沒有影響，但其內部的纖維素骨架易被酸與酶等降解，同時隨著溫度的升高，會使CMC 的黏度大幅度下降。羧甲基纖維納（CMC-Na） 可作穩定劑、乳化劑、懸浮劑、增稠劑等，廣泛應用于食品、醫藥等領域。陳一萌等人[92]確定了穩定劑復配最佳組合為果膠0.04%，黃原膠0.02%，CMC-Na 0.03%，該配方制備的酸奶口感滑潤。嚴碧云等人[93]研究發現，羧甲基纖維素添加量為0.3%時制備的凝固型酸奶凝乳效果良好。邵金華等人[94]通過研究確定了穩定劑的最優復配組合為黃原膠∶羧甲基纖維素鈉∶果膠= 1∶1∶1。馬永哲等人[95]研究發現，羧甲基纖維素鈉加入量為0.1%時制備的酸奶口感細膩、色澤明亮。汪飛[96]通過添加羧甲基纖維素鈉0.3%，黃原膠0.1%，瓜爾膠0.02%，三聚磷酸鈉0.05%，解決了蛋白質沉淀和脂肪上浮等問題。

2.5 黃原膠

黃原膠（XG） 是一種微生物胞外多糖[97]，又稱漢生膠。黃原膠是由D- 葡萄糖、D - 甘露糖、D -葡萄糖醛酸、乙酸和丙酮酸組成的“五糖重復單元”的結構聚合體，相對分子質量一般大于106U[98]。黃原膠作為一種增稠劑，添加于酸乳中，因其大分子的空間壁壘效應，會使酪蛋白膠束混亂。由于疏水作用，使其相互吸引，重新聚合形成了酸乳的三位空間網狀結構。黃原膠具有優良的懸浮性、乳化性、穩定性、增稠性等，可以與其他多糖膠類起到協同作用，顯著增強凝固型酸奶的膠凝性，廣泛應用于食品、采油、涂料、日用、品香料、陶瓷、印染、化妝品、農藥及消防等領域，具有良好的市場潛力和廣闊的應用前景。廖芬等人[99]研究了黃原膠、果膠、卡拉膠和CMC-9 等4種穩定劑在不同添加量時對香蕉凝固型酸奶質地、質構特性等影響。結果表明，添加0.25%～0.50%的黃原膠對香蕉凝固型酸奶的口感、持水力和黏度均顯著優于其余3 組。畢宇[100]將0.2%～0.4%的黃原膠添加于酸奶之中，制備的酸奶品質、穩定性與黏度與未添加相比均有顯著提升。鄭梅霞等人[101]將自提取黃原膠和市售黃原膠于酸奶中，結果表明，二者都具有剪切稀化性質，但自提取黃原膠能使酸奶冰激凌抗溶性和膨脹率顯著提升，并能在一定程度上改善冰激凌的口感及組織狀態。郭瑞等人[102]綜述了黃原膠在食品、化妝品、石油、日化、紡織等工業中的應用，乳化性指出黃原膠作為穩定劑、乳化劑等，具有良好的穩定性、乳化性、流變性等。羅志剛等人[103]綜述了黃原膠作為一種非凝膠多糖，具有良好的懸浮性、乳化性、水溶性、增稠性，對熱、酸堿、鹽、酶解反應的穩定性和免疫學特性，同時還有增效作用。

2.6 瓊脂

瓊脂（Agar） 是從紅藻中提取出的一種水膠體，具有較強的凝膠能力。田芬等人[104]研究發現，添加適量的瓊脂可以降低酸奶的離心沉淀率，使酸奶體系穩定性達最佳。孫利軍等人[105]將瓊脂混合物加入預處理后的牛奶中，通過殺菌、冷卻等加工工序制備了一種含瓊脂且富含營養價值的凝固型酸奶。劉寧等人[106]對瓊脂進行加工，將得到的瓊脂粉應用于酸奶制品中發現其酸奶質地和穩定性均有顯著提升。楊礎華等人[107]探討了穩定劑對酸奶黏度的影響，結果表明，瓊脂添加量為0.08%時，酸奶的抗剪切能力強。李海燕等人[108]研究發現，瓊脂為0.15%時，制備的凝固型酸奶品質最佳。于楠楠等人[109]以燕麥粉、紅茶等為主要原料，通過進一步試驗及分析確定了瓊脂添加量為0.4%。梁佳祺等人[110]對酸奶穩定劑復配方案進行優化，結果表明，蛋白質添加量5.64%，變性淀粉添加量0%，瓊脂添加量0.6%時，制備的酸奶口感細膩、無乳清析出及分層現象。張蘭威等人[111]研究發現，添加0.3%的瓊脂對改善酸奶的組織狀態，降低乳清析出率有顯著影響。總之，在酸奶添加瓊脂中，既提高酸奶的穩定性、抗剪切能力，又可以防止酸奶乳清析出。

2.7 其他類型的穩定劑

上述穩定劑除單獨使用之外，其復配物對于改善酸奶品質的作用也非常明顯。另外，一些新型的穩定劑也不斷被開發出來。李晶等人[112]研究發現，添加熱凝膠后不影響發酵劑的活力且酸奶穩定性顯著增強，凝膠強度提高。彭文怡等人[113]綜述了甲殼素及其衍生物在食品工業中的應用，其可作為食品穩定劑和增稠劑，生產面包時加入殼聚糖，可以一定程度上使面包柔軟濕潤，同時也可作為抗氧化劑、絮凝劑。張英姿等人[114]通過單因素試驗和正交試驗研究了海藻酸鈉等對酸奶穩定性的影響，結果表明海藻酸鈉含量為10 g/L 時，制備的酸奶口感細膩、質地均勻。石玉琴等人[115]以酸奶感官評分、持水力、乳酸菌活菌數等為主要檢測指標，探討了瓜爾豆膠對酸乳發酵劑及品質的作用。結果表明，酸奶生產時加入阿拉伯膠可使乳酸菌大量繁殖并提升酸奶持水力與品質。蔣緯等人[116]將明膠0.20%，黃原膠0.09%，果膠0.10% 3種穩定劑進行復配并添加于酸奶之中，解決了蘇籽與酸奶交融時發生的分層現象。來鳳堂等人[117]通過研究確定了最佳的配比添加量為果膠0.10%，黃原膠0.06%，羧甲基纖維素鈉0.10%，此時生產的酸奶持水率最大。劉靜等人[118]將瓜爾豆膠和黃原膠分別以不同比例（0.1%～0.5%） 與淀粉進行復配，結果表明復配穩定劑可使樣品的凝沉穩定性增大。胡嘉杰等人[119]研究了穩定劑對酸奶感官的影響，結果表明瓜爾豆膠0.08%，魔芋膠0.08%時的酸奶穩定性與口感最佳?？傊€定劑在一定程度上可以提高酸奶的穩定性，改善酸奶的外觀色澤和質地，防止酸奶出現乳清析出、組織狀態差等問題。

3 結語

隨著當今社會的高速發展，健康飲食對人們的身體健康至關重要。凝固型酸奶不僅有豐富的營養價值，還具有調節腸道菌群、解決乳糖不耐的優點。但是，目前凝固型酸奶對原料乳的質量、加工工藝等有著十分嚴格的要求。穩定劑具有改善酸奶質地、提升酸奶品質的作用，將其添加于酸奶之中，不僅能夠改善凝固型酸奶加工時出現的乳清析出、風味不良、組織狀態差等問題，還能豐富酸奶的營養價值。但是各種穩定劑的穩定機理還需進一步深入研究。同時，應加強對未來穩定劑的研制與開發，為未來穩定劑發展提供一定參考方向。