微囊化技術在制造常溫型活菌酸奶中的應用

呂繼明，趙德英，于 蘭，李玉芹，曾化偉，曾 昕＊

1 安徽曦強乳業集團有限公司，安徽淮北 235000

2 淮北師范大學生命科學學院，安徽淮北 235000

0 引言

活菌型酸奶是保健功效最好的酸奶之一，其特色歸功于其中存在的高活性乳酸菌[1]。活性乳酸菌能夠在腸道中增殖生長形成生物膜屏障，進而競爭性的抑制腸道黏膜有害菌；此外，乳酸菌的代謝產物（乳酸、脂肪酸）還能夠對病原菌產生抑制，維持健康的腸道菌群系統[2，3]。當前活菌型酸奶儲存運輸對冷鏈的要求高，貨架期短（21 天），對儲存環境要求苛刻，這無疑增加了銷售成本[4]。如何在常溫下維持高水平的乳酸菌活性和提高酸奶穩定性是本領域存在的共性問題[2]。本研究采用微囊對活性乳酸菌進行包埋，將其和外界營養源隔絕開來，使其處于休眠狀態，并輔以酸奶穩定劑進行常溫下酸奶質地的改良，旨在開發一種適用于活菌型酸奶的常溫保存體系，將對酸奶加工業中有著重要的意義。

1 材料與方法

1.1 活性乳酸菌的微囊化條件構建

1.1.1 活性乳酸菌的培養

取新鮮生牛乳，在65 ℃條件下，巴氏滅菌30 min，再于冰箱中冷藏備用。接種嗜熱乳酸鏈球菌于其中，加入8%蔗糖，于42 ℃發酵4 h。

1.1.2 微囊的構建

選取微晶纖維素和預膠化淀粉作為芯材的主材，加入物料重量1.7 倍的蒸餾水，使物料粘合，具有一定的可塑性。選擇孔徑為0.7 mm的孔板，將物料放入到圓筒擠壓機，在50 r/min的轉速下將物料擠出推進并通過孔板，獲得圓柱狀條形物，然后放入滾圓裝置，在500～700 r/min的轉速下將條形物打斷，并在300 r/min的轉速下滾成圓球。在擠出滾圓過程中，開啟冷卻裝置，保持系統溫度在5～10 ℃或以下，最大限度地保持活菌的活性[5]。制備好的丸芯，置于45 ℃烘箱中，烘干24 h后，按試驗要求過篩，得到一定大小的丸芯。將一定量的醋酸酯抗消化淀粉-硬脂酸-黃原膠溶于適合的有機溶劑中，配制成濃度3%醋酸酯抗消化淀粉-1%硬脂酸-1%黃原膠的溶液，添加占醋酸酯抗消化淀粉干基重量20%的三乙酸甘油酯，磁力攪拌8 h。在風機轉速為1 500～1 800 r/min、物料溫度25～29 ℃、進風溫度40～44 ℃、流化壓力和霧化壓力為0.01～0.1 MPa和包衣液進樣流速為5～7 r/min的條件下，對上述制備好的丸芯進行包衣制備微丸。然后稱取1 g制備好的微丸投入100 g新鮮發酵的酸奶中，攪拌均勻，置于4 ℃下儲藏[6]。

1.1.3 微囊功效試驗

將包有活菌的微囊置于巴氏殺菌酸奶中，分別在30 ℃、4 ℃下進行保存。將儲藏一定時間的酸奶中的醋酸酯淀粉-硬脂酸薄膜包衣微丸取出，用無菌水洗凈[7]。在超凈臺中將微丸徹底研磨，梯度稀釋，涂布LB培養基固體平板，選取0 天、3 天、6 天、9 天、12 天、15 天、18 天、21 天、24 天、27 天、30 天作為考察時間段。

1.2 基于微囊化和復合生物抑菌劑的產品無損保鮮

1.2.1 活性乳酸菌的培養

取新鮮生牛乳，于65 ℃保溫30 min進行巴氏滅菌，再于冰箱中冷藏備用。接種嗜熱鏈球菌于其中，加入8%蔗糖，于42 ℃發酵4 h。

1.2.2 基于微囊化、復合生物抑菌劑的無損保鮮技術構建

選取多聚賴氨酸、納他霉素、乳酸鏈球菌素作為主要材料，通過單因素試驗、復配試驗確定最適添加量。單因素試驗將考察聚賴氨酸、納他霉素和乳酸鏈球菌素各自的單一添加濃度，添加濃度為0～20 mg/L，添加后在30 ℃下存放18 天后，取出200 μL微囊外發酵乳涂布于LB平板上，并菌落計數。

1.3 常溫酸奶穩定體系的構建及穩定性試驗

將穩定劑、物理改性淀粉與白砂糖進行混合，混合均勻后得到第一混合物，將第一混合物與30 ℃的牛奶混合20 min，得到第二混合物，將第二混合物與稀奶油以及乳清蛋白粉混合25 min，得到第三混合物，將第三混合物在溫度為60 ℃、壓力為160 bar的條件下進行均質處理，得到均質混合物；將均質混合物在90 ℃的溫度下進行巴氏殺菌250 s，得到殺菌混合物；將殺菌混合物降溫至35 ℃后進行發酵處理12 h，得到乳基料；將酸奶基料在15 ℃的溫度下進行灌裝，得到15 ℃儲存的酸奶。相關穩定試驗參照表1開展。

表1 常溫酸奶穩定體系試驗組

穩定性測試：將該常溫儲存的酸奶在42 ℃下保溫7 天，肉眼觀察其是否出現沉淀或者脂肪上浮的現象。并隨機選擇10 人對該常溫儲存酸奶的風味進行評分，以100分為滿分，評分標準如表2所示。

表2 發酵乳感官評分標準

2 結果與分析

2.1 活性乳酸菌的微囊化條件構建

由圖1所示，當沒有采用微囊包裹的乳酸菌置于巴氏滅菌發酵乳中，其活菌數量因為強酸環境的影響極具減少，在第9天已經沒有活性乳酸菌存在；本試驗制備的活菌微囊在30 ℃環境中，其30 天活菌保存率達到49.9%，而在4 ℃環境中，其30 天活菌保存率達到81.4%，效果極為顯著。

圖1 低溫及30 ℃下微囊中乳酸菌數量變化

由圖2所示，30 ℃環境下，微囊在12 天起有部分破裂而釋放出內部乳酸菌，該部分乳酸菌在外界酸環境下先生長，后逐漸死亡；在4 ℃環境下，微囊未出現破裂，外界在保存期內一直未出現乳酸菌溢出，故在4 ℃環境下，微囊化乳酸菌能夠長時間保持活力。

圖2 低溫及30 ℃下微囊外乳酸菌數量變化

2.2 基于微囊化和復合生物抑菌劑的產品無損保鮮

由圖3所示，30 ℃環境下，添加20 mg/L聚賴氨酸可以完全抑制微囊破裂釋放出的乳酸菌生長，以保障產品不受逃逸出來的乳酸菌影響，穩定酸奶質地，而20 mg/L乳酸鏈球菌素還不能完全抑制釋放的乳酸菌生長；故需要將兩種生物防腐劑進行復配，獲得更為高效的抑菌配方。

圖3 聚賴氨酸、乳酸鏈球菌素添加抑菌效果

由圖4所示，30 ℃環境下，10 mg/L聚賴氨酸-乳酸鏈球菌素在3∶7、4∶6、5∶5、6∶4的組合中均表現出強的抑菌能力，基于其價格因素，確定聚賴氨酸∶乳酸鏈球菌素=3∶7（w/w）為最適添加量。另外，為防止產品貨架期意外的真菌感染，本配方引入納他霉素，確定最終配方為聚賴氨酸∶納他霉素∶乳酸鏈球菌素=3∶1∶6，添加10 mg/L該抑菌復合物可有效抑制微囊外微生物的生長，延長產品貨架期。

圖4 聚賴氨酸-乳酸鏈球菌素復合添加（w/w）抑菌效果

2.3 常溫酸奶穩定體系的構建及穩定性分析

從表3中能夠得出，C組酸奶穩定劑配方脂肪上浮程度最小，風味高水平評分高，具有在常溫下穩定酸奶質地的作用，因此可作為輔助方案，在常溫型活菌型酸奶中使用。

表3 三種常溫酸奶穩定劑配方效果分析

2.4 技術集成與效果分析

基于以上的優化結果，提出了活性乳酸菌微囊化-復合抑菌劑質控-常溫酸奶穩定劑質保技術策略，進行產業化轉化，最終產品在常溫30 ℃環境下保存30 天，活性乳酸菌含量能達到初始含量的53.6%，微囊外微生物濃度為0，酸奶質地未有任何變化，脂肪上浮厚度為0.5 mm，風味評分80分以上占比97%，效果顯著。

3 結論

本文通過微囊構建、生物抑菌劑單因素試驗、復合添加、常溫酸奶穩定劑添加試驗，對基于食品級微囊益生菌固定化、生物抑菌劑無損保鮮體系進行了建立和優化，并構建了最優的常溫酸奶穩定劑配方，結果分別為：

（1）以預膠化淀粉為芯材，進行活性乳酸菌的固定，以復配醋酸酯抗消化淀粉、硬脂酸、黃原膠（3∶1∶1）等為壁材，進行囊芯的包裹，制備直徑大小為0.7mm大小的乳酸菌微囊。本試驗制備的活菌微囊在30 ℃環境中，其30天活菌保存率達到49.9%，而在4 ℃環境中，其30天活菌保存率達到81.4%，效果顯著；

（2）與微囊化活性乳酸菌配套的復合抑菌劑配方為聚賴氨酸：納他霉素：乳酸鏈球菌素=3∶1∶6，添加10 mg/L該抑菌復合物可有效抑制微囊外微生物的生長，延長產品貨架期。

（3）穩定劑：瓊脂3%、果膠3%、海藻酸丙二醇酯1%、檸檬酸單甘脂0.3%。乳基料：牛奶87%、稀奶油0.9%、白砂糖8.3%、乳清蛋白粉0.9%、穩定劑0.9%、物理改性淀粉2%。