原创《二氧化碳抑菌技术在乳制品保鲜中的应用》
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范珺 济南兰光机电技术有限公司
乳制品因营养丰富,所以对广谱微生物群来说是理想的培养基.抑菌保鲜是乳制品贮藏乃至销售阶段具有重要意义的环节,而酸化、变质是导致乳制品风味劣变和涨袋的核心因素,也是乳制品保鲜贮藏技术所面对的巨大挑战.
抑菌保鲜是乳制品贮藏乃至销售阶段具有重要意义的环节,这也关系到食用者的健康、生产企业的经济效益和企业形象.酸化、变质是导致乳制品风味劣变和涨袋的核心因素,也是乳制品保鲜贮藏技术所面对的巨大挑战.乳制品酸化、变质不单单是腐败菌群的“个人表演”,而是腐败菌群及其释放的胞外酶的共同作用.
乳制品变质的主要成因—微生物
乳制品因营养丰富,所以对广谱微生物群来说是理想的培养基.大部分乳制品成品,如巴士杀菌鲜奶、酸奶等,需要采用低温贮藏以保持其优良品质和营养成分.但低温贮藏并不能够对所有微生物起抑制作用,比如嗜冷菌.根据文献资料记载,所有乳制品货架期中,约25% 的问题是由耐热嗜冷菌所引起.
嗜冷革兰氏阴性菌属的繁殖和生长可使冷藏的原料、巴氏杀菌乳、脱脂干酪及其类似产品中的微生物环境恶化.假单胞菌是嗜冷菌的代表菌株,是一种革兰氏阴性兼性厌氧型的嗜冷菌,这类菌株不仅可以在乳中生长,还可释放出许多可降解乳成分的胞外酶,主要是蛋白酶和脂肪酶,这两种酶能够分解蛋白质和脂肪,使乳产生感官缺陷.这些酶具有耐热特性,从而影响由巴氏杀菌乳所制成产品的保藏质量.其他常见的微生物如酵母菌和霉菌（地丝菌属、扇·霉属、毛霉、支链胞属、青霉菌）,可导致风味、质地劣化和可见的腐败.此外,耐热乳酸球菌的生长能降低巴氏杀菌乳的pH 值直到发生凝乳现象.
相关研究表明,鲜牛乳经巴氏杀菌后仍残留一定数量的微生物.一般牛乳经巴氏杀菌后7d 内微生物生长缓慢,但随着贮藏时间的延长,以假单胞菌为主的嗜冷菌数量快速增长.当贮藏时间为10~12d 时,假单胞菌数量可达峰值.与此同时,乳酸链球菌等开始迅速繁殖,分解乳糖产生乳酸使牛乳酸度升高,pH 值持续下降,此时假单胞菌的生长开始受限.12d 后假单胞菌开始大量死亡,当pH 值降到5 时,乳酸链球菌的生长也受到抑制.由于乳酸杆菌的耐酸能力较强,逐渐占领繁殖优势,并继续产酸,此时,乳中出现大量乳凝块,并有乳清析出.
二氧化碳抑菌技术在乳制品中的应用
二氧化碳（CO2）是碳原子的最高氧化状态,常温下以无色无味的气体状态存在,微溶于水.二氧化碳是一种天然抗微生物剂,具有抑制微生物生长的作用.因为二氧化碳分子是非极性分子,易溶解在微生物细胞膜的脂质双分子层中,且能增加膜的流动性,从而使细胞质暴露在有毒的环境中.微生物的细胞质含有水分,而二氧化碳与水发生水合反应生成碳酸,导致细胞质pH 值降低,使细胞所受压强增大.当二氧化碳在细胞内积累时,微生物视其为代谢废物而需消耗更多的代谢能量,同时取代氧气最小限度,发生降解反应,扰乱微生物正常的生理平衡.
二氧化碳抗菌技术应用于乳制品保鲜常采用两种方式：直接添加二氧化碳和充入二氧化碳混合气体的MAP 气调包装技术.已有相关研究证实,二氧化碳对革兰氏阳性和革兰氏阴性微生物的生长均具有抑制作用,这种抑制作用的效果主要依赖于二氧化碳在产品中的溶解程度,故较易溶解的液态乳制品更宜采用直接添加二氧化碳的方式.
1 直接添加二氧化碳
将装有液化和压缩二氧化碳的钢瓶利用减压阀和导管连通液态乳容器底部,以较低的压力向液态乳中充入适量二氧化碳.此方法对延长液态乳的货架期具有显著作用,例如巴氏杀菌乳常规货架期一般为15d 左右,直接充入二氧化碳后货架期可延长7d 左右.但是,直接添加二氧化碳会受到包装材料阻隔性的影响.
包装材料是隔离液态乳与外界环境的屏障,其主要功能是阻隔会加速乳品氧化变质进程的氧气.该性能一般通过包装材料的氧气透过率表征—氧气透过率越大的包材,单位时间内透过同一面积包材的氧气量就越多.众所周知,氧气能促进大多数微生物的生长繁殖,这将导致二氧化碳抗菌效果以及延长货架期的作用大打折扣.
笔者曾利用Labthink 品牌的VAC-V2 压差法气体渗透仪测试了不同贮藏温度下的多种液态乳包装材料的氧气透过率,如表1 所示,复合膜的氧气透过率明显低于PE 膜,这是因为复合膜集合了多种膜材的优点,尤其是添加了铝箔的复合膜,其氧气透过率仅为同温度下PE 膜的0.05%~0.16%.表1 也反映了包装材料的氧气透过率指标受温度影响的情况,即温度越高,材料的氧气透过率越大,越不利于对氧气的阻隔.
基于表1 的试验结果,对于采用直接添加二氧化碳抑菌的液态乳,建议选择多层塑塑复合膜、铝塑复合膜、纸铝塑复合膜或镀铝复合膜等作为包装材料,充分利用其产生的协同抑菌作用.相关研究显示,原料乳中注入二氧化碳后,采用高阻隔材料包装可使其货架期提高97.9%,而采用低阻隔材料包装,其货架期只提高了65.6%.
2 添加二氧化碳混合气体的MAP 气调包装技术
MAP 又称气调保鲜包装,是一种通过调节包装内气体含量以营造利于抑菌保鲜气体氛围的包装形式,粉类乳制品由于形态缘故更适宜采用MAP 气调包装技术.MAP 气调包装技术是将一定比例的氮气和二氧化碳混合气体充入包装,充入的惰性气体—氮气能最大限度地降低乳粉包装内氧气残留量；二氧化碳则协同氮气抑制乳粉中嗜氧菌繁殖,从而延长货架期.
需要注意的是,MAP 气调包装技术的抑菌效果与包装内各气体成分含量的稳定程度密切相关.若乳粉所用包装对气体的阻隔性较差,或乳粉包装密封不良,则易改变包装内部氮气或二氧化碳的含量,这也是乳粉气调包装要求使用对气体具有高阻隔性的包装材料,以及建立定期检测包装内气体成分含量日常监测机制的原因.
笔者所在的济南兰光包装安全检测中心的研究人员曾利用CLASSIC 650 顶空气体分析仪测试罐装乳粉和铝塑复合膜袋装乳粉这两种乳粉试样的顶空气体成分含量,结果如表2.罐装乳粉采用充入二氧化碳和氮气的气调包装,试验期间各气体成分含量较为稳定,原因可能在于马口铁罐自身对于气体具有优异的阻隔性.铝塑复合膜袋装乳粉采用充氮的包装形式,从表2 可以观察到,氧气含量随贮藏时间的延长出现缓慢上升,氮气和二氧化碳含量逐渐减少,这可能是因为铝塑复合袋表面存在针孔或折痕,或者存在泄漏点,进而增大了包装整体的氧气透过量.
结语
抑菌是乳制品贮藏保鲜领域的永久话题,以嗜冷菌为主的微生物菌群在低温环境中仍具有较强的繁殖性,是乳制品最为主要的致腐菌群.二氧化碳是一种天然抗微生物剂,具有抑制微生物生长的作用,可采用向乳制品中直接添加二氧化碳的方式和充入二氧化碳混合气体的MAP 气调包装技术实现抑菌保鲜目的.
二氧化碳论文参考资料：
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