不同穩(wěn)定劑對活性乳酸菌飲料的穩(wěn)定性研究：
不同穩(wěn)定劑對活性乳酸菌飲料的穩(wěn)定性研究，活性乳酸菌飲料是含乳飲料的一種，活性乳酸菌 飲料屬于發(fā)酵型酸性乳飲料，它是以鮮乳或乳粉為原 料，經(jīng)殺菌、冷卻、接種乳酸菌發(fā)酵劑培養(yǎng)發(fā)酵，然后經(jīng) 過適當(dāng)?shù)南♂尯驼{(diào)配非經(jīng)滅菌而制成?；钚匀樗峋?料由于存在大量的繼續(xù)產(chǎn)酸的乳酸菌，在產(chǎn)品的保質(zhì) 期內(nèi)產(chǎn)品的pH不斷地下降，因此活性乳酸菌飲料中 的酪蛋白處于高度不穩(wěn)定狀態(tài)，容易發(fā)生分層和沉淀 現(xiàn)象，從而影響到產(chǎn)品的穩(wěn)定性[1]。實踐中除了通過對 原料奶、水質(zhì)、工藝流程微生物環(huán)境等因素進行控制 以提高活性乳酸菌飲料穩(wěn)定性外，最主要也是最關(guān)鍵 的提高活性乳酸菌飲料穩(wěn)定性的方法就是適當(dāng)添加 穩(wěn)定劑。常用于活性乳酸菌飲料的穩(wěn)定劑單體有許多 種，如卡拉膠、瓜爾豆膠、CMC、黃原膠、果膠等，但在活 性乳酸菌飲料的實際生產(chǎn)中，往往使用復(fù)合穩(wěn)定劑來 增加產(chǎn)品的穩(wěn)定性，以便充分利用各種穩(wěn)定劑單體之 間的協(xié)同交互作用以減少穩(wěn)定劑的用量、降低生產(chǎn)成本，同時可以避免單一的某種穩(wěn)定劑添加量過大而影 響活性乳酸菌飲料的風(fēng)味及口感[2]。試驗在研究了卡 拉膠、CMC(羧甲基纖維素)、瓜爾豆膠3種穩(wěn)定劑單獨 添加時對活性乳酸菌飲料穩(wěn)定性的影響基礎(chǔ)上通過 Box-Behnken設(shè)計對這3種穩(wěn)定劑進行適當(dāng)復(fù)配，以 求達(dá)到它們共同作用下的最佳的活性乳酸菌飲料穩(wěn) 定效果。
1不同穩(wěn)定劑對活性乳酸菌飲料的穩(wěn)定性研究材料與方法
1.1材料與儀器 1.1.1材料
鮮奶:市售;卡拉膠、單甘酯、瓜爾豆膠、羧甲基纖 維素(CMC)、檸檬酸、香精：均為食品級；蔗糖：市售； DVS (直投式)發(fā)酵劑:丹麥丹尼斯克公司。
1.1.2 儀器
均質(zhì)機:德國An Invensys公司；FM300型乳化機、 FW3D型高速攪拌機：上海Fluoko公司；LRH-150型
生化培養(yǎng)箱、TDL-40B型冷凍離心機：上海一恒科技
.2.0.8.64- 4.4.3.S.3.
%/Mf.aM
%/Mf.aM
4.4.4.3.3.3.S.3
%/MfCJM
0.030.060.090.120.150.18
添加量/%
圖1 卡拉膠穩(wěn)定性單因素試驗
Fig.1 Single factorcarrageemnstabilizerexperinent
有限公司；1013型恒溫水浴箱：德國GFL公司；CA- 1480-3型無菌工作臺：上海上凈凈化設(shè)備有限公司； pH5-3c型酸度計:上海精密科學(xué)儀器有限公司；R180 型旋轉(zhuǎn)式黏度計：德國proRheo公司；SA-300VF型滅 菌鍋：臺灣STURDY INDUSTRIAL公司；分析天平：北 京賽利斯天平有限公司；西門子冰箱。
1.2方法
1.2.1活性乳酸菌飲料的生產(chǎn)工藝
原料乳+穩(wěn)定劑、乳化劑+蔗糖—加熱(50 °C) ^攪 拌分散(5 min) —•乳化(5 min) —•攪拌(10 min, 65 °C水浴 鍋)—均質(zhì)（60 C~70 C 20 MPa)—殺菌(95 C，10 min)
—冷卻(40 °C)—接種—發(fā)酵(42 °C)—冷卻—稀釋— 攪拌(10 min)—加檸檬酸—加香糖—均質(zhì)—冷卻—冷 藏(4°C)
1.2.2卡拉膠穩(wěn)定劑單因素試驗
分別添加 0.03 %、0.06 %、0.09 %、0.12 %、0.15 % 和0.18 %卡拉膠進行活性乳酸菌飲料生產(chǎn)，冷藏1周 后進行離心穩(wěn)定性試驗，重復(fù)3次取平均值。
1.2.3CMC穩(wěn)定劑單因素試驗
分別添加 0.05 %、0.10 %、0.15 %、0.20 %、0.25 % 和0.30 %CMC進行活性乳酸菌飲料生產(chǎn)，冷藏1周后 進行離心穩(wěn)定性試驗，重復(fù)3次取平均值。
1.2.4瓜爾豆膠穩(wěn)定劑單因素試驗
分別添加 0.05 %、0.10 %、0.15 %、0.20 %、0.25 % 和0.30%瓜爾豆膠進行活性乳酸菌飲料生產(chǎn)，冷藏1周 后進行離心穩(wěn)定性試驗，重復(fù)3次取平均值。
1.2.5穩(wěn)定劑的復(fù)配試驗
穩(wěn)定劑的復(fù)配試驗米用Box-Behnken設(shè)計，不同穩(wěn)定劑對活性乳酸菌飲料的穩(wěn)定性研究，檢測 的指標(biāo)為冷藏1周后產(chǎn)品的離心率，重復(fù)3次取平均值。 1.2.6穩(wěn)定性測定方法
在10 mL離心管中精確加入活性乳酸菌飲料 10 mL,然后在4 000 r/min的離心機上離心30 min,棄
去上部清液，準(zhǔn)確稱取沉淀物質(zhì)量，利用下式計算離
心率[3]。
離心率=——沉淀物質(zhì)量^旦 X100 %
10 mL酸乳飲料質(zhì)量/g 1.2.7數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析
米用 The SAS9.0 for Windows 軟件對 Box-Behnken
設(shè)計試驗結(jié)果進行回歸方差分析' 2結(jié)果與分析
2.1 卡拉膠穩(wěn)定劑單因素試驗結(jié)果
圖1為卡拉膠穩(wěn)定劑單因素試驗結(jié)果。
由圖1可以看出:卡拉膠的添加量在0.03 %~0.18 % 范圍內(nèi)時，活性乳酸菌飲料離心率與卡拉膠添加量成 負(fù)相關(guān)，離心率隨添加量的增加而減??；其中卡拉膠 添加量在0.03 %?0.06 %時活性乳酸菌飲料離心率變 化較緩慢;卡拉膠的添加量在0.06 %?0.12 %時活性乳 酸菌飲料離心率隨卡拉膠添加量的增大而急劇地降 低;卡拉膠的添加量在0.12 %?0.18 %時活性乳酸菌飲 料離心率隨卡拉膠添加量的增大變化又趨于緩慢。因 此，從邊際效應(yīng)出發(fā)，選擇離心率變化最快區(qū)間的未 端即0.12 %添加量為臨界控制點。
2.2 CMC穩(wěn)定劑單因素試驗結(jié)果
圖2為CMC穩(wěn)定劑單因素試驗結(jié)果。
3.2
0.050.100.150.200.250.30
添加量/%
圖2 CMC穩(wěn)定劑單因素試驗 Fig.2 Single factor CMC stabilizer experiment
由圖2可以看出：CMC的添加量在0.05 %~0.15 %
范圍內(nèi)時，活性乳酸菌飲料離心率與CMC的添加量變 化較小;CMC的添加量在0.15 %?0.25 %范圍內(nèi)時，活 性乳酸菌飲料離心率與CMC的添加量變化顯著變化; CMC的添加量在0.25 %?0.30 %范圍內(nèi)時活性乳酸菌 飲料離心率隨CMC的添加量的增大變化又趨于緩和。 因此，選擇添加量0.25 %作為CMC穩(wěn)定劑添加量的 臨界控制點。
2.3瓜爾豆膠穩(wěn)定劑單因素試驗結(jié)果
圖3為瓜爾豆膠穩(wěn)定劑單因素試驗結(jié)果。
3.2
0.050.100.150.200.250.30
添加量/%
圖3瓜爾豆膠穩(wěn)定劑單因素試驗 Fig.3 Single factor guargum stabilizer experiment
由圖3可以看出：在試驗所選擇的范圍內(nèi)，不同穩(wěn)定劑對活性乳酸菌飲料的穩(wěn)定性研究，活性乳 酸菌飲料離心率隨瓜爾豆膠的添加量的增大而降低； 其中添加量在0.05 %?0.15 %時，離心率變化急??；當(dāng) 添加量在0.15 %?0.25 %時，離心率變化相對緩和了許 多；當(dāng)添加量大于0.25 %時，活性乳酸菌飲料的離心 率變化不大。因此，選擇離心率急劇變化區(qū)間的未端 即添加量0.25 %作為瓜爾豆膠穩(wěn)定劑的臨界控制點。 2.4穩(wěn)定劑復(fù)配實驗結(jié)果
根據(jù)單因素試驗結(jié)果，卡拉膠、CMC、瓜爾豆膠的 控制活性乳酸菌飲料穩(wěn)定性的臨界添加量分別為 0.12 %、0.25 %、0.25 %?？紤]到復(fù)配時因素之間存在控 制活性乳酸菌飲料穩(wěn)定性上的協(xié)同交互作用，因而本 次試驗假定它們?nèi)咧g存在提高活性乳酸菌飲料 穩(wěn)定性的交互作用，分別選擇3種穩(wěn)定劑臨界添加量 的10 %、0 %、0 %作為Box-Behnken設(shè)計方案的-1、 0、水平，最后由試驗結(jié)果來驗證假設(shè)的正確性。Box- Behnken設(shè)計因素水平編碼見表1，試驗方案及結(jié)果見 表2。
表1 Box-Behnken設(shè)計因素水平編碼 Table 1 Coded factors and levels of Box-Behnken design
編碼X1卡拉膠/%X2 CMC/%X3瓜爾豆膠/%
-10.0120.0250.025
00.0240.050.05
10.0360.0750.075
表 2 Box-Behnken設(shè)計方案及結(jié)果
Table 2 Sketch and result of Box-Behnken design
試驗號編碼因素取值
X1X2X3/%
1-1-104.16
2-10-13.97
3-1013.93
4-1103.89
50-1-13.86
60-113.65
701-13.63
80113.62
91-103.56
1010-13.53
111013.54
121103.57
130003.56
140003.54
150003.55
應(yīng)用SAS9.0對表2的試驗數(shù)據(jù)進行完全二次 回歸分析，其回歸方差分析結(jié)果見表3、表4,所得 的離心率隨卡拉膠、CMC、瓜爾豆膠因素變化的三元 二次回歸方程⑴如下[5]: y=5.865 000-48.937 500X「
107 —
27.600 000X2-13.250 000X3+371.875 000X^+140.000 0 1^+154.000 000X2X2 +25.000X3X1 +80.000X3X2 +
70.000X3X3(1)
回歸方程⑴的方差分析結(jié)果見表3。
表3回歸方程的方差分析
Table 3 Variance ancolysis of regression equation
回歸自由度平方和決定系數(shù)F值P值
一次項30.424 4250.742 8123.56<0.000 1**
二次項30.1109850.194232.310.001 1**
交互項30.030 2250.052 98.800.019 4*
總模型90.565 6350.990 054.890.000 2**
殘差自由度平方和均方F值P值
失擬項20.005 5250.001 84218.420.051 9
誤差項30.000 2000.000 100
總誤差50.005 7250.001 145
注：**表示a=0.01水平下顯著；表示a=0.05水平下顯著
由表3可得：回歸方程模型極顯著CP<0.01)，不同穩(wěn)定劑對活性乳酸菌飲料的穩(wěn)定性研究，回歸 方程的決定系數(shù)R2=0.990 0,即方程可以解釋99.00 % 的離心率數(shù)據(jù)變異，方程的擬合性好;方程失擬項不顯 著(P>0.05)表明二次回歸模型可以用來預(yù)測離心率的 變化無需引入更高次模型，也無需引入新的變量，因此 可以用該回歸方程對試驗的結(jié)果進行分析預(yù)測；一次 項極顯著(P<0.01)，表明所選擇的卡拉膠、CMC、瓜爾 豆膠三因素對活性乳酸菌飲料穩(wěn)定性試驗結(jié)果影響 非常大，交互項顯著(P<0.05)表明在所選擇的試驗范 圍內(nèi)三因素之間存在較強的交互性。
回歸方程(1)回歸系數(shù)的方差分析結(jié)果見表4。
表4回歸系數(shù)方差分析結(jié)果 Table 4 Andysis of regression coefficrent
變量自由度參數(shù)估計標(biāo)準(zhǔn)誤t值P值
Intercept15.865 0000.168 62434.78<0.000 1**
X11-48.937 5004.299 649-11.380.000 1**
X21-27.600 0003.439 719-8.020.000 5**
X31-13.250 0003.439 719-3.850.012*
X1X11371.875 00044.024 4378.450.000 4**
X2X11140.000 00033.837 8494.140.009 0**
X2X21154.000 00028.1756405.470.002 8**
XsX1125.000 00033.837 8490.740.1939
XsX2180.000 00027.070 2792.960.031 7*
X3X3170.000 00028.175 6402.480.055 5
注:表示a=0.01水平下顯著；表示a=0.05水平下顯著
由表4可見:在試驗所選擇的范圍內(nèi)，一次項中卡 拉膠（X)、CMC (X)兩因素對活性乳酸菌飲料離心率 的影響極顯著(P<0.01)，瓜爾豆膠（X)對活性乳酸菌 飲料離心率的影響顯著(P<0.05)，其中，卡拉膠對活性 乳酸菌飲料離心率降低影響最大，CMC次之，瓜爾豆
108
膠最弱;二次項中卡拉膠江!）與CMC (X2)極顯著(P< 0.01)，不同穩(wěn)定劑對活性乳酸菌飲料的穩(wěn)定性研究，而瓜爾豆膠(X》不顯著(P>0.05)，表明在試驗所 選擇的范圍內(nèi)，卡拉膠與CMC自身的交互作用對活性 乳酸菌飲料離心率的降低影響較大，而瓜爾豆膠自身 相互作用不顯著地降低活性乳酸菌飲料的離心率；交 互項中卡拉膠(X)與CMC (X)的交互作用極顯著(P<
O.01)，交互項瓜爾豆膠(X)與CMC (X)的交互作用顯 著(P<0.05)，卡拉膠(X)與瓜爾豆膠(X)的交互作用 不顯著(P>0.05)?？傮w來看整個回歸方程只有卡拉膠 (X)與瓜爾豆膠(X)的交互項及瓜爾豆膠(X)的二次 項不顯著（P>0.05)，但因其瓜爾豆膠（X)二次項
P。.。55 5<0.25且接近于0.05,卡拉膠(X)與瓜爾豆膠(X) 交互項PM9„<0.25,因此，它們之間仍然存在相當(dāng)程度 的交互影響，仍應(yīng)予以保留，方程保持不變[4]。
采用SAS程序的RSREG語句對回歸方程⑴求 解極小值得降低活性乳酸菌飲料離心率的卡拉膠、 CMC、瓜爾豆膠3種穩(wěn)定劑添加量的最佳方案為:卡 拉膠、CMC、瓜爾豆膠的添加量分別為0.054 5 %、 0.050 3 %、0.056 2 %，總的添加量為0.161 %，此時活 性乳酸菌飲料的離心率得最小值為3.47 %。為了驗證 方案的真實性，在此添加量條件下進行3次驗證試驗， 得到離心率的平均值為3.51 %，與理論預(yù)測值相比相 對誤差很小，因此，Box-Behnken設(shè)計優(yōu)化得到的控制 活性乳酸菌飲料離心率的穩(wěn)定劑復(fù)配添加方案較準(zhǔn) 確可靠，具有實用價值。從試驗優(yōu)化結(jié)果可以看出，3種 穩(wěn)定劑的復(fù)配利用了穩(wěn)定劑的協(xié)同交互作用，特別是 卡拉膠與CMC的交互作用，明顯降低為控制活性乳酸 菌飲料離心率的單一穩(wěn)定劑添加量，不同穩(wěn)定劑對活性乳酸菌飲料的穩(wěn)定性研究，從而能有效地降 低了生產(chǎn)成本及避免產(chǎn)品因穩(wěn)定劑添加過多而變差
的問題。
3結(jié)論
1)對卡拉膠、CMC、瓜爾豆膠3種穩(wěn)定劑的控制活 性乳酸菌飲料穩(wěn)定性進行單因素試驗并確定單一添 加時它們的臨界控制活性乳酸菌飲料離心率的添加 量分別為 0.12 %、0.25 %、0.25 %。
2)采用Box-Behnken設(shè)計對穩(wěn)定劑控制活性乳酸 菌飲料穩(wěn)定性進行復(fù)配優(yōu)化。優(yōu)化的結(jié)果顯示:卡拉 膠、CMC、瓜爾豆膠的添加量分別為0.0545%、0.0503%、 0.056 2 %，總的添加量為0.161 %，此時實際活性乳酸 菌飲料的離心率得最小值為3.51 %?？ɡz、CMC、瓜 爾豆膠在控制酸乳穩(wěn)定性方面存在一定程度的交互 性，通過復(fù)配可以明顯降低單一穩(wěn)定劑的添加量，因 此，多種穩(wěn)定劑的復(fù)配能有效地降低了用量及避免在 控制活性乳酸菌飲料穩(wěn)定性過程中活性乳酸菌飲料 口感因增稠劑添加過多而消弱的問題。
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