賈宏信
(乳業(yè)生物技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海乳業(yè)生物工程技術(shù)研究中心,光明乳業(yè)股份有限公司乳業(yè)研究院,上海200436)
氣調(diào)包裝(充氮?dú)?,充氮?dú)夂投趸蓟旌蠚猓┮恢笔侨榉垩娱L(zhǎng)貨架期的技術(shù)手段之一。乳粉充入惰性氣體可以減少包裝內(nèi)的殘氧量,進(jìn)而減少或減緩乳粉內(nèi)脂肪的氧化(特別是對(duì)不飽和脂肪含量較高的嬰幼兒配方乳粉和調(diào)制乳粉效果明顯),減少易衰減組分(主要為維生素,如維生素C、維生素E等)的損失[1-3]。益生菌具有促進(jìn)腸道健康,增強(qiáng)免疫力及減輕慢性病癥狀等作用,近年來(lái)深受消費(fèi)者的喜愛(ài)[4-5]。根據(jù)聯(lián)合國(guó)糧食及農(nóng)業(yè)組織和世界衛(wèi)生組織對(duì)益生菌的定義,益生菌是一種食用者攝取適當(dāng)量后,能對(duì)食用者健康發(fā)揮有益作用的活菌[6]。因此最大限度的保持益生菌在相應(yīng)食品載體中的活菌存活率是益生菌食品企業(yè)面臨的首要問(wèn)題。益生菌的增殖、存活受水分含量、水分活度(aw)及環(huán)境氧的影響較大,即使是處于粉體狀態(tài)的益生菌也會(huì)受水分含量、aw和氧的影響[7-9]。目前對(duì)于乳粉內(nèi)添加益生菌的研究,更多關(guān)注的是水分活度、貯存溫度及菌株差異性在乳粉中的穩(wěn)定性[7-10]。卻鮮有報(bào)道氣調(diào)包裝與普通包裝乳粉在貯存過(guò)程中水分、水分活度和益生菌活菌數(shù)變化的研究。
本文分析了益生菌乳粉充氮包裝和普通包裝加速試驗(yàn)條件(37℃及45℃貯存)下,貯存12周的水分、雙歧桿菌的變化。分析充氮包裝對(duì)乳粉貯存過(guò)程中水分和aw(影響益生菌存活的重要因素)的影響,以及雙歧桿菌存活的影響。
乳粉(含乳雙歧桿菌B420),光明乳業(yè)研究院中試車(chē)間試制;MRS固體培養(yǎng)基和氯化鈉。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中所用的水均為去離子水。
TE612-L型電子天平;series 4型水分活度儀;MB45型水分含量測(cè)試儀;A35型厭氧培養(yǎng)箱。
1.2.1 樣品準(zhǔn)備
用生牛乳、植物油及營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑通過(guò)配料、均質(zhì)、殺菌、濃縮、噴霧干燥、過(guò)篩等工藝制成符合GB19644[11]的乳粉。以充氮和普通包裝(不充氮)工藝分別包裝產(chǎn)品(規(guī)格400 g/袋),充氮產(chǎn)品殘氧量控制依據(jù)GB/T 26993[12]。包裝完成后,將兩種包裝形式的乳粉放置于37℃和45℃的恒溫恒濕(相對(duì)濕度75%)培養(yǎng)箱內(nèi)進(jìn)行加速試驗(yàn)。然后分別于第0、2、4、6、8、10、12周取樣進(jìn)行相應(yīng)檢測(cè)。
1.2.2 水分含量和aw的測(cè)定
將待檢樣品和水分含量測(cè)定儀、水分活度儀放置于溫度23~25℃、空氣相對(duì)濕度30%~50%的測(cè)定室平衡1~2 h。根據(jù)水分活度儀及水分測(cè)定儀說(shuō)明分別進(jìn)行相關(guān)測(cè)定,檢測(cè)樣品在每個(gè)取樣點(diǎn)分別做3次平行實(shí)試驗(yàn),結(jié)果取平均值。
1.2.3 菌落計(jì)數(shù)
菌落計(jì)數(shù)依據(jù)GB4789.35[13]中雙歧桿菌的計(jì)數(shù)法略有修改。具體為:取待檢樣25 g,與225 mL滅菌的生理鹽水(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.9%)混合,然后取1 mL懸液進(jìn)行10倍梯度稀釋,最后取3個(gè)適宜的稀釋梯度進(jìn)行MRS培養(yǎng)基傾注實(shí)驗(yàn)(MRS培養(yǎng)基傾注前進(jìn)行121℃,15 min滅菌,待冷卻至45℃左右時(shí)再進(jìn)行傾注,每個(gè)平行3個(gè)平板,每個(gè)平板稀釋液200μL)。待平板凝固后,放置在37℃厭氧箱內(nèi)培養(yǎng)48 h。計(jì)數(shù),取菌落數(shù)在30~300的平板進(jìn)行計(jì)數(shù)。
所有數(shù)據(jù)為3次重復(fù)實(shí)驗(yàn)的平均值和標(biāo)準(zhǔn)誤差,顯著性分析用SPSS17.0處理軟件進(jìn)行均值的方差分析,顯著性差異(P<0.05)。
充氮和不充氮包裝乳粉貯存過(guò)程中水分含量的變化情況如表1所示。由表1結(jié)果可知,37℃或45℃貯存乳粉充氮和不充氮,隨著貯存時(shí)間的延長(zhǎng)水分含量并無(wú)明顯的增高或下降趨勢(shì),且與起始水分含量(3.20%)相比,在貯存過(guò)程中所有包裝形式乳粉的水分含量都在起始水分含量的95%~105%。通過(guò)方差分析發(fā)現(xiàn):同種包裝方式的乳粉,貯存過(guò)程中(同一溫度)不同時(shí)間點(diǎn)水分含量的單因素方差分析顯示無(wú)顯著差異;不同包裝方式的乳粉,貯存過(guò)程中(同一溫度)相同時(shí)間點(diǎn)水分含量的配對(duì)樣本T檢驗(yàn)也無(wú)顯著差異,說(shuō)明充氮或不充氮不影響乳粉貯存過(guò)程中水分含量的變化。
表1乳粉貯存過(guò)程中水分含量的變化(均值±SD) %
由圖1結(jié)果可知,乳粉在貯存過(guò)程中其水分活度的總趨勢(shì)是隨著貯存時(shí)間的延長(zhǎng)aw而升高,到貯存末期(12周)水分活度有所下降。充氮和不充氮包裝相比:乳粉在37℃貯存過(guò)程中充氮包裝和不充氮包裝乳粉的aw變化趨于一致,都表現(xiàn)為隨著貯存期的延長(zhǎng)aw升高直至第6周,而后在第8周表現(xiàn)為急劇下降(aw相比第6周,充氮包裝下降8%,不充氮包裝下降6%),第10周在急劇上升(aw相比第8周,充氮包裝上升11%,不充氮包裝上升10%);乳粉在45℃貯存過(guò)程中前6周aw兩者之間無(wú)明顯的區(qū)分,但從6周后充氮包裝的乳粉在同一時(shí)間點(diǎn)低于不充氮包裝的乳粉。同種包裝形式相比:在37℃貯存的乳粉從第2周開(kāi)始其aw都低于同一時(shí)間點(diǎn)45℃貯存的乳粉。在整個(gè)12周貯存期,乳粉的水分活度最大值都出現(xiàn)在貯存10周(37℃貯存:充氮和不充氮aw=0.1295;45℃貯存:充氮aw=0.1359,不充氮aw=0.1390)。
圖1 乳粉貯存過(guò)程中aw的變化
由圖2和圖3結(jié)果可知,乳粉在貯存過(guò)程中雙歧桿菌的活菌數(shù)隨著貯存期的延長(zhǎng)而減少。在37℃貯存起始至貯存期末,乳粉雙歧桿菌的活菌數(shù),充氮包裝由起始的2.19×108cfu/g下降至2.47×107cfu/g(下降為初始值的11.3%);不充氮包裝下降至1.54×106cfu/g(下降為初始值的0.7%)。在45℃貯存12周后,乳粉雙歧桿菌的活菌數(shù),充氮包裝下降至7.03×104cfu/g(下降為初始值的0.03%);不充氮包裝下降至1.65×104cfu/g(下降為初始值的0.008%)。由以上結(jié)果可以明顯得出,充氮包裝可以有效延長(zhǎng)雙歧桿菌在乳粉內(nèi)的存活時(shí)間。
圖2 37℃貯存乳粉雙歧桿菌活菌數(shù)變化
圖3 45℃貯存乳粉雙歧桿菌菌落數(shù)變化
乳粉水分的測(cè)定主要是測(cè)定乳粉內(nèi)自由水的數(shù)量[14],自由水是以物理吸附凝聚在乳粉顆粒內(nèi)部及乳粉顆粒間隙間的水,是能被微生物代謝及其他反應(yīng)利用的水。水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)是乳粉生產(chǎn)過(guò)程中需要質(zhì)量控制的重要指標(biāo)之一,這是因?yàn)檫m宜的水分含量有利于乳粉的長(zhǎng)保質(zhì)期,低水分含量可以抑制乳粉結(jié)塊、減緩脂肪氧化和褐變等。GB19644規(guī)定乳粉的水分應(yīng)低于5%,而已報(bào)道的益生菌乳粉其水分大都控制在2.0%~3.5%[7-8]。文中所生產(chǎn)乳粉的水分為3.20%,且在不同的貯存溫度下不同貯存期該產(chǎn)品的水分含量都維持在3.20%左右。說(shuō)明該產(chǎn)品的水分含量控制的很好,也間接說(shuō)明包裝材料的阻隔性很好,乳粉內(nèi)水分含量不受包裝外部水分的影響。
aw反映的是食品中水分的結(jié)合程度(游離程度),aw值越高,結(jié)合程度越低,aw越低,結(jié)合程度越高。另外aw也反映其被微生物利用的程度[14]。食品中的脂肪氧化(非酶)、微生物代謝、非酶褐變、維生素?fù)p失等都與aw直接相關(guān),因此將乳粉控制在適宜的aw范圍內(nèi)可以最大限度的減少乳粉的劣變反應(yīng),提高益生菌在乳粉內(nèi)的存活率,延長(zhǎng)乳粉的貨架期[15]。一般認(rèn)為[7,9]含益生菌的乳粉其aw宜控制在0.2以內(nèi),以最大限度的控制益生菌的存活,但考慮到食品在貯存過(guò)程中其aw會(huì)有波動(dòng),因此在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中aw可以控制在低于0.2。文中乳粉的起始aw為0.0947,且在整個(gè)不同條件下的加速過(guò)程中,其水分活度的值在0.0947-0.1390之間。這一范圍也是乳粉處于最佳氧化穩(wěn)定狀態(tài)的aw控制范圍[16]。
益生菌的活菌數(shù)是保證其具有益生功效的前提。在益生菌食品長(zhǎng)貨架保存期間,一般要求產(chǎn)品的益生菌活菌數(shù)要高于1×106cfu/g,這就要求所開(kāi)發(fā)的益生菌食品要盡可能地為益生菌存活創(chuàng)造最佳條件[17]。而乳粉,因?yàn)槠涞退?,低水分活度的特性,特別適合益生菌在其長(zhǎng)時(shí)間存活。文中乳粉在加速條件下,讓益生菌處于不利于其存活的極端條件下,37℃貯存12周充氮包裝的乳粉其雙歧桿菌活菌數(shù)高于不充氮包裝的乳粉1個(gè)數(shù)量級(jí),而45℃貯存12周充氮包裝的乳粉其雙歧桿菌活菌數(shù)是不充氮包裝乳粉的4倍之多,說(shuō)明充氮包裝有利于提高益生菌在乳粉長(zhǎng)貨架期內(nèi)的存活。
跟蹤分析了含益生菌乳粉充氮包裝和不充氮包裝在37℃或45℃(12周)貯存過(guò)程中,乳粉水分、aw和雙歧桿菌的變化情況。結(jié)果:兩種包裝的乳粉在貯存過(guò)程中水分并無(wú)明顯的波動(dòng),且同一時(shí)間點(diǎn)兩種包裝形式的乳粉水分不存在顯著差異(p>0.05);水分活度,在37℃貯存的情況下,充氮包裝乳粉和不充氮包裝乳粉的aw變化趨勢(shì)一致,且無(wú)明顯區(qū)別;在45℃貯存的情況下,充氮包裝乳粉的aw波動(dòng)略低于不充氮包裝的乳粉(從貯存的第6周起,同一時(shí)間點(diǎn)充氮包裝乳粉的aw都低于不充氮包裝)。充氮包裝的乳粉其雙歧桿菌活菌數(shù)在相同條件下都比不充氮包裝的乳粉雙歧桿菌活菌數(shù)高。以上結(jié)果說(shuō)明充氮包裝在一定程度上可以降低乳粉貯存過(guò)程中aw的波動(dòng),提高雙歧桿菌在乳粉中的穩(wěn)定性。