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        微囊化技術(shù)在制造常溫型活菌酸奶中的應(yīng)用

        2022-11-11 07:11:08呂繼明趙德英李玉芹曾化偉
        中國乳業(yè) 2022年10期

        呂繼明,趙德英,于 蘭,李玉芹,曾化偉,曾 昕*

        1 安徽曦強(qiáng)乳業(yè)集團(tuán)有限公司,安徽淮北 235000

        2 淮北師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)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(jìn)而競爭性的抑制腸道黏膜有害菌;此外,乳酸菌的代謝產(chǎn)物(乳酸、脂肪酸)還能夠?qū)Σ≡a(chǎn)生抑制,維持健康的腸道菌群系統(tǒng)[2,3]。當(dāng)前活菌型酸奶儲(chǔ)存運(yùn)輸對(duì)冷鏈的要求高,貨架期短(21 天),對(duì)儲(chǔ)存環(huán)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(wěn)定性是本領(lǐng)域存在的共性問題[2]。本研究采用微囊對(duì)活性乳酸菌進(jìn)行包埋,將其和外界營養(yǎng)源隔絕開來,使其處于休眠狀態(tài),并輔以酸奶穩(wěn)定劑進(jìn)行常溫下酸奶質(zhì)地的改良,旨在開發(fā)一種適用于活菌型酸奶的常溫保存體系,將對(duì)酸奶加工業(yè)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(gòu)建

        1.1.1 活性乳酸菌的培養(yǎng)

        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(fā)酵4 h。

        1.1.2 微囊的構(gòu)建

        選取微晶纖維素和預(yù)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(jī),在50 r/min的轉(zhuǎn)速下將物料擠出推進(jìn)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(zhuǎn)速下將條形物打斷,并在300 r/min的轉(zhuǎn)速下滾成圓球。在擠出滾圓過程中,開啟冷卻裝置,保持系統(tǒng)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(yàn)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(jī)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(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1 500~1 800 r/min、物料溫度25~29 ℃、進(jìn)風(fēng)溫度40~44 ℃、流化壓力和霧化壓力為0.01~0.1 MPa和包衣液進(jìn)樣流速為5~7 r/min的條件下,對(duì)上述制備好的丸芯進(jìn)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(fā)酵的酸奶中,攪拌均勻,置于4 ℃下儲(chǔ)藏[6]。

        1.1.3 微囊功效試驗(yàn)

        將包有活菌的微囊置于巴氏殺菌酸奶中,分別在30 ℃、4 ℃下進(jìn)行保存。將儲(chǔ)藏一定時(shí)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(tái)中將微丸徹底研磨,梯度稀釋,涂布LB培養(yǎng)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(shí)間段。

        1.2 基于微囊化和復(fù)合生物抑菌劑的產(chǎn)品無損保鮮

        1.2.1 活性乳酸菌的培養(yǎng)

        取新鮮生牛乳,于65 ℃保溫30 min進(jìn)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(fā)酵4 h。

        1.2.2 基于微囊化、復(fù)合生物抑菌劑的無損保鮮技術(shù)構(gòu)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(yàn)、復(fù)配試驗(yàn)確定最適添加量。單因素試驗(yàn)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(fā)酵乳涂布于LB平板上,并菌落計(jì)數(shù)。

        1.3 常溫酸奶穩(wěn)定體系的構(gòu)建及穩(wěn)定性試驗(yàn)

        將穩(wěn)定劑、物理改性淀粉與白砂糖進(jìn)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(jìn)行均質(zhì)處理,得到均質(zhì)混合物;將均質(zhì)混合物在90 ℃的溫度下進(jìn)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(jìn)行發(fā)酵處理12 h,得到乳基料;將酸奶基料在15 ℃的溫度下進(jìn)行灌裝,得到15 ℃儲(chǔ)存的酸奶。相關(guān)穩(wěn)定試驗(yàn)參照表1開展。

        表1 常溫酸奶穩(wěn)定體系試驗(yàn)組

        穩(wěn)定性測(cè)試:將該常溫儲(chǔ)存的酸奶在42 ℃下保溫7 天,肉眼觀察其是否出現(xiàn)沉淀或者脂肪上浮的現(xiàn)象。并隨機(jī)選擇10 人對(duì)該常溫儲(chǔ)存酸奶的風(fēng)味進(jìn)行評(píng)分,以100分為滿分,評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

        表2 發(fā)酵乳感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

        2 結(jié)果與分析

        2.1 活性乳酸菌的微囊化條件構(gòu)建

        由圖1所示,當(dāng)沒有采用微囊包裹的乳酸菌置于巴氏滅菌發(fā)酵乳中,其活菌數(shù)量因?yàn)閺?qiáng)酸環(huán)境的影響極具減少,在第9天已經(jīng)沒有活性乳酸菌存在;本試驗(yàn)制備的活菌微囊在30 ℃環(huán)境中,其30 天活菌保存率達(dá)到49.9%,而在4 ℃環(huán)境中,其30 天活菌保存率達(dá)到81.4%,效果極為顯著。

        圖1 低溫及30 ℃下微囊中乳酸菌數(shù)量變化

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

        圖2 低溫及30 ℃下微囊外乳酸菌數(shù)量變化

        2.2 基于微囊化和復(fù)合生物抑菌劑的產(chǎn)品無損保鮮

        由圖3所示,30 ℃環(huán)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(chǎn)品不受逃逸出來的乳酸菌影響,穩(wěn)定酸奶質(zhì)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(jìn)行復(fù)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(huán)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(xiàn)出強(qiáng)的抑菌能力,基于其價(jià)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(chǎn)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(fù)合物可有效抑制微囊外微生物的生長,延長產(chǎn)品貨架期。

        圖4 聚賴氨酸-乳酸鏈球菌素復(fù)合添加(w/w)抑菌效果

        2.3 常溫酸奶穩(wěn)定體系的構(gòu)建及穩(wěn)定性分析

        從表3中能夠得出,C組酸奶穩(wěn)定劑配方脂肪上浮程度最小,風(fēng)味高水平評(píng)分高,具有在常溫下穩(wěn)定酸奶質(zhì)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(wěn)定劑配方效果分析

        2.4 技術(shù)集成與效果分析

        基于以上的優(yōu)化結(jié)果,提出了活性乳酸菌微囊化-復(fù)合抑菌劑質(zhì)控-常溫酸奶穩(wěn)定劑質(zhì)保技術(shù)策略,進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)化,最終產(chǎn)品在常溫30 ℃環(huán)境下保存30 天,活性乳酸菌含量能達(dá)到初始含量的53.6%,微囊外微生物濃度為0,酸奶質(zhì)地未有任何變化,脂肪上浮厚度為0.5 mm,風(fēng)味評(píng)分80分以上占比97%,效果顯著。

        3 結(jié)論

        本文通過微囊構(gòu)建、生物抑菌劑單因素試驗(yàn)、復(fù)合添加、常溫酸奶穩(wěn)定劑添加試驗(yàn),對(duì)基于食品級(jí)微囊益生菌固定化、生物抑菌劑無損保鮮體系進(jìn)行了建立和優(yōu)化,并構(gòu)建了最優(yōu)的常溫酸奶穩(wěn)定劑配方,結(jié)果分別為:

        (1)以預(yù)膠化淀粉為芯材,進(jìn)行活性乳酸菌的固定,以復(fù)配醋酸酯抗消化淀粉、硬脂酸、黃原膠(3∶1∶1)等為壁材,進(jìn)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(yàn)制備的活菌微囊在30 ℃環(huán)境中,其30天活菌保存率達(dá)到49.9%,而在4 ℃環(huán)境中,其30天活菌保存率達(dá)到81.4%,效果顯著;

        (2)與微囊化活性乳酸菌配套的復(fù)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(fù)合物可有效抑制微囊外微生物的生長,延長產(chǎn)品貨架期。

        (3)穩(wěn)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(wěn)定劑0.9%、物理改性淀粉2%。

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