不同稳定剂对活性乳酸菌饮料的稳定性研究：
不同稳定剂对活性乳酸菌饮料的稳定性研究，活性乳酸菌饮料是含乳饮料的一种，活性乳酸菌 饮料属于发酵型酸性乳饮料，它是以鲜乳或乳粉为原 料，经杀菌、冷却、接种乳酸菌发酵剂培养发酵，然后经 过适当的稀释和调配非经灭菌而制成。活性乳酸菌饮 料由于存在大量的继续产酸的乳酸菌，在产品的保质 期内产品的pH不断地下降，因此活性乳酸菌饮料中 的酪蛋白处于高度不稳定状态，容易发生分层和沉淀 现象，从而影响到产品的稳定性[1]。实践中除了通过对 原料奶、水质、工艺流程微生物环境等因素进行控制 以提高活性乳酸菌饮料稳定性外，最主要也是最关键 的提高活性乳酸菌饮料稳定性的方法就是适当添加 稳定剂。常用于活性乳酸菌饮料的稳定剂单体有许多 种，如卡拉胶、瓜尔豆胶、CMC、黄原胶、果胶等，但在活 性乳酸菌饮料的实际生产中，往往使用复合稳定剂来 增加产品的稳定性，以便充分利用各种稳定剂单体之 间的协同交互作用以减少稳定剂的用量、降低生产成本，同时可以避免单一的某种稳定剂添加量过大而影 响活性乳酸菌饮料的风味及口感[2]。试验在研究了卡 拉胶、CMC(羧甲基纤维素)、瓜尔豆胶3种稳定剂单独 添加时对活性乳酸菌饮料稳定性的影响基础上通过 Box-Behnken设计对这3种稳定剂进行适当复配，以 求达到它们共同作用下的最佳的活性乳酸菌饮料稳 定效果。
1不同稳定剂对活性乳酸菌饮料的稳定性研究材料与方法
1.1材料与仪器 1.1.1材料
鲜奶:市售;卡拉胶、单甘酯、瓜尔豆胶、羧甲基纤 维素(CMC)、柠檬酸、香精：均为食品级；蔗糖：市售； DVS (直投式)发酵剂:丹麦丹尼斯克公司。
1.1.2 仪器
均质机:德国An Invensys公司；FM300型乳化机、 FW3D型高速搅拌机：上海Fluoko公司；LRH-150型
生化培养箱、TDL-40B型冷冻离心机：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/%
图1 卡拉胶稳定性单因素试验
Fig.1 Single factorcarrageemnstabilizerexperinent
有限公司；1013型恒温水浴箱：德国GFL公司；CA- 1480-3型无菌工作台：上海上净净化设备有限公司； pH5-3c型酸度计:上海精密科学仪器有限公司；R180 型旋转式黏度计：德国proRheo公司；SA-300VF型灭 菌锅：台湾STURDY INDUSTRIAL公司；分析天平：北 京赛利斯天平有限公司；西门子冰箱。
1.2方法
1.2.1活性乳酸菌饮料的生产工艺
原料乳+稳定剂、乳化剂+蔗糖—加热(50 °C) ^搅 拌分散(5 min) —•乳化(5 min) —•搅拌(10 min, 65 °C水浴 锅)—均质（60 C~70 C 20 MPa)—杀菌(95 C，10 min)
—冷却(40 °C)—接种—发酵(42 °C)—冷却—稀释— 搅拌(10 min)—加柠檬酸—加香糖—均质—冷却—冷 藏(4°C)
1.2.2卡拉胶稳定剂单因素试验
分别添加 0.03 %、0.06 %、0.09 %、0.12 %、0.15 % 和0.18 %卡拉胶进行活性乳酸菌饮料生产，冷藏1周 后进行离心稳定性试验，重复3次取平均值。
1.2.3CMC稳定剂单因素试验
分别添加 0.05 %、0.10 %、0.15 %、0.20 %、0.25 % 和0.30 %CMC进行活性乳酸菌饮料生产，冷藏1周后 进行离心稳定性试验，重复3次取平均值。
1.2.4瓜尔豆胶稳定剂单因素试验
分别添加 0.05 %、0.10 %、0.15 %、0.20 %、0.25 % 和0.30%瓜尔豆胶进行活性乳酸菌饮料生产，冷藏1周 后进行离心稳定性试验，重复3次取平均值。
1.2.5稳定剂的复配试验
稳定剂的复配试验米用Box-Behnken设计，不同稳定剂对活性乳酸菌饮料的稳定性研究，检测 的指标为冷藏1周后产品的离心率，重复3次取平均值。 1.2.6稳定性测定方法
在10 mL离心管中精确加入活性乳酸菌饮料 10 mL,然后在4 000 r/min的离心机上离心30 min,弃
去上部清液，准确称取沉淀物质量，利用下式计算离
心率[3]。
离心率=——沉淀物质量^旦 X100 %
10 mL酸乳饮料质量/g 1.2.7数据统计与分析
米用 The SAS9.0 for Windows 软件对 Box-Behnken
设计试验结果进行回归方差分析' 2结果与分析
2.1 卡拉胶稳定剂单因素试验结果
图1为卡拉胶稳定剂单因素试验结果。
由图1可以看出:卡拉胶的添加量在0.03 %~0.18 % 范围内时，活性乳酸菌饮料离心率与卡拉胶添加量成 负相关，离心率随添加量的增加而减小；其中卡拉胶 添加量在0.03 %〜0.06 %时活性乳酸菌饮料离心率变 化较缓慢;卡拉胶的添加量在0.06 %〜0.12 %时活性乳 酸菌饮料离心率随卡拉胶添加量的增大而急剧地降 低;卡拉胶的添加量在0.12 %〜0.18 %时活性乳酸菌饮 料离心率随卡拉胶添加量的增大变化又趋于缓慢。因 此，从边际效应出发，选择离心率变化最快区间的未 端即0.12 %添加量为临界控制点。
2.2 CMC稳定剂单因素试验结果
图2为CMC稳定剂单因素试验结果。
3.2
0.050.100.150.200.250.30
添加量/%
图2 CMC稳定剂单因素试验 Fig.2 Single factor CMC stabilizer experiment
由图2可以看出：CMC的添加量在0.05 %~0.15 %
范围内时，活性乳酸菌饮料离心率与CMC的添加量变 化较小;CMC的添加量在0.15 %〜0.25 %范围内时，活 性乳酸菌饮料离心率与CMC的添加量变化显著变化; CMC的添加量在0.25 %〜0.30 %范围内时活性乳酸菌 饮料离心率随CMC的添加量的增大变化又趋于缓和。 因此，选择添加量0.25 %作为CMC稳定剂添加量的 临界控制点。
2.3瓜尔豆胶稳定剂单因素试验结果
图3为瓜尔豆胶稳定剂单因素试验结果。
3.2
0.050.100.150.200.250.30
添加量/%
图3瓜尔豆胶稳定剂单因素试验 Fig.3 Single factor guargum stabilizer experiment
由图3可以看出：在试验所选择的范围内，不同稳定剂对活性乳酸菌饮料的稳定性研究，活性乳 酸菌饮料离心率随瓜尔豆胶的添加量的增大而降低； 其中添加量在0.05 %〜0.15 %时，离心率变化急剧；当 添加量在0.15 %〜0.25 %时，离心率变化相对缓和了许 多；当添加量大于0.25 %时，活性乳酸菌饮料的离心 率变化不大。因此，选择离心率急剧变化区间的未端 即添加量0.25 %作为瓜尔豆胶稳定剂的临界控制点。 2.4稳定剂复配实验结果
根据单因素试验结果，卡拉胶、CMC、瓜尔豆胶的 控制活性乳酸菌饮料稳定性的临界添加量分别为 0.12 %、0.25 %、0.25 %。考虑到复配时因素之间存在控 制活性乳酸菌饮料稳定性上的协同交互作用，因而本 次试验假定它们三者之间存在提高活性乳酸菌饮料 稳定性的交互作用，分别选择3种稳定剂临界添加量 的10 %、0 %、0 %作为Box-Behnken设计方案的-1、 0、水平，最后由试验结果来验证假设的正确性。Box- Behnken设计因素水平编码见表1，试验方案及结果见 表2。
表1 Box-Behnken设计因素水平编码 Table 1 Coded factors and levels of Box-Behnken design
编码X1卡拉胶/%X2 CMC/%X3瓜尔豆胶/%
-10.0120.0250.025
00.0240.050.05
10.0360.0750.075
表 2 Box-Behnken设计方案及结果
Table 2 Sketch and result of Box-Behnken design
试验号编码因素取值
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
应用SAS9.0对表2的试验数据进行完全二次 回归分析，其回归方差分析结果见表3、表4,所得 的离心率随卡拉胶、CMC、瓜尔豆胶因素变化的三元 二次回归方程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)
回归方程⑴的方差分析结果见表3。
表3回归方程的方差分析
Table 3 Variance ancolysis of regression equation
回归自由度平方和决定系数F值P值
一次项30.424 4250.742 8123.56<0.000 1**
二次项30.1109850.194232.310.001 1**
交互项30.030 2250.052 98.800.019 4*
总模型90.565 6350.990 054.890.000 2**
残差自由度平方和均方F值P值
失拟项20.005 5250.001 84218.420.051 9
误差项30.000 2000.000 100
总误差50.005 7250.001 145
注：**表示a=0.01水平下显著；表示a=0.05水平下显著
由表3可得：回归方程模型极显著CP<0.01)，不同稳定剂对活性乳酸菌饮料的稳定性研究，回归 方程的决定系数R2=0.990 0,即方程可以解释99.00 % 的离心率数据变异，方程的拟合性好;方程失拟项不显 著(P>0.05)表明二次回归模型可以用来预测离心率的 变化无需引入更高次模型，也无需引入新的变量，因此 可以用该回归方程对试验的结果进行分析预测；一次 项极显著(P<0.01)，表明所选择的卡拉胶、CMC、瓜尔 豆胶三因素对活性乳酸菌饮料稳定性试验结果影响 非常大，交互项显著(P<0.05)表明在所选择的试验范 围内三因素之间存在较强的交互性。
回归方程(1)回归系数的方差分析结果见表4。
表4回归系数方差分析结果 Table 4 Andysis of regression coefficrent
变量自由度参数估计标准误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水平下显著；表示a=0.05水平下显著
由表4可见:在试验所选择的范围内，一次项中卡 拉胶（X)、CMC (X)两因素对活性乳酸菌饮料离心率 的影响极显著(P<0.01)，瓜尔豆胶（X)对活性乳酸菌 饮料离心率的影响显著(P<0.05)，其中，卡拉胶对活性 乳酸菌饮料离心率降低影响最大，CMC次之，瓜尔豆
108
胶最弱;二次项中卡拉胶江!）与CMC (X2)极显著(P< 0.01)，不同稳定剂对活性乳酸菌饮料的稳定性研究，而瓜尔豆胶(X》不显著(P>0.05)，表明在试验所 选择的范围内，卡拉胶与CMC自身的交互作用对活性 乳酸菌饮料离心率的降低影响较大，而瓜尔豆胶自身 相互作用不显著地降低活性乳酸菌饮料的离心率；交 互项中卡拉胶(X)与CMC (X)的交互作用极显著(P<
O.01)，交互项瓜尔豆胶(X)与CMC (X)的交互作用显 著(P<0.05)，卡拉胶(X)与瓜尔豆胶(X)的交互作用 不显著(P>0.05)。总体来看整个回归方程只有卡拉胶 (X)与瓜尔豆胶(X)的交互项及瓜尔豆胶(X)的二次 项不显著（P>0.05)，但因其瓜尔豆胶（X)二次项
P。.。55 5<0.25且接近于0.05,卡拉胶(X)与瓜尔豆胶(X) 交互项PM9„<0.25,因此，它们之间仍然存在相当程度 的交互影响，仍应予以保留，方程保持不变[4]。
采用SAS程序的RSREG语句对回归方程⑴求 解极小值得降低活性乳酸菌饮料离心率的卡拉胶、 CMC、瓜尔豆胶3种稳定剂添加量的最佳方案为:卡 拉胶、CMC、瓜尔豆胶的添加量分别为0.054 5 %、 0.050 3 %、0.056 2 %，总的添加量为0.161 %，此时活 性乳酸菌饮料的离心率得最小值为3.47 %。为了验证 方案的真实性，在此添加量条件下进行3次验证试验， 得到离心率的平均值为3.51 %，与理论预测值相比相 对误差很小，因此，Box-Behnken设计优化得到的控制 活性乳酸菌饮料离心率的稳定剂复配添加方案较准 确可靠，具有实用价值。从试验优化结果可以看出，3种 稳定剂的复配利用了稳定剂的协同交互作用，特别是 卡拉胶与CMC的交互作用，明显降低为控制活性乳酸 菌饮料离心率的单一稳定剂添加量，不同稳定剂对活性乳酸菌饮料的稳定性研究，从而能有效地降 低了生产成本及避免产品因稳定剂添加过多而变差
的问题。
3结论
1)对卡拉胶、CMC、瓜尔豆胶3种稳定剂的控制活 性乳酸菌饮料稳定性进行单因素试验并确定单一添 加时它们的临界控制活性乳酸菌饮料离心率的添加 量分别为 0.12 %、0.25 %、0.25 %。
2)采用Box-Behnken设计对稳定剂控制活性乳酸 菌饮料稳定性进行复配优化。优化的结果显示:卡拉 胶、CMC、瓜尔豆胶的添加量分别为0.0545%、0.0503%、 0.056 2 %，总的添加量为0.161 %，此时实际活性乳酸 菌饮料的离心率得最小值为3.51 %。卡拉胶、CMC、瓜 尔豆胶在控制酸乳稳定性方面存在一定程度的交互 性，通过复配可以明显降低单一稳定剂的添加量，因 此，多种稳定剂的复配能有效地降低了用量及避免在 控制活性乳酸菌饮料稳定性过程中活性乳酸菌饮料 口感因增稠剂添加过多而消弱的问题。
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