充氮包裝對乳粉貯存過程中水分、水分活度及益生菌活菌數變化的影響

賈宏信

（乳業生物技術國家重點實驗室，上海乳業生物工程技術研究中心，光明乳業股份有限公司乳業研究院，上海200436）

0引 言

氣調包裝（充氮氣，充氮氣和二氧化碳混合氣）一直是乳粉延長貨架期的技術手段之一。乳粉充入惰性氣體可以減少包裝內的殘氧量，進而減少或減緩乳粉內脂肪的氧化（特別是對不飽和脂肪含量較高的嬰幼兒配方乳粉和調制乳粉效果明顯），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]。益生菌具有促進腸道健康，增強免疫力及減輕慢性病癥狀等作用，近年來深受消費者的喜愛[4-5]。根據聯合國糧食及農業組織和世界衛生組織對益生菌的定義，益生菌是一種食用者攝取適當量后，能對食用者健康發揮有益作用的活菌[6]。因此最大限度的保持益生菌在相應食品載體中的活菌存活率是益生菌食品企業面臨的首要問題。益生菌的增殖、存活受水分含量、水分活度（aw）及環境氧的影響較大，即使是處于粉體狀態的益生菌也會受水分含量、aw和氧的影響[7-9]。目前對于乳粉內添加益生菌的研究，更多關注的是水分活度、貯存溫度及菌株差異性在乳粉中的穩定性[7-10]。卻鮮有報道氣調包裝與普通包裝乳粉在貯存過程中水分、水分活度和益生菌活菌數變化的研究。

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。分析充氮包裝對乳粉貯存過程中水分和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。

1實 驗

1.1 材料與儀器

乳粉（含乳雙歧桿菌B420），光明乳業研究院中試車間試制；MRS固體培養基和氯化鈉。實驗過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型水分含量測試儀；A35型厭氧培養箱。

1.2方法

1.2.1 樣品準備

用生牛乳、植物油及營養強化劑通過配料、均質、殺菌、濃縮、噴霧干燥、過篩等工藝制成符合GB19644[11]的乳粉。以充氮和普通包裝（不充氮）工藝分別包裝產品（規格400 g/袋），充氮產品殘氧量控制依據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（相對濕度75%）培養箱內進行加速試驗。然后分別于第0、2、4、6、8、10、12周取樣進行相應檢測。

1.2.2 水分含量和aw的測定

將待檢樣品和水分含量測定儀、水分活度儀放置于溫度23～25℃、空氣相對濕度30%～50%的測定室平衡1～2 h。根據水分活度儀及水分測定儀說明分別進行相關測定，檢測樣品在每個取樣點分別做3次平行實試驗，結果取平均值。

1.2.3 菌落計數

菌落計數依據GB4789.35[13]中雙歧桿菌的計數法略有修改。具體為：取待檢樣25 g，與225 mL滅菌的生理鹽水（質量分數為0.9%）混合，然后取1 mL懸液進行10倍梯度稀釋，最后取3個適宜的稀釋梯度進行MRS培養基傾注實驗（MRS培養基傾注前進行121℃，15 min滅菌，待冷卻至45℃左右時再進行傾注，每個平行3個平板，每個平板稀釋液200μL）。待平板凝固后，放置在37℃厭氧箱內培養48 h。計數，取菌落數在30～300的平板進行計數。

1.3 數據處理

所有數據為3次重復實驗的平均值和標準誤差，顯著性分析用SPSS17.0處理軟件進行均值的方差分析，顯著性差異（P＜0.05）。

2 結果與分析

2.1 乳粉貯存過程中水分的變化

充氮和不充氮包裝乳粉貯存過程中水分含量的變化情況如表1所示。由表1結果可知，37℃或45℃貯存乳粉充氮和不充氮，隨著貯存時間的延長水分含量并無明顯的增高或下降趨勢，且與起始水分含量（3.20%）相比，在貯存過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%。通過方差分析發現：同種包裝方式的乳粉，貯存過程中（同一溫度）不同時間點水分含量的單因素方差分析顯示無顯著差異；不同包裝方式的乳粉，貯存過程中（同一溫度）相同時間點水分含量的配對樣本T檢驗也無顯著差異，說明充氮或不充氮不影響乳粉貯存過程中水分含量的變化。

表1乳粉貯存過程中水分含量的變化（均值±SD） %

2.2 乳粉貯存過程中aw的變化

由圖1結果可知，乳粉在貯存過程中其水分活度的總趨勢是隨著貯存時間的延長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，都表現為隨著貯存期的延長aw升高直至第6周，而后在第8周表現為急劇下降（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℃貯存過程中前6周aw兩者之間無明顯的區分，但從6周后充氮包裝的乳粉在同一時間點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周開始其aw都低于同一時間點45℃貯存的乳粉。在整個12周貯存期，乳粉的水分活度最大值都出現在貯存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 乳粉貯存過程中aw的變化

2.3 乳粉貯存過程中雙歧桿菌活菌數的變化

由圖2和圖3結果可知，乳粉在貯存過程中雙歧桿菌的活菌數隨著貯存期的延長而減少。在37℃貯存起始至貯存期末，乳粉雙歧桿菌的活菌數，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，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%）。由以上結果可以明顯得出，充氮包裝可以有效延長雙歧桿菌在乳粉內的存活時間。

圖2 37℃貯存乳粉雙歧桿菌活菌數變化

圖3 45℃貯存乳粉雙歧桿菌菌落數變化

3 討 論

乳粉水分的測定主要是測定乳粉內自由水的數量[14]，自由水是以物理吸附凝聚在乳粉顆粒內部及乳粉顆粒間隙間的水，是能被微生物代謝及其他反應利用的水。水分質量分數是乳粉生產過程中需要質量控制的重要指標之一，這是因為適宜的水分含量有利于乳粉的長保質期，低水分含量可以抑制乳粉結塊、減緩脂肪氧化和褐變等。GB19644規定乳粉的水分應低于5%，而已報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品的水分含量都維持在3.20%左右。說明該產品的水分含量控制的很好，也間接說明包裝材料的阻隔性很好，乳粉內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合程度（游離程度），aw值越高，結合程度越低，aw越低，結合程度越高。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、維生素損失等都與aw直接相關，因此將乳粉控制在適宜的aw范圍內可以最大限度的減少乳粉的劣變反應，提高益生菌在乳粉內的存活率，延長乳粉的貨架期[15]。一般認為[7,9]含益生菌的乳粉其aw宜控制在0.2以內，以最大限度的控制益生菌的存活，但考慮到食品在貯存過程中其aw會有波動，因此在實際生產過程中aw可以控制在低于0.2。文中乳粉的起始aw為0.0947，且在整個不同條件下的加速過程中，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定狀態的aw控制范圍[16]。

益生菌的活菌數是保證其具有益生功效的前提。在益生菌食品長貨架保存期間，一般要求產品的益生菌活菌數要高于1×106cfu/g，這就要求所開發的益生菌食品要盡可能地為益生菌存活創造最佳條件[17]。而乳粉，因為其低水分，低水分活度的特性，特別適合益生菌在其長時間存活。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高于不充氮包裝的乳粉1個數量級，而45℃貯存12周充氮包裝的乳粉其雙歧桿菌活菌數是不充氮包裝乳粉的4倍之多，說明充氮包裝有利于提高益生菌在乳粉長貨架期內的存活。

4 結論

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）貯存過程中，乳粉水分、aw和雙歧桿菌的變化情況。結果：兩種包裝的乳粉在貯存過程中水分并無明顯的波動，且同一時間點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變化趨勢一致，且無明顯區別；在45℃貯存的情況下，充氮包裝乳粉的aw波動略低于不充氮包裝的乳粉（從貯存的第6周起，同一時間點充氮包裝乳粉的aw都低于不充氮包裝）。充氮包裝的乳粉其雙歧桿菌活菌數在相同條件下都比不充氮包裝的乳粉雙歧桿菌活菌數高。以上結果說明充氮包裝在一定程度上可以降低乳粉貯存過程中aw的波動，提高雙歧桿菌在乳粉中的穩定性。