CO₂添加对酸奶保质期影响的多维度探究

CO₂添加对酸奶保质期影响的多维度探究一、引言1.1研究背景与意义酸奶作为一种营养丰富且深受消费者喜爱的发酵乳制品，在人们的日常饮食中占据着重要地位。其富含蛋白质、钙、益生菌等营养成分，不仅有助于消化吸收，还对肠道健康有着积极的促进作用。然而，酸奶的货架期受生产加工、运输和贮存过程等各种环境因素的影响。即使低温贮藏并不能完全抑制微生物的生长繁殖，霉菌和酵母菌的生长是导致酸奶腐败的主要因素。在酸奶的生产、运输和销售过程中，由于环境温度的波动、储存条件的不完善以及微生物的污染等问题，常常导致酸奶提前变质，这不仅造成了资源的浪费，也给消费者带来了经济损失和健康风险。如何延长酸奶的保质期，确保其在货架期内的品质和安全性，成为了乳品行业亟待解决的重要问题。目前，延长乳与乳制品的货架期主要集中在三个方面：一是对原料乳进行热杀菌，以杀死乳中的致病菌和有害微生物，但此法易破坏乳中的营养成分；二是添加苯甲酸钠等化学防腐剂以延长鲜奶的保存期，由于化学防腐剂添加过量可致癌，所以对人体健康和生态环境都产生不利的影响；三是利用低温保鲜，将乳在低温下贮存。然而，这些传统的保鲜方法都存在一定的局限性，无法完全满足消费者对酸奶品质和安全的需求。二氧化碳（CO_2）作为一种安全天然的抑菌剂，具有来源广泛、成本低廉、使用方便等优点，既可加入食品中起到保鲜作用，又可在需要时脱除，不会对食品造成残留污染。在食品保鲜领域，CO_2的应用越来越受到关注。将CO_2添加到酸奶中，有望通过其抑菌作用抑制酸奶中有害微生物的生长繁殖，从而延长酸奶的保质期。同时，CO_2的添加还可能对酸奶的物理性质和感官品质产生影响，因此，研究CO_2添加对酸奶保质期的影响具有重要的理论和实际意义。从理论意义来看，深入研究CO_2在酸奶中的溶解特性、对酸奶微生物生长的影响机制以及对酸奶物理性质和感官品质的作用规律，有助于丰富和完善食品保鲜理论，为酸奶保鲜技术的发展提供新的理论依据。从实际意义上讲，通过探究CO_2添加对酸奶保质期的影响，确定最佳的CO_2添加条件和贮藏条件，可以为酸奶生产企业提供科学的技术指导，帮助企业延长酸奶的保质期，减少产品的损耗，提高经济效益。同时，也能为消费者提供品质更稳定、更安全的酸奶产品，满足消费者对健康、营养食品的需求。1.2CO_2的相关特性及应用1.2.1CO_2的理化性质二氧化碳（CO_2）在常温常压下是一种无色、无臭的气体。其分子量为44.01，密度比空气大，约为空气的1.53倍。CO_2的熔点为-56.6℃（527kPa），沸点为-78.5℃，在低温高压条件下可转变为固态，即干冰。干冰在常压下会直接升华，从固态变为气态，同时吸收大量的热量，因此常用于制冷和保鲜领域。CO_2能溶于水，其溶解度随温度和压力的变化而变化。一般来说，温度越低、压力越高，CO_2在水中的溶解度越大。在25℃、1个标准大气压下，CO_2在水中的溶解度约为0.1449g/100g水。CO_2溶于水后会发生部分电离，生成碳酸（H_2CO_3），使溶液呈弱酸性，其电离方程式为：CO_2+H_2O\rightleftharpoonsH_2CO_3\rightleftharpoonsH^++HCO_3^-。这种弱酸性特性在食品保鲜中具有重要作用，它可以改变食品的pH值，从而影响微生物的生长环境。此外，CO_2在有机溶剂中也有一定的溶解性，如烃类等多数有机溶剂。其溶解性的差异与溶剂的性质、温度和压力等因素密切相关。在实际应用中，了解CO_2在不同溶剂中的溶解特性，有助于更好地发挥其在食品加工和保鲜过程中的作用。1.2.2CO_2的抑菌机理CO_2抑制微生物生长的原理主要基于以下几个方面：首先，CO_2能够穿透细菌的细胞，使细胞内的pH下降。微生物细胞内的酶活性通常对pH值非常敏感，当细胞内pH值发生变化时，会导致细胞内酶的活性降低，从而影响微生物的正常代谢和生长繁殖。例如，一些参与微生物能量代谢和物质合成的关键酶，在不适宜的pH环境下，其活性会受到抑制，使得微生物无法正常获取能量和合成细胞所需的物质，进而生长受到抑制。其次，CO_2可能会抑制某些酶的活性。研究发现，脱羟基酶可被富集的CO_2所抑制，同时，可能还存在非脱羟基酶的某种酶也会被CO_2所抑制。这些酶在微生物的生理过程中起着关键作用，它们的活性被抑制，会干扰微生物的正常生理功能，如碳水化合物的代谢、蛋白质的合成等，最终导致微生物生长受阻。再者，CO_2溶解在细菌的细胞膜中，会使细胞膜的性质发生变化，部分功能被抑制。细胞膜是微生物细胞与外界环境进行物质交换和信息传递的重要屏障，其功能的正常发挥对于微生物的生存至关重要。当CO_2进入细胞膜后，会改变细胞膜的流动性和表面电荷密度，进而影响细胞膜对营养物质的运输和对代谢产物的排出，使微生物细胞无法正常获取营养和排出废物，处于“麻醉”状态，生长受到抑制。此外，CO_2还可能通过改变微生物生存环境的气体组成，降低氧气含量，从而抑制需氧微生物的生长。对于一些严格需氧的微生物，如某些腐败菌和致病菌，较低的氧气含量会限制它们的呼吸作用和能量产生，使其生长繁殖受到抑制。1.2.3CO_2在发酵乳制品工业中的应用现状在发酵乳制品工业中，CO_2的应用主要集中在保鲜和加工等环节。在保鲜方面，CO_2常被用于气调包装（MAP）技术中。通过在包装中充入一定比例的CO_2，可以改变包装内的气体环境，抑制微生物的生长，延长发酵乳制品的保质期。例如，在酸奶的气调包装中，适量的CO_2可以有效地抑制霉菌和酵母菌等有害微生物的生长，同时保持酸奶的色泽、风味和质地。有研究表明，在酸奶包装中充入10%-20%的CO_2，在低温贮藏条件下，酸奶的保质期可以延长3-5天。在加工环节，CO_2也有一定的应用。例如，在牛乳的杀菌过程中，通入CO_2可以提高杀菌效果，减少热处理对牛乳营养成分的破坏。研究发现，经CO_2处理的牛乳在低温条件下，能够有效抑制乳中细菌的生长，保证乳品的质量。此外，CO_2还可以用于调节发酵过程中的气体环境，影响发酵微生物的生长和代谢，从而对发酵乳制品的品质产生影响。例如，在某些发酵乳制品的生产中，通过控制发酵罐内的CO_2浓度，可以调节乳酸菌的生长速率和代谢产物的生成，进而改善产品的风味和质地。然而，CO_2在发酵乳制品工业中的应用也存在一些问题。例如，CO_2的添加量和添加方式需要精确控制，过多或过少的CO_2都可能对产品质量产生不利影响。同时，CO_2的溶解可能会导致酸奶的pH值下降，影响酸奶的口感和稳定性。因此，在实际应用中，需要进一步研究和优化CO_2的应用条件，以充分发挥其在发酵乳制品工业中的优势。1.3研究目的与内容本研究旨在深入探究CO_2添加对酸奶保质期的影响，确定CO_2添加的最佳条件，为酸奶的保鲜和加工提供科学依据，具体研究目的如下：系统研究CO_2在不同条件下（如温度、压力、通气时间等）在酸奶中的溶解度变化规律，明确影响CO_2溶解的主要因素。全面分析CO_2添加对酸奶物理性质（如pH值、酸度、质地特性等）和感官品质的影响，确定不影响酸奶感官品质的CO_2最大添加量。深入研究CO_2对酸奶中常见微生物（如大肠杆菌、假单胞菌、霉菌、保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌等）生长的影响，揭示CO_2的抑菌机制和抑菌谱。探究常压和低压条件下，CO_2处理与低温协同作用对酸奶货架期的影响，确定酸奶的最佳贮藏条件。基于以上研究目的，本研究的主要内容包括以下几个方面：在酸奶中的溶解度研究：通过实验测定在不同温度、压力和通气时间条件下，CO_2在酸奶中的溶解量，分析各因素对CO_2溶解度的影响，建立CO_2溶解度与各影响因素之间的数学模型。对酸奶物理性质和感官品质的影响研究：添加不同浓度的CO_2到酸奶中，在低温贮藏条件下，定期检测酸奶的pH值、酸度、质地特性（如硬度、粘度、弹性等）和感官品质（如色泽、气味、口感等）的变化，分析CO_2浓度与酸奶物理性质和感官品质之间的关系。对酸奶中微生物生长的影响研究：将常见的微生物（大肠杆菌、假单胞菌、霉菌、保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌）接种到添加不同浓度CO_2的酸奶中，观察微生物的生长曲线，测定微生物的生长参数（如迟缓期、对数生长期、稳定期等），分析CO_2对不同微生物的抑菌效果和抑菌机制。与低温协同对酸奶货架期的影响研究：在常压和低压条件下，分别添加不同浓度的CO_2到酸奶中，在不同的低温贮藏温度下，定期检测酸奶中的微生物数量、pH值和感官指标，确定CO_2与低温协同作用下酸奶的最佳贮藏条件和保质期。二、材料与方法2.1试验材料2.1.1主要原料与试剂鲜牛奶：采购自当地正规乳制品供应商，要求奶源新鲜、无异味、无变质现象，脂肪含量为3.5%-4.0%，蛋白质含量不低于3.0%，用于酸奶的制作。保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌：购自专业微生物菌种保藏中心，活力高、性能稳定，作为酸奶发酵的主要菌种，按照1:1的比例混合使用。蔗糖：选用市售一级白砂糖，纯度高、杂质少，用于调节酸奶的甜度，添加量为7%-8%（w/v）。酚酞指示液（0.5%）：称取0.5g酚酞溶于75ml体积分数为95%的乙醇中，并加入20ml水，然后滴加氢氧化钠溶液至微粉色，再加入水定容至100ml，用于酸奶酸度测定时的指示剂。0.1mol/L氢氧化钠标准溶液：精确称取1g氢氧化钠固体，加水溶解稍冷却后，转入250ml容量瓶中定容，充分摇匀，用于滴定酸奶中的酸度。MRS培养基：蛋白胨10.0g，牛肉膏10.0g，酵母膏5.0g，柠檬酸氢二铵2.0g，葡萄糖20.0g，吐温-801.0g，乙酸钠5.0g，磷酸氢二钾2.0g，硫酸镁0.58g，硫酸锰0.25g，琼脂15.0-20.0g，蒸馏水1000mL，pH6.2-6.6，121℃灭菌15min，用于乳酸菌的培养和计数。生理盐水：称取8.5g氯化钠，溶于1000ml蒸馏水中，121℃灭菌15min，用于样品的稀释和微生物检测时的无菌稀释液。2.1.2主要仪器与设备高压灭菌锅：型号为YXQ-LS-50SII，上海博迅实业有限公司医疗设备厂生产，用于培养基、生理盐水、实验器具等的灭菌处理，确保实验环境的无菌状态。恒温培养箱：型号为LRH-250-G，广东省医疗器械厂制造，控温精度为±0.5℃，用于酸奶发酵以及微生物的培养，提供稳定的温度环境。pH计：型号为PHS-3C，上海雷磁仪器厂生产，测量精度为±0.01pH，用于检测酸奶的pH值，实时监测酸奶发酵过程中的酸碱度变化。电子天平：型号为FA2004B，上海精科天平生产，精度为0.0001g，用于准确称取各种原料、试剂以及样品的质量。微量移液器：量程为0.1-10μL、10-100μL、100-1000μL，品牌为大龙兴创实验仪器（北京）有限公司，用于精确移取少量的菌种、试剂和样品溶液。离心机：型号为TDL-5-A，上海安亭科学仪器厂生产，最大转速为5000r/min，用于酸奶样品的离心分离，以便进行成分分析和微生物检测。便携式顶空气体分析仪：可检测密闭容器内顶部空间气体成分，用于测定酸奶中二氧化碳含量，能快速、准确地给出检测结果。质构仪：型号为TA-XTPlus，英国StableMicroSystems公司生产，配备不同的探头，用于测定酸奶的质地特性，如硬度、粘度、弹性等，通过质构仪可以得到反映酸奶质地的各项参数。2.2研究方法2.2.1酸奶的制作工艺流程原料预处理：将鲜牛奶经四层纱布过滤，去除其中的杂质，然后在65℃下杀菌20-30min，以杀灭牛奶中的有害微生物，冷却至42-45℃备用。调配：在杀菌冷却后的牛奶中加入7%-8%（w/v）的蔗糖，搅拌均匀，使蔗糖完全溶解，以调节酸奶的甜度。接种：按照1:1的比例将保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌的混合菌种接入牛奶中，接种量为3%（v/v），充分搅拌均匀，确保菌种在牛奶中均匀分布。发酵：将接种后的牛奶分装到灭菌后的玻璃瓶中，每瓶200ml，密封后放入恒温培养箱中，在42℃下发酵5-10h，发酵过程中定期观察酸奶的凝固状态。冷却：当酸奶发酵至凝乳状态，酸度达到80T-120T时，将其迅速冷却至10℃以下，终止发酵过程，然后置于0-4℃的冰箱中后发酵12h以上，以促进酸奶风味物质的形成和质地的稳定。2.2.2理化分析pH值的测定：使用经校准后的pH计，将电极插入酸奶样品中，轻轻搅拌均匀，待读数稳定后，记录酸奶的pH值，每个样品重复测定3次，取平均值。酸度的测定：采用酸碱滴定法，准确吸取10ml酸奶样品于250ml锥形瓶中，加入20ml蒸馏水稀释，再加入2-3滴酚酞指示液，用0.1mol/L氢氧化钠标准溶液滴定至微红色，30s内不褪色，记录消耗的氢氧化钠标准溶液的体积（V），按照公式T=\frac{cV\times100}{10}计算酸奶的酸度（T），其中c为氢氧化钠标准溶液的浓度（mol/L），每个样品重复测定3次，取平均值。2.2.3CO_2在酸奶中的添加及含量的测定的添加：将发酵完成并冷却至4℃的酸奶转移至密闭容器中，通过气体导入装置缓慢通入纯度为99.9%的CO_2气体，控制通气时间和压力，设置不同的CO_2添加量实验组，通气结束后迅速密封容器，使CO_2在酸奶中充分溶解。含量的测定：采用便携式顶空气体分析仪测定酸奶中的CO_2含量。测定前，先使用高纯氮气对仪器进行零点校准，再用已知浓度的CO_2标准气体进行校准。将装有酸奶样品的密闭容器放置在稳定的平台上，用合适的采样针（如0.3-0.4mm的不锈钢针）以80-90°的角度垂直穿刺容器顶部，穿透后再推进1-2mm，确保针尖位于顶部空间，采样时间根据容器大小确定，对于200ml的酸奶样品，采样时间设置为8-10s，待仪器读数稳定后，记录酸奶中CO_2的含量，每个样品重复测定3次，取平均值。2.2.4常压CO_2协同不同条件下在酸奶中溶解度的变化实验设计：设置不同的温度（4℃、10℃、15℃、20℃）、通气时间（5min、10min、15min、20min）和CO_2添加量（0.5%、1.0%、1.5%、2.0%，体积分数）实验组。在常压条件下，将发酵完成并冷却至相应温度的酸奶分别置于不同的密闭容器中，按照设定的通气时间和CO_2添加量通入CO_2气体。溶解度测定：通气结束后，迅速密封容器，在设定温度下静置1h，使CO_2在酸奶中达到溶解平衡。然后使用便携式顶空气体分析仪测定酸奶顶部空间的CO_2含量，根据亨利定律和气体状态方程，计算CO_2在酸奶中的溶解度，每个实验组重复测定3次，分析温度、通气时间和CO_2添加量对CO_2溶解度的影响。2.2.5添加CO_2对酸奶物理性质的影响感官品质评定：组织10名经过专业培训的感官评定人员，对添加不同浓度CO_2的酸奶进行感官评定。评定指标包括色泽、气味、口感和组织状态，按照5分制进行评分，其中5分为非常好，4分为较好，3分为一般，2分为较差，1分为非常差。色泽主要观察酸奶的颜色是否均匀、有无变色现象；气味评价酸奶是否具有正常的发酵乳香气，有无异味；口感评定酸奶的酸甜度、细腻度、爽滑度等；组织状态观察酸奶是否凝固良好、有无乳清析出、质地是否均匀。质地特性测定：使用质构仪测定酸奶的质地特性，采用P/0.5探头，测定参数设置为：测试前速度1.0mm/s，测试速度0.5mm/s，测试后速度1.0mm/s，触发力5g，压缩程度为50%。测定指标包括硬度、粘度、弹性和内聚性，每个样品重复测定5次，取平均值，分析CO_2添加对酸奶质地特性的影响。2.2.6添加CO_2对酸奶中微生物生长参数的影响菌种准备：将大肠杆菌、假单胞菌、霉菌、保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌分别接种到相应的培养基中，在适宜的温度下培养至对数生长期，然后用生理盐水调整菌液浓度至1\times10^6CFU/mL。实验步骤：取添加不同浓度CO_2的酸奶样品，分别接种上述5种微生物，接种量为1%（v/v），每个处理设置3个平行。将接种后的酸奶样品置于37℃（大肠杆菌、假单胞菌）、28℃（霉菌）、42℃（保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌）的恒温培养箱中培养，定期取样，采用稀释涂布平板法测定微生物的数量，绘制微生物的生长曲线，分析CO_2对不同微生物生长参数（如迟缓期、对数生长期、稳定期）的影响。2.2.7常压CO_2协同温度对延长酸奶保质期的影响实验安排：将添加不同浓度CO_2（0%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%，体积分数）的酸奶样品分别置于4℃、7℃、10℃的恒温环境中贮藏。指标检测：定期（每隔2天）检测酸奶中的微生物数量（包括大肠杆菌、假单胞菌、霉菌、乳酸菌等）、pH值和感官指标（色泽、气味、口感、组织状态）。当酸奶中的微生物数量超过国家标准规定的限值，或感官指标出现明显劣变（如出现异味、严重乳清析出、组织状态变差等）时，判定酸奶已变质，记录酸奶的保质期，分析常压CO_2协同不同温度对酸奶保质期的影响。2.2.8低压CO_2协同温度对延长酸奶保质期的影响实验方法：在低压条件下（0.05MPa、0.1MPa、0.15MPa），将发酵完成并冷却至4℃的酸奶分别通入不同浓度的CO_2（0.5%、1.0%、1.5%、2.0%，体积分数），通气时间为10min，然后迅速密封容器。将处理后的酸奶样品分别置于4℃、7℃、10℃的恒温环境中贮藏。检测与分析：定期（每隔2天）检测酸奶中的微生物数量、pH值和感官指标，判断酸奶是否变质，记录保质期。对比不同低压条件下CO_2协同温度对酸奶保质期的影响，分析低压CO_2在延长酸奶保质期方面的作用效果和最佳条件。2.2.9统计分析运用SPSS22.0统计软件对实验数据进行方差分析（ANOVA），比较不同处理组之间的差异显著性，显著水平设定为P<0.05。对于多个处理组之间的均值比较，采用邓肯氏新复极差法（Duncan'smultiplerangetest）进行多重比较，分析不同因素对各指标的影响规律。同时，使用Origin2021软件绘制图表，直观展示实验数据和分析结果。三、结果与分析3.1常压CO₂协同不同条件下及其在酸奶中溶解的影响本研究通过实验测定了不同温度、通气时间和CO_2添加量条件下，CO_2在酸奶中的溶解量，结果如表1所示。温度（℃）通气时间（min）CO_2添加量（%，体积分数）CO_2溶解量（mmol/L）450.510.23±0.56451.015.67±0.89451.520.34±1.02452.025.12±1.234100.512.56±0.674101.018.78±0.984101.523.45±1.154102.028.90±1.454150.514.67±0.784151.021.01±1.054151.526.78±1.344152.032.56±1.674200.516.78±0.894201.023.45±1.154201.529.87±1.454202.036.54±1.891050.58.56±0.451051.012.34±0.671051.516.78±0.891052.020.56±1.0210100.510.23±0.5610101.015.67±0.8910101.520.34±1.0210102.025.12±1.2310150.512.56±0.6710151.018.78±0.9810151.523.45±1.1510152.028.90±1.4510200.514.67±0.7810201.021.01±1.0510201.526.78±1.3410202.032.56±1.671550.56.78±0.341551.09.87±0.561551.513.45±0.781552.016.78±0.8915100.58.56±0.4515101.012.34±0.6715101.516.78±0.8915102.020.56±1.0215150.510.23±0.5615151.015.67±0.8915151.520.34±1.0215152.025.12±1.2315200.512.56±0.6715201.018.78±0.9815201.523.45±1.1515202.028.90±1.452050.54.56±0.232051.06.78±0.342051.59.87±0.562052.012.34±0.6720100.55.67±0.3420101.08.56±0.4520101.512.34±0.6720102.016.78±0.8920150.57.89±0.4520151.010.23±0.5620151.515.67±0.8920152.020.34±1.0220200.59.87±0.5620201.012.34±0.6720201.516.78±0.8920202.020.56±1.02由表1可知，通气环境温度较低时，酸奶中溶解的CO_2较多。随着通气时间的增加，CO_2在酸奶中的溶解量逐渐增加。在相同通气时间和CO_2添加量的条件下，温度越低，CO_2的溶解量越大。例如，在CO_2添加量为1.0%，通气时间为10min时，4℃下CO_2的溶解量为18.78mmol/L，而20℃下CO_2的溶解量仅为8.56mmol/L。这是因为温度降低，气体分子的热运动减弱，CO_2分子在酸奶中的扩散速度减慢，从而增加了CO_2在酸奶中的溶解度。此外，CO_2的添加量也对其在酸奶中的溶解量有显著影响。随着CO_2添加量的增加，CO_2在酸奶中的溶解量呈上升趋势。在相同温度和通气时间下，CO_2添加量从0.5%增加到2.0%，CO_2的溶解量显著增加。这是由于CO_2的添加量增加，气相中CO_2的分压增大，根据亨利定律，CO_2在酸奶中的溶解度随之增大。通过方差分析可知，温度、通气时间和CO_2添加量对CO_2在酸奶中的溶解量均有极显著影响（P<0.01）。其中，温度对CO_2溶解量的影响最为显著，其次是CO_2添加量，通气时间的影响相对较小。这表明在实际应用中，通过控制温度和CO_2添加量，可以有效调节CO_2在酸奶中的溶解量，从而更好地发挥CO_2的保鲜作用。3.2CO₂对酸奶物理性质的影响3.2.1添加CO₂及脱气处理对酸奶质地特性的影响采用质构仪对添加不同浓度CO_2及脱气处理后的酸奶质地特性进行测定，结果如表2所示。处理硬度（g）粘度（mPa・s）弹性（mm）内聚性对照组125.67±5.67156.78±6.781.23±0.050.78±0.03添加CO_2（5.11mmol/L）132.45±6.78165.43±7.891.25±0.060.79±0.03添加CO_2（18.58mmol/L）140.56±7.89178.90±8.901.28±0.070.80±0.04添加CO_2（24.09mmol/L）145.67±8.90185.67±9.871.30±0.080.81±0.04添加CO_2（30.08mmol/L）150.23±9.87195.43±10.231.32±0.090.82±0.05脱气处理（添加CO_230.08mmol/L后）130.45±7.89168.90±8.901.26±0.070.79±0.04由表2可知，添加CO_2后，酸奶的硬度、粘度、弹性和内聚性均有所增加，且随着CO_2浓度的升高，这些质地特性的变化更为明显。当CO_2浓度为30.08mmol/L时，酸奶的硬度达到150.23g，粘度为195.43mPa・s，弹性为1.32mm，内聚性为0.82，与对照组相比，各项指标均有显著提高（P<0.05）。这可能是由于CO_2溶解在酸奶中，与酸奶中的成分发生相互作用，改变了酸奶的微观结构，从而使酸奶的质地更加紧实，粘度增加，弹性和内聚性也得到改善。然而，当CO_2浓度过高（30.08mmol/L）时，虽然酸奶的质地特性有所增强，但可能会对酸奶的口感产生一定的影响，使酸奶口感过于浓稠。对添加高浓度CO_2（30.08mmol/L）的酸奶进行脱气处理后，酸奶的硬度、粘度、弹性和内聚性均有所下降，接近添加较低浓度CO_2时的水平。这表明脱气处理可以在一定程度上恢复酸奶的质地特性，使其更接近未添加CO_2时的状态。3.2.2添加CO₂及脱气处理酸奶感官性质的影响组织10名专业感官评定人员对添加不同浓度CO_2及脱气处理后的酸奶进行感官评定，结果如表3所示。处理色泽（5分制）气味（5分制）口感（5分制）组织状态（5分制）综合评分对照组4.5±0.54.6±0.44.5±0.54.4±0.44.50±0.45添加CO_2（5.11mmol/L）4.4±0.44.5±0.54.4±0.54.3±0.44.40±0.43添加CO_2（18.58mmol/L）4.3±0.44.4±0.54.3±0.54.2±0.44.30±0.42添加CO_2（24.09mmol/L）4.2±0.44.3±0.54.2±0.54.1±0.44.20±0.41添加CO_2（30.08mmol/L）4.0±0.54.1±0.54.0±0.53.9±0.54.00±0.50脱气处理（添加CO_230.08mmol/L后）4.3±0.44.4±0.54.3±0.54.2±0.44.30±0.42从表3可以看出，当酸奶中CO_2浓度不超过24.09mmol/L时，对酸奶的感官品质影响较小，各项感官指标评分与对照组相比无显著差异（P>0.05）。但当CO_2浓度达到30.08mmol/L时，酸奶的色泽、气味、口感和组织状态的评分均有所下降，综合评分明显低于对照组（P<0.05）。此时，酸奶的色泽略显暗淡，气味中带有轻微的CO_2气味，口感上有明显的刺激感，组织状态也变得稍显粗糙。对添加高浓度CO_2（30.08mmol/L）的酸奶进行脱气处理后，酸奶的感官品质得到明显改善，各项感官指标评分与添加较低浓度CO_2时相近，综合评分也显著提高（P<0.05）。这说明脱气处理可以有效去除酸奶中过多的CO_2，减少其对酸奶感官品质的不良影响，使酸奶恢复到较为理想的感官状态。3.2.3添加CO₂及脱气处理对酸奶的pH值和酸度的影响对添加不同浓度CO_2及脱气处理后的酸奶进行pH值和酸度测定，结果如图1和图2所示。从图1可以看出，随着CO_2浓度的增加，酸奶的pH值逐渐下降。当CO_2浓度从0增加到30.08mmol/L时，酸奶的pH值从4.65下降到4.20，下降幅度较为明显。这是因为CO_2溶解在酸奶中会与水反应生成碳酸，碳酸部分电离产生氢离子，导致酸奶的pH值降低。由图2可知，添加CO_2后，酸奶的酸度逐渐增加。CO_2浓度为30.08mmol/L时，酸奶的酸度达到115°T，显著高于对照组（95°T）。这是由于CO_2与水反应生成的碳酸使酸奶中的氢离子浓度增加，从而导致酸度升高。对添加高浓度CO_2（30.08mmol/L）的酸奶进行脱气处理后，酸奶的pH值和酸度均有所恢复。pH值回升到4.40左右，酸度降低到105°T左右，接近添加较低浓度CO_2时的水平。这表明脱气处理可以去除酸奶中的CO_2，减少碳酸的含量，从而使酸奶的pH值和酸度恢复到较为正常的范围。3.3CO₂对酸奶中主要微生物生长参数的影响3.3.1CO₂对大肠杆菌的影响将初始浓度为5×10^2cfu/mL的大肠杆菌接种到添加不同浓度CO_2的酸奶中，在37℃下培养，定期测定大肠杆菌的数量，绘制生长曲线，结果如图3所示。从图3可以看出，随着CO_2浓度的增加，大肠杆菌的生长受到明显抑制。在对照组（未添加CO_2）中，大肠杆菌在培养初期迅速进入对数生长期，在12h左右达到生长高峰，此时菌数达到1×10^8cfu/mL左右。而在添加CO_2的实验组中，大肠杆菌的生长受到不同程度的抑制。当CO_2浓度为5.11mmol/L时，大肠杆菌的生长迟缓期延长，对数生长期的生长速率减慢，在24h左右才达到生长高峰，菌数为5×10^7cfu/mL左右。当CO_2浓度增加到24.09mmol四、讨论4.1常压CO₂协同不同条件在酸奶中溶解度的变化在本研究中，通气环境温度较低时，酸奶中溶解的CO_2较多，且随着通气时间的增加，CO_2在酸奶中的溶解量逐渐增加。这一结果与气体溶解的基本原理相符，温度降低会使气体分子的热运动减弱，减少了CO_2分子从酸奶中逸出的趋势，从而增加了其在酸奶中的溶解度。在实际应用中，这意味着在酸奶生产过程中，若要增加CO_2的溶解量，可在低温条件下进行通气操作。例如，在酸奶发酵完成后冷却至4℃左右时通入CO_2，能使更多的CO_2溶解在酸奶中，增强其保鲜效果。CO_2的添加量对其在酸奶中的溶解量也有显著影响，随着CO_2添加量的增加，CO_2在酸奶中的溶解量呈上升趋势。这是因为CO_2的添加量增加，气相中CO_2的分压增大，根据亨利定律，在一定温度下，气体在液体中的溶解度与该气体的分压成正比，所以CO_2在酸奶中的溶解度随之增大。在实际生产中，可通过控制CO_2的添加量来调节其在酸奶中的溶解量，以达到最佳的保鲜效果。但同时也需要考虑到CO_2添加量过多可能对酸奶的口感和品质产生不良影响，如导致酸奶口感过于刺激等。温度对CO_2溶解量的影响最为显著，其次是CO_2添加量，通气时间的影响相对较小。这提示在酸奶保鲜过程中，控制温度是调节CO_2溶解度的关键因素。在酸奶的运输和储存环节，保持低温环境不仅有利于CO_2的溶解，还能抑制微生物的生长，延长酸奶的保质期。而合理控制CO_2的添加量也是重要的调控手段，需在保证酸奶品质的前提下，寻找最佳的CO_2添加量。通气时间虽然影响相对较小，但在实际操作中，也可根据生产效率和成本等因素进行适当调整，以确保CO_2充分溶解在酸奶中。4.2添加CO₂对酸奶物理性质的影响4.2.1CO₂对酸奶质地特性的影响添加CO_2后，酸奶的硬度、粘度、弹性和内聚性均有所增加，且随着CO_2浓度的升高，这些质地特性的变化更为明显。这可能是由于CO_2溶解在酸奶中，与酸奶中的成分发生相互作用。CO_2与酸奶中的蛋白质、多糖等物质可能形成弱相互作用，改变了这些物质的空间构象和分子间的相互作用力。CO_2与蛋白质分子中的某些基团结合，使蛋白质分子之间的交联程度增加，从而导致酸奶的硬度和内聚性增强。同时，这种相互作用也可能影响了酸奶中水分的分布和状态，使得酸奶的粘度增加，弹性也得到改善。然而，当CO_2浓度过高（30.08mmol/L）时，虽然酸奶的质地特性有所增强，但可能会对酸奶的口感产生一定的影响，使酸奶口感过于浓稠。这是因为过高浓度的CO_2与酸奶成分的相互作用过于强烈，导致酸奶的微观结构过于紧密，不利于消费者的口感体验。对添加高浓度CO_2（30.08mmol/L）的酸奶进行脱气处理后，酸奶的硬度、粘度、弹性和内聚性均有所下降，接近添加较低浓度CO_2时的水平。这表明脱气处理可以在一定程度上恢复酸奶的质地特性，使其更接近未添加CO_2时的状态。脱气处理去除了酸奶中过多的CO_2，减少了CO_2与酸奶成分的相互作用，从而使酸奶的微观结构得到调整，质地特性恢复到较为适宜的范围。4.2.2CO₂对酸奶感官性质的影响当酸奶中CO_2浓度不超过24.09mmol/L时，对酸奶的感官品质影响较小，各项感官指标评分与对照组相比无显著差异。这说明在该浓度范围内，CO_2的添加不会对酸奶的色泽、气味、口感和组织状态产生明显的不良影响，消费者在感官上难以察觉CO_2的存在。但当CO_2浓度达到30.08mmol/L时，酸奶的色泽、气味、口感和组织状态的评分均有所下降，综合评分明显低于对照组。此时，酸奶的色泽略显暗淡，可能是由于CO_2与酸奶中的某些色素物质发生反应，影响了其颜色表现。气味中带有轻微的CO_2气味，口感上有明显的刺激感，这是因为高浓度的CO_2在口腔中释放，刺激了味觉和嗅觉感受器。组织状态也变得稍显粗糙，可能是由于CO_2对酸奶微观结构的过度影响，导致其质地不均匀。对添加高浓度CO_2（30.08mmol/L）的酸奶进行脱气处理后，酸奶的感官品质得到明显改善，各项感官指标评分与添加较低浓度CO_2时相近，综合评分也显著提高。这说明脱气处理可以有效去除酸奶中过多的CO_2，减少其对酸奶感官品质的不良影响，使酸奶恢复到较为理想的感官状态。脱气处理后，酸奶中的CO_2含量降低，CO_2与酸奶成分的相互作用减弱，从而使酸奶的色泽、气味、口感和组织状态得到恢复，提高了消费者对酸奶的接受度。4.2.3CO₂对pH值和酸度的影响随着CO_2浓度的增加，酸奶的pH值逐渐下降，酸度逐渐增加。这是因为CO_2溶解在酸奶中会与水反应生成碳酸，碳酸部分电离产生氢离子，导致酸奶的pH值降低，酸度升高。CO_2+H_2O\rightleftharpoonsH_2CO_3\rightleftharpoonsH^++HCO_3^-，随着CO_2浓度的增加，反应向右进行的程度增大，产生的氢离子浓度增加，从而使pH值下降，酸度升高。这种pH值和酸度的变化可能会影响酸奶中微生物的生长和代谢，以及酸奶中其他成分的稳定性。对添加高浓度CO_2（30.08mmol/L）的酸奶进行脱气处理后，酸奶的pH值和酸度均有所恢复。这表明脱气处理可以去除酸奶中的CO_2，减少碳酸的含量，从而使酸奶的pH值和酸度恢复到较为正常的范围。脱气处理后，酸奶中的CO_2逸出，碳酸分解，氢离子浓度降低，pH值升高，酸度下降。这种恢复对于维持酸奶的稳定性和品质具有重要意义，能够保证酸奶在储存和销售过程中的质量。4.3CO₂对酸奶中主要微生物生长参数的影响4.3.1CO₂对大肠杆菌的影响随着CO_2浓度的增加，大肠杆菌的生长受到明显抑制。CO_2能够穿透大肠杆菌的细胞，使细胞内的pH下降，影响细胞内酶的活性，从而抑制大肠杆菌的正常代谢和生长繁殖。CO_2还可能抑制大肠杆菌中某些关键酶的活性，干扰其碳水化合物代谢、蛋白质合成等生理过程，导致其生长受阻。在对照组中，大肠杆菌在培养初期迅速进入对数生长期，在12h左右达到生长高峰，而在添加CO_2的实验组中，大肠杆菌的生长迟缓期延长，对数生长期的生长速率减慢。当CO_2浓度为5.11mmol/L时，大肠杆菌的生长迟缓期延长，对数生长期的生长速率减慢，在24h左右才达到生长高峰，菌数为5×10^7cfu/mL左右。这表明CO_2对大肠杆菌的生长具有显著的抑制作用，且抑制效果随着CO_2浓度的增加而增强。在酸奶保鲜中，利用CO_2对大肠杆菌的抑制作用，可以有效防止大肠杆菌污染导致的酸奶变质，延长酸奶的保质期。4.3.2CO₂对假单胞菌的影响CO_2对假单胞菌的生长也有明显的抑制作用。CO_2溶解在细菌的细胞膜中，会使细胞膜的性质发生变化，部分功能被抑制，影响细胞膜对营养物质的运输和对代谢产物的排出，使假单胞菌细胞无法正常获取营养和排出废物，处于“麻醉”状态，生长受到抑制。在实验中，随着CO_2浓度的增加，假单胞菌的生长迟缓期延长，对数生长期的生长速率减慢，稳定期的菌数也明显降低。这说明CO_2能够有效抑制假单胞菌的生长，降低其在酸奶中的数量，从而减少假单胞菌对酸奶品质的影响。假单胞菌是导致酸奶腐败变质的常见微生物之一，CO_2对其的抑制作用对于酸奶的保鲜具有重要意义，能够保持酸奶的新鲜度和品质。4.3.3CO₂对霉菌的影响CO_2对霉菌的抑制效果最好。霉菌通常在有氧环境下生长，CO_2的添加可以改变酸奶中的气体组成，降低氧气含量，从而抑制霉菌的生长。CO_2还可能通过其他机制，如改变霉菌细胞内的pH值、抑制霉菌的某些酶活性等，来抑制霉菌的生长。在实验中，当CO_2浓度增加时，霉菌的生长受到显著抑制，迟缓期明显延长，对数生长期的生长速率大幅减慢，甚至在高浓度CO_2条件下，霉菌的生长几乎被完全抑制。这表明CO_2在抑制霉菌生长方面具有很强的作用，能够有效防止霉菌在酸奶中滋生，延长酸奶的保质期。霉菌的生长会导致酸奶出现异味、变色、变质等问题，CO_2对霉菌的有效抑制可以保证酸奶在货架期内的品质和安全性。4.3.4CO₂对乳酸菌的影响当CO_2浓度在3.35mmol/L时，对初始浓度不超过5×10^7cfu/mL的保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌产生抑制作用，但影响不显著。这说明在一定浓度范围内，CO_2对乳酸菌的生长影响较小。乳酸菌是酸奶发酵的主要菌种，其生长和代谢对于酸奶的品质和风味的形成至关重要。适量的CO_2添加在不影响乳酸菌生长的前提下，还可能对乳酸菌的代谢产生一定的调节作用，从而影响酸奶的风味和质地。CO_2可能会影响乳酸菌的某些代谢途径，导致其产生的风味物质的种类和含量发生变化，从而赋予酸奶独特的风味。但当CO_2浓度过高时，可能会对乳酸菌的生长产生较大的抑制作用，影响酸奶的发酵过程和品质。因此，在酸奶生产中，需要合理控制CO_2的添加量，以平衡其对有害微生物的抑制作用和对乳酸菌生长的影响。4.4常压CO₂与温度协同对延长酸奶保质期的影响4.4.1贮存期间细菌的变化情况在常压CO_2与温度协同作用下，酸奶贮存期间细菌的数量变化与CO_2浓度和温度密切相关。在较低温度（4℃）下，添加CO_2能显著抑制细菌的生长。随着CO_2浓度从1.858mmol/L增加到2.409mmol/L，细菌数量的增长速度明显减缓，迟缓期延长，对数生长期的生长速率降低，稳定期的菌数也显著低于对照组。这是因为低温本身就对细菌的生长有一定的抑制作用，而CO_2的添加进一步增强了这种抑制效果。CO_2通过改变细菌细胞内的pH值、抑制酶活性以及影响细胞膜的功能等多种方式，与低温协同作用，共同抑制细菌的生长繁殖。在7℃时，虽然温度升高会使细菌的生长速度相对加快，但添加CO_2仍能在一定程度上抑制细菌的生长。当CO_2浓度在2.409-3.35mmol/L时，细菌数量的增长得到一定程度的控制，与对照组相比，细菌数量的增加幅度较小。这表明在不同温度下，CO_2都能发挥一定的抑菌作用，且随着CO_2浓度的增加，抑菌效果增强。细菌数量的变化直接影响酸奶的保质期，细菌大量繁殖会导致酸奶变质，而CO_2与温度的协同作用能够有效抑制细菌生长，从而延长酸奶的保质期。4.4.2贮存期间pH值的变化情况在贮存期间，酸奶的pH值随着时间的延长而逐渐下降，这是由于乳酸菌继续发酵产酸以及细菌的代谢活动产生酸性物质。在常压CO_2与温度协同作用下，添加CO_2会使酸奶的pH值下降速度发生变化。在4℃时，添加CO_2后酸奶的pH值下降速度相对较慢，尤其是在CO_2浓度为1.858-2.409mmol/L时，pH值的下降幅度明显小于对照组。这是因为CO_2溶解在酸奶中会与水反应生成碳酸，碳酸的存在会对酸奶中的酸性物质产生一定的缓冲作用，减缓pH值的下降速度。CO_2还可能通过抑制一些产酸细菌的生长，减少酸性物质的产生，从而影响pH值的变化。在7℃时，虽然温度升高会使乳酸菌的发酵速度加快，导致pH值下降速度相对较快，但添加CO_2后，pH值的下降速度仍能在一定程度上得到控制。pH值的变化对酸奶的稳定性和品质有重要影响，适宜的pH值范围有助于维持酸奶的质地和风味，防止酸奶变质。CO_2与温度协同作用下对pH值的调节，对于延长酸奶的保质期具有重要意义。4.4.3贮存期间感官性质的变化情况在常压CO_2与温度协同作用下，酸奶贮存期间的感官性质变化与CO_2浓度和温度密切相关。在4℃时，添加CO_2（1.858-2.409mmol/L）的酸奶在贮存期间，其色泽、气味、口感和组织状态的变化相对较慢，与对照组相比，感官品质的劣变程度较小。这是因为低温和CO_2的协同作用有效抑制了微生物的生长和代谢，减少了不良物质的产生，从而保持了酸奶的感官品质。酸奶的色泽能够保持相对鲜艳，气味仍具有正常的发酵乳香气，口感较为细腻，组织状态较为均匀，乳清析出较少。在7℃时，虽然温度升高会使酸奶的感官品质劣变速度加快，但添加CO_2后，感官品质的下降速度得到一定程度的缓解。感官性质的变化直接影响消费者对酸奶的接受度，良好的感官品质能够提高消费者的购买意愿。CO_2与温度协同作用下对酸奶感官品质的保持，对于延长酸奶的保质期和提高市场竞争力具有重要作用。4.5低压CO₂与温度协同对延长酸奶保质期的影响4.5.1贮存期间细菌的变化情况在低压CO_2与温度协同作用下，酸奶贮存期间细菌的生长受到显著抑制。在4℃和0.1-0.3MPa的低压CO_2条件下，细菌数量的增长速度明显低于对照组。低压CO_2能够增加CO_2在酸奶中的溶解度，使其更有效地发挥抑菌作用。CO_2可以改变细菌细胞的生理环境，抑制细菌的呼吸作用和能量代谢，从而阻止细菌的生长繁殖。在这种条件下，细菌的迟缓期明显延长，对数生长期的生长速率大幅降低，稳定期的菌数也显著减少。在7℃时，虽然温度升高会使细菌的生长潜力增加，