乳制品的抗菌保鲜是乳制品储存和销售阶段的重要环节，关系到消费者的健康、生产企业的经济损失和企业形象。酸化和变质是导致乳制品风味劣变和胀袋的核心因素，也是乳制品保鲜贮藏技术面临的挑战。乳制品的酸化变质不仅仅是腐败菌的个别表现，而是腐败菌及其释放的胞外酶共同作用的结果。
乳制品变质的主要原因——微生物
乳制品营养丰富，是广谱微生物的理想培养基。大多数乳制品，如巴氏鲜奶和酸奶，需要低温保存，以保持优良的品质和营养成分。但是低温储存并不能抑制所有的微生物，如嗜冷菌。据文献记载，所有乳制品保质期内的问题，有25%是由耐热嗜冷菌引起的。
嗜冷革兰氏阴性菌，其生长使冷藏原料和巴氏杀菌奶、脱脂奶酪和类似产品中的微生物恶化。假单胞菌是嗜冷菌的代表菌株，革兰氏阴性，兼性厌氧，嗜冷。它不仅能在牛奶中生长，还能释放许多能降解牛奶成分的胞外酶，主要是蛋白酶和脂肪酶，能分解蛋白质和脂肪，造成牛奶的感官缺陷。这些酶具有耐热性，影响巴氏杀菌乳制品的保存质量。
酵母和霉菌(地霉属、枝孢霉属、毛霉属、枝孢霉属、青霉属)引起味道、质地和可见腐败。耐热乳球菌的生长可以降低巴氏杀菌乳的pH值，直至发生凝乳。
相关研究表明，鲜奶经过巴氏杀菌后，仍有一定数量的微生物残留。一般牛奶巴氏杀菌后7天内，微生物生长缓慢。随着储藏时间的延长，以假单胞菌为主的嗜冷菌数量迅速增加，在储藏时间为10 ~ 12天时，假单胞菌数量达到高峰。同时，乳酸链球菌开始迅速繁殖，分解乳糖产生乳酸，酸度增加，牛奶的PH值持续降低。此时假单胞菌生长有限，12天后开始大量死亡。当PH值降至5时，乳酸链球菌的生长也受到抑制。乳杆菌因为耐酸性强，逐渐占据繁殖优势，持续产酸。此时牛奶中出现大量乳凝块，乳清析出。
二氧化碳抑菌技术在乳制品中的应用
二氧化碳是碳原子的氧化态，在室温下以无色无味的气体存在，微溶于水。二氧化碳是一种天然抗菌剂，可以抑制微生物的生长。由于二氧化碳分子是非极性的，容易溶解在微生物细胞膜的脂双层中，会增加膜的流动性，从而使细胞质暴露在有毒的环境中。微生物的细胞质中含有水分，二氧化碳和水会发生水合反应产生碳酸，导致细胞质的PH值降低，这种变化会对细胞产生压力。二氧化碳在细胞内积累，微生物将其视为代谢废物，需要消耗更多的代谢能量。同时，代替氧气，发生小范围的降解反应，扰乱微生物正常的生理平衡。
二氧化碳抗菌技术应用于乳制品保鲜有两种方式:直接添加二氧化碳和充二氧化碳混合气体的MAP气调包装技术。
相关研究证实，二氧化碳可以抑制革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌的生长。这种抑制作用的效果主要取决于二氧化碳在产品中的溶解程度，因此直接向溶解性更好的液态乳制品中添加二氧化碳更合适。
1.直接加入二氧化碳
直接添加二氧化碳的方法是将装有液化压缩二氧化碳的钢瓶通过减压阀和导管连接到液态奶容器的底部，在较低的压力下向液态奶中充入适量的二氧化碳。
采用这种方法，可以显著延长液态奶的保质期。比如巴氏奶的保质期一般在15天左右，直接充二氧化碳后保质期可以延长7天左右。然而，这种对液态奶保质期的有益影响也受到包装材料阻隔性能的影响。
包装材料是将液态奶与外界环境隔离的屏障，重点是氧气，一种加速乳制品氧化变质的气体。这种性能一般用包装材料的透氧指数来表征。透氧性越大，单位时间内通过相同面积包装材料的氧气就越多。众所周知，氧气可以促进微生物的生长繁殖，这就大大降低了二氧化碳的抗菌作用和延长保质期的效果。
笔者使用Labthink品牌的VAC-V2压差式气体渗透仪，测试了各种液态奶包装材料在不同储存温度下的透氧性，如表1所示。可以看出复合膜的透氧率明显低于PE膜，这是因为复合膜综合了各种膜材料的优点，尤其是铝箔复合膜，在相同温度下透氧率仅为PE膜的0.05%~0.16%。表1还反映出包装材料的透氧指数受温度影响，即温度越高，材料的透氧性越大，不利于隔氧。
根据表1的测试结果，建议采用直接添加二氧化碳抑菌的方法的液态奶，选用多层塑塑复合膜、铝塑复合膜、纸铝复合膜或镀铝复合膜，可以产生协同抗菌效果。相关研究表明，原料奶注入二氧化碳后用高阻隔材料包装，保质期提高97.9%，用低阻隔材料包装，保质期提高65.6%。
2.二氧化碳混合气体气调包装技术。
MAP又称气调包装，是一种通过调节包装内气体含量来营造有利于抑菌保鲜的气体氛围的包装形式。粉状乳制品因其形状更适合MAP气调包装技术。在实际操作中，需要向包装中充入一定比例的氮气和二氧化碳的混合气体。惰性气体氮气可以最大限度的降低奶粉包装中的氧气残留，二氧化碳可以起到协同作用，抑制奶粉中好氧菌的生长，延长保质期。
需要注意的是，MAP气调包装技术的抑菌效果与包装内各气体成分含量的稳定性密切相关。如果奶粉使用的包装阻气性差，或者奶粉包装密封性差，很容易改变包装中氮气或二氧化碳的含量，这就是为什么奶粉的气调包装要求使用阻气性高的包装材料，并建立日常监测机制，定期检测包装中气体成分的含量。
笔者所在的济南蓝光包装安全检测中心的研究人员使用CLASSIC 650顶空分析仪对罐装奶粉和铝塑复合膜袋装奶粉的顶空成分进行了检测。结果如表2所示。罐装奶粉采用充有二氧化碳和氮气的气调包装，在测试过程中各气体成分含量相对稳定，这可能是由于马口铁本身优良的阻气性。铝塑复合膜袋装奶粉用氮气包装。从表2可以看出，随着储存时间的延长，氧含量缓慢上升，氮和二氧化碳含量逐渐下降。这可能是由于铝塑复合袋表面存在针孔或折痕，或者存在渗漏点，增加了整个包装的透氧性。
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抑菌作用是乳制品贮藏保鲜领域的研究热点。以嗜冷菌为主的微生物菌群在低温环境下依然活跃，是乳制品的主要腐败菌群。二氧化碳是一种天然抗菌剂，可以抑制微生物的生长。可以通过在乳制品中直接添加二氧化碳，充二氧化碳混合气体的MAP气调包装技术来实现。
