乳制品因營養豐富，所以對廣譜微生物群來說是理想的培養基。抑菌保鮮是乳制品貯藏乃至銷售階段具有重要意義的環節，而酸化、變質是導致乳制品風味劣變和漲袋的核心因素，也是乳制品保鮮貯藏技術所面對的巨大挑戰。乳制品酸化、變質不單單是腐敗菌群的“個人表演”，而是腐敗菌群及其釋放的胞外酶的共同作用。

    乳制品變質的主要成因—微生物

    乳制品因營養豐富，所以對廣譜微生物群來說是理想的培養基。大部分乳制品成品，如巴士殺菌鮮奶、酸奶等，需要采用低溫貯藏以保持其優良品質和營養成分。但低溫貯藏并不能夠對所有微生物起抑制作用，比如嗜冷菌。根據文獻資料記載，所有乳制品貨架期中，約25%的問題是由耐熱嗜冷菌所引起。

    嗜冷革蘭氏陰性菌屬的繁殖和生長可使冷藏的原料、巴氏殺菌乳、脫脂干酪及其類似產品中的微生物環境惡化。假單胞菌是嗜冷菌的代表菌株，是一種革蘭氏陰性兼性厭氧型的嗜冷菌，這類菌株不僅可以在乳中生長，還可釋放出許多可降解乳成分的胞外酶，主要是蛋白酶和脂肪酶，這兩種酶能夠分解蛋白質和脂肪，使乳產生感官缺陷。這些酶具有耐熱特性，從而影響由巴氏殺菌乳所制成產品的保藏質量。

    其他常見的微生物如酵母菌和霉菌（地絲菌屬、扇·霉屬、毛霉、支鏈胞屬、青霉菌），可導致風味、質地劣化和可見的腐敗。此外，耐熱乳酸球菌的生長能降低巴氏殺菌乳的pH值直到發生凝乳現象。

    相關研究表明，鮮牛乳經巴氏殺菌后仍殘留一定數量的微生物。一般牛乳經巴氏殺菌后7d內微生物生長緩慢，但隨著貯藏時間的延長，以假單胞菌為主的嗜冷菌數量快速增長。當貯藏時間為10~12d時，假單胞菌數量可達峰值。與此同時，乳酸鏈球菌等開始迅速繁殖，分解乳糖產生乳酸使牛乳酸度升高，pH值持續下降，此時假單胞菌的生長開始受限。12d后假單胞菌開始大量死亡，當pH值降到5時，乳酸鏈球菌的生長也受到抑制。由于乳酸桿菌的耐酸能力較強，逐漸占領繁殖優勢，并繼續產酸，此時，乳中出現大量乳凝塊，并有乳清析出。

    二氧化碳抑菌技術在乳制品中的應用

    二氧化碳（CO2）是碳原子的最高氧化狀態，常溫下以無色無味的氣體狀態存在，微溶于水。二氧化碳是一種天然抗微生物劑，具有抑制微生物生長的作用。

    因為二氧化碳分子是非極性分子，易溶解在微生物細胞膜的脂質雙分子層中，且能增加膜的流動性，從而使細胞質暴露在有毒的環境中。微生物的細胞質含有水分，而二氧化碳與水發生水合反應生成碳酸，導致細胞質pH值降低，使細胞所受壓強增大。當二氧化碳在細胞內積累時，微生物視其為代謝廢物而需消耗更多的代謝能量，同時取代氧氣最小限度，發生降解反應，擾亂微生物正常的生理平衡。

    二氧化碳抗菌技術應用于乳制品保鮮常采用兩種方式：

    直接添加二氧化碳

    已有相關研究證實，二氧化碳對革蘭氏陽性和革蘭氏陰性微生物的生長均具有抑制作用，這種抑制作用的效果主要依賴于二氧化碳在產品中的溶解程度，故較易溶解的液態乳制品更宜采用直接添加二氧化碳的方式。

    將裝有液化和壓縮二氧化碳的鋼瓶利用減壓閥和導管連通液態乳容器底部，以較低的壓力向液態乳中充入適量二氧化碳。此方法對延長液態乳的貨架期具有顯著作用，例如巴氏殺菌乳常規貨架期一般為15d左右，直接充入二氧化碳后貨架期可延長7d左右。但是，直接添加二氧化碳會受到包裝材料阻隔性的影響。

    包裝材料是隔離液態乳與外界環境的屏障，其主要功能是阻隔會加速乳品氧化變質進程的氧氣。該性能一般通過包裝材料的氧氣透過率表征—氧氣透過率越大的包材，單位時間內透過同一面積包材的氧氣量就越多。眾所周知，氧氣能促進大多數微生物的生長繁殖，這將導致二氧化碳抗菌效果以及延長貨架期的作用大打折扣。

    筆者曾利用VAC-V2壓差法氣體滲透儀測試了不同貯藏溫度下的多種液態乳包裝材料的氧氣透過率，如表1所示，復合膜的氧氣透過率明顯低于PE膜，這是因為復合膜集合了多種膜材的優點，尤其是添加了鋁箔的復合膜，其氧氣透過率僅為同溫度下PE膜的0.05%~0.16%。表1也反映了包裝材料的氧氣透過率指標受溫度影響的情況，即溫度越高，材料的氧氣透過率越大，越不利于對氧氣的阻隔。

    基于表1的試驗結果，對于采用直接添加二氧化碳抑菌的液態乳，建議選擇多層塑塑復合膜、鋁塑復合膜、紙鋁塑復合膜或鍍鋁復合膜等作為包裝材料，充分利用其產生的協同抑菌作用。相關研究顯示，原料乳中注入二氧化碳后，采用高阻隔材料包裝可使其貨架期提高97.9%，而采用低阻隔材料包裝，其貨架期只提高了65.6%。

    添加二氧化碳混合氣體的MAP氣調包裝技術

    MAP又稱氣調保鮮包裝，是一種通過調節包裝內氣體含量以營造利于抑菌保鮮氣體氛圍的包裝形式，粉類乳制品由于形態緣故更適宜采用MAP氣調包裝技術。MAP氣調包裝技術是將一定比例的氮氣和二氧化碳混合氣體充入包裝，充入的惰性氣體—氮氣能最大限度地降低乳粉包裝內氧氣殘留量；二氧化碳則協同氮氣抑制乳粉中嗜氧菌繁殖，從而延長貨架期。

    需要注意的是，MAP氣調包裝技術的抑菌效果與包裝內各氣體成分含量的穩定程度密切相關。若乳粉所用包裝對氣體的阻隔性較差，或乳粉包裝密封不良，則易改變包裝內部氮氣或二氧化碳的含量，這也是乳粉氣調包裝要求使用對氣體具有高阻隔性的包裝材料，以及建立定期檢測包裝內氣體成分含量日常監測機制的原因。

    利用CLASSIC 650頂空氣體分析儀測試罐裝乳粉和鋁塑復合膜袋裝乳粉這兩種乳粉試樣的頂空氣體成分含量，結果如表2。罐裝乳粉采用充入二氧化碳和氮氣的氣調包裝，試驗期間各氣體成分含量較為穩定，原因可能在于馬口鐵罐自身對于氣體具有優異的阻隔性。鋁塑復合膜袋裝乳粉采用充氮的包裝形式，從表2可以觀察到，氧氣含量隨貯藏時間的延長出現緩慢上升，氮氣和二氧化碳含量逐漸減少，這可能是因為鋁塑復合袋表面存在針孔或折痕，或者存在泄漏點，進而增大了包裝整體的氧氣透過量。

    抑菌是乳制品貯藏保鮮領域的永久話題，以嗜冷菌為主的微生物菌群在低溫環境中仍具有較強的繁殖性，是乳制品最為主要的致腐菌群。二氧化碳是一種天然抗微生物劑，具有抑制微生物生長的作用，可采用向乳制品中直接添加二氧化碳的方式和充入二氧化碳混合氣體的MAP氣調包裝技術實現抑菌保鮮目的。