乳制品因其高营养含量而成为广泛微生物群的理想培养基。抗菌保鲜是乳制品储存乃至销售阶段的重要步骤。酸化、变质是导致乳制品风味变差、胀袋的核心因素。这也是乳制品保鲜和储存技术面临的巨大挑战。乳制品的酸化和变质不仅仅是腐败菌的“个体表现”，而是腐败菌与其释放的胞外酶的共同作用。

乳品腐败的主要原因——微生物

乳制品因其高营养含量而成为广泛微生物群的理想培养基。大多数乳制品，如巴氏奶、酸奶等，都需要在低温下储存，以保持其优良的品质和营养成分。但低温储存并不能抑制所有微生物，例如嗜冷菌。据文献报道，所有乳制品约25%的保质期问题是由耐热和嗜冷细菌引起的。

耐冷革兰氏阴性菌的增殖和生长会使冷藏原料、巴氏杀菌奶、脱脂奶酪和类似产品中的微生物环境恶化。假单胞菌是嗜冷菌的代表菌株。它是一种革兰氏阴性兼性厌氧耐冷细菌。这类菌株不仅能在牛奶中生长，还能释放出许多能降解牛奶成分的细胞。外源酶，主要是蛋白酶和脂肪酶，可以分解蛋白质和脂肪，导致牛奶感官缺陷。这些酶具有热稳定性，会影响巴氏灭菌奶制成的产品的保存质量。

其他常见微生物，如酵母菌和霉菌（地丝菌、分枝杆菌、毛霉、分枝杆菌、青霉菌）会导致风味、质地变差和明显的腐败。此外，耐热乳球菌的生长会降低巴氏灭菌奶的pH值，直至发生凝结。

相关研究表明，巴氏灭菌后的鲜牛奶中仍残留一定数量的微生物。一般情况下，牛奶中微生物在巴氏灭菌后7天内生长缓慢，但随着储存时间的延长，嗜冷菌（主要是假单胞菌）的数量迅速增加。当贮存时间为1012天时，假单胞菌数量可达到高峰。与此同时，乳酸链球菌等开始迅速繁殖，分解乳糖产生乳酸，使牛奶的酸度增加，pH值不断降低。这时，假单胞菌的生长开始受到限制。12天后假单胞菌开始大量死亡。当pH值降至5时，乳酸链球菌的生长也受到抑制。由于乳酸菌的耐酸性强，逐渐接管繁殖优势，持续产酸。这时，牛奶中出现大量的乳凝块，乳清沉淀。

二氧化碳抗菌技术在乳制品中的应用

二氧化碳（CO2）是碳原子的最高氧化态。常温下为无色无味气体，微溶于水。二氧化碳是一种天然抗菌剂，可抑制微生物的生长。

由于二氧化碳分子是非极性分子，很容易溶解在微生物细胞膜的脂质双层中，可以增加膜的流动性，从而使细胞质暴露在有毒环境中。微生物的细胞质含有水，二氧化碳与水反应生成碳酸，降低细胞质的pH值，增加细胞的压力。当二氧化碳在细胞内积累时，微生物将其视为代谢废物，需要消耗更多的代谢能量。同时，它取代了最少量的氧气，引起降解反应，破坏了微生物的正常生理平衡。

二氧化碳抗菌技术常用于乳制品保鲜有两种方式：

直接添加二氧化碳

相关研究证实，二氧化碳对革兰氏阳性和革兰氏阴性微生物的生长均具有抑制作用。抑制效果主要取决于二氧化碳在产品中的溶解程度，因此较易溶解的液体乳制品直接添加二氧化碳较为合适。

用减压阀和导管将装有液化和压缩二氧化碳的钢瓶连接到液态奶容器的底部，并在较低的压力下向液态奶中充入适量的二氧化碳。该方法对于延长液态奶的保质期有显着效果。例如，巴氏杀菌奶的常规保质期一般为15天左右，直接充入二氧化碳可延长保质期7天左右。但直接添加二氧化碳会受到包装材料阻隔性能的影响。

包装材料是液态奶与外部环境之间的屏障。它的主要功能是阻隔氧气，加速乳制品的氧化和变质过程。这种性能一般用包装材料的氧气透过率来表征——包装材料的氧气透过率越大，单位时间内能通过包装材料相同面积的氧气量也越大。众所周知，氧气可以促进大多数微生物的生长和繁殖，这会大大降低二氧化碳的抗菌作用，延长保质期。

笔者使用VAC-V2差压式透气率测试仪测试了各种液态奶包装材料在不同储存温度下的氧气透过率。如表1所示，复合膜的透氧率明显低于PE膜。这是因为复合膜综合了多种膜材料的优点，特别是添加了铝箔的复合膜。在相同温度下其氧气透过率仅为PE薄膜的0.05%~0.16%。表1也反映了包装材料的氧气透过率指标受温度的影响。即温度越高，材料的氧气透过率越大，越不利于阻隔氧气。

根据表1的测试结果，对于直接添加二氧化碳抑菌的液态奶，建议选择多层塑塑复合膜、铝塑复合膜、纸铝塑复合膜或镀铝膜。复合薄膜作为包装材料要充分利用它们。产生协同抗菌作用。相关研究表明，在原奶中注入二氧化碳后，采用高阻隔材料的包装，其保质期可提高97.9%，而采用低阻隔材料的包装，其保质期只能提高65.6%。

添加二氧化碳混合气体的MAP气调包装技术

气调包装（MAP）又称气调包装，是通过调节包装内气体含量，创造有利于抗菌保鲜的气氛的一种包装形式。粉末乳制品因其形状更适合MAP气调包装技术。MAP气调包装技术是在包装内充入一定比例的氮气和二氧化碳混合气体。充入惰性气体-氮气，可以最大限度地减少奶粉包装内的残留氧气；二氧化碳与氮气配合，抑制奶粉中的需氧菌。传播，从而延长保质期。

需要说明的是，MAP气调包装技术的抗菌效果与包装内各气体成分含量的稳定性密切相关。如果奶粉所用的包装气体阻隔性较差，或者奶粉包装密封性不好，很容易改变包装内氮气或二氧化碳的含量。这就是为什么奶粉的气调包装需要使用具有高阻气性能的包装材料。以及建立定期检测包装中气体成分含量的日常监测机制的原因。

采用CLASSIC650顶空气体分析仪对罐装奶粉和铝塑复合膜袋装奶粉两个奶粉样品的顶空气体成分含量进行测试。结果如表2所示。罐装奶粉在充满二氧化碳和氮气的气调包装中。测试过程中各气体成分含量比较稳定。原因可能是马口铁罐本身具有优异的阻气性。铝塑复合膜袋装奶粉采用氮气包装。从表2可以看出，随着储存时间的延长，氧气含量缓慢增加，氮气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这种物质。针孔、折痕或泄漏点会增加整个包装的透氧量。

抗菌是乳制品储存保鲜领域永恒的话题。以耐冷菌为主的微生物菌群在低温环境下仍具有高度繁殖能力，是乳制品中最重要的腐败菌群。二氧化碳是一种天然抗菌剂，可抑制微生物的生长。通过在乳制品中直接添加二氧化碳，采用充有二氧化碳混合气体的MAP气调包装技术，可以达到抗菌保鲜的目的。