牛乳是微生物的优良培养基，短时期内腐败菌能在乳和乳制品中进行大量繁殖，尤其是发酵乳制品在销售过程中更易腐败，那么延长乳制品货架期已成为乳品行业亟待解决的问题。近些年来，已经得到证实注入CO 2气体结合无菌包装技术能延长乳和乳制品的货架期，尽管该气体抑制细菌的效果多年前就被开发，已用于许多食品的防腐保鲜，但CO 2作用于原料奶机理还在研究中。可见CO 2技术是一种理想的杀菌途径，相对热力杀菌来说，CO 2具有对食品营养成分和风味物质破坏少，无化学物质残留等特点。因此，在乳品工业上大力开发和利用CO 2资源，对于提高乳制品自身质量和企业经济效益都具有积极意义。目前国内已有关于CO 2对原料乳性质影响的文章，但关于CO 2应用于乳和乳制品延长货价期方面研究报道尚较少。因此，大力开展CO 2资源在乳品工业上的研究、开发和利用显得十分重要，它对于提高乳品自身质量和企业经济效益都具有积极意义。
1CO 2抑菌作用及对乳性质的影响1.1CO 2抑菌效果从整体的抑制效果来看，CO 2对G（－）菌比G（＋）有更好的作用效果。在原料乳中注入CO 2可以增加乳中细菌的延滞期和降低其增殖速度。现已证明，在4℃条件下注入CO 2量对总平板菌落数，嗜冷菌，大肠杆菌，厌氧微生物，乳杆菌和芽孢菌有抑制效果。
①标准的平板计数，贮存在4℃，具有*初平板菌落数（高）1.6×10 5 mL－1和（低）7.8×10 3 mL－1的原料乳，注入CO 2（浓度为30mmol／L）以后，菌落数达到10 6 mL－1的时间，与对照组相比较分别延长2.2d和3d；②嗜冷菌，原料乳中的嗜冷菌对CO 2是敏感的；注入浓度为30mmol／L的CO2后，贮存在4℃下原料乳中的嗜冷菌的延滞期是6d，对照乳是2d；③大肠杆菌
属，4℃贮藏4d后，注入CO 2的原料乳pH值为6.0，大肠杆菌数为2.5mL－1（对数值），对照组中为3.5mL－1（对数值）；④厌氧菌，注入浓度为26.5mmol／L的CO 2的原料乳在7℃贮存6d，厌氧菌菌落计数为5.7mL－1（对数值），而对照组为8.5mL－1（对数值）；⑤假单胞菌种被CO 2抑制效果显著。在注入浓度为30mmol／L的CO 2的原料乳中，假单胞菌的数量在4℃贮藏4d后比对照组少3mL－1（对数值）。
1.2CO 2对原料奶性质的影响MaY等人在2003年对CO 2添加到牛乳中的蛋白水解和脂解、牛乳和奶油pH值和冰点进行研究。结果表明：①在4℃将1.5×10－3 CO 2添加到含有高、低体细胞数牛乳中，储藏4d，经观察碳酸化对脂解没有影响，但可以减少蛋白质水解。
②分别在0℃和40℃条件下，取来自不同含脂率的牛乳（0.15％和30％）在总CO 2浓度相同情况下，在0℃乳脂肪大部分呈固态，在40℃呈液态。研究表明，在0℃时CO 2注入到脂肪含量较高的牛乳中，结果含有较低的pH值和冰点。
③进一步研究发现，在CO 2处理的含脂率为0.15％的未均质稀奶油和0.15％黄油乳化的脱脂乳中，它们的pH值和冰点无太大区别。这表明均质或乳脂肪物理分散状态的差异，不能影响在0℃注射时溶解在乳脂肪中的CO 2数量。此外在稀奶油中低温注入的CO 2（如在4℃以下），在冷藏的货价期内可能具有更好的抗微生物效果，这是由于CO 2在稀奶油的脱脂乳部分有更高的浓度所引起的。
1.3CO2的抑制机理尽管CO 2抑菌效果已经被详细研究过，但CO 2影响微生物生长的直接或间接的机理还并不完全清晰。对于CO 2的抑制机理，主要有4个理论被提出：①CO 2在液体中的溶解可能对膜的稳定性有不利的影响。
CO 2分子是非极性的，所以比较水而言，更容易溶解在脂质双层中。
CO 2渗入到微生物细胞膜后，干扰了细胞质酶并影响细胞的新陈代谢。溶解的CO 2增加膜的流动性，并且使细胞质暴露在有毒的环境中。
②CO 2的水合作用导致pH值降低，增加细胞内和环境的压力。
通过增加浓度和压力的方法，使CO 2*终溶解细胞质中，这些条件将使细胞质中的pH值降低，并且细胞内外pH值的差异将给细胞加压。
③在许多生化途径和代谢中CO 2是代谢废物，所以CO 2能增加细胞能量的不必要消耗。
④CO 2能引起生理生化的变化和酶的调节。
CO 2延长了微生物生长的延滞期，降低了微生物的生长率，由于CO 2比O 2溶解在水中更容易，它取代氧并*小限度发生降解反应。综上所述，分析具体CO 2抑制机理还应考虑生长的环境，微生物和它的生理学状态，将这些机制合起来有可能对观察到的结果给出合理的解释。
另有一些理论已经被证实，O 2的转移并不是影响微生物生长**的抑制机制。当O 2浓度保持不变，随着CO 2浓度的增加，荧光假单胞菌的延滞期也增加。CO 2对厌氧菌的抑制作用也符合这些理论。
2CO 2延长乳和乳制品货架期科内尔大学的JosephHotchkiss博士等人研究乳制品中CO 2抗微生物作用。直接添加CO 2气体结合高密度包装袋可以延长新鲜乳制品货价期，如切达干酪、液态奶、冰淇淋和酸奶等。在加工工艺方面，对干酪而言，CO 2先被直接喷淋到原料乳中；而对液体产品来说，CO 2被混入产品的气调环境中。
2.1注入CO 2延长牛乳货架期2.1.1对原料乳货价期的影响相对于对照乳货价期为9.6d而言，注入浓度为21.5mmol／L的CO 2包装在低密闭性薄膜中的乳的货架期提高65％，货架期为15.9d；包装在高密闭性薄膜中的乳的货架期达19d。
实验表明，用68￣689kPa的CO 2在5，6.1，10和20℃下处理取自同一牛群的新鲜和不新鲜原料乳，然后储存9d，检验其中微生物的生长，发现在这个处理范围内没有蛋白质沉淀。这些处理都明显降低原料乳中标准平板菌落数，甚至温度可高于冷藏温度。在6.1℃下，与对照组相比，标准平板菌数达到4.30mL－1（对数值）的时间延长了4d。大肠菌数在处理组中保持不变，而在对照组中菌数加倍。在9d后耐热菌菌数也明显比对照组少。巴氏乳法规（PMO）中规定巴氏杀菌前原料乳的菌数上限是5mL－1（对数值）；在对照组牛乳储存4d后就达到了这个水平，而689kPa的CO 2处理的牛乳在8d时还没有达到这个水平。根据上述数据显示，CO 2可能成为一种有效途径来保存大批原料乳，增加货架期，并且可以全面提高乳品的质量。
2.1.2对巴氏牛乳货价期的影响高温瞬时巴氏牛乳有效的货价期为14～17d，主要由于巴氏杀菌微生物污染所带来的破坏和酶氧化所产生的腐败。通过添加CO 2到巴氏奶中，货价期可延长50％（7～8d）。实验表明，注入浓度为2.8～9.1mmol／L的CO 2到巴氏灭菌乳中，然后接种大量的腐败微生物，装到不同密闭性膜的小袋里。在低密闭性袋中，添加高浓度CO 2在8.7～21.5mmol／L时。要达到106mL－1菌数对照组所需要的时间为6.4d，低密闭性包装袋时间为8.0～10.9d；而在高密闭性袋装中，可增加到9.7～13.4d。货架期比原来增加25％～200％。而在感官方面，在2％的巴杀菌乳中CO 2感官阈值（由专业人员评定）是9.0mmol／L。
低于阈值（8.7mmol／L）的高封闭包装能延长货架期40％。在贮存14d和冷藏21d后，CO 2处理乳的感官性质好于对照组。经测定适冷菌和假单胞菌的生长和总平板菌落数在注入CO 2处理后的巴氏杀菌乳中均被抑制。
对浓缩乳货价期的影响经过反渗透和超滤技术的浓缩乳中，G（－）菌和总平板菌落数的生长会减慢。7℃贮存14d以后，注入浓度为25.3mmol／L的CO 2的超滤乳的总平板菌落数为10 5 mL－1，而对照乳中为10 8 mL－1。注入浓度为25mmol／L的CO 2反渗透浓缩乳在贮存7d后G（－）菌数为10 3 mL－1，总平板菌落数为10 5 mL－1，对照组的G（－）菌和总平板菌落数均为10 6 mL－1。
2.2注入CO 2对延长酸奶货架期的影响在接种嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌之前，CO 2被注入到经过热处理的原料乳中。
CO 2处理过的原料乳（pH值为6.0，6.2，6.4）生产的酸奶和对照组有相似的感官特性和黏度。
另有研究表明，嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌（典型酸奶菌），嗜酸乳酸菌和双歧杆菌（非典型培养菌）加入到加糖低脂（1％）的瑞士原味、草莓、和柠檬酸奶中，样品在43℃下发酵，直到pH值到5.0或4.2为止，另外草莓酸奶在低（4.2）和高（5.0）pH值时分成3份，它们分别接地衣芽孢杆菌，大肠埃希氏菌和李斯特氏菌（污染菌）进行培养。结合CO 2后（1.10～1.27体积CO 2溶于水），用一个清洁的软管在容器底部通入CO 2气泡来使牛乳碳酸化，样品不断的被搅拌使碳酸化均匀。接发酵菌后酸奶立刻用340g聚乙烯瓶包装，盖紧瓶盖，在4℃下分别储藏90d观察效果。结果表明：①酸化与非碳酸化的酸奶样品中都含有较高数量的酸奶菌，即嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌；②乳酸菌和双歧杆菌的生长也没有被碳酸化影响，这意味着碳酸化不影响典型酸奶菌的生长并可以延长非典型酸奶菌的延滞期；③研究发现在储藏时草莓酸奶中含有李斯特菌和大肠杆菌，所以CO 2不能保证酸奶的微生物安全性。
推荐以后使用高压力和高浓度的CO 2或带充气装置的碳酸罐生产酸奶。
2.3注入CO 2延长干酪货架期2.3.1对农家干酪货价期的影响在农家干酪中注入一定浓度的CO 2（9.1mmol／L）能够明显的增加干酪的货架期。商业生产的农家干酪包装于高密闭容器中，用箔／聚烯烃密封，*终CO 2含量在9.1mmol／L，这些CO 2足够严格抑制典型的G（－）腐败菌，例如：肠杆菌属和假单胞菌以及酵母和霉菌，使冷藏的货架期相对于正常（3周）延长到8周或更长。
目前CO 2被应用在遍及美国15种商业农家干酪中。制作农家干酪添加CO 2的一个简单有效的方法是，在注入混合凝乳之前把它注入到奶油调味料中。用这种方法制备的农家干酪能有80d的货架期。
在4℃时，在玻璃罐中储存70d后，在CO 2处理的农家干酪中接种10 3 mL－1的3种G（－）嗜冷腐败菌的混合物，经观察其并不生长；而对照组中，细菌在15d内达到10 6 mL－1。经观察表明，在CO 2处理的农家干酪中，G（－）菌，尤其是假单细胞菌；嗜冷菌；酵母和霉菌和乳酸菌都受到CO 2的抑制。这种效果不会导致pH值下降，因为对照组和CO 2处理过的样品有相似的pH值（5.2￣5.25）。值得注意的是注入CO 2的量要低于风味阈值以保证风味没有改变。
2.3.2对切达干酪货价期的影响首先CO 2喷淋到原料乳中（含高5×10 5 mL－1菌落数）使其pH值达到6.2，之后冷却到4℃，用于制作成熟干酪。结果表明，CO 2处理过的干酪比对照乳制成的干酪产量高。经过17℃成熟7d以后的干酪有10.4％的产量，而对照组有5.9％的产量。另一添加CO 2方法研究表明，通过添加CO 2到奶油中，凝乳和奶油在高密闭性材料包装后，货价期延长了2～3倍，CO 2抑制微生物生长，延长其物理成熟，并抑制氧化腐败。
另有一些关于注入CO 2到切达干酪中的一些基础研究。CO 2（约36.4mmol／L）注入到牛乳中制成切达干酪。CO 2处理的干酪钙含量较低，但含水量没有不同。
在CO 2处理的干酪成熟过程中其水中含有的盐是对照组干酪的1.5倍。用CO 2先酸化的干酪的蛋白质水解程度高可能是由于增加了酶作用物在水相中的可用性，或者增加了凝乳酶的活性和保持力。相比对照组乳，CO 2处理乳排除乳清的pH值更低，所需的总时间更短；制成的干酪含有较低的总钙和脂肪。高脂肪主要随乳清排出。用CO 2先酸化牛乳到pH值为6.0使生产干酪皱胃酶的使用量减少了75％，尽管酸化作用降低了乳酸的产量，但是加与不加CO 2牛乳生产的干酪中的乳酸含量却是相同的。
CO 2处理乳生产的干酪中蛋白质水解较少，但是感官特性上没有改变。
2.4注入CO 2对延长冰淇淋货架期的影响冰淇淋生产过程中，凝冻后的冰淇淋需尽快进入硬化室快速硬化，而常用的硬化采用传统制冷机的隧道式冻结槽和盐水硬化池，硬化温度一般在－25～－40℃，时间在30～40min，而改用液体CO 2喷射制冷硬化，温度可在－40～－60℃，时间小于10min，可使产品质量得到有效提升。这在因不能控制温度波动而导致劣质的冷冻产品的运输和储藏过程中的实际应用是很有意义的。
CO 2量增加到22.7mmol／L时能使冰淇淋湿料的货架期由75％升到125％。
3结论当足量CO 2注入到乳及乳制品中，可以延长乳及乳制品的货价期。通过抑制污染菌的生长和限制氧化腐败，使得乳制品新鲜度保持持久。使乳品行业可以扩展新的市场和连锁店，长期储存食品，减少了过期返还食品的数量，使产品更易接受。生产商使用CO 2后，不再为依靠人工保护剂，高昂生产工艺流程，包装技术而烦恼，此外，在原料乳中，它是一个天然添加成分，并且通常被视为很安全的“纯天然”食品。