益生菌干酪的研究進展

文 / 王一博 張 昊 郭慧媛 任發(fā)政

（中國農(nóng)業(yè)大學(xué)教育部-北京市共建功能乳品重點實驗室）

1 前言

益生菌被定義為“一種具有生命力的微生物，當人體攝入積累到一定數(shù)量時，就會對人體產(chǎn)生有利的生理作用”[1]。用于人體的益生菌主要有三類：第一類為嚴格厭氧的雙歧桿菌屬，第二類為一般厭氧即耐氧的乳桿菌屬，第三類為兼性厭氧球菌，如屬于腸球菌屬中的糞腸球菌，屬于乳球菌屬的乳酸乳球菌，以及屬于鏈球菌屬的唾液鏈球菌嗜熱亞種和中間鏈球菌等。通常應(yīng)用于人體的益生菌有：乳酸桿菌、雙歧桿菌、腸球菌、枯草桿菌、地衣芽孢桿菌等[2]。

研究發(fā)現(xiàn)益生菌具有很多益生功能。首先，益生菌可以調(diào)節(jié)腸道菌群平衡，增強腸道黏膜抗病能力[3]。另外，益生菌還具有抗腫瘤，防治糖尿病，減輕乳糖不耐，治療痢疾，降低血脂，提高人體免疫力等功能[4]。目前，益生菌已被推薦用于治療特異性皮炎、壞死性結(jié)腸炎、假膜性結(jié)腸炎、慢性肝炎以及一些過敏性疾病[5]。

通常認為當益生菌在人體內(nèi)的數(shù)量達到107CFU/g[6]以上時，益生菌就會粘附在人體的腸道細胞上，發(fā)揮其益生作用。因此保持益生菌在食品中的活菌數(shù)量是研究益生菌食品的關(guān)鍵問題。乳制品及發(fā)酵乳制品如酸奶等都是保存益生菌的優(yōu)良基質(zhì)。這也是近年來發(fā)酵制品研究的重點和熱點[7]。相比酸奶和其它乳制品，干酪是一種保存益生菌的優(yōu)良基質(zhì)。因為它本身具有較高的pH值、脂肪含量和固形物含量，使其具有較高的緩沖能力，能有效的保護益生菌免受貯藏期及胃腸道中不利條件的迫害，提高菌種的存活率和保持菌種較高的生物活性[8]。

具有較高ACE抑制活性和GABA濃度的益生菌契達干酪

2 干酪作為益生菌載體的研究進展

2.1 干酪概述

干酪是指以乳、稀奶油、脫脂乳、酪乳或這些產(chǎn)品的混合物為原料加入凝乳酶或其它凝乳劑凝乳，乳蛋白質(zhì)（主要是酪蛋白）凝固并排出乳清而制成的新鮮或發(fā)酵成熟的乳制品[9]。

在加工成干酪的過程中，原料乳被濃縮了大約10 倍，因此干酪凝塊中含有大量蛋白質(zhì)、脂肪、維生素、礦物質(zhì)元素等營養(yǎng)成分（只有部分水溶性物質(zhì)隨乳清排出），并且這些營養(yǎng)物質(zhì)十分容易被人體消化吸收[10]。干酪中的蛋白質(zhì)在發(fā)酵成熟過程中，經(jīng)凝乳酶、發(fā)酵劑以及其它微生物蛋白酶和肽酶的作用，逐步分解形成胨、多肽、寡肽、氨基酸以及其它有機或無機化合物等小分子物質(zhì)。這些小分子物質(zhì)很容易被人體吸收，使干酪蛋白質(zhì)的消化率高達 96%～98%。干酪中還含有大量的人體必需氨基酸，與其它動物性蛋白質(zhì)相比質(zhì)優(yōu)而量多；而且，在干酪加工過程中，牛乳中的乳糖95%都隨乳清排出，剩余的乳糖也會被干酪中的乳酸菌分解形成乳酸，因此干酪也適于患有乳糖不耐癥的人食用。

2.2 益生菌在干酪中的生存情況

目前已有多種干酪用于益生菌干酪的開發(fā)研究，例如Cheddar干酪、Crescenza干酪、Cottage干酪、新鮮干酪以及山羊奶干酪等。為了保證益生菌能夠到達人體內(nèi)并發(fā)揮其益生功能，益生菌不能受到胃酸、膽鹽等酸性消化液的破壞[11]。干酪為益生菌提供了一個接近中性的pH值環(huán)境，使益生菌不會受到消化液的影響。而且，比起液態(tài)乳制品，干酪的固態(tài)基質(zhì)和高脂肪含量也為益生菌提供了保護[12]。McMahon和Broadbent的研究將Lactobacillus casei 334e分別添加到酸奶和低脂Cheddar干酪中，研究其在酸性環(huán)境（pH值=2）和中性環(huán)境（pH值=7）下的生存情況。中性條件下，在低脂Cheddar干酪中，益生菌數(shù)量在3 個月貯藏期內(nèi)一直保持在107CFU/g，在酸奶中3 個月貯藏期也保持在107CFU/g。而在酸性條件下，低脂Cheddar干酪中的益生菌在120 min后數(shù)量為104CFU/g，而酸奶中的益生數(shù)量在30 min后就迅速下降到10 CFU/g[13]。

已有研究顯示Cheddar干酪可以作為優(yōu)良的益生菌載體。Dinakar和Mistry 等人的研究顯示，Cheddar中添加的雙歧桿菌經(jīng)過24 周的成熟過程后可達到2×107CFU/g[14]。 L Ong等人研究了Cheddar干酪成熟期內(nèi)嗜酸乳桿菌、干酪乳桿菌、副干酪乳桿菌、雙歧桿菌的生存量，結(jié)果表明經(jīng)過24 周成熟益生菌數(shù)量均大于3.2×107CFU /g[15]。但是，另外也有研究表明,某些益生菌在干酪成熟期數(shù)量會顯著下降，尤其是雙歧桿菌[16]。對于Portuguese 乳清干酪的研究發(fā)現(xiàn)，益生菌在干酪中的生存量具有菌株差異性。Bifidobacterium animalis BLC-1，Bb-12和Bo， Lactobacillus acidophilus LAC-1和Ki，L.paracasei LCS-1，Lactobacillus brevis LMG6906在模擬消化液條件下[pH 值2.5～3.0，膽鹽0.3%（w/v）]的生存情況不同[17]。在Argentinean fresco干酪中也發(fā)現(xiàn)了同樣的現(xiàn)象。在pH值=2時，Bifidobacterium bifidum B4數(shù)量下降最多，L. casei C1數(shù)量下降最少[18]。由此可見，不同益生菌在干酪中的生存情況有一定差異。

3 添加益生菌對于干酪的品質(zhì)影響

3.1 干酪品質(zhì)的定義

干酪的品質(zhì)是指干酪的組織狀態(tài)以及感官屬性等。干酪的組分和蛋白質(zhì)水解程度與干酪品質(zhì)有很強的相關(guān)性，是評價產(chǎn)品等級的重要指標。干酪組分的基本理化指標包括蛋白質(zhì)含量、脂肪含量和水分含量。蛋白質(zhì)水解是干酪成熟期的重要生化反應(yīng)，主要分為初級水解和次級水解兩步，水解之后形成的小肽和自由氨基酸是干酪風(fēng)味形成的重要原因。其中初級水解是指干酪中殘存的凝乳酶水解αs1-CN（酪蛋白）形成αs1-Ⅰ肽段，對pH值4.6可溶性氮組分起重要作用；次級水解是指在初級水解形成的肽段，在起始發(fā)酵乳酸菌和非起始發(fā)酵乳酸菌的肽酶系統(tǒng)共同作用下進一步水解形成小的肽段和游離氨基酸，可利用12%的三氯乙酸可溶性氮和5%的磷鎢酸氮的含量來評價蛋白質(zhì)次級水解的程度。干酪的基本品質(zhì)評價指標包括質(zhì)構(gòu)和流變特性。干酪的質(zhì)構(gòu)特性是指人體某些器官與食品接觸時的生理刺激在觸覺上的反應(yīng)，是源于食品結(jié)構(gòu)的一些物理參數(shù)，屬于力學(xué)范疇；而流變特性是指熔化過程中內(nèi)部分子間相互作用的變化，體現(xiàn)干酪的熔化品質(zhì)。

3.2 益生菌的影響

雖然大量研究顯示添加益生菌對干酪的組分無顯著影響，但對干酪的品質(zhì)與風(fēng)味的影響暫不明確。例如，Dinakar和Mistry的研究顯示雙歧桿菌不會對干酪的風(fēng)味和質(zhì)地產(chǎn)生不良影響，但是El Soda等報道了在Cheddar干酪中添加乳酸桿菌會增加干酪的苦味[19]。這是由于某些益生菌會自溶并釋放胞內(nèi)的蛋白酶或脂肪酶，加速干酪成熟期的酪蛋白和脂肪酸水解，而另一些益生菌則會在干酪內(nèi)一直生存下去，不釋放胞內(nèi)酶。益生菌蛋白酶系統(tǒng)作用于酪蛋白，最終會形成直接影響干酪風(fēng)味的小肽和自由氨基酸，從而影響干酪的品質(zhì)和風(fēng)味。同時脂肪經(jīng)過益生菌脂肪酶的作用，水解成游離的脂肪酸，其中短鏈和中鏈的自由脂肪酸（4~12 個碳原子）是干酪風(fēng)味形成的主要物質(zhì)，同時它們也是其它風(fēng)味化合物（酯類）的前體。

微生物的過分生長和蛋白質(zhì)及脂肪的過分分解就會造成干酪較差的質(zhì)構(gòu)（松散、柔軟）和口味（酸敗、苦味）。例如，蛋白質(zhì)過度的分解會直接增加干酪中的苦味[20]，研究發(fā)現(xiàn)干酪中苦味的形成和水溶性氮的含量之間存在著正相關(guān)性。當凝乳酶和微生物蛋白酶降解大分子物質(zhì)形成的小分子和中等分子的水解肽，逐漸積累超過了人們口味的閾值時，就會產(chǎn)生苦味。而脂肪酸的過度水解則可能產(chǎn)生酸敗風(fēng)味。在添加益生菌干酪中，人們通常通過測定蛋白質(zhì)和脂肪酸的水解情況結(jié)合感官評價來進一步確定益生菌對于干酪風(fēng)味和品質(zhì)的影響。

4 益生菌干酪加工關(guān)鍵工藝及解決方法

制作益生菌干酪的關(guān)鍵是要選擇合適的益生菌株，保證其在制作期、成熟期、貨架期以及消化過程中的生存量。因此，這種菌株必須適應(yīng)大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)程序，例如噴霧干燥，而且益生菌株必須經(jīng)過安全評價，對干酪的品質(zhì)和風(fēng)味沒有不良影響[1]。

目前應(yīng)用于干酪的益生菌株，例如乳酸桿菌和雙歧桿菌，都是兼性厭氧或者嚴格厭氧的。因此，氧氣的存在會對它們的生存造成威脅。另外，菌株產(chǎn)酸速率和在牛奶中生長的能力也是需要考慮的。作為附屬發(fā)酵劑，菌株的產(chǎn)酸速率不能過快，否則會影響干酪的pH值。

從制作工藝考慮，新鮮干酪應(yīng)該是最適合作為益生菌載體的。因為它必須在冰箱中儲存，并且貯藏期較短。Blanchette等研究者制作了添加Bifidobacterium infantis的Cottage干酪，在干酪10 天的貯藏期內(nèi)益生菌一直保持106 CFU/g生存量[21]。另有研究團隊制作了添加B. bifidum和L. casei的新鮮干酪，這種干酪比商業(yè)干酪具有更好的感官特性，并且益生菌的數(shù)量在15 天貯藏期內(nèi)均保持在107CFU/g[22]。

目前，在干酪工藝流程中有5 個步驟被認為會直接影響益生菌的生存量及功能：益生菌添加，鹽漬，包裝，成熟及貯藏條件[23]。表1列出了這5 個步驟中存在的問題及解決方法。

5 小結(jié)

干酪是一種優(yōu)良的益生菌載體。目前已有多種干酪用于益生菌干酪的開發(fā)研究，例如Cheddar干酪、Crescenza干酪、Cottage干酪、新鮮干酪以及山羊奶干酪等。研究證明益生菌在Cheddar干酪、Cottage干酪、新鮮干酪中都有很好的生存量（106~108CFU/g），但是不同益生菌株在干酪中的生存情況有一定差異。

大量研究顯示：添加益生菌對干酪的組分無顯著影響，對干酪的品質(zhì)與風(fēng)味有影響，且具有菌株特異性，需要通過測定蛋白質(zhì)和脂肪酸的水解情況結(jié)合感官評價來進一步評價。益生菌干酪加工的關(guān)鍵工藝包括益生菌添加，鹽漬，包裝，成熟及貯藏條件，它們可能影響益生菌的生存量，這個問題可通過適當方法解決，例如益生菌株馴化，微膠囊包埋等。

表1 益生菌干酪加工的關(guān)鍵步驟、存在問題及解決方法

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