酸奶發(fā)酵劑的研究現(xiàn)狀

許麗君

（揚州大學食品科學與工程學院，江蘇揚州225000）

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酸奶發(fā)酵劑的研究現(xiàn)狀

許麗君

（揚州大學食品科學與工程學院，江蘇揚州225000）

酸奶發(fā)酵劑是影響整個酸奶生產和保證發(fā)酵乳產品質量穩(wěn)定的關鍵因素，因而選擇優(yōu)良高效的乳酸菌發(fā)酵劑是酸奶生產過程中的核心技術之一。發(fā)酵劑的發(fā)酵特性和品質直接影響發(fā)酵酸奶的風味和質量。本文首先分析了酸奶發(fā)酵劑的發(fā)展歷史和分類，然后對酸奶發(fā)酵劑的研究與應用現(xiàn)狀進行了總結和綜述。

酸奶；發(fā)酵劑；應用；研究進展

酸奶是一種傳統(tǒng)發(fā)酵乳制品，具有豐富的營養(yǎng)價值和良好的保健功能。隨著我國經濟技術的發(fā)展，人們對生活品質的追求逐漸提高，酸奶易于消化和吸收，能促進胃液分泌，提高食欲，具有較好高的營養(yǎng)及保健功能，有防癌作用，因此得到了消費者的青睞［1］。酸奶發(fā)酵劑是生產酸奶過程保證其質量穩(wěn)定及形成酸奶優(yōu)良的感官品質以及組織狀態(tài)的關鍵所在。發(fā)酵劑從根本上避免了產品自然發(fā)酵周期長、質量波動大和食用安全性及衛(wèi)生性難于保障的缺陷，促進了產品及生產過程的標準化［2］。因此酸奶發(fā)酵劑及酸奶工藝的優(yōu)化研究成為乳品工業(yè)研究的重點和熱點。

目前，我國酸奶產量不斷增加，品種日益豐富。而國內發(fā)酵生產酸奶所使用的發(fā)酵劑菌種大多為嗜熱鏈球菌和保加利亞乳桿菌，產品質量較穩(wěn)定、生產周期較短、成本低［3］。近幾年，益生菌發(fā)酵酸乳產品種類日益增多且深受消費者喜愛。益生菌是指一類非致病的經過消化系統(tǒng)對人體健康產生積極作用的微生物［4］，它們能夠改善人體腸道菌群結構從而能維持其健康，益生菌相關產品深受關注［5］。酸奶發(fā)酵劑中常用的益生菌包括保加利亞乳桿菌、雙歧桿菌、和干酪乳桿菌、嗜酸乳桿菌和干酪乳桿菌等。

1　酸奶發(fā)酵劑的發(fā)展及種類

1.1酸奶發(fā)酵劑的發(fā)展歷史

酸奶發(fā)酵劑的歷史發(fā)展過程與酸奶的歷史發(fā)展過程是密切相關的，其主要經歷了經驗性發(fā)酵劑和選擇性發(fā)酵劑兩個階段。經驗性發(fā)酵劑，是指稱取少量經過自然發(fā)酵而生成的酸奶或者是其它的乳酸菌發(fā)酵制品作為其發(fā)酵劑，也被稱為“天然發(fā)酵劑”?，F(xiàn)在人們通過以往的經驗進行選擇的方法，將其發(fā)酵性能較為優(yōu)良的發(fā)酵劑進行世代相傳，除了用做制作酸奶之外，還可用它來發(fā)酵生產酸制奶油、干酪和乳酒等其他產品。選擇性發(fā)酵，是指用經過分離純化過后的純乳酸菌種所制成的發(fā)酵劑，而且可以根據(jù)其原料的不同，進行選擇最適合它的產酸、產黏、產香的菌種［6］。

1.2酸奶發(fā)酵劑在國內外的應用概況

早在19世紀末20世紀初，西方乳業(yè)科學家已經開始對濃縮發(fā)酵劑進行研究，目前，已經實現(xiàn)酸奶發(fā)酵劑商業(yè)化生產，如今國際發(fā)酵劑制造商包括丹麥的Hansen公司、美國的Marshell公司和Mauri.food公司［7］、澳大利亞Csiro研究所、荷蘭的Nizo研究所等，它們所生產的發(fā)酵劑具有優(yōu)良的性能、形態(tài)各異等特點，銷售至世界各地。然而，我國乳品行業(yè)出現(xiàn)較晚，尤其是酸奶制品方面的研究時間較短，對于乳酸菌的研究起步晚，相關的發(fā)酵劑產品研究少。高松柏等于1911年研究發(fā)酵劑的制備時，研究出新的方法獲得較高濃度菌體，即使用緩沖鹽法對高密度培養(yǎng)獲得的菌體進行濃縮，制備出濃縮型冷凍干燥發(fā)酵劑。此后，在內蒙、黑龍江等地區(qū)先后建立了發(fā)酵劑研究中心，研制不同種類的新型直投式酸奶發(fā)酵劑。由于研制出的發(fā)酵劑成本較高，限制了其在中、小型乳制品加工企業(yè)的使用。目前，哈爾濱美華生物技術股份有限公司正式投產了國產型發(fā)酵劑。家用型直投式乳酸菌發(fā)酵劑越來越為消費者接受。它具有菌體性能穩(wěn)定、菌種純度高、使用便捷等特點，消費者在家就可以制作營養(yǎng)豐富、口感順滑醇厚、發(fā)酵風味純正的酸奶。

1.3發(fā)酵劑的種類

隨著酸奶制作工藝及加工技術的發(fā)展，人們對酸奶發(fā)酵劑的研究和開發(fā)也有很大的發(fā)展，發(fā)酵劑的種類日漸多樣化，總體來說，目前主要有天然型發(fā)酵劑、傳統(tǒng)型發(fā)酵劑到冷凍濃縮型發(fā)酵劑等幾種。

1.3.1天然型酸奶發(fā)酵劑

自然發(fā)酵的該種類的菌種非常復雜，其發(fā)酵的產品具備特色的風味［8］，但是由于存在許多不穩(wěn)定的因素，發(fā)酵產物的性質較難控制，產品貯藏過程中穩(wěn)定性差易受腐敗微生物影響而變質［9］。

1.3.2傳統(tǒng)繼代型發(fā)酵劑

又被稱為普通發(fā)酵劑，是指從酸奶的微生物中分離提取出來的乳酸菌，這種乳酸菌被用于酸奶發(fā)酵。這類乳酸菌的菌種較為純正，發(fā)酵性能穩(wěn)定，發(fā)酵條件容易控制［10］。但是這類發(fā)酵劑在制備的過程中要歷經多級的擴大培養(yǎng)，生產的工序繁多、周期冗長、菌種極易退化且易受污染。這些因素制約了酸奶的集約化生產，最終導致傳統(tǒng)繼代型發(fā)酵劑的使用量不斷減少。

1.3.3濃縮型發(fā)酵劑

指可以直接應用于生產的一類新型發(fā)酵劑，主要優(yōu)點發(fā)酵產品質量穩(wěn)定、保存時間長、菌種活力高、便于運輸?shù)?。酸奶的生產企業(yè)可以直接購買使用，使酸奶生產中的產品質量和勞動生產率得到了提高，同時也使酸奶生產成本得到了降低［11］。

2　發(fā)酵劑的選擇

2.1影響發(fā)酵劑選擇的因素

乳酸菌的發(fā)酵性能是選擇發(fā)酵劑的關鍵。需要考慮和比較不同乳酸菌產酸產黏性能以及后酸化、功能性等。乳酸菌在發(fā)酵乳糖時產生乳酸、丙酸以及醋酸等有機酸；乳酸與其他的醇、酮、醛等相互作用可形成不同的風味物質，同時酸度是影響酸奶生產周期、生產效率和酸奶的最終風味等的重要因素。后酸化指酸奶發(fā)酵結束后，乳酸菌停止生長，在酸奶冷卻和冷藏時仍產酸的過程。后酸化會影響酸奶產品的貯藏穩(wěn)定性，其乳酸菌發(fā)酵劑可延長產品的貨架期。

2.2不同乳酸菌對發(fā)酵劑選擇的影響

2.2.1嗜熱鏈球菌

嗜熱鏈球菌能幫助乳糖不耐受人群消化乳糖，因為這種菌可以產生乳糖酶。嗜熱鏈球菌來源于乳制品。它是一種需氧的革蘭氏陽性菌，以兩個卵圓型為一對的球菌連成0.7～0.9μm的長鏈。嗜熱鏈球菌能改善腸道微環(huán)境，促進腸蠕動，防止病原菌定植，抑制病原微生物的生長，提高腸道健康，可調節(jié)控制血壓，具有一定的降壓作用；該菌可以產生具有預防腫瘤的活性物質，即細菌素、多糖等；具有抗衰老的作用，產生的超氧化物歧化酶（SOD）可清除體內代謝過程中產生的過量超氧陰離子自由基；產生胞外多糖可以提高酸奶粘度，改善酸奶的感官品質。

2.2.2保加利亞乳桿菌

保加利亞乳桿菌應用廣泛，該亞種最初由微生物學家賽德蒙·格里戈羅夫在1905年時確定，而后韋斯等確定為德式乳桿菌的亞種。戴遠臣等［13］研究其增殖培養(yǎng)基，優(yōu)化得到山楂多糖增殖培養(yǎng)基，同時研究該菌在發(fā)酵過程中的生長動力學，總結獲得了菌體生長動力學模型和模型參數(shù)。

2.2.3瑞士乳桿菌

瑞士乳桿菌是制備干酪等常用菌株，具有較高酶活力，常作為干酪加工中的輔助菌株。也有人研究了瑞士乳桿菌在發(fā)酵酸奶過程中的各種生理特性［12］。隋欣等研究不同熱處理修飾前后制備干酪過程中菌體理化特性，同時對熱激修飾條件參數(shù)進行優(yōu)化［14］。

2.2.4干酪乳桿菌

干酪乳桿菌屬于乳桿菌類，具有多種益生功能，如提高人體免疫力，緩解過敏及乳糖不耐癥，提高人體免疫力，廣泛應用于功能性食品、飼料及醫(yī)藥等領域［15，16］。卜永士等通過對一株益生菌—干酪乳桿菌生物學特性研究發(fā)現(xiàn)，該干酪乳桿菌具有較好的耐酸耐膽鹽性能，以及較好的抗藥性，該優(yōu)良菌種可用于微生態(tài)制劑及酸奶發(fā)酵劑［17］。汪建明等對干酪乳桿菌的高密度培養(yǎng)條件進行研究，并在此基礎上探討了冷凍干燥法及噴霧干法對制備干酪乳桿發(fā)酵劑的影響［18］。

2.2.5雙歧桿菌

雙歧桿菌是由法國學者Tissier分離得到的革蘭氏陽性桿菌。人體胃腸中雙歧桿菌的數(shù)量隨年齡的增長而減少，分布最多的是喂母乳的嬰兒。雙歧桿菌具有維持腸道菌群平衡，抑制病原菌生長，預防便秘、抗腫瘤、防治高血壓等功能。楊東升［19］研究了雙歧因子的益生功能。戚薇等研究開發(fā)了雙層微膠囊，為雙歧桿菌微膠囊產品的開發(fā)和利用提供了一種新的方法［20］。

3　酸奶發(fā)酵劑的制備及貯藏方法

為了適應酸奶集約化生產的需求，現(xiàn)階段國際與國內對酸奶發(fā)酵劑的研究多集中在高效濃縮型發(fā)酵劑上，其研究的關鍵環(huán)節(jié)主要包括涉及菌種的篩選、乳酸菌的濃縮培養(yǎng)方法等幾個步驟。

3.1菌種篩選

酸奶質量的好壞主要取決于酸奶發(fā)酵劑的品質、類型及活力［21］，因此特性優(yōu)良乳酸菌的篩選和使用是酸奶發(fā)酵劑制備的基礎。大部分國內外科研院所以及相關研發(fā)公司都將篩選優(yōu)良特性的菌種視為最關鍵的研究部分之一。如今，大量特性優(yōu)良的乳酸菌已被篩選和應用至發(fā)酵劑的制備，它們均具有良好的益生功能，具有較好的發(fā)酵特性以及抗冷凍等各種環(huán)境脅迫的能力［22］。同時具有一些特殊功能的益生菌日益受到關注，主要功能包括：降低膽固醇、血脂［23］和血壓，提高人體免疫力等。在生產實踐中發(fā)現(xiàn)，一些單獨發(fā)酵時性能優(yōu)良的保加利亞乳桿菌菌株在和一些嗜熱鏈球菌菌株混合培養(yǎng)時，兩者之間存在生物拮抗關系，影響了發(fā)酵過程，使得產品質量下降。因此制備高效濃縮型［24］冷凍干燥發(fā)酵劑，要選擇抗凍和抗干燥性能好，且發(fā)酵特性優(yōu)良的菌種，制備混菌發(fā)酵劑時還要注意不同菌種之間搭配和比例。

3.2乳酸菌濃縮培養(yǎng)

3.2.1培養(yǎng)基選擇及優(yōu)化

篩選獲得的優(yōu)良菌種，經過高密度培養(yǎng)制得的發(fā)酵劑活菌數(shù)更高，而進行高密度培養(yǎng)乳酸菌增殖的培養(yǎng)基必須具備以下特點：1）有利于菌種生長發(fā)育，繁殖速度快，且能適當提高抗凍性；2）培養(yǎng)基所用的原料價廉易得，可反復使用；3）易與菌體分離。過去制備發(fā)酵劑較多以MRS液體培養(yǎng)基為基礎培養(yǎng)基，并對其進行優(yōu)化［25-29］。而張?zhí)m威等研究發(fā)現(xiàn)，脫脂乳經蛋白酶水解后，再添加營養(yǎng)因子如番茄汁以及緩沖鹽碳酸鈣后可作為嗜熱鏈球菌及保加利亞乳桿菌的增殖培養(yǎng)基［30］。劉丹等［31］研究嗜酸乳桿菌營養(yǎng)需要，得出的培養(yǎng)基最佳配比見下表1、2。

表1　碳氮源的最優(yōu)組合Table 1　Optimal combination of carbon-nitrogen sources

表2　培養(yǎng)基營養(yǎng)因子最優(yōu)配方Table 2　Optimal formula of medium nutritional factors

3.2.2濃縮富集培養(yǎng)方法

乳酸菌在高密度培養(yǎng)過程中，會產生大量乳酸，使培養(yǎng)基pH值降低的同時對乳酸菌的生長代謝有一定的抑制作用。濃縮富集培養(yǎng)即通過適當手段，排除乳酸對細胞生長的抑制作用，延長乳酸菌的對數(shù)生長期，從而獲得較高濃度的培養(yǎng)物。目前使用的方法有以下幾種。

1）緩沖鹽法

緩沖鹽可在一定范圍內調節(jié)培養(yǎng)基的pH值，有利于解除低pH對乳酸菌的生長抑制。由于緩沖能力有限，培養(yǎng)獲得的活菌數(shù)并不高，此方法有一定的局限性。根據(jù)一些研究方法得出，緩沖鹽的最佳配方可總結為CaCO30.1g/100mL，NaAc 0.5g/100mL。

2）化學中和法

化學中和法指乳酸菌培養(yǎng)過程中向發(fā)酵罐中加一定濃度的NaOH溶液或氨水等堿性物質，中和培養(yǎng)過程中產生的乳酸，從而有利于乳酸菌的大量繁殖。但此法會產生較多的乳酸鹽，濃度達到臨界值之后也會抑制乳酸菌的生長繁殖。

3）膜滲析法

即利用膜的選擇性將培養(yǎng)過程中產生的乳酸及乳酸鹽過濾去除，使得代謝產物滲出，同時不斷補充營養(yǎng)物質，實現(xiàn)解除代謝產物反饋抑制與連續(xù)培養(yǎng)的耦合［31-33］。

4）超濾法

超濾法是超濾與化學中和法的結合，將真空纖維膜過濾配件連接到發(fā)酵罐，排出乳酸及乳酸鹽等的同時補充新鮮培養(yǎng)基，而實現(xiàn)菌體的富集濃縮［34，35］。姜鐵民等［36］確定了乳酸菌增殖培養(yǎng)的最佳溫度，pH值以及不同菌種的濃度配比，使乳酸菌的活菌濃度達到3.2×1010cfu/mL，利用超濾設備成功對菌體進行富集濃縮。該方法對菌體影響小，可獲得高濃度的乳酸菌，培養(yǎng)液也可重復利用。但是該方法對發(fā)酵培養(yǎng)液澄清程度的要求很高，且膜裝置成本較高，分離過程中難控制無菌操作，濾膜的污染、清洗、殺菌、老化等一系列問題限制了其商業(yè)化。

3.3菌體保藏方法

乳酸菌經過高密度富集培養(yǎng)后，經分離后，菌體需進一步保藏，才能進行貯藏運輸及發(fā)酵酸奶，菌株保藏的要求主要有：保證較高的存活率的同時維持菌株發(fā)酵活性的穩(wěn)定。如今應用較廣泛的兩種保藏方法為凍干及冷凍保藏。

3.3.1凍干保藏

凍干保藏是將分離得到的培養(yǎng)物與保護劑混合均勻后，經冷凍干燥制成凍干型發(fā)酵劑。應用較多的凍干方法有真空冷凍干燥以及噴霧干燥。利用真空冷凍干燥法制得的發(fā)酵劑，具有活菌存活率較高，菌體蛋白質不易變性，發(fā)酵特性穩(wěn)定，方便運輸和貯藏等特點。因此，真空冷凍干燥法是目前被廣泛使用的方法。乳酸菌對高溫脅迫的抗性不強，高溫會使得菌體內酶的活性降低甚至失活，因此噴霧干燥時，乳酸菌菌體損傷嚴重，達不到優(yōu)良濃縮型發(fā)酵劑的要求，實際生產中應用較少。

3.3.2冷凍保藏

冷凍保藏是在經分離濃縮的培養(yǎng)物中加入保護劑，充分混勻后再經低溫冷凍而制成凍藏型發(fā)酵劑。影響凍藏型發(fā)酵劑品質的主要因素有：凍結時間和速度、凍結溫度及保護劑［36］。冷凍保藏發(fā)酵劑對溫度要求較嚴格，貯藏及運輸?shù)某杀靖?，因而未被廣泛應用。適合的凍干保護劑可以減少低溫冷凍脅迫對乳酸菌菌體的損傷，因而選擇最適合的凍藏保護劑很關鍵。

4　我國酸奶發(fā)酵劑發(fā)展中的問題及發(fā)展方向

目前，相比較國外的發(fā)酵劑，我國酸奶發(fā)酵劑的質量參差不齊，存在活菌數(shù)低、貯藏時間短、發(fā)酵活性低等問題。以前，廠家選擇發(fā)酵劑時更加注重乳酸菌的發(fā)酵性能如產酸快、產黏較好以及較好的風味等。但現(xiàn)在，廠家生產不同種的酸奶產品時，首先根據(jù)顧客的喜好，使得酸奶產品迎合顧客口味以及市場的需要，生產具有個性化、溫和可口、且有益健康的酸奶［37］。開發(fā)具有我國自主知識產權的、符合中國人體質要求、性能穩(wěn)定的標準化商品發(fā)酵劑是未來的趨勢。

5　總結

近年來，我國酸奶工業(yè)發(fā)展迅速，人們生活水平不斷提高人們對酸奶產品種類口感要求也不斷提高，這就要求酸奶產品不斷推陳出新，能夠迎合消費者喜好。發(fā)酵劑是酸奶產品口味質量的關鍵因素，因此酸奶發(fā)酵劑的研究和開發(fā)具有重要的經濟意義。研究開發(fā)一些具有特定功能的乳酸菌，嚴格控制酸奶發(fā)酵劑生產過程中的各個關鍵環(huán)節(jié)，是保證產品質量關鍵所在。

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The Research Status of Yogurt Culture

XU Li-jun
（Food Science and Engineering，Yangzhou University，Yangzhou 225000，China）

Dairy star culture is a key factor that affects yogurt production and assurance of storage stability.Selection of high quality lactic acid bacteria starter is a core element in yogurt preparation.Fermentation characteristics and quality of dairy star culture affect the flavor and quality of fermented yogurt directly.This paper summarizes the historical development of yogurt culture and classification.Then summarized and reviewed the research and application of recent yogurt starter.

Yogurt；dairy star culture；application；research progress

TS252

A

1008-1038（2016）08-0016-05

2016-02-19

許麗君，主要研究方向為食品加工