酸奶发酵剂的研究现状

许丽君

（扬州大学食品科学与工程学院，江苏扬州225000）



酸奶发酵剂的研究现状

许丽君

（扬州大学食品科学与工程学院，江苏扬州225000）

酸奶发酵剂是影响整个酸奶生产和保证发酵乳产品质量稳定的关键因素，因而选择优良高效的乳酸菌发酵剂是酸奶生产过程中的核心技术之一。发酵剂的发酵特性和品质直接影响发酵酸奶的风味和质量。本文首先分析了酸奶发酵剂的发展历史和分类，然后对酸奶发酵剂的研究与应用现状进行了总结和综述。

酸奶；发酵剂；应用；研究进展

酸奶是一种传统发酵乳制品，具有丰富的营养价值和良好的保健功能。随着我国经济技术的发展，人们对生活品质的追求逐渐提高，酸奶易于消化和吸收，能促进胃液分泌，提高食欲，具有较好高的营养及保健功能，有防癌作用，因此得到了消费者的青睐［1］。酸奶发酵剂是生产酸奶过程保证其质量稳定及形成酸奶优良的感官品质以及组织状态的关键所在。发酵剂从根本上避免了产品自然发酵周期长、质量波动大和食用安全性及卫生性难于保障的缺陷，促进了产品及生产过程的标准化［2］。因此酸奶发酵剂及酸奶工艺的优化研究成为乳品工业研究的重点和热点。

目前，我国酸奶产量不断增加，品种日益丰富。而国内发酵生产酸奶所使用的发酵剂菌种大多为嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌，产品质量较稳定、生产周期较短、成本低［3］。近几年，益生菌发酵酸乳产品种类日益增多且深受消费者喜爱。益生菌是指一类非致病的经过消化系统对人体健康产生积极作用的微生物［4］，它们能够改善人体肠道菌群结构从而能维持其健康，益生菌相关产品深受关注［5］。酸奶发酵剂中常用的益生菌包括保加利亚乳杆菌、双歧杆菌、和干酪乳杆菌、嗜酸乳杆菌和干酪乳杆菌等。

1　酸奶发酵剂的发展及种类

1.1酸奶发酵剂的发展历史

酸奶发酵剂的历史发展过程与酸奶的历史发展过程是密切相关的，其主要经历了经验性发酵剂和选择性发酵剂两个阶段。经验性发酵剂，是指称取少量经过自然发酵而生成的酸奶或者是其它的乳酸菌发酵制品作为其发酵剂，也被称为“天然发酵剂”。现在人们通过以往的经验进行选择的方法，将其发酵性能较为优良的发酵剂进行世代相传，除了用做制作酸奶之外，还可用它来发酵生产酸制奶油、干酪和乳酒等其他产品。选择性发酵，是指用经过分离纯化过后的纯乳酸菌种所制成的发酵剂，而且可以根据其原料的不同，进行选择最适合它的产酸、产黏、产香的菌种［6］。

1.2酸奶发酵剂在国内外的应用概况

早在19世纪末20世纪初，西方乳业科学家已经开始对浓缩发酵剂进行研究，目前，已经实现酸奶发酵剂商业化生产，如今国际发酵剂制造商包括丹麦的Hansen公司、美国的Marshell公司和Mauri.food公司［7］、澳大利亚Csiro研究所、荷兰的Nizo研究所等，它们所生产的发酵剂具有优良的性能、形态各异等特点，销售至世界各地。然而，我国乳品行业出现较晚，尤其是酸奶制品方面的研究时间较短，对于乳酸菌的研究起步晚，相关的发酵剂产品研究少。高松柏等于1911年研究发酵剂的制备时，研究出新的方法获得较高浓度菌体，即使用缓冲盐法对高密度培养获得的菌体进行浓缩，制备出浓缩型冷冻干燥发酵剂。此后，在内蒙、黑龙江等地区先后建立了发酵剂研究中心，研制不同种类的新型直投式酸奶发酵剂。由于研制出的发酵剂成本较高，限制了其在中、小型乳制品加工企业的使用。目前，哈尔滨美华生物技术股份有限公司正式投产了国产型发酵剂。家用型直投式乳酸菌发酵剂越来越为消费者接受。它具有菌体性能稳定、菌种纯度高、使用便捷等特点，消费者在家就可以制作营养丰富、口感顺滑醇厚、发酵风味纯正的酸奶。

1.3发酵剂的种类

随着酸奶制作工艺及加工技术的发展，人们对酸奶发酵剂的研究和开发也有很大的发展，发酵剂的种类日渐多样化，总体来说，目前主要有天然型发酵剂、传统型发酵剂到冷冻浓缩型发酵剂等几种。

1.3.1天然型酸奶发酵剂

自然发酵的该种类的菌种非常复杂，其发酵的产品具备特色的风味［8］，但是由于存在许多不稳定的因素，发酵产物的性质较难控制，产品贮藏过程中稳定性差易受腐败微生物影响而变质［9］。

1.3.2传统继代型发酵剂

又被称为普通发酵剂，是指从酸奶的微生物中分离提取出来的乳酸菌，这种乳酸菌被用于酸奶发酵。这类乳酸菌的菌种较为纯正，发酵性能稳定，发酵条件容易控制［10］。但是这类发酵剂在制备的过程中要历经多级的扩大培养，生产的工序繁多、周期冗长、菌种极易退化且易受污染。这些因素制约了酸奶的集约化生产，最终导致传统继代型发酵剂的使用量不断减少。

1.3.3浓缩型发酵剂

指可以直接应用于生产的一类新型发酵剂，主要优点发酵产品质量稳定、保存时间长、菌种活力高、便于运输等。酸奶的生产企业可以直接购买使用，使酸奶生产中的产品质量和劳动生产率得到了提高，同时也使酸奶生产成本得到了降低［11］。

2　发酵剂的选择

2.1影响发酵剂选择的因素

乳酸菌的发酵性能是选择发酵剂的关键。需要考虑和比较不同乳酸菌产酸产黏性能以及后酸化、功能性等。乳酸菌在发酵乳糖时产生乳酸、丙酸以及醋酸等有机酸；乳酸与其他的醇、酮、醛等相互作用可形成不同的风味物质，同时酸度是影响酸奶生产周期、生产效率和酸奶的最终风味等的重要因素。后酸化指酸奶发酵结束后，乳酸菌停止生长，在酸奶冷却和冷藏时仍产酸的过程。后酸化会影响酸奶产品的贮藏稳定性，其乳酸菌发酵剂可延长产品的货架期。

2.2不同乳酸菌对发酵剂选择的影响

2.2.1嗜热链球菌

嗜热链球菌能帮助乳糖不耐受人群消化乳糖，因为这种菌可以产生乳糖酶。嗜热链球菌来源于乳制品。它是一种需氧的革兰氏阳性菌，以两个卵圆型为一对的球菌连成0.7～0.9μm的长链。嗜热链球菌能改善肠道微环境，促进肠蠕动，防止病原菌定植，抑制病原微生物的生长，提高肠道健康，可调节控制血压，具有一定的降压作用；该菌可以产生具有预防肿瘤的活性物质，即细菌素、多糖等；具有抗衰老的作用，产生的超氧化物歧化酶（SOD）可清除体内代谢过程中产生的过量超氧阴离子自由基；产生胞外多糖可以提高酸奶粘度，改善酸奶的感官品质。

2.2.2保加利亚乳杆菌

保加利亚乳杆菌应用广泛，该亚种最初由微生物学家赛德蒙·格里戈罗夫在1905年时确定，而后韦斯等确定为德式乳杆菌的亚种。戴远臣等［13］研究其增殖培养基，优化得到山楂多糖增殖培养基，同时研究该菌在发酵过程中的生长动力学，总结获得了菌体生长动力学模型和模型参数。

2.2.3瑞士乳杆菌

瑞士乳杆菌是制备干酪等常用菌株，具有较高酶活力，常作为干酪加工中的辅助菌株。也有人研究了瑞士乳杆菌在发酵酸奶过程中的各种生理特性［12］。隋欣等研究不同热处理修饰前后制备干酪过程中菌体理化特性，同时对热激修饰条件参数进行优化［14］。

2.2.4干酪乳杆菌

干酪乳杆菌属于乳杆菌类，具有多种益生功能，如提高人体免疫力，缓解过敏及乳糖不耐症，提高人体免疫力，广泛应用于功能性食品、饲料及医药等领域［15，16］。卜永士等通过对一株益生菌—干酪乳杆菌生物学特性研究发现，该干酪乳杆菌具有较好的耐酸耐胆盐性能，以及较好的抗药性，该优良菌种可用于微生态制剂及酸奶发酵剂［17］。汪建明等对干酪乳杆菌的高密度培养条件进行研究，并在此基础上探讨了冷冻干燥法及喷雾干法对制备干酪乳杆发酵剂的影响［18］。

2.2.5双歧杆菌

双歧杆菌是由法国学者Tissier分离得到的革兰氏阳性杆菌。人体胃肠中双歧杆菌的数量随年龄的增长而减少，分布最多的是喂母乳的婴儿。双歧杆菌具有维持肠道菌群平衡，抑制病原菌生长，预防便秘、抗肿瘤、防治高血压等功能。杨东升［19］研究了双歧因子的益生功能。戚薇等研究开发了双层微胶囊，为双歧杆菌微胶囊产品的开发和利用提供了一种新的方法［20］。

3　酸奶发酵剂的制备及贮藏方法

为了适应酸奶集约化生产的需求，现阶段国际与国内对酸奶发酵剂的研究多集中在高效浓缩型发酵剂上，其研究的关键环节主要包括涉及菌种的筛选、乳酸菌的浓缩培养方法等几个步骤。

3.1菌种筛选

酸奶质量的好坏主要取决于酸奶发酵剂的品质、类型及活力［21］，因此特性优良乳酸菌的筛选和使用是酸奶发酵剂制备的基础。大部分国内外科研院所以及相关研发公司都将筛选优良特性的菌种视为最关键的研究部分之一。如今，大量特性优良的乳酸菌已被筛选和应用至发酵剂的制备，它们均具有良好的益生功能，具有较好的发酵特性以及抗冷冻等各种环境胁迫的能力［22］。同时具有一些特殊功能的益生菌日益受到关注，主要功能包括：降低胆固醇、血脂［23］和血压，提高人体免疫力等。在生产实践中发现，一些单独发酵时性能优良的保加利亚乳杆菌菌株在和一些嗜热链球菌菌株混合培养时，两者之间存在生物拮抗关系，影响了发酵过程，使得产品质量下降。因此制备高效浓缩型［24］冷冻干燥发酵剂，要选择抗冻和抗干燥性能好，且发酵特性优良的菌种，制备混菌发酵剂时还要注意不同菌种之间搭配和比例。

3.2乳酸菌浓缩培养

3.2.1培养基选择及优化

筛选获得的优良菌种，经过高密度培养制得的发酵剂活菌数更高，而进行高密度培养乳酸菌增殖的培养基必须具备以下特点：1）有利于菌种生长发育，繁殖速度快，且能适当提高抗冻性；2）培养基所用的原料价廉易得，可反复使用；3）易与菌体分离。过去制备发酵剂较多以MRS液体培养基为基础培养基，并对其进行优化［25-29］。而张兰威等研究发现，脱脂乳经蛋白酶水解后，再添加营养因子如番茄汁以及缓冲盐碳酸钙后可作为嗜热链球菌及保加利亚乳杆菌的增殖培养基［30］。刘丹等［31］研究嗜酸乳杆菌营养需要，得出的培养基最佳配比见下表1、2。

表1　碳氮源的最优组合Table 1　Optimal combination of carbon-nitrogen sources

表2　培养基营养因子最优配方Table 2　Optimal formula of medium nutritional factors

3.2.2浓缩富集培养方法

乳酸菌在高密度培养过程中，会产生大量乳酸，使培养基pH值降低的同时对乳酸菌的生长代谢有一定的抑制作用。浓缩富集培养即通过适当手段，排除乳酸对细胞生长的抑制作用，延长乳酸菌的对数生长期，从而获得较高浓度的培养物。目前使用的方法有以下几种。

1）缓冲盐法

缓冲盐可在一定范围内调节培养基的pH值，有利于解除低pH对乳酸菌的生长抑制。由于缓冲能力有限，培养获得的活菌数并不高，此方法有一定的局限性。根据一些研究方法得出，缓冲盐的最佳配方可总结为CaCO30.1g/100mL，NaAc 0.5g/100mL。

2）化学中和法

化学中和法指乳酸菌培养过程中向发酵罐中加一定浓度的NaOH溶液或氨水等碱性物质，中和培养过程中产生的乳酸，从而有利于乳酸菌的大量繁殖。但此法会产生较多的乳酸盐，浓度达到临界值之后也会抑制乳酸菌的生长繁殖。

3）膜渗析法

即利用膜的选择性将培养过程中产生的乳酸及乳酸盐过滤去除，使得代谢产物渗出，同时不断补充营养物质，实现解除代谢产物反馈抑制与连续培养的耦合［31-33］。

4）超滤法

超滤法是超滤与化学中和法的结合，将真空纤维膜过滤配件连接到发酵罐，排出乳酸及乳酸盐等的同时补充新鲜培养基，而实现菌体的富集浓缩［34，35］。姜铁民等［36］确定了乳酸菌增殖培养的最佳温度，pH值以及不同菌种的浓度配比，使乳酸菌的活菌浓度达到3.2×1010cfu/mL，利用超滤设备成功对菌体进行富集浓缩。该方法对菌体影响小，可获得高浓度的乳酸菌，培养液也可重复利用。但是该方法对发酵培养液澄清程度的要求很高，且膜装置成本较高，分离过程中难控制无菌操作，滤膜的污染、清洗、杀菌、老化等一系列问题限制了其商业化。

3.3菌体保藏方法

乳酸菌经过高密度富集培养后，经分离后，菌体需进一步保藏，才能进行贮藏运输及发酵酸奶，菌株保藏的要求主要有：保证较高的存活率的同时维持菌株发酵活性的稳定。如今应用较广泛的两种保藏方法为冻干及冷冻保藏。

3.3.1冻干保藏

冻干保藏是将分离得到的培养物与保护剂混合均匀后，经冷冻干燥制成冻干型发酵剂。应用较多的冻干方法有真空冷冻干燥以及喷雾干燥。利用真空冷冻干燥法制得的发酵剂，具有活菌存活率较高，菌体蛋白质不易变性，发酵特性稳定，方便运输和贮藏等特点。因此，真空冷冻干燥法是目前被广泛使用的方法。乳酸菌对高温胁迫的抗性不强，高温会使得菌体内酶的活性降低甚至失活，因此喷雾干燥时，乳酸菌菌体损伤严重，达不到优良浓缩型发酵剂的要求，实际生产中应用较少。

3.3.2冷冻保藏

冷冻保藏是在经分离浓缩的培养物中加入保护剂，充分混匀后再经低温冷冻而制成冻藏型发酵剂。影响冻藏型发酵剂品质的主要因素有：冻结时间和速度、冻结温度及保护剂［36］。冷冻保藏发酵剂对温度要求较严格，贮藏及运输的成本高，因而未被广泛应用。适合的冻干保护剂可以减少低温冷冻胁迫对乳酸菌菌体的损伤，因而选择最适合的冻藏保护剂很关键。

4　我国酸奶发酵剂发展中的问题及发展方向

目前，相比较国外的发酵剂，我国酸奶发酵剂的质量参差不齐，存在活菌数低、贮藏时间短、发酵活性低等问题。以前，厂家选择发酵剂时更加注重乳酸菌的发酵性能如产酸快、产黏较好以及较好的风味等。但现在，厂家生产不同种的酸奶产品时，首先根据顾客的喜好，使得酸奶产品迎合顾客口味以及市场的需要，生产具有个性化、温和可口、且有益健康的酸奶［37］。开发具有我国自主知识产权的、符合中国人体质要求、性能稳定的标准化商品发酵剂是未来的趋势。

5　总结

近年来，我国酸奶工业发展迅速，人们生活水平不断提高人们对酸奶产品种类口感要求也不断提高，这就要求酸奶产品不断推陈出新，能够迎合消费者喜好。发酵剂是酸奶产品口味质量的关键因素，因此酸奶发酵剂的研究和开发具有重要的经济意义。研究开发一些具有特定功能的乳酸菌，严格控制酸奶发酵剂生产过程中的各个关键环节，是保证产品质量关键所在。

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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

许丽君，主要研究方向为食品加工