直投式酸奶发酵剂制备关键技术.pdf

专论与综述 中国酿造 2 0 1 1 年第1 0 期 总第2 3 5 期 17 直投式酸奶发酵剂制备关键技术 孙欣 祝清俊 王文亮 陈蕾蕾 杜方岭宰 山东省农业科学院农产品研究所 山东济南2 5 0 1 0 0 摘要 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 程中的核心问题之一 高效直投式酸奶发酵剂是一类新型的商品化生产菌种 在国外其制备技术已经较为成熟 但在国内尚处于起 步阶段 市场长期被国外企业垄断 因此开发具有自主产权的直投发酵剂产品及制备技术显得尤为重要 该文综述了直投式发酵剂 生产的国内外研究进展 指出了制备过程中决定其质量的各个技术环节 严控这些生产环节 才能保证产品质量 生产出具有我国自 主产权的直投式发酵剂产品 关键词 酸奶 直投式发酵剂 增殖 冷冻干燥 中图分类号 T S 2 5 2 5 4文献标识码 A文章编号 0 2 5 4 5 0 7 1 2 0 1 1 1 0 0 0 1 7 0 3 K e yt e c h n o l o g y i np r e p a r a t i o no f t h ed i r e c t V a t S e tc u l t u r e s D V S S U NX i n Z H UQ i n g j u n W A N GW e n l i a n g C H E NL e i l e i D UF a n g l i n g I n s t i t u t e o f A g r o F o o d S c i e n c e a n dT e c h n o l o g y o f S h a n d o n g A c a d e m y o f A g r i c u l t u r a l S c i e n c e s J i n s l l 2 5 0 W 0 C h i o a A b r a c t D i r e c t V a t S e tc u l t u r ei sak e yf a c t o rt h a ta f f e c t sy o g h o u r tp r o d u c t i o na n da s s u r a n c oo fs t o r a g es t a b i l i t y S e l e c t i o no fh i g hq u a l i t yD V Si sa 9 0 1 1 9e l e m e n ti ny o g h o u I tp r e p a r a t i o n H i g he f f i c i e n tD V Si saN e wt y p ec o m m e r c i a l i z e dc u l t u r e a n dt h ep r e p a r a t i o nt e c h n o l o g yi sw e l ld e v e l o p e d a b o a r d H o w e v e r i ti ss t i l la tt h es t a r ts t a g ei nd o m e s t i ca n dt h em a r k e ti sm a i n l yc o n t r o l l e db yf o r e i g nc o m p a n i e s I ti sv e r yi m p o r t a n tt od e v e l o p D V Sp r e p a r a t i o nt e c h n o l o g yw i t hs o l f o w n o di n t e l l e c t u a lp r o p e r t yr i g h t s T h i sp a p e rd i s c u s s e dt h ea d v a n c e si ns t u d yo f D V Sp r e p a r a t i o n a n dp o i n t e d O U tt h ek e yf a c t o r sw h i c ha f f e c t e dt h eD V Sq u a l i t y K e yw o r d s y o g h o u t t D V S m u l t i p l i c a t i o n f r e e z e d r y i n g 酸奶是一种传统发酵乳制品 因其营养丰富 不会产 生 乳糖不耐症 易于消化 健胃整肠 风味良好等诸多优 点深受消费者青睐 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之一 在制作酸奶 前 必须调制发酵剂 其质量优劣与目标产品质量的好坏 有极为密切的关系 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问题之一 根据酸奶发酵剂的形态及生产方法可将其分为液体 发酵剂 冷冻发酵剂和干燥发酵剂3 种 液体发酵剂的方 便 价格低廉使得大小生产厂家均可自行调制 这极大地 扩充了酸奶生产领域 但在酸奶生产进一步集约化 规模 化发展中 传统发酵剂的多次活化和扩培的繁琐工艺越来 越不能满足要求 伴随着低温干燥技术的发展 西方乳业 发达国家已开发出用量小 邮寄储藏方便 直接投入生产 的多功能商品发酵剂 即冷冻干燥酸奶发酵剂 其的使用 简化了乳品企业的生产工艺 提高了企业产品质量 这种冻 收稿日期 2 0 1 1 0 6 3 0 基金项目 公益性行业 农业 科研专项 2 0 0 9 0 3 0 4 3 作者简介 孙欣 1 9 8 2 女 河南人 助理研究员 主要从事食品微生物相关方面的研究工作 杜方岭 高级研究员 通讯作者 i nS a c c h a r o m y c c sc c r e v s i a e J JB i o s c lB l o e n g 2 0 0 1 9 2 1 8 3 8 5 1 9 1E D E NA N E D E R V E L D EV D R I K E RM e ta 1 I n v o l v e m e n to f b r a n c h e d c h a i na m i n oa c i da m i n o t r a n s f e r a s c si nt h ep r o d u c t i o no f f u s e l a l c o h o l sd u r i n gf e r m e n t a t i o ni ny e a s t J A p p lM i c r o b i o lB i o t e c h n o l 2 0 0 1 5 5 3 2 9 6 3 0 0 2 0 王鹏银 郝欣 郭学武 离子注入诱变选育低产高级醇酿酒酵母菌 株阴 酿酒科技 2 0 0 8 2 1 7 2 6 2 l 袁静 酵母的B A P 2 基因 控制高级醇的产生 J 啤酒科技 2 0 0 2 5 5 6 0 2 2 杨国军 黄酒中的苦味物质及其来源探讨 J 食品与发酵工业 2 0 0 4 3 0 2 8 7 9 0 2 3 鲁栋粱 郭泽峰 从代谢影响因素控制啤酒中高级醇的含量 J 啤酒 科技 2 0 0 8 1 7 8 2 4 韩龙 啤酒高级醇及其影响因素分析明 啤酒科技 2 0 0 8 3 1 0 1 2 2 5 甄会英 葡萄酒中高级醉的测定方法与调控技术研究 D 保定 河北 农业大学硕士论文 2 0 0 5 2 6 K O U R K O U T A S lY K O U T I N A S IA A K A N E L L A K IM c ta 1 C o n t i n u o u 8w i n ef e r m e n t a t i o nu s i n gap s y c h r o p h i l i cy e a s ti m m o b i l i z e do na p p i eC u t sa td i f I i 鹏n tt e m p e r a t u r e s J F o o dM i c r o b i o l 2 0 0 2 1 9 2 3 1 2 7 1 3 4 2 7 B R O W N 憾H A M M O N DJ R M F l a v o u rc o n t r o li ns m a l l s c a l eb e e r f e r m e n t a t i o n s J F o o dB i o p r o dP r o c e s s 2 0 0 3 8 1 1 4 0 4 9 2 8 S M O G R O V I O V AD O O M g r YZ B e e rv o l a t i l eb y p r o d u af o r m a t i o na t f f e r e n tf e r m e n t a t i o nt e m p e r a t u r eu s i n gi m m o b i l i z e dy e a s t s 阴 P r o c e s sB i o c h e m 1 9 9 9 3 4 8 7 8 5 7 9 4 2 9 K O B A Y A S mM S H I M I Z UH S m O Y AS e ta 1 B e e rV o l a t i l eC 0 1 p o u n d sa n dt h e i ra p p l i c a t i o nt 0l o w m a l tb e e rf o m e n t a t i o n J T h eS o d a y f o rB i o t e c h n o i 2 0 0 8 1 0 6 4 3 1 7 3 2 3 3 0 王颉 分光光度法测定苹果酒中的高级醇 J 酿酒科技 2 0 0 5 5 1 0 4 1 0 6 3 l 李春红 云霞 杨红 气相色谱内外标法分析啤酒中高级醇含量 的比较明 中国酿造 2 0 0 7 1 1 6 1 6 4 2 0 1 1N o 1 0 18 S e r i a lN o 2 3 5 C h i n aB r e w i n g F o r u ma n dS u m m a r y 干乳酸菌发酵剂的研究成为近年来乳品工业的研究热点 随着发酵剂制备技术的不断提高 2 0 世纪7 0 年代中 期 国外开始了高效浓缩型酸奶直投式发酵剂的研究工作 高效直投式发酵剂是指发酵活力强 含活菌数在1 0 个儋 以上 在生产酸奶等发酵乳制品时可以直接接种无需继代 培养过程 使用方便 发酵产品质量稳定的一类新型的商 品化生产菌种 l 3 直投式发酵剂的产生使得发酵乳生产厂 家可以根据不同的意愿选择合适的发酵剂品种 省去了菌 种操作以及车间等时间和空间上的投资 简化生产工艺稳 定产品质量 使乳酸菌发酵生产更加的专业化 社会化 规 范化和统一化 我国的直投式发酵剂生产还处于起步阶 段闱 没有形成专业化 规模化的工业生产体系 该市场长 期被国外企业垄断 售价高达1 肛1 5 万元 t 因此开发具有 自主知识产权的直投式发酵剂具有广阔的市场前景 1 直投式乳酸发酵剂的制备过程及关键技术 1 1 直投式乳酸发酵剂的制备过程 直投式发酵剂的制备首先需要选择合适的菌种以及 培养基 培养基经灭菌处理接种 在适宜的条件下进行菌 体高密度浓缩培养 培养完成后采用特定方法分离菌体 添加保护剂 浓缩菌液后进行低温保藏 经检测合格后即 为产品 1 2 直投式发酵剂制备过程的关键技术 1 2 1 菌种的选择 发酵乳制品的风味 功能以及质量最主要的决定因素 就是发酵所使用的菌种 酸奶发酵使用的菌种主要是一些 乳酸菌菌株 包括保加利亚乳杆菌 嗜热链球菌等 具有 优良性状以及遗传稳定性的菌种是制备直投式发酵剂的 基础 其应该具有良好的产酸能力 安全性以及合理的菌 种配比 乳酸菌的产酸能力决定了发酵产品的风味特性 产酸能力太弱则产品风味不明显 质量下降 而产酸能力 太强则会影响乳酸菌自身的增殖 降低细胞浓度 进而也 会影响质量 因此适当的产酸能力是优良菌种的关键因素 之一 菌种的安全性则直接关系到食品的安全性 也是菌 种筛选时最基本的条件 由于目前的乳酸菌发酵大多为不 同菌种的混合发酵 因此合适的菌种配比也决定了产品的 风味特性 吕兵等 f l 通过研究证明 保加利亚乳杆菌与嗜 热链球菌具有良好的共生性 混合发酵效果优于单独发 酵 并以风味和年度为主要依据 综合考虑酸度 组织形 态等指标确定了3 种最佳配比方式 李伟安等 s l 通过研究 表明 德氏乳杆菌保加利亚亚种L 9 和唾液链球茵嗜热亚种 S 5 的发酵产酸能力较强 组织状态好 香气柔和口感好 并且2 菌株共生良好 最佳组合为L 9 5 2 l 可以作为直 投式酸奶发酵剂菌种 1 2 2 增殖培养基的选择 培养基为微生物的生长繁殖和积累代谢产物提供营 养物质 由于直投式发酵剂的制备需要高浓度的菌体 因 此培养基应当利于菌种的增殖 除了要提供生长所必需的 碳源 氮源 生长因子等物质外 还要对培养基进行优化 筛选出增殖培养基 以求能够获得最大生物量 同时 其所 含原料应当价廉易得 容易与菌体分离 以适应大规模工 业生产需要 传统的乳酸菌培养基多为M R S 培养基 7 1 1 张兰威等 1 习 发现脱脂乳与蛋白水解酶配合添加营养强化因子番茄汁 和碳酸钙可作为保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌的优良培 养基 刘丹掣u 通过对碳氮源 营养因子及缓冲盐进行优 化实验对M R S 培养基进行了优化 添加的番茄汁 胡萝卜 汁 平菇汁等成分显著提高了菌种的浓缩培养效果 1 2 3 浓缩培养方法 由于直投式发酵剂为高浓度的菌体 因此在菌体制备 过程中需要进行浓缩培养 通常可以采用追加营养 解除 产物抑制 调节p H 值等方法延长乳酸菌的对数生长期 获 得高浓度培养物 在菌体培养阶段需要控制合适的培养条件 C H A M P A G N Ec P 等 1 4 的研究表明 乳酸菌在低于最适生长温度 1 0 左右进行培养最为理想 因为在该温度条件下培养时 菌体内的不饱和脂肪酸及不溶性多糖含量提高 增强菌种 自身的抗低温能力 提高冻干菌种时的存活率 罗玲泉 l 习 分析了生产中常用的7 种直投式发酵剂菌种产胞外多糖能 力 发现温度和菌种种类对其胞外多糖的合成量具有极其 显著的影响 其次培养过程中的p H 值控制也是菌体生长 的限制因素 低p H 值会抑制乳酸菌的生长 因此需要在培 养阶段添加合适的碱性物质或缓冲盐中和一定的乳酸 可 有效提高活菌数量 提高冻干保藏的存活率 研究还发现 处于对数生长后期以及静止期初期的细胞在冻干保藏时 的存活率远高于对数生长初期和衰老期细胞 因此培养过 程应控制在上述2 个菌龄阶段进行收集分离 培养完成后即需要对菌体进行分离 常用的方法有离 心法 膜渗析法 超滤法等 离心法是通过离心力的作用是 菌体沉淀 主要使用超速离心和普通离心等方式 但由于 对细胞损伤严重目前已很少使用 阍 膜渗析法是目前最先 进的方法之一 1 7 嘲 将选择性渗透膜至于发酵器中 利用膜 的选择性使培养液与代谢物在膜两侧交换 代谢产物渗出 而营养物质不断补充 实现解除代谢产物反馈抑制与连续 培养的耦合 超滤法则是将超滤与化学中和法结合 在发 酵罐上连接一组真空纤维膜过滤配件 排出乳酸同时补充 新鲜营养液 从而实现菌体的浓缩m 姜铁民等 Z Z l 采用化 学中和法确定了乳酸菌增值的最佳温度 p H 值以及不同 菌种的配比 使乳酸菌的活菌浓度达 至l J 3 2 x 1 0 1 0 c f u m L 1 2 4 冻干及冷冻保护剂的选择 由于真空冷冻干燥可以一定程度上避免活性大分子 专论与综述 中国酿造 2 0 1 1 年第1 0 期 总第2 3 5 期 19 失活 保持菌种原有的性状 因此是目前最为常用的保藏 方法 在冷冻干燥之前需要对样品进行预冻 使其成为固 体状态 而冷冻过程形成的冰晶以及冷冻损伤会导致大量 细菌细胞死亡 加入保护剂是防止冷冻损伤最为有效的方 法 保护剂可以分为非渗透性和渗透性2 种 非渗透性保 护剂仅在细胞表面形成保护层 渗透性保护剂可以进入细 胞的内部 阻止细胞内外的冷冻损伤 其持水性还可以减 轻冰晶体形成过程对细胞的伤害 并且在干燥后仍然保持 细胞内有少量水分 防止细胞死亡 K g A P AA 等圆发现麦 芽提取液 脱脂乳 乳清 炼乳等均具有良好的保护功能 其 中脱脂乳由于其价格较低 制各方便且易干燥最为常用 G R A C I E L AF D V f 煳向脱脂乳中加入多元醇后分析其对 乳杆菌 乳球菌的保护作用 证明甘油的添加效果最好 而 糖类中果胶的保护功能最高 另外聚乙二醇也有很好的冷 冻保护作用 吕兵等I 撇1 通过实验指出低分子保护剂应具 有较强的亲水性 结构上应具备3 个以上氢键 糖 醇则应 有5 个以上的羟基以便形成氢键 而大分子保护剂通常非 渗透性保护剂 包裹菌体起到保护作用 并且可以促进低 分子保护剂的保护功能 可协同使用 王建 捌分析了离心 浓缩和真空冷冻浓缩过程的最佳条件 确定了两者的最佳 结合条件 1 2 5 菌种活力的检测 直投式发酵剂在制备完成后需要经过检测才能够判 断其效果 常用的检测方法有乳酸菌总数测定和发酵产酸 活力测定 分别测定直投式发酵剂中的活菌数量和产酸能 力 对发酵剂进行评价 2 总结与展望 我国的酸奶工业近年来发展迅速 以每年2 5 的速度 在增长 并且随着人们生活水平的提高 对酸奶产品种类 的需求也不断提高 这就要求酸奶产品不断推陈出新 迎 合大众需求 而发酵剂是酸奶产品产酸和产香的基础 其 的质量直接影响了酸奶的风味和品质 因此直投式乳酸发 酵剂的开发具有重要的经济意义 增加乳酸菌发酵剂的品 种 尤其是一些功能性较强的乳酸菌的菌种开发 严格控 制直投式发酵剂生产过程中的各个关键环节 才能保证产 品的质量 开发具有我国自主知识产权 符合我国国情的 标准化商品发酵剂 参考文献 l 梁勇 杜敏 南庆贤 等 浓缩型乳酸菌发酵剂的制备册 中国乳 品工业 1 9 9 5 2 3 2 1 3 2 1 3 3 2 1 乔发东 吴秀芳 南庆贤 等 浓缩乳酸菌发酵剂的现状闭 中国乳品 工业 1 9 9 8 2 6 1 2 2 2 3 3 贾士杰 生庆海 发酵乳及新型发酵剂的研究概述阴 中国奶牛 2 0 0 0 3 4 5 4 8 4 许本发 酸奶和乳酸菌饮料加工嗍 北京 中国轻工业出版社 1 9 9 4 5 吕 兵 张国农 肖光辉 新型酸奶发酵剂的研究 J 中国乳品工业 1 9 9 9 2 7 5 9 1 6 6 李伟安 张蕾 何书研 等 直投式酸奶发酵剂生产菌株的筛选及特 性研究 J 畜牧与饲料科学 2 0 0 9 3 0 9 5 5 5 6 7 乔发东 南庆贤 浓缩乳酸菌发酵剂制造工艺的研究 J 河南职技师 院学报 1 9 9 8 2 6 3 5 0 5 2 8 刘会平 马丽珍 南庆贤 高效浓缩乳酸菌发酵剂 J 中国畜产与食 品 1 9 9 7 4 1 3 4 3 5 9 刘云鹤 高效乳酸菌增殖培养基的筛选 J 淮海工学院学 2 0 0 3 1 2 4 5 9 6 0 1 0 乔发东 超滤技术制备浓缩乳酸菌发酵剂的研究哪 中国畜产与食 品 1 9 9 8 5 3 1 1 2 1 l 方祥 胡文锋 张辉华 等 乳酸菌的分离 鉴定及其生长特性田 中国微生态学杂志 2 0 0 0 1 2 5 2 6 2 2 6 4 1 2 张兰威 刘维 张书军 促进混合培养的保加利亚乳杆菌和嗜热链 球菌生产物质的研究阴 中国乳品工业 1 9 9 9 2 7 3 1 2 1 5 1 3 刘丹 潘道东 直投式乳酸菌发酵剂增菌培养基的优化 J 食品科 学 2 0 0 5 2 6 9 2 0 4 2 0 7 1 4 C H A M P A G N ECP G m N E RN B R O C H UE e ta 1 T h ef r z c d r y i n go fa c i db a c t e r i a Ar e e w J 1 n s tF o o dS c iT e c h n o l 1 9 9 1 2 4 3 4 1 1 8 1 2 8 1 5 罗玲泉 直投式发酵剂对酸乳产E P S 影响的初步研究册 现代食品 科技 2 0 0 8 2 4 9 9 3 0 9 3 2 1 6 刘云鹤 高效乳酸菌增殖培养基的筛选 J 淮海工学院学报 2 0 0 3 1 2 4 5 9 6 0 1 7 刘会平 马丽珍 南庆贤 高效浓缩乳酸菌发酵剂 J 中国畜产与食 品 1 9 9 7 4 1 3 4 3 5 1 8 山丽杰 田洪涛 贾英民 等 浓缩型乳酸菌发酵剂制备中几个技术 关键问题的探讨叨 中国乳品工业 2 0 0 2 3 0 5 6 6 6 9 1 9 O S B O R N ER JW P r o d u c t i o no ff i o z e nc o n c e n t r a t e dc h e e s e t a r t e l 8b y d i f f u s i o nc u l t u r e 田 J S o c D a i r y T e c h n o l 1 9 7 7 3 0 1 4 0 2 0 乔发东 超滤技术制备浓缩乳酸菌发酵剂的研究叨 中国畜产与食 品 1 9 9 8 5 3 1 1 2 2 1 P R I G E N TC C O R R EC B O Y A V A LP P r o d u c t i o no fc o n c e n t r a t e d S t r e p t o c o c c u ss a l i v a r i u ss u b s p t h e r m o p h i l u sb yc o u p l i n gc o n t i n u o u s f e