益生菌干酪的研究进展

文 / 王一博 张 昊 郭慧媛 任发政

（中国农业大学教育部-北京市共建功能乳品重点实验室）

1 前言

益生菌被定义为“一种具有生命力的微生物，当人体摄入积累到一定数量时，就会对人体产生有利的生理作用”[1]。用于人体的益生菌主要有三类：第一类为严格厌氧的双歧杆菌属，第二类为一般厌氧即耐氧的乳杆菌属，第三类为兼性厌氧球菌，如属于肠球菌属中的粪肠球菌，属于乳球菌属的乳酸乳球菌，以及属于链球菌属的唾液链球菌嗜热亚种和中间链球菌等。通常应用于人体的益生菌有：乳酸杆菌、双歧杆菌、肠球菌、枯草杆菌、地衣芽孢杆菌等[2]。

研究发现益生菌具有很多益生功能。首先，益生菌可以调节肠道菌群平衡，增强肠道黏膜抗病能力[3]。另外，益生菌还具有抗肿瘤，防治糖尿病，减轻乳糖不耐，治疗痢疾，降低血脂，提高人体免疫力等功能[4]。目前，益生菌已被推荐用于治疗特异性皮炎、坏死性结肠炎、假膜性结肠炎、慢性肝炎以及一些过敏性疾病[5]。

通常认为当益生菌在人体内的数量达到107CFU/g[6]以上时，益生菌就会粘附在人体的肠道细胞上，发挥其益生作用。因此保持益生菌在食品中的活菌数量是研究益生菌食品的关键问题。乳制品及发酵乳制品如酸奶等都是保存益生菌的优良基质。这也是近年来发酵制品研究的重点和热点[7]。相比酸奶和其它乳制品，干酪是一种保存益生菌的优良基质。因为它本身具有较高的pH值、脂肪含量和固形物含量，使其具有较高的缓冲能力，能有效的保护益生菌免受贮藏期及胃肠道中不利条件的迫害，提高菌种的存活率和保持菌种较高的生物活性[8]。

具有较高ACE抑制活性和GABA浓度的益生菌契达干酪

2 干酪作为益生菌载体的研究进展

2.1 干酪概述

干酪是指以乳、稀奶油、脱脂乳、酪乳或这些产品的混合物为原料加入凝乳酶或其它凝乳剂凝乳，乳蛋白质（主要是酪蛋白）凝固并排出乳清而制成的新鲜或发酵成熟的乳制品[9]。

在加工成干酪的过程中，原料乳被浓缩了大约10 倍，因此干酪凝块中含有大量蛋白质、脂肪、维生素、矿物质元素等营养成分（只有部分水溶性物质随乳清排出），并且这些营养物质十分容易被人体消化吸收[10]。干酪中的蛋白质在发酵成熟过程中，经凝乳酶、发酵剂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、氨基酸以及其它有机或无机化合物等小分子物质。这些小分子物质很容易被人体吸收，使干酪蛋白质的消化率高达 96%～98%。干酪中还含有大量的人体必需氨基酸，与其它动物性蛋白质相比质优而量多；而且，在干酪加工过程中，牛乳中的乳糖95%都随乳清排出，剩余的乳糖也会被干酪中的乳酸菌分解形成乳酸，因此干酪也适于患有乳糖不耐症的人食用。

2.2 益生菌在干酪中的生存情况

目前已有多种干酪用于益生菌干酪的开发研究，例如Cheddar干酪、Crescenza干酪、Cottage干酪、新鲜干酪以及山羊奶干酪等。为了保证益生菌能够到达人体内并发挥其益生功能，益生菌不能受到胃酸、胆盐等酸性消化液的破坏[11]。干酪为益生菌提供了一个接近中性的pH值环境，使益生菌不会受到消化液的影响。而且，比起液态乳制品，干酪的固态基质和高脂肪含量也为益生菌提供了保护[12]。McMahon和Broadbent的研究将Lactobacillus casei 334e分别添加到酸奶和低脂Cheddar干酪中，研究其在酸性环境（pH值=2）和中性环境（pH值=7）下的生存情况。中性条件下，在低脂Cheddar干酪中，益生菌数量在3 个月贮藏期内一直保持在107CFU/g，在酸奶中3 个月贮藏期也保持在107CFU/g。而在酸性条件下，低脂Cheddar干酪中的益生菌在120 min后数量为104CFU/g，而酸奶中的益生数量在30 min后就迅速下降到10 CFU/g[13]。

已有研究显示Cheddar干酪可以作为优良的益生菌载体。Dinakar和Mistry 等人的研究显示，Cheddar中添加的双歧杆菌经过24 周的成熟过程后可达到2×107CFU/g[14]。 L Ong等人研究了Cheddar干酪成熟期内嗜酸乳杆菌、干酪乳杆菌、副干酪乳杆菌、双歧杆菌的生存量，结果表明经过24 周成熟益生菌数量均大于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数量会显著下降，尤其是双歧杆菌[16]。对于Portuguese 乳清干酪的研究发现，益生菌在干酪中的生存量具有菌株差异性。Bifidobacterium animalis BLC-1，Bb-12和Bo， Lactobacillus acidophilus LAC-1和Ki，L.paracasei LCS-1，Lactobacillus brevis LMG6906在模拟消化液条件下[pH 值2.5～3.0，胆盐0.3%（w/v）]的生存情况不同[17]。在Argentinean fresco干酪中也发现了同样的现象。在pH值=2时，Bifidobacterium bifidum B4数量下降最多，L. casei C1数量下降最少[18]。由此可见，不同益生菌在干酪中的生存情况有一定差异。

3 添加益生菌对于干酪的品质影响

3.1 干酪品质的定义

干酪的品质是指干酪的组织状态以及感官属性等。干酪的组分和蛋白质水解程度与干酪品质有很强的相关性，是评价产品等级的重要指标。干酪组分的基本理化指标包括蛋白质含量、脂肪含量和水分含量。蛋白质水解是干酪成熟期的重要生化反应，主要分为初级水解和次级水解两步，水解之后形成的小肽和自由氨基酸是干酪风味形成的重要原因。其中初级水解是指干酪中残存的凝乳酶水解αs1-CN（酪蛋白）形成αs1-Ⅰ肽段，对pH值4.6可溶性氮组分起重要作用；次级水解是指在初级水解形成的肽段，在起始发酵乳酸菌和非起始发酵乳酸菌的肽酶系统共同作用下进一步水解形成小的肽段和游离氨基酸，可利用12%的三氯乙酸可溶性氮和5%的磷钨酸氮的含量来评价蛋白质次级水解的程度。干酪的基本品质评价指标包括质构和流变特性。干酪的质构特性是指人体某些器官与食品接触时的生理刺激在触觉上的反应，是源于食品结构的一些物理参数，属于力学范畴；而流变特性是指熔化过程中内部分子间相互作用的变化，体现干酪的熔化品质。

3.2 益生菌的影响

虽然大量研究显示添加益生菌对干酪的组分无显著影响，但对干酪的品质与风味的影响暂不明确。例如，Dinakar和Mistry的研究显示双歧杆菌不会对干酪的风味和质地产生不良影响，但是El Soda等报道了在Cheddar干酪中添加乳酸杆菌会增加干酪的苦味[19]。这是由于某些益生菌会自溶并释放胞内的蛋白酶或脂肪酶，加速干酪成熟期的酪蛋白和脂肪酸水解，而另一些益生菌则会在干酪内一直生存下去，不释放胞内酶。益生菌蛋白酶系统作用于酪蛋白，最终会形成直接影响干酪风味的小肽和自由氨基酸，从而影响干酪的品质和风味。同时脂肪经过益生菌脂肪酶的作用，水解成游离的脂肪酸，其中短链和中链的自由脂肪酸（4~12 个碳原子）是干酪风味形成的主要物质，同时它们也是其它风味化合物（酯类）的前体。

微生物的过分生长和蛋白质及脂肪的过分分解就会造成干酪较差的质构（松散、柔软）和口味（酸败、苦味）。例如，蛋白质过度的分解会直接增加干酪中的苦味[20]，研究发现干酪中苦味的形成和水溶性氮的含量之间存在着正相关性。当凝乳酶和微生物蛋白酶降解大分子物质形成的小分子和中等分子的水解肽，逐渐积累超过了人们口味的阈值时，就会产生苦味。而脂肪酸的过度水解则可能产生酸败风味。在添加益生菌干酪中，人们通常通过测定蛋白质和脂肪酸的水解情况结合感官评价来进一步确定益生菌对于干酪风味和品质的影响。

4 益生菌干酪加工关键工艺及解决方法

制作益生菌干酪的关键是要选择合适的益生菌株，保证其在制作期、成熟期、货架期以及消化过程中的生存量。因此，这种菌株必须适应大规模的工业化生产程序，例如喷雾干燥，而且益生菌株必须经过安全评价，对干酪的品质和风味没有不良影响[1]。

目前应用于干酪的益生菌株，例如乳酸杆菌和双歧杆菌，都是兼性厌氧或者严格厌氧的。因此，氧气的存在会对它们的生存造成威胁。另外，菌株产酸速率和在牛奶中生长的能力也是需要考虑的。作为附属发酵剂，菌株的产酸速率不能过快，否则会影响干酪的pH值。

从制作工艺考虑，新鲜干酪应该是最适合作为益生菌载体的。因为它必须在冰箱中储存，并且贮藏期较短。Blanchette等研究者制作了添加Bifidobacterium infantis的Cottage干酪，在干酪10 天的贮藏期内益生菌一直保持106 CFU/g生存量[21]。另有研究团队制作了添加B. bifidum和L. casei的新鲜干酪，这种干酪比商业干酪具有更好的感官特性，并且益生菌的数量在15 天贮藏期内均保持在107CFU/g[22]。

目前，在干酪工艺流程中有5 个步骤被认为会直接影响益生菌的生存量及功能：益生菌添加，盐渍，包装，成熟及贮藏条件[23]。表1列出了这5 个步骤中存在的问题及解决方法。

5 小结

干酪是一种优良的益生菌载体。目前已有多种干酪用于益生菌干酪的开发研究，例如Cheddar干酪、Crescenza干酪、Cottage干酪、新鲜干酪以及山羊奶干酪等。研究证明益生菌在Cheddar干酪、Cottage干酪、新鲜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况有一定差异。

大量研究显示：添加益生菌对干酪的组分无显著影响，对干酪的品质与风味有影响，且具有菌株特异性，需要通过测定蛋白质和脂肪酸的水解情况结合感官评价来进一步评价。益生菌干酪加工的关键工艺包括益生菌添加，盐渍，包装，成熟及贮藏条件，它们可能影响益生菌的生存量，这个问题可通过适当方法解决，例如益生菌株驯化，微胶囊包埋等。

表1 益生菌干酪加工的关键步骤、存在问题及解决方法

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