干酪乳杆菌发酵酸乳生产工艺优化

张杰，郗宏波，苏贺靖，王艳萍

（天津科技大学食品工程与生物技术学院，天津 300457）

乳酸菌作为定居肠道中的有益菌群，具有维持人体中微生态平衡的作用，其益生作用逐渐引起了人们的广泛关注。乳制品是乳酸菌发酵应用最多，也是最为成熟的领域。市售的酸奶大多数采用保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌，但这两种菌在肠道内存活率较低，其有益作用受到了很大的限制[1]。

干酪乳杆菌（Lactobacillus casei）作为益生菌的一种，具有良好的耐酸及胆汁抗性，所以干酪乳杆菌进入人体后可以在肠道内大量存活，起到调节肠内菌群平衡、促进人体消化吸收等作用[2]。同时干酪乳杆菌，可降低血浆胆固醇，增强宿主对微生物病原体的非特异性抵抗力，加快清除肠道内病原体，治疗肠道菌群紊乱和增强肠道透性，从而防止食物过敏和急性腹泻。近年来，由于对其宿主营养、免疫、防病等具有显著的益生功效，干酪乳杆菌作为益生菌被广泛应用于功能性食品，特别是乳制品的开发中，并逐渐为人们所关注[3]。

本实验以从日本传统酸奶中分离选育出的干酪乳杆菌为试验菌株，结合传统酸奶中常用的保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌混合发酵，确定最佳的适合酸奶加工的工艺条件。

1 材料与方法

1.1 实验材料

鲜牛奶（无抗生素残留）；脱脂奶粉：雀巢公司；白砂糖（一等品）；保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌：天津科技大学食品生物技术实验室保存；干酪乳杆菌：前期实验从日本传统酸奶中分离纯化得到。

培养基：改良MRS培养基、脱脂乳培养基等按文献[4]的方法配置。

1.2方法

1.2.1 菌种活化

将保存的保加利亚乳杆菌、嗜热链球菌和干酪乳杆菌按1%（体积比）接种至液体MRS培养基中，37℃恒温培养，并反复活化2次～3次。

将1%MRS菌液分别接种于脱脂乳培养基，37℃恒温培养，并反复活化2次～3次。

1.2.2 工艺流程

原料鲜奶→净化→脂肪含量标准化→配料（加白砂糖）→过滤→预热→均质→杀菌→冷却→接种→分装→发酵→冷却后熟、冷藏、成品。

1.2.3 检验方法

1.2.3.1 感官评价

由本实验室7人组成感官评定小组，采用百分制对产品质量评分。感官评价标准见表1。

表1 感官评定标准Table 1 Evaluation standard of sensory quality

1.2.3.2 酸度测定

采用NaOH滴定法，以T表示为：在150 mL锥形瓶中移入10 mL发酵样品，准确到10 mg，加入约20 L蒸馏水，用0.1N NaOH滴定，按下式计算酸度（°T）

A=10×耗Na0H量×0.1×10

1.2.4 单一菌种（干酪乳杆菌）发酵实验

以不同接种量、发酵时间、发酵温度、乳固含量分别进行单因素实验，记录凝乳时间，测定滴定酸度，评价发酵产品的感官风味。

1.2.5 混合菌发酵最佳参数实验

有研究表明[5]，嗜热链球菌（St）及保加利亚乳杆菌（Lb）在1∶1的比例下接种，发酵的酸乳口感最佳。本次实验将这两类乳酸菌以1∶1的比例混匀同干酪乳杆菌以不同比例混合，作为发酵剂，进行混合菌发酵实验。以酸奶的感官评价及酸度为指标，采用L9（34）正交表进行正交试验。

1.2.6 酸奶发酵

以正交试验得出的最佳条件进行酸奶发酵，检测发酵效果。

2 结果与分析

2.1 单一菌种发酵实验

2.1.1 不同接种量对酸奶发酵的影响

不同接种量对酸奶发酵的影响见图1。

图1 接种量对发酵产酸及发酵状态的影响Fig.1 Effects of dosage of inoculum on the acidity and quality of products

由图1显示，发酵酸度随着接种量的增加而增加。当接种量达到6%时增加趋势缓慢，到7%以上的接种量时就有大量的乳清析出并且逐渐增加。在3%的接种量时，各方面指标均不如5%的接种量，综合上述原因，在正交实验中的接种量设为4%、5%、6%。

2.1.2 不同发酵时间对酸奶发酵的影响

由2.1.1确定接种量为5%，实验过程中发现在发酵时间为6 h～8 h过程中，其逐渐开始凝固，所以将发酵时间分别设为6、8、10、12 h，实验过程中所测的各项结果如图2。

图2 发酵时间对发酵产酸及发酵状态的影响Fig.2 Effects of time on the acidity and quality of products

由图2可以看出，酸度随着发酵时间的增长而增加。但在6 h～7 h这个时间段内酸奶没有凝固，8 h后开始凝固并且状态逐渐增强，但在10 h后开始有乳清析出，并且随着时间增加明显增加。将正交试验的发酵时间定为10 h。

2.1.3 不同发酵温度对酸奶发酵的影响

不同发酵温度对酸奶发酵的影响见图3。

图3 发酵温度对发酵产酸及发酵状态的影响Fig.3 Effects of temperature on the acidity and quality of products

由2.1.1确定接种量为5%；由2.1.2确定发酵时间为10 h，干酪乳杆菌种活化的最佳温度为35℃～40℃的范围内，所以将其发酵温度分别设为35、36、37、38、39、40℃。实验过程中所测的各项结果如下。

酸奶的酸度在35℃～37℃这段温度内，随发酵温度的增加而增加，但在37℃后其酸度随温度的增加而降低。同时在35℃时酸奶凝固状态不好，有大量乳清析出，综合上述原因，在混合菌正交试验中的发酵温度设为 35、37、39℃。

2.1.4 不同乳固体含量对酸奶发酵的影响

不同乳固体含量对酸奶发酵的影响见图4。

图4 乳固体含量对发酵产酸及发酵状态的影响Fig.4 Effects of milk solids content on the acidity and quality of products

乳固体含量越高，发酵产酸速度越快，且凝乳质地良好，乳清析出少。固体含量为10%组时，凝乳质地差，乳清析出严重，感官粗糙；乳固体含量为12%、13%和14%组，可得到良好的酸度及凝乳质地，随着乳固含量的增加凝乳质地随之变硬。本实验表明，对于生产优质的酸奶产品，牛奶中总干物质浓度要达到12%以上方可。

2.2 混合菌发酵最佳参数实验

在单一菌种单一因素发酵试验的基础上，选择菌种配比、接种量、发酵温度和乳固含量四个主要因素进行正交试验。采用L9（34）正交试验，从而确定发酵酸奶工艺最佳条件，正交试验结果见表2。

表2确定发酵工艺条件的L9（34）正交试验结果Table 2Results of L9（34）orthogonal test on fermentation technology conditions

由表2极差分析可知，各因素对产酸影响大小顺序为：接种量＞菌种配比＞发酵温度＞乳固体含量。随着干酪乳杆菌比例增大，产酸作用也明显增强。而因素对感官的影响大小顺序为：乳固体含量＞菌种配比＞发酵温度＞接种量，乳固体含量对口感影响最大。

容易看出，较低的温度、接种量及乳固体含量制约产酸；若增加乳固体含量、接种量及改变菌种配比可弥补低温发酵不足。所以，在一定范围内综合因素之间有着相互调节和制约作用。综合产酸能力、组织状态及感官最佳工艺水平组合A1B2C2D3（D2）。根据试验结果与分析，混合菌种最佳发酵工艺菌种配比1∶1∶2，接种量为5%，发酵温度为37℃，乳固体含量不得低于12%，考虑到生产成本、乳固体含量12%，即可满足产品品质要求。

2.3 酸奶发酵

以嗜热链球菌：保加利亚乳杆菌：干酪乳杆菌比例为1∶1∶2的混合菌，接种量为5%，乳固体含量为12%，在37℃进行有氧发酵。测得酸度为76.4°T，感官得分为86。

3 结论

1）单一菌种发酵试验表明，干酪乳杆菌生产发酵酸牛奶的工艺条件：37℃，5%，乳固体含量12%以上，发酵时间为8 h～10 h。

2）混合菌种在发酵工艺中对产品质地、风味、感官等受菌种配比、接种量、发酵温度、乳固体含量等各种因素的影响，其中受乳固体含量及菌种配比影响较大，但各因素之间也存在着相互调节、又相互制约的关系。通过L9（34）正交试验，得出干酪乳杆菌酸奶最佳发酵工艺为混合菌种配比（嗜热链球菌：保加利亚乳杆菌：干酪乳杆菌）为1∶1∶2，接种量为5%，37℃有氧发酵，考虑到生产成本、乳固体含量定为12%。

3）据此发酵工艺生产的酸奶，凝固质地硬，无乳清析出，酸味柔和，酸甜适口，风味良好。

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[1]高松柏.发酵乳的最新进展[J].中国乳品工业,2004,32(8):46－49

[2]VIDEROLA C G,MOCCHIUTTI P,REINHEMIER J A.Interactions among Lactic Acid Starter.Probiotic Bacteria Used for Fermented Dairy Products[J].J Dairy Sci,2002,85:721－729

[3]汪建明,赵仁国,肖冬光.高活性干酪乳杆菌粉末发酵剂的初步研究[J].天津科技大学学报,2005,20(2):9－13

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[5]李宏梁,刘辉.发酵酸奶生产工艺优化[J]现代食品科技,2008,24(5):360－362

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[7]张丽萍,杨晨,王成强,等.干酪乳杆菌在酸奶生产中的应用研究[J].中国乳品工业 2007(2):23－26

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