延长酸奶保质期的研究进展

胡毕斯哈拉图，王宏梅，孟和毕力格*

（1.呼和浩特民族学院，内蒙古呼和浩特010018；2.内蒙古农业大学乳品生物技术与工程教育部重点实验室，内蒙古呼和浩特010018）

延长酸奶保质期的研究进展

胡毕斯哈拉图1，王宏梅2，孟和毕力格2*

（1.呼和浩特民族学院，内蒙古呼和浩特010018；2.内蒙古农业大学乳品生物技术与工程教育部重点实验室，内蒙古呼和浩特010018）

酸奶是一种富含营养且具有保健功能的发酵乳制品，但因其含有活性乳酸菌而保质期较短。影响酸奶保质期的主要因素有两方面，即微生物的污染和发酵后酸化。基于以上原因，文章分析了污染微生物的种类及造成的危害，从酸奶加工工艺设备和包装措施的改进以及发酵剂菌种的选育等角度综述了延长酸奶保质期的措施，并为长保质期酸奶的开发应用提供理论基础。

酸奶；微生物污染；后酸化；防止措施

随着科学的发展和社会的进步，人们对健康、保健的意识越来越强，追求健康、合理、营养的饮食已成为现代生活的主流[1]。酸奶具有良好的营养价值和保健作用，因此人们对酸奶的需求也越来越多，已经成为我国第一大发酵乳制品[2]。但是酸奶保质期短一直困扰着人们[3]，一般情况，酸奶在2～6℃保藏时其保质期约为21 d，超出保质期的酸奶口味发生变化，营养价值也会明显下降，就失去了其本身的价值。据研究表明[4]，影响酸奶的保质期主要有两方面因素：一方面是微生物污染，主要是酵母菌、霉菌的污染，一般会造成酸奶鼓盖、异味；另一方面是酸奶的风味发生变化，主要是酸味太重，影响了消费者的口感，这主要是由酸奶存放期间后酸化所造成的。为了有效解决酸奶保质期问题，国内外的学者们已经做了许多研究，该文对延长酸奶保质期的措施进行综述，为延长酸奶保质期提供理论基础。

1 微生物污染及防止措施

1.1 微生物污染

酸奶的营养丰富，水分活度高，能为微生物提供良好的生长环境，在生产、加工、贮藏、运输和销售等诸多环节中均易受到环境因素的影响而被微生物污染，一旦被污染就会使产品在保质期内发生胀包、鼓盖、发霉、口味改变等现象[5]。但是酸奶的酸度较高，一般发酵终点的酸度在70～110°T左右，此时会抑制大部分细菌的生长，酸奶中的主要污染菌是酵母和霉菌等真菌类[6]。污染乳制品中的酵母菌主要有酵母属的脆壁酵母、汉氏酵母，圆酵母属以及假丝酵母属等，霉菌主要有毛霉、曲霉、根霉等，其中曲霉属和匍匐根霉属的菌株在酸奶表面生长易形成霉菌斑[7]。酸奶和发酵乳饮料等产品一旦受酵母菌和霉菌污染，其品质随着贮藏期限的延长逐渐恶化[6，8]。对此国内外一些学者在报道酸奶的微生物污染方面也提到了酵母菌和霉菌污染的严重性，其中酵母菌为酸奶变质的优势菌群[8-9]。虽然现在国内生产环境与工艺设备有了改进，但是微生物污染问题依然存在，仍是值得关注的一大问题。

1.2 防止措施

1.2.1 灭菌工艺

酸奶在生产过程中灭菌工艺尤为重要，它是决定酸奶在保质期内保持优良品质的关键因素，用于酸奶加工过程灭菌工艺主要有超高压灭菌、超高温灭菌及一些辅助工艺（如超声波、添加其他辅料等）。超高压杀菌技术实现了在常温或较低温度条件下杀菌和灭酶，保证了食品的营养成分和感官特性[10]。CHAWLA R等[11]的研究表明，在压力100～1200MPa时能有效杀灭微生物（包括病原体），且不影响酸奶的风味、质地和营养，延长货架期。超高温灭菌的酸奶保质期一般在6～9个月，虽然对品质有一定的影响，会使酸奶在货架期的理化特性发生变化[12]，但是可以完全抵御微生物的污染，仍是现行灭菌工艺的主力军。超声波技术一般情况下与其他灭菌工艺结合使用，用超声波进行牛乳灭菌，经15～60 s处理后，乳液可以保存5 d不酸败变质。经一般灭菌的牛乳，若辅助超声波处理，在冷藏的条件下则可保存18个月[13]。还有些研究者研究可以通过添加一些外加物可以有效的抑制霉菌及酵母菌，余华[14]研究得出，山梨酸钾在其规定用量内（＜1.0 g/kg）可抑制霉菌、酵母菌的生长；杨芙莲等[15]研究了不同浓度的蜂胶水溶液对酸奶的保鲜效果，结果表明，蜂胶水溶液浓度越大对酵母菌的抑制作用越强即对酸奶的保鲜效果也越好。目前国内外在灭菌工艺中往往是通过添加外加物与超高温或超高压灭菌相结合的技术进行灭菌，这样就更加有效地避免微生物的污染进而使得酸奶的货架期得以延长。

1.2.2 无菌包装

无菌包装就是指经过杀菌的食品（饮料、乳制品及肉制品等）在无菌环境中进行包装，经过适当的机械等手段将产品封合在一定的封闭在容器中（灭菌后）的操作[16]。经过该程序处理后无需添加任何化学防腐剂，货架期就可以长达半年以上，而且还能最大程度地保留食品原有的营养、口味、色泽等品质，这样不仅保存时间长而且又能保持食品营养价值。一条完整的无菌包装生产线包括物料杀菌系统、无菌包装机、包装材料或包装物的供应及杀菌系统、自动清洗系统、设备预杀菌系统、无菌环境保护系统及自动控制系统等，这样就能够保证产品在生产、包装和出厂都处于无菌状态，有利于产品不会在生产过程被二次污染。德国市场上的长效酸乳是冷灌装型（发酵酸乳经热处理后，用无菌包装设备冷灌装），其保存期为常温条件下3～6月；目前有些乳品企业利用引进国外的无菌灌装设备，生产出了国内第一盒保质期长达90 d的酸乳，与市场上保质期为21 d的酸乳产品相比，保存更方便，食用更安全[17]。所以酸奶在生产过程不被微生物染就能摆脱胀包、鼓盖、发霉等不良现象，从而延长了酸奶保质期。

2 后酸化及防止措施

2.1 后酸化

酸奶经正常发酵凝固后，在储存、运输、销售过程中残留下的部分乳糖仍然可被菌体利用而产生乳酸，进而使得酸奶的pH值持续下降，以至出现消费者不可接受的重酸味[18-20]。后酸化的酸性物质主要是乳酸菌代谢糖类产生的乳酸，BEAL C等[21]研究表明，酸乳发酵过程中主要产生D-乳酸和L-乳酸两种乳酸异构体，D-乳酸的浓度决定了后酸化的程度，而这种D-乳酸主要是保加利亚乳杆菌产生的，由于保加利亚乳杆菌的细胞壁和细胞膜对乳糖酶活性有保护作用，在pH＞3.5的介质条件下，此时乳糖酶仍有较大活性，仍会发酵乳糖产生乳酸进而导致后酸化现象发生[22]。使酸奶后发酵后的酸味更重，出现消费者不可接受的过酸味，而且感官质量下降使得酸奶的保质期缩短。

2.2 防止措施

2.2.1 调整保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌的比例

酸奶的生产通常是采用保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌复合发酵剂来发酵制得，酸奶在贮藏的过程中，嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌所处的环境pH值不断降低，增加了菌体细胞膜的通透性，使菌体内的pH值下降，从而抑制乳糖酶的活性，但是保加利亚乳杆菌具有较强的耐酸性，在介质pH值为4.0～4.5时，其细胞内pH值还能维持在中性附近，其代谢酶的活力不受影响，而当介质pH值在3.5时，菌体细胞才呈酸性环境，其新陈代谢活动才受到抑制[23]。秦南冰等[24]通过研究证明以球菌与杆菌比例为1∶1时，发酵剂产酸最快，但发酵的产品后酸上升也最快。接种时嗜热链球菌占优势的酸奶产品较接种时保加利亚乳杆菌占优势的酸奶产品后酸化程度略低。所以可以通过改变杆菌与球菌的比例来延缓后酸化时间从而可以改变酸奶的保质期。TORRIANI S等[25]重新调整了嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌的比例，认为球菌和杆菌的比例为1.5∶1时为最优的发酵条件，并可延长酸奶的保质期。李志成等[26]也做过相同的研究，他们的研究改变了传统的1∶1的比例，且研究表明，球菌与杆菌比例为1.5∶1时有助于促进这两种菌维持更好的共生关系，使发酵时间缩短，后酸化减弱，同时保质期也得以延长。

2.2.2 改变细胞膜的通透性

介质的pH值对乳酸菌细胞的新陈代谢有间接的影响，乳酸菌细胞质的pH值对新陈代谢活动有直接影响。KONING W N等[27]报道，乳酸菌能保持pH值的动态平衡，菌体内糖酵解生成的乳酸经细胞膜的调节蛋白分泌到菌体外，而细胞外的质子和乳酸盐分子却不能渗透到正常的细胞膜内，这样就形成了一个pH值梯度差（△pH），△pH值的形成是维持乳酸菌动态平衡和新陈代谢的物质基础。而保加利亚乳杆菌对酸有较强的耐受性，只有介质的pH降至3.5时，它的新陈代谢才受到抑制，所以可以在酸奶后熟后，利用一些技术使乳酸菌细胞膜通透性增加，使分泌到细胞外的乳酸与氢质子能反渗透到菌体内，使菌体内pH值下降，从而使乳酸菌停止生长和产酸，这样就达到了防止后酸化的目的。PARVIZI J等[28]研究在低强度超声促进骨折愈合的研究中，发现超声通过空化效应使细胞膜通透性增强，促进了钙离子内流。姚翠萍等[29]研究通过激光来改变细胞膜的通透性，采用纳米金颗粒靶向细胞，激光照射后细胞膜的通透性会发生改变。

2.2.3 二次杀菌

酸奶在加工后进行热处理有利于延长它的保质期，这主要是因为热处理可以杀死酸奶中的污染杂菌尤其是酵母和霉菌，同时使部分乳酸菌失活，这样既能控制产品的微生物指标，又能防止产品后酸化问题的发生，延长酸奶保质期[30]。吕文君等[31]通过对酸奶进行二次杀菌处理，后杀菌的最佳参数为75℃、15 min；后杀菌酸奶在常温条件下保存45 d时，其状态和口感均与普通酸奶无异，乳酸菌数仍可达到106CFU/mL，常温条件下保存70 d时，微生物指标没有明显变化，仅口感和状态稍有变化，但仍在可接受的范围内；李向东等[32]研究后杀菌温度为64℃，时间20 s，酸奶在冷藏20 d后乳酸菌活菌数为3.4×106CFU/mL，在常温保存15 d后乳酸菌活菌数为1.1×106CFU/mL，达到国家标准的最低限制，在常温条件下，经过后杀菌的酸奶使得其后酸化现象推迟15 d，黏度和感官的变化不是很大。王明娜等[33]利用辐照灭菌并且控制辐射剂量为3～6 kGy之间，在该范围内可以将奶制品中的不产芽孢的病原菌完全杀死，以减少微生物的污染，达到延长酸奶保质期的目的。

2.2.4 添加外来物控制菌的生长和产酸能力

研究表明，一些物质主要是亲水性物质与天然防腐剂，其添加在酸奶中既能对杂菌得以抑制又能延缓后酸化，进而可以延长酸奶的保质期。林劲松等[34]研究通过添加保水剂的搅拌型酸奶在71℃处理60 s，使酸奶在贮藏过程中保持品质稳定，抑制酸奶中细菌的活力及钝化酶的活性，使酸奶的酸化过程停止，产品在4～24℃保质期为6个月。罗爱平等[35]选用以添加水平为100 mg/kg的Nisin为搅拌型酸奶后酸化（后发酵）抑制剂，在4℃条件下冷链贮藏，可在21 d保质期内维持较高水平的乳酸菌活菌数（＞26×106CFU/mL）、酸度（90～110°T）、pH（4.57～4.78）等变化平稳，保持酸奶固有的风味和品质。鲍盈盈等[36]通过实验比较了不同Nisin添加量对凝固型酸奶的影响，结果表明，当Nisin添加质量分数为25 mg/kg时，在10℃的保藏条件下，保质期为20 d，比空白组延长了8 d，且发酵时间控制在正常发酵时间（3～6 h）内，对酸奶的品质无不良影响，酸奶的口感有明显的提高。李学红等[37]将果胶酶解物添加到发酵后的酸奶中，发现果胶酶解物可明显延缓酸奶后酸化的速度，延长酸奶的保质期。EVERETT DW等[38]在酸乳中添加0.5g/L的瓜尔豆胶可使酸乳的保质期延长至42 d。唐民民等[39]为了延长酸奶的货架期，通过测定添加不同量尼萨普林的酸奶在货架期内酸度、pH值等指标，得知尼萨普林对酸奶（4℃及25℃贮藏）的后发酵具有显著的抑制作用，并确定尼萨普林的最佳用量0.15 g/kg。尚楠等[40]利用产生细菌素的动物双歧杆菌与发酵剂菌种配伍共同发酵制备酸奶，并在4℃保藏20 d的贮藏期内，酸奶的风味、黏度、酸度、pH值以及活菌数量未发生显著的变化。李晶等[41]将一株益生菌Lactobacillus caseiZhang添加到酸奶中，能起到防止酵母和霉菌的污染并且减缓酸奶后酸化程度，延长酸奶保质期的效果。

2.2.5 筛选适宜自溶度的菌株减弱后酸化的影响

菌株自溶性[42]（autolysis）指的是菌体细胞自我毁灭的一种特性，即在一定条件下菌体细胞可以自身释放出自溶酶将自身的细胞壁溶解，将细胞内的所有物质释放到环境的过程。菌株自溶后主要是胞内的一些酶类物质被释放，尤其是酸奶发酵时，将乳中的一些蛋白、脂肪及糖类等进行生化反应[43]，从而赋予酸奶更好的风味与质地。引起菌株自溶有诸多原因，如菌株培养条件、菌株在不同的生长时期都可能影响到菌株的自溶，一般在高温、高盐浓度、营养条件较差及特定的时期的pH值等[44-45]都可能加快菌株自溶的速度，尤其是培养时进行机械搅拌更加加速了菌株自溶[46]。因此可以利用菌株的这一特点进行控制酸奶的后酸化，这不仅使得酸奶具有良好的品质而且延长了酸奶的保质期。然而菌株的自溶性应该合理地利用，并不是自溶度越高的菌株越好，应该考虑酸奶的品质及所需乳酸菌的益生特性，选择有利于酸奶发酵的菌株，既能保持酸奶的品质又能减轻后酸化的程度。

2.2.6 通过基因工程和人工诱变选育后酸化弱的菌株

与其他方法相比，基因工程和人工诱变能够从根本上解决后酸化的问题，生产出在高温时产酸能力强，在低温时产酸能力弱甚至不产酸的菌株来制作发酵剂。现阶段所采用的基因工程手段是接合作用、原生质体融合和电穿孔法等；人工诱变的方法主要有化学诱变、物理诱变和生物诱变。车黎猛等[47-48]通过亚硝基胍诱和紫外诱变获得突变菌株保加利亚乳杆菌ZT224、ZT227、ZU05，与出发菌株ZLB相比，发酵脱脂乳在12℃贮藏时后酸化时间均推迟，而且，突变株ZT224、ZT227、ZU05对链霉素的敏感性不同于出发菌株ZLB且能稳定遗传。SERROR P等[49]通过紫外线诱变保加利亚乳杆菌得到一株低温敏感型突变株，该突变菌株在37～42℃产乳酸量与出发菌株一样，但是在5～10℃贮藏时，突变菌株产乳酸量明显减少。韩雪等[50]对保加利亚乳杆菌34.5及嗜热链球菌sp1.1进行紫外诱变50 s，筛选出弱后酸化突变球菌2株，杆菌6株，经后酸化验证实验得到球菌S1，后酸化程度比原始菌株降低了8.0%；杆菌L2、L34，后酸化程度比原始菌株分别降低了10.3%和9.5%，将突变株进行传代稳定性实验，得出弱后酸化突变菌株可以稳定遗传。庞启亮等[51]通过新霉素筛选得到弱H+-ATPase乳杆菌菌株，延缓了酸奶的后酸化。MARTIN PO等[52]也通过研究缺失H+-ATPase酶保加利亚乳杆菌突变体来防止后酸化。罗红霞等[53]研究以新疆牧民自制酸奶疙瘩中筛选的乳酸菌为出发菌株，采用细胞原生质融合技术对该乳酸菌菌株进行选育，选育在高温条件下产酸较强、低温条件下产酸较弱的菌株，以此菌株作为发酵剂，发酵得到的酸奶与对照组比较，后酸化时间延长了2～3 d。

3 展望

目前，市面上的酸奶保质期只有14～21 d，在我国这样的发展中国家，冷链运输系统不发达，给酸奶的运输、销售、存储都造成了很大的困难，不仅增加了产品的成本，而且使产品的销售地域受到限制，所以延长酸奶保质期势在必行，其不仅可以扩大销售半径、提高企业市场份额，而且可以使冷链不发达地区的人们享受到营养丰富、保健作用强的酸奶。延长酸奶保质期的主要措施包括：筛选优良菌株，或者通过基因工程和人工诱变技术获得弱后酸化菌株，或者通过细菌素来抑制酸奶过度产酸，还有通过超高压、超声处理、微波处理、发酵完快速冷却、冻藏等方法来延长酸奶保质期。其中超高压、超声处理等发酵完的后处理方法，笔者认为是治标不治本的方法，虽然能对酸奶保质期的延长有一定的效果，但要么是成本太高，要么是需要特殊的设备，都不利于产品成本的降低和市场化推广。筛选优良的弱后酸化的发酵剂菌株或者通过基因工程和人工诱变的手段生产出高温下发酵快，低温下产酸能力弱的菌株是解决酸奶后酸化问题的最好方法。相信生物工程技术和基因工程手段在酸奶发酵乳制品中的应用会越来越广泛。

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Hubisihalatu1,WANG Hongmei2,Menghebilige2*
(1.Hohhot University for Nationalities,Hohhot 010018,China;2.Key Laboratory of Dairy Biotechnology and Engineering Ministry of Education,Inner Mongolia Agricultural University,Hohhot 010018,China)

Yogurt is a kind of fermented dairy products with rich nutrition and health improvement function.However,their shelf-life is short as there are many active lactic acid bacteria in yogurt.There are two main factors which influence the shelf-life of yogurt,namely,microbial contamination and post-acidification.For the reasons,the type of microorganisms and their contamination effect was analyzed,and the measures to extend the shelf-life of yogurt by concerning the improvement of processing and packaging equipment,as well as screening of fermentation starter was reviewed. This paper may provide a theoretical basis for exploitation and development of yogurt with longer shelf-life.

yogurt;microbial contamination;post-acidification;prevent measures

TS252.54

A

0254-5071（2015）04-0008-05

10.11882/j.issn.0254-5071.2015.04.003

2014-12-11

内蒙古自治区2013年度“草原英才”培养基金项目

胡毕斯哈拉图（1967-），男，副教授，本科，主要从事微生物学教学科研工作。

*通讯作者：孟和毕力格（1965-），男，教授，博士，主要从事乳酸菌及发酵乳制品开发研究工作。