直投式酸奶发酵剂制备关键技术

专论与综述　中　国　酿造　２０１１年第１０期　总第２３５期　・１　７・　

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｝　（山东省农业科学院农产品研究所，山东济南２５０１００）　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：ＴＳ２５２．５４　文献标识码：Ａ　文章编号：０２５４—５０７１（２０１１）１０—００１７—０３　

Ｋｅｙ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｎ　ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｏｆｔｈｅ　ｄｉｒｅｃｔ－Ｖａｔ－Ｓｅｔ　ｃｕｌｔｕｒｅｓ（ｏｖｓ）　ＳＵＮ　Ｘｉｎ，ＺＨＵ　Ｑｉｎｇｊｕｎ，ＷＡＮＧ　Ｗｅｎｌｉａｎｇ，ＣＨＥＮ　Ｌｅｉｌｅｉ，ＤＵ　Ｆａｎｇｌｉｎｇ　（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆＡｇｒｏ－ＦｏｏｄＳｃｉｅｎｃｅａｎｄ　ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＳｈａｎｄｏｎｇＡｃａｄｅｍｙｏｆＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｊｉ　９ｎａｎ　２５０１０￣Ｃｈｉｎａ】　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｉｒｅｃｔ－Ｖａｔ－Ｓｅｔ　ｃｕｌｔｕｒｅ　ｉｓ　ａ　ｋｅｙ　ｆａｃｔｏｒ　ｔｈａｔ　ａｆｆｅｃｔｓ　ｙｏｇｈｏｕｒｔ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ａｓｓｕｒａｎｃｅ　ｏｆ　ｓｔｏｒａｇｅ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ．Ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｈｉ　ｑｕａｌｉｔｙ　ＤＶＳ　ｉｓ　ａ　ｃｏｒｅ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ｉｎ　ｙｏｇｈｏｕｒｔ　ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ．Ｈｉｇｈ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　ＤＶＳ　ｉｓ　ａ　ｎｅｗ　ｔｙｐｅ　ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌｉｚｅｄ　ｃｕｌｔｕｒｅ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｓ　ｗｅｌｌ　ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ　ａｂｏａｒｄ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｉｔ　ｉｓ　ｓｔｉｌｌ　ａｔ　ｔｈｅ　ｓｔａｒｔ　ｓｔａｇｅ　ｉｎ　ｄｏｍｅｓｔｉｃ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｍａｒｋｅｔ　ｉｓ　ｍａｉｎｌｙ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　ｂｙ　ｆｏｒｅｉｇｎ　ｃｏｍｐａｎｉｅｓ．Ｉｔ　ｉｓ　ｖｅｒｙ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｔｏ　ｄｅｖｅｌｏｐ　ＤＶＳ　ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｗｉｔｈ　ｓｅｌｇｏｗｎｅｄ　ｉｎｔｅｌｌｅｃｔｕａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｙ　ｒｉｇｈｔｓ．Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ　ｔｈｅ　ａｄｖａｎｃｅｓ　ｉｎ　ｓｔｕｄｙ　ｏｆ　ＤＶＳ　ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ，ａｎｄ　ｐｏｉｎｔｅｄ　ｏｕｔｔｈｅｋｅｙｆａｃｔｏｒｓｗｈｉｃｈ　ａｆｆｅｃｔｅｄｔｈｅＤＶＳ　ｑｕａｌｉｔｙ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｙｏｇｈｏｕｒｔ；ＤＶＳ；ｍｕｌｔ　ｌｉｃａｔｉｏｎ；ｆｒｅｅｚｅ—ｄｒｙｉｎｇ　

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：２０１１－０６—３０　基金项目：公益性行业（农业）科研专项（２００９０３０４３）　作者简介：孙欣（１９８２一），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。　

ｉｎ　Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｃｓ　ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ［Ｊ］．ＪＢｉｏｓｅｉＢｉｏｅｎｇ，２００１，９２（１）：８３—８５．　【１９】ＥＤＥＮ　Ａ，ＮＥＤＥＲＶＥＬＤＥ　Ｖ，ＤＲＵＫＫＥＲ　Ｍ，ｅｔ　ａ１．Ｉｎｖｏｌｖｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｂｒａｎｃｈｅｄ—ｃｈａｉｎ　ａｍｉｎｏ　ａｃｉｄ　ａｍｉｎｏｔｒａｎｓｆｅｒａｓｅｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｆｕｓｅｌ　

ａｌｃｏｈｏｌｓ　ｄｕｒｉｎｇ　ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｙｅａｓｔ［Ｊ］．Ａｐｐｌ　Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ　Ｂｉｏｔｅｅｈｎｏｌ，　２００１，５５（３）：２９６—３００．　［２Ｏ】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［Ｊ］．酿酒科技，２００８（２）：１７—２６．　［２１】袁静．酵母的ＢＡＰ２基因－控制高级醇的产生［Ｊ］．啤酒科技，２００２　（４）：５５．６０．　【２２】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，　２００４，３０（２）：８７—９０．　【２３】鲁栋梁，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，２００８（１）：７．８．　【２４】韩龙．啤酒高级醇及其影响因素分析［Ｊ１．啤酒科技，２００８（３）：１０－１２．　【２５】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，２００５．　［２６］ＫＯＵＲＫＯＵＴＡＳ１　Ｙ，ＫＯＵＴＩＮＡＳ１　ＡＡ，ＫＡＮＥＬＬＡＫＩ　Ｍ，ｅｔ　ａ１．Ｃｏｎｔｉｎ—　ＵＯＵＳ　ｗｉｎｅ　ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｕｓｉｎｇ　ａ　ｐｓｙｃｈｒｏｐｈｉｌｉｃ　ｙｅａｓｔ　ｉｍｍｏｂｉｌｉｚｅｄ　ｏｎ　ａｐ—　ｐｉｅ　ｃｕｔｓ　ａｔ　ｄｉｆｅｒｅｎｔ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ［Ｊ］．Ｆｏｏｄ　Ｍｉｅｒｏｂｉｏｌ，２００２，１９（２—３）：　１２７　１３４．　［２７】ＢＲＯＷＮ　ＡＫ，ＨＡＭＭＯＮＤ　ＪＲＭ．Ｆｌａｖｏｕｒ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｉｎ　ｓｍａｌｌ－ｓｃａｌｅ　ｂｅｅｒ　ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．Ｆｏｏｄ　Ｂｉｏｐｒｏｄ　Ｐｒｏｃｅｓｓ，２００３，８１（１）：４０—４９．　［２８］ＭＯＧＲＯＶＩ（￣ＯＶＡ　Ｄ，ＤＯＭＩ￣ＮＹ　Ｚ．Ｂｅｅｒ　ｖｏｌａｔｉｌｅ　ｂｙ－ｐｒｏｄｕｃｔ　ｆｏｒｍａ—　ｔｉｏｎ　ａｔ　ｄｉｆｅｒｅｎｔ　ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｕｓｉｎｇ　ｉｍｍｏｂｉｌｉｚｅｄ　ｙｅａｓｔｓ［Ｊ］．　Ｐｒｏｃｅｓｓ　Ｂｉｏｃｈｅｍ，１９９９，３４（８）：７８５—７９４．　【２９］ＫＯＢＡＹＡＳＨＩ　Ｍ，ＳＨＩＭＩＺＵ　Ｈ，ＳＨＩＯＹＡ　Ｓ，ｅｔ　ａ１．Ｂｅｅｒ　Ｖｏｌａｔｉｌｅ　ｃｏｍ—　ｐｏｕｎｄｓ　ａｎｄ　ｔｈｅｉｒ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｔｏ　ｌｏｗ—ｍａｌｔ　ｂｅｅｒ　ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｔｈｅ　Ｓｏ—　ｅｉｅｔｙ　ｆｏｒ　Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ，２００８，１０６（４）：３１７—３２３．　［３０】王颉．分光光度法测定苹果酒中的高级醇［Ｊ］．酿酒科技，２００５（５）：　１Ｏ４—１Ｏ６．　［３１］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［Ｊ］．中国酿造，２００７（１１）：６１—６４．　２０１１　Ｎｏ．１０　・１　８・　Ｓｅｒｉａｌ　Ｎｏ．２３５　Ｃｈｉｎａ　Ｂｒｅｗｉｎｇ　Ｆｏｒｕｍ　ａｎｄ　Ｓｕｍｍａｒｙ　

＝Ｆ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，２０世纪７０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１０“个／ｇ　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　。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　，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ｌ０～１５万元／ｔ，因此开发具有　白丰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［５Ｊ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。李伟安等同通过研究　表明，德氏乳杆菌保加利亚亚种Ｌ９和唾液链球菌嗜热亚种　ｓ５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Ｌ９：￥５＝２：１，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，　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　业生产需要。　传统的乳酸菌培养基多为ＭＲＳ培养基　”。张兰威等［　２１　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。刘丹等＿１３］通过对碳氮源、营养　子及缓冲盐进行优　化实验对ＭＲＳ培养基进行了优化，添加的番茄汁、占月萝卜　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ｐＨ值等方法延长乳酸菌的对数生Ｋ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，ＣＨＡＭ—　ＰＡＧＮＥ　ＣＰ等㈣的研究表明，乳酸菌在低于最适生长温度　１０￣Ｃ左右进行培养最为理想，因为在该温度条件　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　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宵极其　显著的影响。其次培养过程中的ｐＨ值控制也是菌体牛长　的限制因素，低ｐＨ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十保藏时　的存活率远高于对数生长初期和衰老期细胞，凶此培养过　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［】６１。膜渗析法是目前最先　进的方法之一【ｌ７＿　］，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上ｊ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［２０－２”。姜铁民等　ｌ采用化　学中和法确定了乳酸菌增值的最佳温度，ｐＨ值以及不同　菌种的配比，使乳酸菌的活菌浓度达Ｎ３．２ｘ１０　￣ｃｆｕ／ｍＬ。　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