徐致遠，杭 鋒，郭 翔，郭本恒,*，陳 衛(wèi)

(1.乳業(yè)生物技術(shù)國家重點實驗室，光明乳業(yè)股份有限公司技術(shù)中心，上海 200436；2.江南大學食品學院，食品科學與技術(shù)國家重點實驗室，江蘇 無錫 214122)

影響褐色乳飲料中益生菌數(shù)量的因素

徐致遠1，杭 鋒1，郭 翔2，郭本恒1,*，陳 衛(wèi)2

(1.乳業(yè)生物技術(shù)國家重點實驗室，光明乳業(yè)股份有限公司技術(shù)中心，上海 200436；2.江南大學食品學院，食品科學與技術(shù)國家重點實驗室，江蘇 無錫 214122)

以褐色益生菌乳飲料中的干酪乳桿菌數(shù)量為評價指標，研究菌種添加量、發(fā)酵時間和復原乳中固形物含量對干酪乳桿菌增殖的影響，并在單因素試驗基礎上用正交試驗設計分析得到優(yōu)化參數(shù)為：菌種添加量6×106CFU/mL，發(fā)酵時間78h，乳固形物含量120g/L，該條件下L. casei數(shù)量可達1.5×109CFU/mL，遠高于市售同類產(chǎn)品。

干酪乳桿菌；乳飲料；接種量；發(fā)酵時間；乳固形物含量

干酪乳桿菌(Lactobacillus casei)對人體胃腸消化道環(huán)境具有較強的耐受能力，在進入人體后可以在腸道內(nèi)大量存活，是一種具有調(diào)節(jié)腸道菌群、促進人體消化吸收以及增強免疫等多種保健作用的益生菌[1-3]。據(jù)研究報道益生菌對人體的健康作用的前提是每天攝入108～109個益生菌，根據(jù)消費者日常攝入100g計算，相應的產(chǎn)品中益生菌含量必須大于106～107CFU/mL才能發(fā)揮對人體的益生作用[4-5]。近年來，隨研究的深入，L.casei在功能性食品、醫(yī)藥、飼料等領域應用逐漸增多[6-8]，其中以發(fā)生美拉德反應的脫脂牛奶與果葡糖漿為主要原料，采用L. casei單株發(fā)酵等工藝制成的褐色乳飲料以其獨特的風味與高數(shù)量級的益生菌深受消費者青睞[9]。以日本養(yǎng)樂多為代表，國內(nèi)乳品企業(yè)也紛紛推出自己的褐色益生菌乳飲料[10]，然而對于影響益生菌增殖的因素缺少系統(tǒng)研究。本實驗以褐色乳飲料中的L. casei數(shù)量為評價指標，研究菌種添加量、發(fā)酵時間以及原料乳固形物含量對干酪乳桿菌發(fā)酵過程中增殖的影響，在單因素試驗基礎上，使用正交試驗優(yōu)化生產(chǎn)高數(shù)量級L. casei褐色益生菌乳飲料的工藝參數(shù)，為該類型產(chǎn)品工業(yè)化生產(chǎn)與研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

脫脂奶粉(蛋白質(zhì)含量340g/kg) 新西蘭恒天然乳品公司；白砂糖 市售；干酪乳桿菌(Lactobacillus caseiCGMCC NO.0828) 光明乳業(yè)技術(shù)中心；YM-150H果膠美國CP Kelco公司；三聚磷酸鈉 天津化學試劑有限公司；果葡糖漿 大成嘉吉食品有限公司；MRS-Agar培養(yǎng)基 北京陸橋技術(shù)有限責任公司。

1.2 儀器與設備

APV 1000型高壓均質(zhì)機 丹麥APV公司；恒溫水浴鍋、電熱恒溫培養(yǎng)箱 南通科學儀器廠；KA T25高速組織分散機 德國IKA公司；DELTA2320型pH計梅特勒-托利多公司；精密電子天平、超凈工作臺 上海精密科學儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 發(fā)酵乳的制備

脫脂奶粉(100～160g/L)、水、果葡糖漿(100g/L)組成的原料乳→攪拌溶解(40℃，30min)→高溫殺菌(95℃，90min)→冷卻至36℃→添加菌種L. casei(1×105～3.2× 107CFU/mL)→恒溫培養(yǎng)(36℃，24～96h)→冷卻至4～10℃[11-12]。

1.3.2 褐色乳飲料的制備

白砂糖+果膠+水(70～80℃)→高速攪拌溶解(15～20min)→殺菌(95℃，5min)→冷卻至20～30℃→添加發(fā)酵基料→攪拌(20min)→調(diào)酸(pH3.7～3.8)→均質(zhì)(40℃，21MPa)→灌裝(10～20℃)→冷藏(4～6℃)[5,13]。

使用三聚磷酸鈉螯合水中的金屬離子；乳飲料國家標準蛋白質(zhì)指標≥1.0%[14]，根據(jù)基料蛋白質(zhì)含量計算添加發(fā)酵基料的比例，褐色乳飲料蛋白質(zhì)含量1.0%。

1.3.3 干酪乳桿菌活菌數(shù)的測定

取褐色益生菌乳飲料樣品，使用無菌生理鹽水稀釋至合適濃度，在MRS-Agar培養(yǎng)基37℃厭氧培養(yǎng)培養(yǎng)48h，計數(shù)平板上菌落數(shù)量，即為L. casei數(shù)量[15]。

2 結(jié)果與分析

2.1 接種量對干酪乳桿菌數(shù)量的影響

在發(fā)酵乳制品中，菌種添加量對產(chǎn)品的質(zhì)地、風味以及活菌數(shù)量等產(chǎn)品品質(zhì)有重要的影響[16]。菌種添加量過高，原料成本升高；菌種添加量過低，產(chǎn)品的發(fā)酵速度緩慢，過長的發(fā)酵周期降低設備利用率。本試驗在原料乳固形物含量100g/L，37℃發(fā)酵72h，測定菌種添加量在1×105～3.2×107CFU/mL之間變化對褐色乳飲料中L. casei數(shù)量的影響，結(jié)果見圖1。

圖1 接種量對干酪乳桿菌數(shù)量的影響Fig.1 Effect of inoculum amount on the viable count of L. casei

由圖1可知，產(chǎn)品中L. casei數(shù)量隨接種量增加而增加。接種量對數(shù)值由5.5增加到6時，L. casei數(shù)量增加幅度最大；接種量對數(shù)值由6增加至7過程中，L. casei數(shù)量仍隨接種量增加而增加，但增加幅度逐漸減??；接種量對數(shù)值繼續(xù)增加至7.5，L. casei數(shù)量并無明顯增加。可見，合適的接種量對數(shù)值為6～7，即1× 106～1×107CFU/mL。

2.2 發(fā)酵時間對干酪乳桿菌數(shù)量的影響

L. casei與普通的發(fā)酵菌種相比生長速度相對緩慢，單株長時間發(fā)酵才能促使其大量增殖[17]。延長發(fā)酵時間有助于促進L. casei增殖，但過長的發(fā)酵周期會降低設備利用率增加生產(chǎn)成本。本試驗在原料乳固形物含量100g/L、發(fā)酵溫度37℃、接種量2×106CFU/mL條件下，比較發(fā)酵時間對褐色乳飲料中L. casei數(shù)量的影響，結(jié)果見圖2。

圖2 發(fā)酵時間對干酪乳桿菌數(shù)量的影響Fig.2 Effect of fermentation time on the viable count of L. casei

由圖2可知，發(fā)酵24～72h，隨發(fā)酵時間的延長L. casei數(shù)量增加，但增加幅度逐漸減?。话l(fā)酵72h時L. casei數(shù)量達到最高，繼續(xù)延長發(fā)酵時間至84h，L. casei數(shù)量反而出現(xiàn)下降。這可能是因為在24～72h內(nèi)，L. casei迅速增殖。體系中有機酸的濃度升高，pH值逐漸下降，對L. casei的生長越來越不利，生長速度逐漸下降；發(fā)酵時間自72h增加到84h，體系中有機酸濃度已經(jīng)對L. casei的生長形成強烈抑制，L. casei幾乎不能繼續(xù)繁殖，已經(jīng)繁殖的L. casei數(shù)量出現(xiàn)小幅度衰減?？梢?，L. casei發(fā)酵褐色原料乳合適的發(fā)酵周期為72h。

2.3 乳固形物含量對干酪乳桿菌數(shù)量的影響

發(fā)酵速度與原料乳中乳固形物的含量有關(guān)，提高乳固形物的含量有助于提高發(fā)酵速度，尤其可以在發(fā)酵后期緩沖有機酸對微生物的抑制，從而提高微生物的繁殖總量[18]。本試驗在接種量2×106CFU/mL，37℃發(fā)酵72h，比較了原料乳固形物含量對褐色乳飲料中L. casei數(shù)量的影響，結(jié)果見圖3。固形物含量的增加直接導致成本上升，乳飲料國家標準蛋白質(zhì)指標≥1.0%。

圖3 固形物含量對干酪乳桿菌數(shù)量的影響Fig.3 Effect of solid content on the viable count of L. casei

由圖3可知，原料乳中乳固形物含量自80g/L增加到120g/L時，L. casei數(shù)量線性增加，至固形物含量120g/L時其數(shù)量達到最大值；乳固形物含量在120～180g/L之間增加時，L. casei數(shù)量反而呈現(xiàn)下降趨勢。這可能是由于固形物含量自80g/L增加到120g/L，提高了發(fā)酵速率，L. casei數(shù)量增加明顯；自120g/L增加到180g/L，乳固形物含量的增加決定了發(fā)酵乳進一步加工時需要稀釋更高的倍數(shù)，盡管固形物含量增加提高了發(fā)酵程度，但其提升幅度遠低于因稀釋倍數(shù)提高導致的影響?？梢姡稚先楹线m的乳固形物在120g/L。

2.4 高數(shù)量級褐色益生菌乳飲料工藝參數(shù)的優(yōu)化

表1 正交試驗因素水平Table 1 Factors and levels in the orthogonal array design

表2 L9(34)正交試驗設計方案及結(jié)果Table 2 Orthogonal array design matrix and experimental results

影響褐色乳飲料益生菌數(shù)量的因素較為復雜，接種量、發(fā)酵時間及原料乳中固形物含量對產(chǎn)品中L. casei數(shù)量均有一定的影響，單因素試驗結(jié)果表明為提高L. casei數(shù)量合適的接種量為1×106～1×107CFU/mL，發(fā)酵時間在72h，原料乳固形物含量120g/L?？紤]到各因素間的交互作用，在單因素試驗基礎上，使用正交試驗對接種量、發(fā)酵時間和原料乳固形物含量的參數(shù)進行優(yōu)化，以獲得較高的活菌數(shù)，因素及水平見表1。

從表2可知，在選擇的水平范圍內(nèi)，接種量、發(fā)酵時間與原料乳固形物含量三因素對L. casei數(shù)量的影響順序為接種量＞固形物含量＞發(fā)酵時間。褐色乳飲料中L. casei數(shù)量較高的工藝參數(shù)組合為：A3B3C2，即接種量6×106CFU/mL，發(fā)酵時間78h，乳固形物含量120g/L。

3 結(jié) 論

3.1 單因素試驗結(jié)果表明接種量、發(fā)酵時間和乳固形物含量均對褐色乳飲料中L. casei數(shù)量有一定的影響，合適的接種量為1×106～1×107CFU/mL，發(fā)酵時間72h，乳固形物含量120g/L，各因素在該范圍內(nèi)有助于提高褐色乳飲料中L. casei的數(shù)量。

3.2 正交試驗結(jié)果表明，調(diào)整接種量、發(fā)酵時間、固形物含量能夠有效的增加褐色乳飲料中L. casei的數(shù)量，影響L. casei數(shù)量的因素中，接種量對L. casei數(shù)量影響最顯著，固形物含量其次。L. casei數(shù)量較高的褐色乳飲料工藝最優(yōu)參數(shù)為接種量6×106CFU/mL，發(fā)酵時間78h，原料乳中乳固形物含量120g/L，該條件下生產(chǎn)的褐色乳飲料中L. casei數(shù)量達1.5×109CFU/mL，遠高于目前市售同類產(chǎn)品。

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Influence Factors on the Amount of Probiotics in Brown Dairy Drink

XU Zhi-yuan1，HANG Feng1，GUO Xiang2，GUO Ben-heng1,*，CHEN Wei2
(1. State Key Laboratory of Dairy Biotechnology, Technology Center, Bright Dairy and Food Co. Ltd., Shanghai 200436, China；2. State Key Laboratory of Food Science and Technology, School of Food Science and Technology, Jiangnan University, Wuxi 214122, China)

A brown dairy drink developed in our laboratory was examined for its viable count ofLactobacillus caseiin an effort to explore the effects of inoculum amount, fermentation time and solid content of raw milk on the microbiological index. Based on single factor experiments, the optimal parameters were obtained by orthogonal array design to be 6×106CFU/mL inoculation amount, 78 h fermentation and 120 g/L solid content. Under these optimal conditions, the viable counts ofL. caseireached up to 1.5 × 109CFU/mL, which was higher than similar commercially available products.

Lactobacillus casei；dairy drink；inoculum amount；fermentation time；solid content in milk

TS252.1

A

1002-6630(2010)13-0193-03

2009-12-08

“十一五”國家科技支撐計劃項目(2006BAD04A06)；上海科技人才計劃項目(08QB14003)

徐致遠(1980—)，男，工程師，碩士，研究方向為乳品科學與技術(shù)。E-mail：zhiyuan1026@126.com

﹡通信作者：郭本恒(1963—)，男，教授級高工，博士，研究方向為乳品科學與技術(shù)。E-mail：awy7677@hotmail.com