干酪乳桿菌貨架期存活性影響因素的研究＊

艾連中,何楚瑩,徐致遠,周凌華,陳衛

1(光明乳業股份有限公司技術中心,乳業生物技術國家重點實驗室,上海,200436)

2(江南大學食品學院,食品科學與技術國家重點實驗室,江蘇無錫214122)

干酪乳桿菌貨架期存活性影響因素的研究＊

艾連中1,何楚瑩1,徐致遠1,周凌華1,陳衛2

1(光明乳業股份有限公司技術中心,乳業生物技術國家重點實驗室,上海,200436)

2(江南大學食品學院,食品科學與技術國家重點實驗室,江蘇無錫214122)

以褐色乳飲料保質期末的活性干酪乳桿菌數量為評價指標,研究了初始酸度、貯藏溫度、菊粉添加量對干酪乳桿菌貨架期存活性的影響,并在單因素基礎上使用正交試驗設計分析得到優化參數為:初始酸度70°T,貯藏溫度7～10℃,菊粉添加量8 g/L,此條件下褐色乳飲料28 d貨架期結束所含干酪乳桿菌數量僅衰減8%,遠低于市售同類產品。

干酪乳桿菌,貨架期,初始酸度,貯藏溫度,菊粉

干酪乳桿菌(Lactobacillus casei,L.casei)是一種具有調節腸道菌群、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]。研究顯示,每日攝入108～109個益生菌即可發揮其對人體的益生作用[4-5]。褐色乳飲料是以發生美拉德反應的脫脂牛奶與果葡糖漿為主要原料,采用干酪乳桿菌長時間發酵后,經調配、均質、灌裝等工藝制成的活性乳酸菌飲品[6-7]。該類型產品上市初富含干酪乳桿菌,然而受產品特點與貯藏環境等因素影響,其活菌數貨架期容易出現大量衰減,制約了益生菌對人體的健康作用。本文以褐色乳飲料貨架期末的活性干酪乳桿菌數量為評價指標,研究了初始酸度、貯藏溫度以及菊粉用量對干酪乳桿菌存活性的影響。在單因素試驗基礎上,使用正交試驗設計對工藝進行優化,得到了提高干酪乳桿菌存活性的工藝參數,為干酪乳桿菌的工業化應用及該類型產品的生產提供借鑒。

1 材料和方法

1.1 材料與試劑

脫脂奶粉(蛋白質含量340 g/kg),新西蘭乳品公司;白砂糖,市售;干酪乳桿菌LC2W(Lactobacillus caseiCG MCC NO.0828),光明乳業技術中心;Y M-150H果膠,美國CP Kelco公司;六偏磷酸鈉、檸檬酸,天津化學試劑有限公司;果葡糖漿,大成嘉吉食品有限公司;菊粉,比利時ORAFTI公司;MRS-Agar培養基,北京陸橋技術有限責任公司。

1.2 儀器與設備

303A-2電熱恒溫培養箱、恒溫水浴鍋,山東省龍口市電爐制造廠;APV 1000型高壓均質機,丹麥APV公司;KA T25高速組織分散機,德國IKA公司;pHS-25數顯pH計,上海理達儀器廠。

1.3 方法

1.3.1 發酵乳的制備[2,8]

脫脂奶粉(120 g/L)、水、果葡糖漿(100 g/L)→攪拌溶解(40℃,20 min)→高溫殺菌(95℃,90 min)→冷卻至36℃→添加L.casei菌種(1×106CFU/mL)→恒溫培養(36℃,72 h)→冷卻至4～10℃

1.3.2 褐色乳飲料的制備[8-9]

水(70～80℃,硬度≤20)+白砂糖(120 g/L)+菊粉(0～40 g/L)+果膠(3 g/L)→高速攪拌溶解(15～20 min)→殺菌(95℃,5 min)→冷卻至20～30℃→添加發酵基料(250 g/L)→攪拌(20 min)→調酸(酸度50～90°T)→均質(40℃,21 MPa)→灌裝(10～20℃)→冷藏(5～25℃)

1.3.3 干酪乳桿菌活菌數的測定

市售褐色益生菌乳飲料貨架期通常為25～30 d,本試驗褐色乳飲料貨架期為28 d。取褐色益生菌乳飲料d=0以及d=28的樣品,使用無菌生理鹽水,10倍稀釋法,選取合適濃度,在MRS-Agar平板上37℃培養48 h,計數平板上菌落數量,即為干酪乳桿菌數量[10]。

2 結果與分析

2.1 初始酸度對干酪乳桿菌存活性的影響

褐色益生菌乳飲料是一類高糖度、高酸度的活性乳酸菌飲料,其較高的酸度對于提高產品的獨特口感有著重要作用,但較高的酸度使產品中游離的H+濃度較高,對益生菌的存活性產生影響[11]。本試驗加工的褐色乳飲料貨架期初干酪乳桿菌數量為7×108CFU/mL,在貯藏溫度10℃,不添加菊粉的條件下,測定初始酸度對28 d貨架期末干酪乳桿菌活菌數的影響,結果見圖1。

圖1 初始酸度對貨架期末干酪乳桿菌數量的影響

從圖1各樣品28 d貨架期結束,活性干酪乳桿菌數量變化趨勢可知,褐色益生菌乳飲料初始酸度在50～100°T變化時,干酪乳桿菌的數量與樣品的初始酸度呈負相關,即隨樣品的初始酸度的增加,貨架期結束,其所含的干酪乳桿菌數量越低。其中初始酸度自50°T增加到80°T過程中,干酪乳桿菌數量下降速度較慢,酸度自80°T增加到100°T,干酪乳桿菌數量急劇下降,在初始酸度達到100°T時,其干酪乳桿菌數量自最初的7×108CFU/mL下降3個數量級以上,這可能是由于過高的酸度不僅抑制干酪乳桿菌的繁殖,且還形成一定程度的殺菌作用。綜合圖1可知,初始酸度對干酪乳桿菌數量有一定的影響,考慮到該類型產品高糖度、高酸度的特點,為使貨架期內干酪乳桿菌維持在較高的數量級,初始酸度應小于80°T。

2.2 貯藏溫度對干酪乳桿菌存活性的影響

活性發酵乳制品必須在較低的溫度下運輸與貯藏,一方面為抑制有害微生物的代謝繁殖,保證產品的衛生指標;另一方面,較低的溫度也可以抑制乳酸菌的代謝繁殖,避免發酵乳制品貨架期酸度上升太大,影響產品的口感[12-13]。但受冷鏈與銷售環境的影響,產品貨架期所處的溫度經常偏高,且較低的貯藏溫度下乳酸菌的生長繁殖盡管受到抑制,但仍在以較低的速度代謝繁殖[14-15]。本試驗在樣品初始酸度70°T,不添加菊粉的條件下,測定貯藏溫度對貨架期末干酪乳桿菌活菌數的影響,結果見圖2。

圖2 貯藏溫度對貨架期末干酪乳桿菌數量的影響

從圖2可知,貯藏溫度對貨架期末干酪乳桿菌的數量影響較大。貯藏溫度自5℃上升到10℃,干酪乳桿菌的數量小幅增加,這可能是由于盡管干酪乳桿菌貨架期以自然衰減為主,但由于10℃貯藏時干酪乳桿菌繁殖速度提高,一定程度上減少了干酪乳桿菌貨架期下降的數量;貯藏溫度自10℃上升到25℃過程中,隨貯藏溫度的增加,貨架末干酪乳桿菌數量呈迅速下降的趨勢。這可能是由于隨貯藏溫度的升高,干酪乳桿菌受到的抑制越來越小,干酪乳桿菌繁殖代謝速度較快,導致產品中氫離子濃度升高,體系的環境不利于干酪乳桿菌的存活。綜合圖2可知,為使干酪乳桿菌貨架期保持較好的存活性,褐色益生菌乳飲料貯藏溫度小于15℃。

2.3 菊粉用量對干酪乳桿菌存活性的影響

菊粉是一種功能性植物低聚多糖,每日攝食10 g菊粉對控制體重、改善腸道功能、促進鈣的吸收很有幫助[16]。研究表明,菊粉有助于雙岐桿菌在人體內增殖,且能提高發酵乳制品中雙歧桿菌在貨架期的存活性,但對其它益生菌的生長與存活性的影響程度與菌種屬性有關[17,18]。本試驗在樣品初始酸度70°T,貯藏溫度10℃條件下,研究了菊粉添加量對褐色乳飲料貨架期末干酪乳桿菌活菌數的影響,結果見圖3。

圖3 菊粉對貨架期末干酪乳桿菌數量的影響

由圖3可知,隨菊粉添加量的增加,貨架期末干酪乳桿菌數量逐步增加。菊粉添加量10 g/L時,干酪乳桿菌數量增加最明顯;菊粉添加量從10 g/L增加到40 g/L過程中,褐色益生菌乳飲料貨架期末干酪乳桿菌數量盡管仍有增加,但增加幅度較小。綜合圖3可知,添加菊粉有助于提高干酪乳桿菌貨架期的存活性,考慮成本因素,合適的菊粉添加量在0～10 g/L。

2.4 提高干酪乳桿菌貨架期存活性的工藝參數的優化

單因素實驗結果表明,為提高干酪乳桿菌貨架期存活性,使褐色益生菌乳飲料貨架期末保持較高的活菌數,初始酸度小于80°T,貯藏溫度小于15℃,菊粉添加量為0～10 g/L。影響干酪乳桿菌貨架期存活性的因素較為復雜,考慮到各因素間的交互作用,在單因素實驗基礎上,通過正交設計方法研究了初始酸度、貯藏溫度和菊粉添加量對干酪乳桿菌貨架期末存活性的影響,并對3因素的參數進行優化。試驗因素及水平見表1。

表1 正交實驗因素水平

表2 L9(33)正交設計方案及結果

由表2可知,在選擇的因素水平范圍內,酸度、貯藏溫度、菊粉添加量均對干酪乳桿菌貨架期的存活性有影響,由極差分析可知,貯藏溫度影響最大,初始酸度影響其次,其影響程度與菊粉添加量接近。由表2得到最佳工藝條件為A1B1C3,通過表2比較得A1與A2對應的K值K1與K2非常接近,即初始酸度為65°T與70°T對干酪乳桿菌存活性影響接近,考慮到褐色乳飲料高酸度的特點,選用A2;通過表2可知,菊粉添加量的C2與C3的K值K2與K3十分接近,即8 g/L與10 g/L的菊粉添加量對干酪乳桿菌的存活性性影響并無顯著差別,考慮到成本因素,選取C2為最佳值;貯藏溫度的B1與B2的K值K1與K2十分接近,即干酪乳桿菌在貯藏溫度7℃與10℃時存活性并無明顯變化。在表2基礎上優化后的最佳組合為A2B1C2或A2B2C2,即初始酸度70°T,貯藏溫度7～10℃,菊粉添加量8 g/L。

3 結論

(1)單因素試驗結果表明初始酸度、貯藏溫度和菊粉添加量均對干酪乳桿菌貨架期的存活性有一定的影響,合適的初始酸度小于80°T,貯藏溫度小于10℃,菊粉添加量0～10 g/L。

(2)試驗表明,調整初始酸度、貯藏溫度以及菊粉添加量有助于提高干酪乳桿菌貨架期存活性。由正交試驗結果可知,貯藏溫度對干酪乳桿菌存活性的影響最顯著,初始酸度與菊粉添加量影響接近。優化得干酪乳桿菌存活性較高的工藝參數為初始酸度為70°T,貯藏溫度7～10℃,菊粉添加量10 g/L。該條件下生產與貯藏的褐色乳飲料,28 d貨架期結束,其干酪乳桿菌數量衰減僅10%,遠低于目前市售同類產品貨架期結束干酪乳桿菌90%的衰減量。

通過分析優化褐色乳飲料中干酪乳桿菌存活性的影響因素,有助于提高產品貨架期所含干酪乳桿菌的數量,充分發揮益生菌對消費者的健康作用,產生積極的經濟效益與社會效益。

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ABSTRACTThe amount of activeL.caseiwas chosen as the estimated index of a brown milk drink,the effects of initial acidity,storage temperature and the amount of inulin on survival ofL.caseiduring shelf life were compared by single-factor test.The optimal parameters obtained by orthogonal experimentwere:initial acidity 70°T,storage temperature 7～10℃,concentrations of inulin 10g/kg.Under these conditions,the viability ofL.caseiin brown milk drink decreases only 10%after 28 days of storage,which is far less than the similar commercial products.

Key wordsLactobacillus casei,shelf-life,initial acidity,storage temperature,inulin

Influence Factors ofLactobacillus caseiViability in Milk Drink’s Shelf-life

AiLian-zhong1,He Chu-ying1,Xu Zhi-yuan1,Zhou Ling-hua1,ChenWei2
1(State Key Laboratory of dairy Biotechnology,Technology Center,BrightDairy&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)

博士,高級工程師。

＊上海市科委人才計劃(08QB14003),上海市科委農業成果轉化資金(083919n1500)

2010-04-23,改回日期:2010-05-26