影響褐色乳飲料中益生菌數量的因素

徐致遠，杭 鋒，郭 翔，郭本恒,*，陳 衛

(1.乳業生物技術國家重點實驗室，光明乳業股份有限公司技術中心，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)

影響褐色乳飲料中益生菌數量的因素

徐致遠1，杭 鋒1，郭 翔2，郭本恒1,*，陳 衛2

(1.乳業生物技術國家重點實驗室，光明乳業股份有限公司技術中心，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)

以褐色益生菌乳飲料中的干酪乳桿菌數量為評價指標，研究菌種添加量、發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化參數為：菌種添加量6×106CFU/mL，發酵時間78h，乳固形物含量120g/L，該條件下L. casei數量可達1.5×109CFU/mL，遠高于市售同類產品。

干酪乳桿菌；乳飲料；接種量；發酵時間；乳固形物含量

干酪乳桿菌(Lactobacillus casei)對人體胃腸消化道環境具有較強的耐受能力，在進入人體后可以在腸道內大量存活，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]。據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，根據消費者日常攝入100g計算，相應的產品中益生菌含量必須大于106～107CFU/mL才能發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、醫藥、飼料等領域應用逐漸增多[6-8]，其中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L. casei單株發酵等工藝制成的褐色乳飲料以其獨特的風味與高數量級的益生菌深受消費者青睞[9]。以日本養樂多為代表，國內乳品企業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研究。本實驗以褐色乳飲料中的L. casei數量為評價指標，研究菌種添加量、發酵時間以及原料乳固形物含量對干酪乳桿菌發酵過程中增殖的影響，在單因素試驗基礎上，使用正交試驗優化生產高數量級L. casei褐色益生菌乳飲料的工藝參數，為該類型產品工業化生產與研究提供參考。

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) 光明乳業技術中心；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培養基 北京陸橋技術有限責任公司。

1.2 儀器與設備

APV 1000型高壓均質機 丹麥APV公司；恒溫水浴鍋、電熱恒溫培養箱 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(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℃→添加發酵基料→攪拌(20min)→調酸(pH3.7～3.8)→均質(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指標≥1.0%[14]，根據基料蛋白質含量計算添加發酵基料的比例，褐色乳飲料蛋白質含量1.0%。

1.3.3 干酪乳桿菌活菌數的測定

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培養基37℃厭氧培養培養48h，計數平板上菌落數量，即為L. casei數量[15]。

2 結果與分析

2.1 接種量對干酪乳桿菌數量的影響

在發酵乳制品中，菌種添加量對產品的質地、風味以及活菌數量等產品品質有重要的影響[16]。菌種添加量過高，原料成本升高；菌種添加量過低，產品的發酵速度緩慢，過長的發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數量的影響，結果見圖1。

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

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

2.2 發酵時間對干酪乳桿菌數量的影響

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

圖2 發酵時間對干酪乳桿菌數量的影響Fig.2 Effect of fermentation time on the viable count of L. casei

由圖2可知，發酵24～72h，隨發酵時間的延長L. casei數量增加，但增加幅度逐漸減小；發酵72h時L. casei數量達到最高，繼續延長發酵時間至84h，L. casei數量反而出現下降。這可能是因為在24～72h內，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；發酵時間自72h增加到84h，體系中有機酸濃度已經對L. casei的生長形成強烈抑制，L. casei幾乎不能繼續繁殖，已經繁殖的L. casei數量出現小幅度衰減。可見，L. casei發酵褐色原料乳合適的發酵周期為72h。

2.3 乳固形物含量對干酪乳桿菌數量的影響

發酵速度與原料乳中乳固形物的含量有關，提高乳固形物的含量有助于提高發酵速度，尤其可以在發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℃發酵72h，比較了原料乳固形物含量對褐色乳飲料中L. casei數量的影響，結果見圖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指標≥1.0%。

圖3 固形物含量對干酪乳桿菌數量的影響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數量線性增加，至固形物含量120g/L時其數量達到最大值；乳固形物含量在120～180g/L之間增加時，L. casei數量反而呈現下降趨勢。這可能是由于固形物含量自80g/L增加到120g/L，提高了發酵速率，L. casei數量增加明顯；自120g/L增加到180g/L，乳固形物含量的增加決定了發酵乳進一步加工時需要稀釋更高的倍數，盡管固形物含量增加提高了發酵程度，但其提升幅度遠低于因稀釋倍數提高導致的影響。可見，褐色原料乳合適的乳固形物在120g/L。

2.4 高數量級褐色益生菌乳飲料工藝參數的優化

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果Table 2 Orthogonal array design matrix and experimental results

影響褐色乳飲料益生菌數量的因素較為復雜，接種量、發酵時間及原料乳中固形物含量對產品中L. casei數量均有一定的影響，單因素試驗結果表明為提高L. casei數量合適的接種量為1×106～1×107CFU/mL，發酵時間在72h，原料乳固形物含量120g/L。考慮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、發酵時間和原料乳固形物含量的參數進行優化，以獲得較高的活菌數，因素及水平見表1。

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

3 結 論

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

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

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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。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。E-mail：awy7677@hotmail.com