干酪乳杆菌货架期存活性影响因素的研究＊

艾连中,何楚莹,徐致远,周凌华,陈卫

1(光明乳业股份有限公司技术中心,乳业生物技术国家重点实验室,上海,200436)

2(江南大学食品学院,食品科学与技术国家重点实验室,江苏无锡214122)

干酪乳杆菌货架期存活性影响因素的研究＊

艾连中1,何楚莹1,徐致远1,周凌华1,陈卫2

1(光明乳业股份有限公司技术中心,乳业生物技术国家重点实验室,上海,200436)

2(江南大学食品学院,食品科学与技术国家重点实验室,江苏无锡214122)

以褐色乳饮料保质期末的活性干酪乳杆菌数量为评价指标,研究了初始酸度、贮藏温度、菊粉添加量对干酪乳杆菌货架期存活性的影响,并在单因素基础上使用正交试验设计分析得到优化参数为:初始酸度70°T,贮藏温度7～10℃,菊粉添加量8 g/L,此条件下褐色乳饮料28 d货架期结束所含干酪乳杆菌数量仅衰减8%,远低于市售同类产品。

干酪乳杆菌,货架期,初始酸度,贮藏温度,菊粉

干酪乳杆菌(Lactobacillus casei,L.casei)是一种具有调节肠道菌群、促进人体消化吸收以及增强免疫等多种保健作用的益生菌[1-3]。研究显示,每日摄入108～109个益生菌即可发挥其对人体的益生作用[4-5]。褐色乳饮料是以发生美拉德反应的脱脂牛奶与果葡糖浆为主要原料,采用干酪乳杆菌长时间发酵后,经调配、均质、灌装等工艺制成的活性乳酸菌饮品[6-7]。该类型产品上市初富含干酪乳杆菌,然而受产品特点与贮藏环境等因素影响,其活菌数货架期容易出现大量衰减,制约了益生菌对人体的健康作用。本文以褐色乳饮料货架期末的活性干酪乳杆菌数量为评价指标,研究了初始酸度、贮藏温度以及菊粉用量对干酪乳杆菌存活性的影响。在单因素试验基础上,使用正交试验设计对工艺进行优化,得到了提高干酪乳杆菌存活性的工艺参数,为干酪乳杆菌的工业化应用及该类型产品的生产提供借鉴。

1 材料和方法

1.1 材料与试剂

脱脂奶粉(蛋白质含量340 g/kg),新西兰乳品公司;白砂糖,市售;干酪乳杆菌LC2W(Lactobacillus caseiCG MCC NO.0828),光明乳业技术中心;Y M-150H果胶,美国CP Kelco公司;六偏磷酸钠、柠檬酸,天津化学试剂有限公司;果葡糖浆,大成嘉吉食品有限公司;菊粉,比利时ORAFTI公司;MRS-Agar培养基,北京陆桥技术有限责任公司。

1.2 仪器与设备

303A-2电热恒温培养箱、恒温水浴锅,山东省龙口市电炉制造厂;APV 1000型高压均质机,丹麦APV公司;KA T25高速组织分散机,德国IKA公司;pHS-25数显pH计,上海理达仪器厂。

1.3 方法

1.3.1 发酵乳的制备[2,8]

脱脂奶粉(120 g/L)、水、果葡糖浆(100 g/L)→搅拌溶解(40℃,20 min)→高温杀菌(95℃,90 min)→冷却至36℃→添加L.casei菌种(1×106CFU/mL)→恒温培养(36℃,72 h)→冷却至4～10℃

1.3.2 褐色乳饮料的制备[8-9]

水(70～80℃,硬度≤20)+白砂糖(120 g/L)+菊粉(0～40 g/L)+果胶(3 g/L)→高速搅拌溶解(15～20 min)→杀菌(95℃,5 min)→冷却至20～30℃→添加发酵基料(250 g/L)→搅拌(20 min)→调酸(酸度50～90°T)→均质(40℃,21 MPa)→灌装(10～20℃)→冷藏(5～25℃)

1.3.3 干酪乳杆菌活菌数的测定

市售褐色益生菌乳饮料货架期通常为25～30 d,本试验褐色乳饮料货架期为28 d。取褐色益生菌乳饮料d=0以及d=28的样品,使用无菌生理盐水,10倍稀释法,选取合适浓度,在MRS-Agar平板上37℃培养48 h,计数平板上菌落数量,即为干酪乳杆菌数量[10]。

2 结果与分析

2.1 初始酸度对干酪乳杆菌存活性的影响

褐色益生菌乳饮料是一类高糖度、高酸度的活性乳酸菌饮料,其较高的酸度对于提高产品的独特口感有着重要作用,但较高的酸度使产品中游离的H+浓度较高,对益生菌的存活性产生影响[11]。本试验加工的褐色乳饮料货架期初干酪乳杆菌数量为7×108CFU/mL,在贮藏温度10℃,不添加菊粉的条件下,测定初始酸度对28 d货架期末干酪乳杆菌活菌数的影响,结果见图1。

图1 初始酸度对货架期末干酪乳杆菌数量的影响

从图1各样品28 d货架期结束,活性干酪乳杆菌数量变化趋势可知,褐色益生菌乳饮料初始酸度在50～100°T变化时,干酪乳杆菌的数量与样品的初始酸度呈负相关,即随样品的初始酸度的增加,货架期结束,其所含的干酪乳杆菌数量越低。其中初始酸度自50°T增加到80°T过程中,干酪乳杆菌数量下降速度较慢,酸度自80°T增加到100°T,干酪乳杆菌数量急剧下降,在初始酸度达到100°T时,其干酪乳杆菌数量自最初的7×108CFU/mL下降3个数量级以上,这可能是由于过高的酸度不仅抑制干酪乳杆菌的繁殖,且还形成一定程度的杀菌作用。综合图1可知,初始酸度对干酪乳杆菌数量有一定的影响,考虑到该类型产品高糖度、高酸度的特点,为使货架期内干酪乳杆菌维持在较高的数量级,初始酸度应小于80°T。

2.2 贮藏温度对干酪乳杆菌存活性的影响

活性发酵乳制品必须在较低的温度下运输与贮藏,一方面为抑制有害微生物的代谢繁殖,保证产品的卫生指标;另一方面,较低的温度也可以抑制乳酸菌的代谢繁殖,避免发酵乳制品货架期酸度上升太大,影响产品的口感[12-13]。但受冷链与销售环境的影响,产品货架期所处的温度经常偏高,且较低的贮藏温度下乳酸菌的生长繁殖尽管受到抑制,但仍在以较低的速度代谢繁殖[14-15]。本试验在样品初始酸度70°T,不添加菊粉的条件下,测定贮藏温度对货架期末干酪乳杆菌活菌数的影响,结果见图2。

图2 贮藏温度对货架期末干酪乳杆菌数量的影响

从图2可知,贮藏温度对货架期末干酪乳杆菌的数量影响较大。贮藏温度自5℃上升到10℃,干酪乳杆菌的数量小幅增加,这可能是由于尽管干酪乳杆菌货架期以自然衰减为主,但由于10℃贮藏时干酪乳杆菌繁殖速度提高,一定程度上减少了干酪乳杆菌货架期下降的数量;贮藏温度自10℃上升到25℃过程中,随贮藏温度的增加,货架末干酪乳杆菌数量呈迅速下降的趋势。这可能是由于随贮藏温度的升高,干酪乳杆菌受到的抑制越来越小,干酪乳杆菌繁殖代谢速度较快,导致产品中氢离子浓度升高,体系的环境不利于干酪乳杆菌的存活。综合图2可知,为使干酪乳杆菌货架期保持较好的存活性,褐色益生菌乳饮料贮藏温度小于15℃。

2.3 菊粉用量对干酪乳杆菌存活性的影响

菊粉是一种功能性植物低聚多糖,每日摄食10 g菊粉对控制体重、改善肠道功能、促进钙的吸收很有帮助[16]。研究表明,菊粉有助于双岐杆菌在人体内增殖,且能提高发酵乳制品中双歧杆菌在货架期的存活性,但对其它益生菌的生长与存活性的影响程度与菌种属性有关[17,18]。本试验在样品初始酸度70°T,贮藏温度10℃条件下,研究了菊粉添加量对褐色乳饮料货架期末干酪乳杆菌活菌数的影响,结果见图3。

图3 菊粉对货架期末干酪乳杆菌数量的影响

由图3可知,随菊粉添加量的增加,货架期末干酪乳杆菌数量逐步增加。菊粉添加量10 g/L时,干酪乳杆菌数量增加最明显;菊粉添加量从10 g/L增加到40 g/L过程中,褐色益生菌乳饮料货架期末干酪乳杆菌数量尽管仍有增加,但增加幅度较小。综合图3可知,添加菊粉有助于提高干酪乳杆菌货架期的存活性,考虑成本因素,合适的菊粉添加量在0～10 g/L。

2.4 提高干酪乳杆菌货架期存活性的工艺参数的优化

单因素实验结果表明,为提高干酪乳杆菌货架期存活性,使褐色益生菌乳饮料货架期末保持较高的活菌数,初始酸度小于80°T,贮藏温度小于15℃,菊粉添加量为0～10 g/L。影响干酪乳杆菌货架期存活性的因素较为复杂,考虑到各因素间的交互作用,在单因素实验基础上,通过正交设计方法研究了初始酸度、贮藏温度和菊粉添加量对干酪乳杆菌货架期末存活性的影响,并对3因素的参数进行优化。试验因素及水平见表1。

表1 正交实验因素水平

表2 L9(33)正交设计方案及结果

由表2可知,在选择的因素水平范围内,酸度、贮藏温度、菊粉添加量均对干酪乳杆菌货架期的存活性有影响,由极差分析可知,贮藏温度影响最大,初始酸度影响其次,其影响程度与菊粉添加量接近。由表2得到最佳工艺条件为A1B1C3,通过表2比较得A1与A2对应的K值K1与K2非常接近,即初始酸度为65°T与70°T对干酪乳杆菌存活性影响接近,考虑到褐色乳饮料高酸度的特点,选用A2;通过表2可知,菊粉添加量的C2与C3的K值K2与K3十分接近,即8 g/L与10 g/L的菊粉添加量对干酪乳杆菌的存活性性影响并无显著差别,考虑到成本因素,选取C2为最佳值;贮藏温度的B1与B2的K值K1与K2十分接近,即干酪乳杆菌在贮藏温度7℃与10℃时存活性并无明显变化。在表2基础上优化后的最佳组合为A2B1C2或A2B2C2,即初始酸度70°T,贮藏温度7～10℃,菊粉添加量8 g/L。

3 结论

(1)单因素试验结果表明初始酸度、贮藏温度和菊粉添加量均对干酪乳杆菌货架期的存活性有一定的影响,合适的初始酸度小于80°T,贮藏温度小于10℃,菊粉添加量0～10 g/L。

(2)试验表明,调整初始酸度、贮藏温度以及菊粉添加量有助于提高干酪乳杆菌货架期存活性。由正交试验结果可知,贮藏温度对干酪乳杆菌存活性的影响最显著,初始酸度与菊粉添加量影响接近。优化得干酪乳杆菌存活性较高的工艺参数为初始酸度为70°T,贮藏温度7～10℃,菊粉添加量10 g/L。该条件下生产与贮藏的褐色乳饮料,28 d货架期结束,其干酪乳杆菌数量衰减仅10%,远低于目前市售同类产品货架期结束干酪乳杆菌90%的衰减量。

通过分析优化褐色乳饮料中干酪乳杆菌存活性的影响因素,有助于提高产品货架期所含干酪乳杆菌的数量,充分发挥益生菌对消费者的健康作用,产生积极的经济效益与社会效益。

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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,高级工程师。

＊上海市科委人才计划(08QB14003),上海市科委农业成果转化资金(083919n1500)

2010-04-23,改回日期:2010-05-26