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奶酪和酸奶生产中益生菌的影响

刘军军,姜竹茂

(烟台大学生命科学学院,山东烟台 264005

摘 要:近年来,乳制品工业中益生菌的应用已经成为了趋势。其主要原因是益生菌乳制品能够提高人类营养与健康改善食品的感官特性。其主要原因是益生菌乳制品能够提高人类营养与健康,改善食品的感官特性,可以减轻痢疾的严重程度并且抑制肠道中致病菌的生长,同样,它们可以改善结肠健康和营养,帮助增强人体的免疫系统。由于食品中的微生物源自肠道的微生物群落,消费者对益生菌产品接受度较高。综述了选择益生菌的标准以及益生菌对奶酪、酸奶生产的有益影响。

关键词:奶酪,益生菌,存活力,酸奶

Effects of probiotics incheese and yogurt production

LIU Jun-jun, JIANG ZHu-mao

(Schoolof Life Sciences , Yantai University,Yantai  264005, China)

Abstract:Theimplementation of probiotic cultures in the dairy industry has been a moderntrend in the last few years. The main reasons are the enhancement of humannutrition and health and better organoleptic properties of food products.Probiotic microorganisms can provide protection against pathogenicmicroorganisms in the gut, by reducing the severity of some types of diarrhea,and against the risk of atopic eczema in high-risk infants. They also assist inthe development of the immune system, by improving colonic health andnutrition. This has led to a better acceptance by the consumers, since it hasbeen demonstrated recently that the microorganisms of the respective foodproducts are also present in the natural microflora of the gut. This reviewdiscusses the criteria to select probiotic microorganisms as well as theirpositive impact on cheese and yogurt production.

Key words:Cheese , Probiotics , Viability , Yogurt

   随着人们保健意识的增强以及微生态学相关科学技术的发展,消费者越来越意识到益生菌在促进人体健康和预防疾病中的重要性。益生菌能够丰富人体营养、提高健康水平、增强食品的感官特性,不仅可以减轻痢疾的严重程度,抑制肠道中致病菌的生长,还有助于婴幼儿预防湿疹。同样,它们可以改善结肠健康和营养,帮助增强人体的免疫系统。由于产品中益生菌的人体起源已经被研究者进行了反复的论证,消费者对产品的接受度较高。

   近年,食品工业中益生菌通常作为添加剂投入生产。在很多国家和地区,益生菌仅仅在乳制品中使用,例如酸奶和酸化牛奶。益生菌被定义为“一类通过添加到食品或药剂中能够调节肠道微生态,对人或动物产生有利影响的微生物”。益生菌是指在结肠中通过微生物的选择性生长和应激活动帮助主体吸收不易消化或消化率较低的食物成分的微生物。现在,“益生菌”这个术语指的是在包含特定数目且可生长繁殖微生物的产品,直到产品积累到每克或每毫升106,并且对健康产生有益影响。

但是产生以上两个效果,益生菌必须满足以下先决条件:首先,消费者食用产品时益生菌是活体;其次,每天可被利用的活体益生菌达到109。能够被人体利用的益生菌主要是乳杆菌、链球菌和双歧杆菌。益生元和益生菌之间存在潜在的协同效应,能够产生这种合成效应的食品通常被称为合生元。

1  益生菌对于人体营养和健康的意义

   

   益生菌可以对人体健康产生有益的影响。人体逐渐衰老,提高对疾病的免疫能力显得越来越重要。益生菌的主要作用是能保持微生物群落的平衡,对提高肠道功能有着重要的作用。益生菌在肠道定植点的竞争中占优势,营养的的吸收能力强于致病菌。另外,另一个肠道中致病菌减少的原因是益生菌产生的抗菌素对其具有抑制作用。益生菌对人体健康的主要益处包括促进乳糖消化、对肠道致病菌的拮抗作用、抗肠癌、抑制小肠细菌过度繁殖、免疫调节、减缓过敏反应、调节血脂、预防心血管疾病、抗高血压、抑制泌尿生殖道感染、抑制幽门螺杆菌引起的感染等。

   益生菌的生理活动能够抑制致病菌预防婴幼儿高发的特异性湿疹、强化免疫系统、改善结肠健康、提高营养吸收能力。此外,益生菌还具有以下几个功能:1.防止和调整肠道紊乱;2.降低食物的不耐性;3.预防心血管疾病和癌症。

   一些研究已经表明酸奶中的微生物(乳酸杆菌属的保加利亚乳杆菌和链球菌属中的嗜热链球菌)可以提高乳糖消化能力,缓解乳糖不耐症的症状。益生菌在降低食品过敏和不耐症中起着一定的作用,同时也有助于预防骨质和风湿性关节炎。

   研究已经表明,在治疗过程中益生菌的使用有助于预防小儿急性细菌性痢疾和抗生素诱导型痢疾,同样地,对于血清胆固醇的降低、糖尿病的控制、血压的降低和过敏症状的缓解都有着一定的帮助。此外,益生菌还有助于防止致病菌的感染,预防骨质疏松。

   据证实,益生菌具有一定的抗癌作用,特别是对于肠癌。这是因为细菌酶的抑制作用能够降低肠道pH值,移除致癌物的同时激活免疫系统。

现在,益生菌的作用机制和途径是现在研究的热点之一,包括肠道pH值的调整机制、抗性化合物的合成机制、与致病菌竞争机制、免疫细胞刺激机制和乳糖分解酶的产生机制。尽管已经证明了益生菌对于人体健康的种种益处,但是这些成果的研究对象都是患病人群,需要在健康人群中进行进一步的研究。最后,一些科研机构已经采取致癌物的绑定技术和免疫调节机制对灭活益生菌对宿主的影响进行研究。

2益生菌的选择标准

   以前,益生菌菌株的选择标准是它们的使用是否带来有害的副作用。现在,一种微生物能否作为益生菌是由特定的标准决定的。一般认为它应具备以下条件::①对宿主有益;②无毒副作用和无致病性;③能够在消化道存活;④耐胃酸和胆盐;⑤能够定植在消化道表面;⑥能够产生有益酶类和代谢物;⑦能够在加工和贮存过程中保持活性。其中,最重要的是益生菌对于人体必须是安全的(一般认为安全,简称GRAS),能够通过肠道并且在达到作用位置时保持活性,同时能够定植肠道。另一个重要的标准是在人体肠道的酸性环境中能够存活,即它们应该能够耐受低pH值环境和肠道中水解酶的作用。

益生菌的功能性还包括活性、在肠道系统的生存能力、在消化压力下的生存能力、免疫调节能力和抗诱变性。在选择益生菌菌株的过程中几个方面是必须要考虑的,比如耐酸性、胆汁和胃液的耐受性、上皮层的定植能力、在人体消化系统中的生存能力、对病原体的抗性、抗诱变剂和抗癌的能力、免疫调节的能力(表 1 )。

1.益生菌与临床效果

Table 1. Selected probiotic bacteria andreported clinical effects.

菌种

肠道影响

B. bifidum

治疗病毒性腹泻、平衡肠道微生物群落

B. lactis Bb-12

预防和治疗病毒性腹泻,平衡肠道菌群,改善便秘和免疫系统

L. acidophilus NCFO1748

降低粪便酶,预防放疗引起的腹泻,治疗便秘

L. acidophilus

增强免疫系统,疫苗佐剂,定植人类肠道细胞,平衡肠道微生物群落

L. casei Shirota

平衡肠道细菌,降低粪便,预防表面膀胱癌,调制肠道菌群,降低粪便酶

L. gasseri

降低粪便酶,平衡肠道为生物群落

L. johnsonii Lj1

定植人类肠道细胞,平衡肠道菌群,增强免疫系统,幽门螺杆菌治疗中作为佐剂

L. plantarum DSM9843

平衡肠道菌群,增加粪便的短链脂肪酸含量

L. reuteri

治疗小儿痢疾,对HIV感染者具有良好的耐受性

L. rhamnosus GG (ATCC 53103)

预防抗生素引起的腹泻,治疗和预防轮状病毒腹泻,预防急性腹泻,消弭克罗恩氏病,抑制致癌细菌

S. boulardii

预防腹泻,治疗抗生素引起的腹泻和梭状芽胞杆菌引起的结肠炎

以技术适用性为目的的益生菌筛选能够使菌株更适于生产和食用,生产中成功应用的益生菌安全性标准已经整理完备并出版。安全性标准包括了菌株的人类起源、源自健康个体菌株的独立性、菌株的非病原性史以及与疾病和健康紊乱的联系。此外,菌株还应具有胆汁盐耐受力或者可表达的抗抗生素基因。

益生菌必须达到一些标准满足生产过程和产品的要求,比如生产和储藏中抗低pH能力、存活力和稳定性。此外,作为产品还应具有良好的感官特性。尽管存活力是前面提到的最重要的先决条件,一些研究已经表明失去活力的益生菌同样会对宿主健康产生有益影响。

3益生菌酸奶

 

   乳制品是优良的钙质来源,是典型的功能性食品。发酵型牛奶和酸奶是良好的维生素和矿物质来源,同时能够供应具健康效益的乳酸菌。益生菌产品的食用有助于改善人体健康水平。益生菌在产品货架期的存活率是判断其能否作为产品进入市场的一个重要指标。培养条件、菌株选择性、接种量、发酵培养及成分、菌种间的相互作用、终酸、营养成分的可用性、生长因子、抑制剂、糖浓度、溶解氧浓度、潜伏期时间、储藏温度以及发酵时间都会影响发酵乳制品中益生菌的存活率。研究方法的限制对于实验室可行性带来了很多不利的影响。但是,在产品的储藏、运输和消费过程中,益生菌的生存能力是至关重要的。

益生菌酸奶的管理有很多要求,尤其是所包含微生物的存活率和pH值。首先,益生菌被食用时是活体,对于人体或动物的益处是以有活力的CFU计数。研究表明,益生菌对于产品的感官特性几乎没有影响并且在牛奶中生长缓慢。Maragkoudakis等验证了植物乳杆菌和酪蛋白乳杆菌作为辅料在希腊传统工艺生产的酸奶中的耐受性。

   研究表明,益生菌在酸奶中的存活率比日常所需摄入的需求低。少数的嗜酸乳杆菌和双歧杆菌已经在酸奶生产中得到了应用。

实践证明,牛奶添加剂有助于提高益生菌在储存过程中的生存和繁殖能力,并且能够改善产品在食用时的口感。

4 益生菌奶酪

   益生菌在奶酪中的整合作用能够提高产品的营养价值和品质。奶酪的制作过程中使用的益生菌主要是植物乳杆菌和双歧杆菌。另外,奶酪中的益生特性是由丙酸菌属和肠球菌属的细菌作用形成的。

   奶酪比发酵型牛奶具有更高的pH值,在熟化期间能够提供一个更稳定和良好的环境,并且能够产生一个几乎完全厌氧的环境。此外,奶酪中的高脂肪含量在益生菌通过消化系统时起到保护作用。对于奶酪,实验室可以通过改变pH、氧含量、生长素含量和抑制剂含量来提高益生菌的生存能力。例如,美国酸奶菌株利用高耗氧量来提高它们的生存能力。此外,在牛奶中主要脂肪酸如丁酸、棕榈酸、硬脂酸促进双歧杆菌的生长而月桂酸和肉豆蔻酸抑制其生长。一般来说,奶酪中添加双歧杆菌不论在技术上还是经济上都是可行的。两歧双歧杆菌和长双歧杆菌在奶酪的加工和储藏过程中表现出良好的生存能力。松软干酪中经过14年的冷藏对长双歧杆菌、短双歧杆菌、角双歧杆菌、两歧双歧杆菌和婴儿双歧杆菌的生存能力进行比较。结果表明,两歧双歧杆菌虽然损失很大但依旧保持住了很好的生存能力而短双歧杆菌和婴儿双歧杆菌则表现出了比较低的生存力。在另一项研究中,松软蛋糕由婴儿双歧杆菌发酵后外层会更丰富。

Gomes等制作了一种高达干酪式奶酪,产生了一种由双歧杆菌和嗜酸乳杆菌合成的的益生配对物。在生产和9周的储藏过程中,活细胞的数量比食品中的益生菌数量(106 CFU / g)多。9周后的成熟期,双歧杆菌的存活力是由盐浓度、处于奶酪的位置和蛋白水解物的添加决定的。通过观察可知,存活力最高的位置是奶酪的中心,因为这里的盐浓度和氧浓度最低。由于酶凝作用,蛋白质水解物并不能显著提高益生菌的存活力。报告中也指出了不受欢迎风味对存活力的影响。

pH值是影响益生菌存活力的最重要指标之一。细菌相比于酵母菌需要更高的pH环境。其他益生菌乳制品例如发酵型牛奶和酸奶出现了这个问题,pH值范围是3.7~4.3,比pH范围在4.8~5.6的奶酪低。因此,奶酪的pH值更接近益生菌的生长pH值,益生菌在奶酪中更易生存。

益生菌奶酪生产最困难的部分并不是益生菌的增殖而是它们的生存。这是由于,熟化是一个长期的过程,一般几周甚至几个月,在此期间细菌不但要存活在数量上也应有所增长才能对人体健康带来益处。产品中益生菌数量是有一定标准的,其最小浓度不同地区有不同的要求。在日本,规定益生菌食品应该含有最低107 CFU /毫升或克的活体益生菌,远高于能够发挥作用的最低剂量(105 CFU /毫升或克)。使用最为广泛的益生菌浓度是106 CFU /毫升或克,工业上一般也执行这个标准。

首次使用双歧杆菌和干酪乳杆菌的组合对Fresco奶酪进行发酵,熟化60天,对产品中的菌落计数,结果表明,双歧杆菌菌落数略有下降而干酪乳杆菌保持不变[79]。在Cheddar奶酪的实验中,经过250天的熟化,粪肠球菌浓度从1.1 × 108 上升到 3.9 ×108 CFU/g。同样的实验中,经过430天的熟化,粪肠球菌浓度从6.9×107上升至1.7×108CFU/g

   双歧杆菌的初次使用,产生了大量的醋酸和蛋白质水解酶,对产品的感官特性产生了不好的影响。现在,这种情况已经得到了良好的改善,益生菌奶酪具有了与传统产品相似的感官特性。Corbo等对熟化了56天的Canestrato奶酪的外观、颜色、机械特性、味道、口感以及纹理进行了感官检验,发现益生菌奶酪与传统奶酪并没有什么明显的差别。

此外,人们已经发现益生菌甚至可以提高奶酪的感官特性。用长双歧杆菌和嗜酸双歧杆菌发酵的Gouda奶酪,其风味和口感比传统奶酪更好,尤其是风味[81]。奶酪生产过程中将乳杆菌固定在果块上的技术最近已经得到了应用,并且奶酪熟化过程中益生菌的存活力也已经经过了大量的研究。

现在研究多集中在益生菌奶酪的发展上,例如Cheddar奶酪、Crescenza奶酪、松软奶酪和鲜奶酪,同时其他几项研究报道了在奶酪熟化期间益生菌较低的生存力。较高的pH值、脂肪含量、机械一致性以及较低氧水平乳清奶酪在活体益生菌的传代上优于其他产品。另外,技术要求低、未熟化的性质更易于生产加工、在冷藏温度下的强制存储以及典型的短时货架期等特性使乳清奶酪特别适合益生菌菌株的生长。

5 益生菌的未来发展

产品的酸度(pH)、溶氧水平、氧渗透、包装产生的氧渗透、后酸化等会降低益生菌的存活力。由于嗜热和耐热微生物在处理和储存过程中可以承受更高的温度,更有利于生产。奶酪和牛奶生产过程中需要相对较高的温度(45℃或以上),这些微生物具有很高的生物技术重要性。

据报道,微胶囊技术在产品的生产储藏以及消化道的运输中能够使敏感的实验室菌株缓解氧气、冷冻和酸环境的胁迫。由于显著提高益生菌的存活率的作用,微胶囊技术得到广泛的关注。目前,几种包材已经应用在乳制品中提高益生菌细胞的存活力。封闭性的包材包括海藻酸盐、淀粉、卡拉胶、乳清蛋白及其组合制品。改性淀粉的增稠和胶凝作用能够防止脱水作用,提高酸奶的感官特性。然而,益生菌微胶囊化的过程中存在两方面的问题:体积和生存能力。后者对于微胶囊技术的选择应用具有重要意义。

另一个提高益生菌存活力的方法是规范食品生产方式。寻找新型益生菌菌株改进功能性食品是至关重要的,同时也能够满足中国食品行业的要求。


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