发酵乳制品培养基研究进展分析 研究 生物技术专业

前言乳酸菌培养基包埋法作为一种延长发酵乳制品保质期的有效方法受到发酵乳制品工业的欢迎，因而食品应用型乳酸菌培养基不仅可以为益生菌提供营养来源，而且可以直接食用，为发酵乳制品增添风味，所以培养基的包埋效果和发酵乳制品的风味都与培养基直接相关。本文综述了目前存在并得以大规模生产或仍处于实验室探索阶段的食品应用型乳酸菌培养基等方面的研究，以及培养基营养组分优化方面的探索，以期为发酵乳制品中乳酸菌包埋材料的相关领域研究提供理论指导。关键词：发酵乳制品；培养基；研究进展目录TOC\o"1-3"\h\u2095774565一、引言 1656335861二、乳酸菌菌种研究进展 21560804835三、乳酸菌培养基研究进展 2934113740（一）乳清蛋白培养基 31544168610（二）脱脂乳培养基 3501954275（三）MRS培养基 31029734509（四）脱脂乳酶解液培养基 3177181590四、乳酸菌培养基优化的研究进展 41478648388（一）低聚糖类在乳酸菌培养基中运用的研究进展 4962694032（二）蛋白质类在乳酸菌培养基中运用的研究进展 5856799326（三）天然植物类物质在乳酸菌培养基中运用的研究进展 51348418947五、展望 6482315438参考文献 6一、引言 近年来，我国食品工业在发酵乳制品方面取得了长足进步，但发酵乳制品市场上开始出现对保质期更长的发酵乳制品的需求，我国发酵乳制品工业亟需进一步提升[1]。消费者青睐长保质期的发酵乳制品原因在于，其相较于普通发酵乳制品，具有包括营养丰富，易消化，风味独特等在内的诸多优势，但是为了延长普通发酵乳制品的保质期，一般要对常温发酵乳制品进行二次高温灭菌，如此就会杀灭发酵乳制品中具有多种生物活性的乳酸菌等益生菌[2]。如何在延长保质期的同时，保持发酵乳制品中益生菌的活性，这就对发酵乳制品工业的科技提出了新的要求和更高的挑战。近年出现了一种益生菌包埋法，这种方法通过使用培养基包埋益生菌细胞，将益生菌重新添加入二次灭菌后的发酵乳制品中，这样既能保证产品的保质期，又能满足消费者日常对活性益生菌的需要，而且相当于在发酵乳制品中添加了包埋益生菌的培养基，这些包埋培养基不仅作为益生菌的营养来源，还可以作为可食用的营养物质，因而包埋培养基的优劣与益生菌的包埋效果和长保质期乳制品的食用体验直接相关。一般而言，益生菌的包埋培养基有多种类型，大致可以根据培养基的基质不同分为三类，而这三种基质分别为乳清蛋白，脱脂乳和MRS。本文旨在从培养基类型，特点，营养成分和成分优化等方面对包埋益生菌的培养基研究和培养基的优化探索进行综述。二、乳酸菌菌种研究进展最早发现的细菌产生益生因子是乳酸菌，因此乳酸菌这种具有益生活性的菌株被称为益生菌，益生菌的来源多种多样，包括人和自然界等。一般，人为地通过向宿主添加能够产生有益影响的益生菌来改善肠道的微环境，促进肠道菌群的平衡，保持机体的健康。乳酸菌是革兰氏阳性菌，过氧化氢酶检测为阴性，并且其具有较低的运动型，能够通过糖类发酵产生乳酸。王健对于乳酸菌军中进行了研究，指出在自然界中的种类很多，常见的有乳球菌属、乳杆菌属、肠球菌属、链球菌属等，并且根据菌体形态的特征，可以分为杆菌和球菌两个大类[3]。而根据其在糖类发酵中方式的不同，可以将其分为同型发酵和异型发酵两种类型，同型发酵是指将葡萄糖转化为乳酸、酒精以及二氧化碳，常常在明串珠菌以及一些乳杆菌的发酵过程中出现。异型发酵是指将葡萄糖发酵后产生乳酸和醋酸，常常见于双歧杆菌的发酵过程。赵晓慧通过对食品应用型乳酸菌进行研究，指出益生菌大多分布于乳酸杆菌科，已有学术报道或公共卫生组织报道的益生菌主要有：短双歧乳酸杆菌，青春双歧乳酸杆菌，保加利亚乳酸杆菌，嗜酸乳酸杆菌等[4]。目前无论工业应用还是实验研究使用的菌株大多都是属于乳酸杆菌和双歧乳酸杆菌这个属的乳酸杆菌。三、乳酸菌培养基研究进展乳酸菌是革兰氏阳性菌，化能异养，而且是一类对营养要求严格的细菌，所以在乳酸菌的培养过程中，要充分考虑到乳酸菌的营养要求，以满足乳酸菌菌体快速生长和菌群迅速繁殖扩增的需要。邵秀丽在其论文中指出，由于发酵乳制品多置于低温下保藏，为了保证乳酸菌的活力，也要注意通过调整乳酸菌培养基营养因子的组分来适度地提高乳酸菌细胞的抗冻性[5]。工业生产一贯以其规模大，效率高，成本低为特点，因此要求工业生产中使用的乳酸菌包埋培养基一定要采用廉价易得的原料，而且这种培养基最好更容易与菌体分离，方便食品加工，同时还要保证培养基的营养充分，乳酸菌产量高。李小艳对于目前市面上流行的乳酸菌包埋培养基种类进行了分析，指出，按照培养基质的不同可以将培养基分为四种类型：乳清蛋白培养基，脱脂乳培养基，MRS培养基，脱脂乳酶解液培养基[6]。（一）乳清蛋白培养基乳清蛋白培养基，使用乳清蛋白作为基质，多在国外的乳酸菌工业中被使用，这种培养基的优点在于其风味极大程度上保留了鲜奶的鲜味，但是乳清蛋白本身不耐高温，很容易发生热变性，蛋白质变性缠绕凝结成沉淀。黄雁在其研究中通过对比发现，乳清蛋白培养基培养出来的乳酸菌活菌量小于脱脂乳培养基[7]。AraiS研究表明，一些益生菌在乳清蛋白培养基中有着较强的增长速度，并且通过添加蛋白机制脂肪替代物和乳清蛋白浓缩物，发现能够有效增强益生菌在发酵中的增殖[8]。李春发现，乳清蛋白培养基中具有蛋白酶解物，其对于酸奶发酵具有促进作用，并且能够有效改善酸奶的口感，对于酸奶发酵时间的缩短以及酸奶发酵进程的加快都具有重要作用[9]。（二）脱脂乳培养基脱脂乳培养基，使用脱脂的牛羊乳作为培养基基质，因为原料价格低廉，而且容易得到等优点，在国内多有使用，而且这种培养基培养出来的乳酸菌活菌量大于乳清蛋白培养基。杜磊在研究中对于脱脂乳培养基的缺点进行了分析，指出其在于脱脂乳浓缩液的粘度较大，培养基中难以通过浓缩分离乳酸菌菌体，制约了进一步的加工利用[10]。随着酶技术的推广，脱脂乳培养基能够作为乳酸菌的基础培养液来使用，在研究中也发现，其对于保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌都有着良好的培养效果，并且通过冻干发酵剂的制备，能够有效提高其发酵效果。但是由于脱脂乳培养基中的大分子物质比较多，因此在乳酸菌的利用中存在困难，不如其他小分子的培养基的利用效果好[11]。因此，在当前的乳酸菌培养中，脱脂乳培养基的运用也较少。（三）MRS培养基MRS培养基，MRS是一种混合培养基，营养组分适合多种乳杆菌生长，但是这种培养基成本昂贵，难以进行工业产业化，而且培养的乳酸杆菌增殖缓慢，在食品加工过程中发酵制成的乳制品口感不佳，因此多用于科研场景。当前的大部分乳酸细菌在实验室环境中的研究，都是采用MRS培养基作为基础培养基来使用，并且在培养的过程中也根据具体运用环境的不同，对其成分加以调整和改进[12]。（四）脱脂乳酶解液培养基脱脂乳酶解液培养基，顾名思义，是对脱脂乳培养基的一个拓展，具体表现在，随着酶学研究的深入，酶很快应用到食品工业领域，而蛋白水解酶可以将脱脂乳中很多不易于被乳酸杆菌利用的生物大分子如蛋白质，分解成为相对分子质量较小的小分子多肽，更容易被乳酸杆菌利用，有利于菌体的快速生长繁殖。脱脂乳酶解液培养基即是以通过使用多种蛋白水解酶等工业酶分解脱脂乳产生小分子蛋白所获得的酶解液为基质。脱脂乳酶解液培养基也是乳酸杆菌培养的基础培养基，先前已经由许多位国内外学者研究过，也得出了一些有用的结论和数据，其中，李志成等使用脱脂乳酶解液培养基等多种培养基培养多种乳酸杆菌，发现得到最大丰度的嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌混合菌液的培养基是脱脂乳酶解液培养基，而且这种培养基可以有效提高乳酸杆菌的抗冻性，制备成的冻干发酵剂的质量比脱脂乳培养基高93%，另一方面脱脂乳酶解液培养基培养的乳酸杆菌活菌量可以达到1011×ml-1的数量级，于是得出结论，脱脂乳酶解液培养基在多个方面胜过脱脂乳培养基。隋欣等重点研究了不同种类的蛋白水解酶对脱脂乳酶解液培养基的培养能力的影响[13]，以蛋白水解酶Ⅰ和Ⅱ为实验组，对乳清和脱脂乳进行预处理，再分别植入乳酸杆菌混合液进行培养，结果发现以蛋白水解酶Ⅰ水解过的脱脂乳酶解液为基质的培养基是该菌种混合液的最佳培养基，比较蛋白水解酶Ⅰ和Ⅱ的区别，发现水解酶Ⅱ只能打断蛋白分子亚基间的连接，而水解酶Ⅰ可以水解多肽链的非特异性位点，因此相比水解酶Ⅱ，其可以将蛋白质分解为更小片段的小分子，推测更容易为乳酸杆菌利用。但是与上述优点比起来，脱脂乳酶解液多了一道工序，比较不容易制备，因此脱脂乳酶解液的原材料价格较高，不利于工业生产。四、乳酸菌培养基优化的研究进展 如前所述，目前常用的四种乳酸菌包埋培养基各有利弊，应有所取舍，同时有很多相关报道指出，乳酸菌培养的基础培养基可以通过向其中添加特定的营养物质来进行相当程度的优化提升，改善其培养效率和质量[14]。这样一类特定的营养物质主要有提纯的低聚糖类物质，纯蛋白质类物质或其水解物，还有一些天然植物中提取到的物质等。（一）低聚糖类在乳酸菌培养基中运用的研究进展 低聚糖因其相对分子质量较小而容易被乳酸菌作为碳源利用，同时低聚糖类物质也是乳酸菌最重要且最高效的生长因子，是目前相关研究的重点和热点，大量报道目前研究过或作为培养基添加物使用的低聚糖类主要有20多种，包括低聚果糖，β-低聚葡萄糖，低聚甲壳素，低聚半乳糖，低聚木糖，低聚菊糖，低聚异麦芽糖，帕拉金糖等[15]。 肖仔君等分别以低聚异麦芽糖和低聚木糖为碳源，并以这两种低聚糖(7:3)的比例混合糖为碳源，研究厌氧条件下，基础培养基对短双歧杆菌的培养效果，结果发现这三种碳源添加都对短双歧乳酸杆菌的增殖有促进作用[16]。张军华等比较了分别添加过低聚木糖和高聚木糖的基础培养基对青春双歧杆菌的培养效果，发现低聚木糖使得青春双歧杆菌的增殖能力显著强于木糖的相应结果，而且实验进一步证明了低聚木糖的聚合度与青春双歧杆菌的增殖能力也有直接联系，平均聚合度较低的对菌株的增殖能力强于平均聚合度较高的低聚木糖[17]。Oliveira等报道了向基础培养基中添加低聚菊糖，能缩短嗜热链球菌以及双歧乳酸杆菌的发酵时间，而且提高了活菌数的量级[18]。邵建宁等研究了添加过低聚果糖的基础培养基对双歧乳酸杆菌的影响，发现只需要在基础培养基中添加.5%的低聚果糖，就能使双歧杆菌的活菌量提高一个数量级[19]。（二）蛋白质类在乳酸菌培养基中运用的研究进展 蛋白质类营养物质既可以作为氮源也可以作为碳源，与其分解产生的多肽产物都能在较大程度上促进乳酸菌的生长，这类物质包括玉米浆，牛肉膏，大豆蛋白胨，乳清蛋白，酪蛋白酶解液等。从工业生产要求经济实惠的原材料考虑，玉米浆，牛肉膏和大豆蛋白胨都表现良好，如田寒友试图利用多种廉价的植物来源替代NPNL培养基中的氮源，发现添加玉米浆的培养基效果最好，而且找到了最佳用量。种克等进一步研究发现包括玉米浆，牛肉膏，大豆蛋白胨在内的多种生物氮源都对双歧杆菌的增殖具有显著的促进作用。从食品加工应用和保证食品风味的角度考虑，乳清蛋白和酪蛋白及其它们的酶解液都表现良好。C.Janer报道了2%的乳清蛋白或2%的酪蛋白，添加入牛乳培养基中后，都能使双歧杆菌的活菌菌量提高50%以上，其中乳清蛋白的效果最佳[20]。Prasanna等研究发现在脱脂乳基础培养基中添加乳清蛋白酶解液，对双歧杆菌的生长具有显著促进作用，而1.5%的酪蛋白酶解液促进作用更加显著[21]。Janer等浓缩了乳清蛋白，并获得了酪蛋白的巨肽分子，发现这两者都对双歧杆菌有促生长作用，而且2%的乳清蛋白浓缩液和2%的酪蛋白巨肽，比C.Janer报道的培养效果更加，推测无论对蛋白质进行浓缩还是酶解，其培养效果都会胜过直接使用大分子蛋白质[22]。（三）天然植物类物质在乳酸菌培养基中运用的研究进展 已有报道指出，一些天然植物粗提的物质，如金银花水提液，菊花水提物，胡萝卜汁，海带汁等对双歧杆菌的生长具有不同程度的促进作用。如冉域辰等研究发现低浓度的金银花水提液能促进双歧杆菌的增殖，但超过一定浓度就会表现为抑制作用。龚芳红报道了菊花水提物能够选择性地促进双歧杆菌的增殖。SzilárdKun等分别研究胡萝卜汁和海带汁对双歧杆菌生长的影响，发现它们都具有正向促进作用[23]。分析这些天然植物类添加物对双歧杆菌增殖的正促作用，可知诸如金银花水提液和胡萝卜汁等都含有丰富的维生素，矿质元素和微量元素，这些元素在溶剂中表现为无机离子，可能参与双歧杆菌增殖过程中关键代谢通路，以相关酶的激活剂或辅因子的形式参与代谢，并发挥其重要作用[24]。五、展望 时至今日，在我国国民经济持续向好向上发展的当下，我国发酵乳制品产业也取得了飞跃性的巨大发展，并以极高的速度向前迈进，创新是产业持续兴盛的命脉，因此迎合市场和消费者需求，需要不断推陈出新，探索延长发酵乳制品的新技术新方法，开发常温活菌型产品等大有可为[25]。如何综合利用乳酸菌，使其在常温下长期保持益生活性，且不改变乳制品自身的风味和口感，是乳制品工业必须面对的问题，而近年来，使用食品应用型培养基作为乳酸菌包埋的芯材，为解决上述问题奠定了坚实的理论和实践基础。大量实验证明，通过向培养基中添加特殊的营养因子，即增殖因子，能促进乳酸菌的生长，可以使得乳酸菌混合菌在不同程度上提前进入对数生长期，因此针对不同种类的乳酸菌，不同的营养需求，添加相应的增殖因子，乃至营养强化剂，做到更具有全面性和专一性，是食品应用型乳酸菌培养基未来的研究方向。参考文献[1]赵晓慧,康小红,陈云.食品应用型乳酸菌培养基的研究[J].食品与发酵科技,2018,54(04):48-54+101.[2]杜磊,袁超,董亚敏.乳酸菌培养基的优化设计研究[J].黑龙江畜牧兽医,2017(07):165-168.[3]王建,于佳弘,罗红霞,汪长钢,张俊.复合乳酸菌最佳培养基成分的优化[J].北京农业职业学院学报,2016,30(01):26-30.[4]赵晓慧,陈云,母智深,史玉东,苏佳.食品应用型乳酸菌培养基的研究进展[J].中国乳品工业,2015,43(11):32-35.[5]邵秀丽,张慎璞,申顺先,张丹.乳酸菌增菌培养基研究进展[J].北方园艺,2014(11):184-186.[6]李小艳,刘书亮,黄道梅,蒲彪.两株低温乳酸菌增殖培养基的优化[J].食品工业科技,2014,35(11):247-251.[7]黄雁,邓海群.酸奶配制及其乳酸菌培养基和计数法的研究进展[J].卫生职业教育,2007(05):115-117.[8]AraiS，OsawaT，OhigashiH，etal.AmainstayoffuncitionalfoodscienceinJapanhistory，presentstatus，andfutureoutlook[J].BiosciBiotechnolBiochem，2001，65:1-13.[9]李春，张兰威，刘丽波.嗜酸乳杆菌增菌培养基的优化[J].广州食品工业科技，2004，20(2):12-13.[10]杜磊,袁超,杨晓露.新型乳酸菌增菌培养基研究[J].乳业科学与技术,2012,35(01):4-7.[11]李翔国,刘海峰,姜飞,全炳武,崔宗均.不同培养基对两种乳酸菌复合系生长的影响[J].延边大学农学学报,2011,33(03):206-210.[12]梁宝东,魏海香,江均平.L-乳酸细菌发酵培养基的优化[J].食品与机械,2008(01):41-45.[13]李志成,严佩峰,李红蕊,李春燕,李博.乳酸菌基础培养基比较研究[J].食品研究与开发,2007(11):71-74.[14]柏建玲,莫树平,郑婉玲,贺鹰抟.乳酸菌增菌培养基的营养因子优化[J].食品与发酵工业,2007(02):79-81.[15]黄玲.对番茄酱中乳酸菌培养基的筛选研究[J].新疆农业科学,2004(S1):90-91.[16]肖仔君,陈惠音,杨汝德.复合低聚糖对双歧杆菌增殖作用的初步研究[J].食品工业科技,2005,7(26):102-106.[17]张军华.低聚木糖单一组分的制备分离及其用于双歧杆菌的体外培养[D].南京:南京林业大学,2005.[18]OLIVEIRAR,PEREGOP,OLIVEIRAM,etal.Growth,organic⁃acidsprofileandsugarmetabolismofBifidobacteriumlactisinco-cul⁃turewithStreptococcusthermophilus:theinulineffect[J].FoodResearchInternational,2012,48(1):21-27.[19]邵建宁,龚伟中,麻和平,等.功能性双歧杆菌培养基的筛选与优化[J].食品科学,2008,29(3):318-341.[20]CJANER,CPELAEZ,TREQUENA.CaseinomacropeptideandwheyproteinconcentrateenhanceBifidobacteriumlactisgrowthinmilk[J].FoodChemistry,2004,86(2):263-267.[21]PRASANNAP,GRANDISONA,CHARALAMPOPOULOSD.Ef⁃fectofdairy-basedproteinsourcesandtemperatureongrowth,acidi⁃ficati