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奶酪和酸奶生產中益生菌的影響

前言

   隨著人們保健意識的增強以及微生態學相關科學技術的發展,消費者越來越意識到益生菌在促進人體健康和預防疾病中的重要性。益生菌能夠豐富人體營養、提高健康水平、增強食品的感官特性,不僅可以減輕痢疾的嚴重程度,抑制腸道中致病菌的生長,還有助于嬰幼兒預防濕疹。同樣,它們可以改善結腸健康和營養,幫助增強人體的免疫系統。由于產品中益生菌的人體起源已經被研究者進行了反復的論證,消費者對產品的接受度較高。

   近年,食品工業中益生菌通常作為添加劑投入生產。在很多國家和地區,益生菌僅僅在乳制品中使用,例如酸奶和酸化牛奶。益生菌被定義為“一類通過添加到食品或藥劑中能夠調節腸道微生態,對人或動物產生有利影響的微生物”。益生菌是指在結腸中通過微生物的選擇性生長和應激活動幫助主體吸收不易消化或消化率較低的食物成分的微生物?,F在,“益生菌”這個術語指的是在包含特定數目且可生長繁殖微生物的產品,直到產品積累到每克或每毫升106,并且對健康產生有益影響。

但是產生以上兩個效果,益生菌必須滿足以下先決條件:首先,消費者食用產品時益生菌是活體;其次,每天可被利用的活體益生菌達到109。能夠被人體利用的益生菌主要是乳桿菌、鏈球菌和雙歧桿菌。益生元和益生菌之間存在潛在的協同效應,能夠產生這種合成效應的食品通常被稱為合生元。

1  益生菌對于人體營養和健康的意義

   益生菌可以對人體健康產生有益的影響。人體逐漸衰老,提高對疾病的免疫能力顯得越來越重要。益生菌的主要作用是能保持微生物群落的平衡,對提高腸道功能有著重要的作用。益生菌在腸道定植點的競爭中占優勢,營養的的吸收能力強于致病菌。另外,另一個腸道中致病菌減少的原因是益生菌產生的抗菌素對其具有抑制作用。益生菌對人體健康的主要益處包括促進乳糖消化、對腸道致病菌的拮抗作用、抗腸癌、抑制小腸細菌過度繁殖、免疫調節、減緩過敏反應、調節血脂、預防心血管疾病、抗高血壓、抑制泌尿生殖道感染、抑制幽門螺桿菌引起的感染等。

   益生菌的生理活動能夠抑制致病菌預防嬰幼兒高發的特異性濕疹、強化免疫系統、改善結腸健康、提高營養吸收能力。此外,益生菌還具有以下幾個功能:1.防止和調整腸道紊亂;2.降低食物的不耐性;3.預防心血管疾病和癌癥。

   一些研究已經表明酸奶中的微生物(乳酸桿菌屬的保加利亞乳桿菌和鏈球菌屬中的嗜熱鏈球菌)可以提高乳糖消化能力,緩解乳糖不耐癥的癥狀。益生菌在降低食品過敏和不耐癥中起著一定的作用,同時也有助于預防骨質和風濕性關節炎。

   研究已經表明,在治療過程中益生菌的使用有助于預防小兒急性細菌性痢疾和抗生素誘導型痢疾,同樣地,對于血清膽固醇的降低、糖尿病的控制、血壓的降低和過敏癥狀的緩解都有著一定的幫助。此外,益生菌還有助于防止致病菌的感染,預防骨質疏松。

   據證實,益生菌具有一定的抗癌作用,特別是對于腸癌。這是因為細菌酶的抑制作用能夠降低腸道pH值,移除致癌物的同時激活免疫系統。

現在,益生菌的作用機制和途徑是現在研究的熱點之一,包括腸道pH值的調整機制、抗性化合物的合成機制、與致病菌競爭機制、免疫細胞刺激機制和乳糖分解酶的產生機制。盡管已經證明了益生菌對于人體健康的種種益處,但是這些成果的研究對象都是患病人群,需要在健康人群中進行進一步的研究。最后,一些科研機構已經采取致癌物的綁定技術和免疫調節機制對滅活益生菌對宿主的影響進行研究。

2益生菌的選擇標準

   以前,益生菌菌株的選擇標準是它們的使用是否帶來有害的副作用?,F在,一種微生物能否作為益生菌是由特定的標準決定的。一般認為它應具備以下條件::①對宿主有益;②無毒副作用和無致病性;③能夠在消化道存活;④耐胃酸和膽鹽;⑤能夠定植在消化道表面;⑥能夠產生有益酶類和代謝物;⑦能夠在加工和貯存過程中保持活性。其中,最重要的是益生菌對于人體必須是安全的(一般認為安全,簡稱GRAS),能夠通過腸道并且在達到作用位置時保持活性,同時能夠定植腸道。另一個重要的標準是在人體腸道的酸性環境中能夠存活,即它們應該能夠耐受低pH值環境和腸道中水解酶的作用。

益生菌的功能性還包括活性、在腸道系統的生存能力、在消化壓力下的生存能力、免疫調節能力和抗誘變性。在選擇益生菌菌株的過程中幾個方面是必須要考慮的,比如耐酸性、膽汁和胃液的耐受性、上皮層的定植能力、在人體消化系統中的生存能力、對病原體的抗性、抗誘變劑和抗癌的能力、免疫調節的能力。

以技術適用性為目的的益生菌篩選能夠使菌株更適于生產和食用,生產中成功應用的益生菌安全性標準已經整理完備并出版。安全性標準包括了菌株的人類起源、源自健康個體菌株的獨立性、菌株的非病原性史以及與疾病和健康紊亂的聯系。此外,菌株還應具有膽汁鹽耐受力或者可表達的抗抗生素基因。

益生菌必須達到一些標準滿足生產過程和產品的要求,比如生產和儲藏中抗低pH能力、存活力和穩定性。此外,作為產品還應具有良好的感官特性。盡管存活力是前面提到的最重要的先決條件,一些研究已經表明失去活力的益生菌同樣會對宿主健康產生有益影響。

3益生菌酸奶

   乳制品是優良的鈣質來源,是典型的功能性食品。發酵型牛奶和酸奶是良好的維生素和礦物質來源,同時能夠供應具健康效益的乳酸菌。益生菌產品的食用有助于改善人體健康水平。益生菌在產品貨架期的存活率是判斷其能否作為產品進入市場的一個重要指標。培養條件、菌株選擇性、接種量、發酵培養及成分、菌種間的相互作用、終酸、營養成分的可用性、生長因子、抑制劑、糖濃度、溶解氧濃度、潛伏期時間、儲藏溫度以及發酵時間都會影響發酵乳制品中益生菌的存活率。研究方法的限制對于實驗室可行性帶來了很多不利的影響。但是,在產品的儲藏、運輸和消費過程中,益生菌的生存能力是至關重要的。

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,益生菌被食用時是活體,對于人體或動物的益處是以有活力的CFU計數。研究表明,益生菌對于產品的感官特性幾乎沒有影響并且在牛奶中生長緩慢。Maragkoudakis等驗證了植物乳桿菌和酪蛋白乳桿菌作為輔料在希臘傳統工藝生產的酸奶中的耐受性。

   研究表明,益生菌在酸奶中的存活率比日常所需攝入的需求低。少數的嗜酸乳桿菌和雙歧桿菌已經在酸奶生產中得到了應用。

實踐證明,牛奶添加劑有助于提高益生菌在儲存過程中的生存和繁殖能力,并且能夠改善產品在食用時的口感。

4 益生菌奶酪

   益生菌在奶酪中的整合作用能夠提高產品的營養價值和品質。奶酪的制作過程中使用的益生菌主要是植物乳桿菌和雙歧桿菌。另外,奶酪中的益生特性是由丙酸菌屬和腸球菌屬的細菌作用形成的。

   奶酪比發酵型牛奶具有更高的pH值,在熟化期間能夠提供一個更穩定和良好的環境,并且能夠產生一個幾乎完全厭氧的環境。此外,奶酪中的高脂肪含量在益生菌通過消化系統時起到保護作用。對于奶酪,實驗室可以通過改變pH、氧含量、生長素含量和抑制劑含量來提高益生菌的生存能力。例如,美國酸奶菌株利用高耗氧量來提高它們的生存能力。此外,在牛奶中主要脂肪酸如丁酸、棕櫚酸、硬脂酸促進雙歧桿菌的生長而月桂酸和肉豆蔻酸抑制其生長。一般來說,奶酪中添加雙歧桿菌不論在技術上還是經濟上都是可行的。兩歧雙歧桿菌和長雙歧桿菌在奶酪的加工和儲藏過程中表現出良好的生存能力。松軟干酪中經過14年的冷藏對長雙歧桿菌、短雙歧桿菌、角雙歧桿菌、兩歧雙歧桿菌和嬰兒雙歧桿菌的生存能力進行比較。結果表明,兩歧雙歧桿菌雖然損失很大但依舊保持住了很好的生存能力而短雙歧桿菌和嬰兒雙歧桿菌則表現出了比較低的生存力。在另一項研究中,松軟蛋糕由嬰兒雙歧桿菌發酵后外層會更豐富。

Gomes等制作了一種高達干酪式奶酪,產生了一種由雙歧桿菌和嗜酸乳桿菌合成的的益生配對物。在生產和9周的儲藏過程中,活細胞的數量比食品中的益生菌數量(106 CFU / g)多。9周后的成熟期,雙歧桿菌的存活力是由鹽濃度、處于奶酪的位置和蛋白水解物的添加決定的。通過觀察可知,存活力最高的位置是奶酪的中心,因為這里的鹽濃度和氧濃度最低。由于酶凝作用,蛋白質水解物并不能顯著提高益生菌的存活力。報告中也指出了不受歡迎風味對存活力的影響。

pH值是影響益生菌存活力的最重要指標之一。細菌相比于酵母菌需要更高的pH環境。其他益生菌乳制品例如發酵型牛奶和酸奶出現了這個問題,pH值范圍是3.7~4.3,比pH范圍在4.8~5.6的奶酪低。因此,奶酪的pH值更接近益生菌的生長pH值,益生菌在奶酪中更易生存。

益生菌奶酪生產最困難的部分并不是益生菌的增殖而是它們的生存。這是由于,熟化是一個長期的過程,一般幾周甚至幾個月,在此期間細菌不但要存活在數量上也應有所增長才能對人體健康帶來益處。產品中益生菌數量是有一定標準的,其最小濃度不同地區有不同的要求。在日本,規定益生菌食品應該含有最低107 CFU /毫升或克的活體益生菌,遠高于能夠發揮作用的最低劑量(105 CFU /毫升或克)。使用最為廣泛的益生菌濃度是106 CFU /毫升或克,工業上一般也執行這個標準。

首次使用雙歧桿菌和干酪乳桿菌的組合對Fresco奶酪進行發酵,熟化60天,對產品中的菌落計數,結果表明,雙歧桿菌菌落數略有下降而干酪乳桿菌保持不變[79]。在Cheddar奶酪的實驗中,經過250天的熟化,糞腸球菌濃度從1.1 × 108 上升到 3.9 ×108 CFU/g。同樣的實驗中,經過430天的熟化,糞腸球菌濃度從6.9×107上升至1.7×108CFU/g。

   雙歧桿菌的初次使用,產生了大量的醋酸和蛋白質水解酶,對產品的感官特性產生了不好的影響?,F在,這種情況已經得到了良好的改善,益生菌奶酪具有了與傳統產品相似的感官特性。Corbo等對熟化了56天的Canestrato奶酪的外觀、顏色、機械特性、味道、口感以及紋理進行了感官檢驗,發現益生菌奶酪與傳統奶酪并沒有什么明顯的差別。

此外,人們已經發現益生菌甚至可以提高奶酪的感官特性。用長雙歧桿菌和嗜酸雙歧桿菌發酵的Gouda奶酪,其風味和口感比傳統奶酪更好,尤其是風味[81]。奶酪生產過程中將乳桿菌固定在果塊上的技術最近已經得到了應用,并且奶酪熟化過程中益生菌的存活力也已經經過了大量的研究。

現在研究多集中在益生菌奶酪的發展上,例如Cheddar奶酪、Crescenza奶酪、松軟奶酪和鮮奶酪,同時其他幾項研究報道了在奶酪熟化期間益生菌較低的生存力。較高的pH值、脂肪含量、機械一致性以及較低氧水平,乳清奶酪在活體益生菌的傳代上優于其他產品。另外,技術要求低、未熟化的性質更易于生產加工、在冷藏溫度下的強制存儲以及典型的短時貨架期等特性使乳清奶酪特別適合益生菌菌株的生長。

5 益生菌的未來發展

產品的酸度(pH)、溶氧水平、氧滲透、包裝產生的氧滲透、后酸化等會降低益生菌的存活力。由于嗜熱和耐熱微生物在處理和儲存過程中可以承受更高的溫度,更有利于生產。奶酪和牛奶生產過程中需要相對較高的溫度(45℃或以上),這些微生物具有很高的生物技術重要性。

據報道,微膠囊技術在產品的生產儲藏以及消化道的運輸中能夠使敏感的實驗室菌株緩解氧氣、冷凍和酸環境的脅迫。由于顯著提高益生菌的存活率的作用,微膠囊技術得到廣泛的關注。目前,幾種包材已經應用在乳制品中提高益生菌細胞的存活力。封閉性的包材包括海藻酸鹽、淀粉、卡拉膠、乳清蛋白及其組合制品。改性淀粉的增稠和膠凝作用能夠防止脫水作用,提高酸奶的感官特性。然而,益生菌微膠囊化的過程中存在兩方面的問題:體積和生存能力。后者對于微膠囊技術的選擇應用具有重要意義。

另一個提高益生菌存活力的方法是規范食品生產方式。尋找新型益生菌菌株改進功能性食品是至關重要的,同時也能夠滿足中國食品行業的要求。


來源:中國乳制品工業協會




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