1.发酵剂的概念及种类

(1)概念

发酵剂是指生产酸乳制品及乳酸菌制剂时所用的特定微生物培养物,内含一种或多种活性微生物,它的质量优劣与发酵乳产品质量关系密切。

(2)种类

通常用于乳酸菌发酵的发酵剂可按下列方式分类。

①按制备过程分类。

商品发酵剂:即一级菌种,又称乳酸菌纯培养物。实际上指从专业发酵剂公司或有关研究所购买的原始菌种。它一般多接种在脱脂乳、乳清、肉汁或其他培养基中,或者用冷冻升华法制成一种冻干菌粉。

母发酵剂:母发酵剂经一级菌种的扩大再培养,是商品发酵剂的初级活化产物,是生产发酵剂的基础,即在酸乳生产厂用商品发酵剂制得的发酵剂。

生产发酵剂:生产发酵剂即母发酵剂的扩大培养,也称工作发酵剂,是用于发酵乳实际生产的发酵剂。

②按发酵剂中微生物的种类分类。

混合发酵剂:含有两种或两种以上菌种的发酵剂按一定比例混合而成,如传统酸乳发酵剂就是由保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌按1∶1或1∶2比例混合的酸乳发酵剂。日本有名的发酵乳“Yakult”生产所用发酵剂是由嗜酸乳杆菌、干酪乳杆菌和双歧杆菌组合而成。

单一发酵剂:只含有一种微生物的发酵剂。使用时,先单独活化,然后再与其他种类的菌种按比例混合使用。

单一发酵剂的优点有很多,一是容易继代,且便于保持、调整不同菌种的使用比例;二是在实际生产中便于更换菌株,特别是在引入新型菌株时非常方便;三是便于进行选择性继代,如在果味酸乳生产中,可以先接种球菌,一段时间后再接种杆菌;四是能减弱菌株之间的共生作用,从而减慢产酸的速度;五是单一菌种在冷藏条件下容易保持性状,液态母发剂甚至可以数周活化一次。

③按发酵剂产品形式分类。

可分为液态、粉状(或颗粒状)及冷冻状三种形式。

液态发酵剂:液态发酵剂中的母发酵剂、中间发酵剂一般由乳品厂化验室制备,而生产用的工作发酵剂由专门发酵剂室或酸乳车间生产,所用培养基为脱脂乳粉,干物质含量一般控制稍高,必要时可添加生长促进因子,工作发酵剂的培养基必要时也可使用原料乳。

但由于液态发酵剂价格比较便宜,品质不稳定且容易受污染,已经逐渐被大型酸乳厂家淘汰。

粉状(或颗粒状)发酵剂:粉状发酵剂是通过冷冻干燥培养到最大乳酸菌数的液态发酵剂而制成的。冷冻干燥发酵剂是在真空下进行的,因此能最大限度减少对乳酸菌的破坏。

冷冻干燥发酵剂一般在使用前再接种制成母发酵剂。但使用浓缩冷冻干燥发酵剂时,可将其直接制备成工作发酵剂,不需进行中间扩培过程。与液态发酵剂相比,冷冻干燥发酵剂具有以下优点:良好的保存质量;定性更好和乳酸菌活力更强;因接种次数减少,降低了被污染的机会。

一次未用完的发酵剂,应在无菌条件下将开口密封好,以免污染。然后放入冷冻的冰柜中,并尽快用完。

冷冻发酵剂:冷冻发酵剂是通过冷冻浓缩乳酸菌生长活力最高点时的液态发酵剂而制成的,包装后放入液氮罐中。超浓缩冷冻发酵剂也属于冷冻发酵剂,是在乳培养基中添加了生长促进剂,由氨水不断中和产生的乳酸,最后用离心机来浓缩菌种。浓缩发酵剂单个滴在液氮罐中由于冷冻作用而形成片种,然后存于-196℃液氮中。

一般来讲,一次性发酵剂来源稳定,在其价格能接受时,可以选择一次性发酵剂。若发酵剂来源不稳定,考虑到价格因素而又不仅仅依赖于一次性发酵剂,以不使用一次性发酵剂为好。

2.菌种的选择

菌种的选择对发酵剂的质量起着重要作用,应根据生产目的不同选择适当的菌种。同时对菌种发育的最适温度、耐热性、产酸力以及是否产生黏性物质等尤其要特别注意。一般选用两种或两种以上的发酵剂菌种混合使用,相互产生共生作用。通常选用的基本菌种是嗜热链球菌和保加利亚杆菌,以及乳酸链球菌等。但根据目的不同可以追加其他乳酸菌,如:为了提高酸奶的保健作用,追加嗜酸乳杆菌和双歧杆菌等功能菌,增加这些菌在肠道的定殖能力;为了增加产品的营养和生理价值,可以添加能合成维生素的特殊菌,特别是合成B族的乳酸菌,如能合成维生素B12的谢氏丙酸杆菌,能合成维生素B12和维生素B2的明串珠菌,能合成烟酸、维生素C、维生素B12的嗜酸乳杆菌等;为了改善产品的风味,可添加双乙酰乳链球菌或明串珠菌,属于产香菌;为了改善产品的硬度,可添加能产生黏性物质的乳链球菌变种;为增强对生长阻碍物质(特别是青霉素)的抗性,可添加乳酸片球菌。菌种配合时一般是嗜热链球菌和保加利亚杆菌按1∶1比例配合,乳酸链球菌与保加利亚杆菌以4∶1配合,常用作发酵乳的发酵剂菌种。

选择质量优良的发酵剂应从以下几方面考虑。

(1)产酸能力

不同的发酵剂产酸能力会有很大的不同。判断发酵剂产酸能力的方法有两种,即测定酸度和产酸曲线。产酸能力过强的发酵剂在发酵过程中容易导致产酸过度和后酸化过强,而产酸能力弱的发酵剂在生产中产酸过慢,发酵时间过长,容易导致杂菌污染,所以生产中一般选择具有适度产酸能力的发酵剂。

(2)后酸化

后酸化是指酸乳生产终止发酵后,发酵剂菌种在冷却和冷藏阶段仍能继续缓慢产酸,它包括三个阶段:从发酵终点(42℃)冷却到19℃或20℃时酸度的增加;从19℃或20℃冷却至10℃或12℃时酸度的增加;在冷库中冷藏阶段酸度的增加。酸乳生产中应选择后酸化尽可能弱的发酵剂,以便控制产品质量。

(3)产香性

一般酸乳发酵剂产生的芳香物质为乙醛、丁二酮、丙酮和挥发性酸。评价方法有:

①感官评价。

进行感官评价时应考虑样品的温度、酸度和存放时间对品评的影响。品尝时样品温度应为常温,因为低温对味觉有阻碍作用;酸度不能过高,酸度过高会将香味完全掩盖;样品要新鲜,用生产24~48 h内的酸乳进行品评为佳,因为这段时间是滋味、气味和芳香味的形成阶段。

②挥发性酸的量。

通过测定挥发性酸的量来判断芳香物质的产生量。挥发性酸含量越高就意味着产生的芳香物质含量越高。

③乙醛生成能力。

乙醛是形成酸乳的典型风味的主要因素之一,不同的菌株产生乙醛的能力不同,因此,乙醛生成能力是选择优良菌株的重要指标之一。

④黏性物质的产生。

发酵剂在发酵过程中产黏有助于改善酸乳的组织状态和黏稠度,特别是酸乳干物质含量不太高时显得尤为重要。但一般情况下产黏发酵剂往往对酸乳的发酵风味会有不良影响,因此选择这类菌株时最好和其他菌株混合使用。

⑤蛋白质的水解性。

乳酸菌的蛋白水解活性一般较弱,如嗜热链球菌在乳中只表现很弱的蛋白水解活性,保加利亚乳杆菌则可表现较高的蛋白水解活性,能将蛋白质水解,产生大量的游离氨基酸和肽类。

3.发酵剂制备过程

普通酸乳发酵剂在制备时,需要在酸乳生产厂家单独设菌种生产车间,以完成以下工艺过程。

纯菌→活化→扩大培养→母发酵剂→中间发酵剂→工作发酵剂

(1)培养基的选择与制备

①培养基的选择。

培养基选择原则上应与产品原料相同或类似,乳制品发酵剂培养基原料通常选用优质、新鲜、无污染、无抗生素的脱脂乳、全乳或还原乳,干物质含量为10%~12%。

一般情况下,生产发酵剂(工作发酵剂)培养基可使用高质量无抗生素残留的脱脂乳粉或全脂乳制备;母发酵剂和中间发酵剂培养基最好不使用全脂乳,因为游离脂肪酸抑制发酵菌种的增殖,菌种活化应使用脱脂乳做培养基。(www.daowen.com)

②培养基的制备。

用作菌种活化培养基的原料乳通常采用高压灭菌(121℃,15~20 min)或间歇灭菌(100℃,30 min连续3 d灭菌)。母发酵剂和中间发酵剂培养基的原料乳一般采用105℃,15~20 min杀菌,经无菌检验(30℃,2 d)合格方可使用。生产发酵剂(工作发酵剂)培养基一般采用95℃、60 mim或100℃、30~60 min杀菌,因为高温高压灭菌易使原料乳产生褐变和蒸煮不良气味。

(2)菌种的活化与扩大培养

菌种的活化与扩大培养工艺流程:

脱脂乳→灭菌→冷却→接种→恒温培养一冷却保存

无菌取出适量菌种,立即接入最适温度的培养基中。恒温下培养,待培养物各项指标(凝乳情况、酸度等)符合该菌种发酵指标,即可终止培养,冷却保存备用。菌种经反复移植活化和扩大培养,活力达到发酵需要,即可用于调制母发酵剂。

①乳酸菌纯培养物的活化。

商品发酵剂由于保存温度与保存时间的影响,在初次使用时应反复活化几次才能恢复活力。

②母发酵剂和中间发酵剂的制备。

母发酵剂和中间发酵剂的制备需在严格的卫生条件下操作,制作间最好有经过过滤的正压空气,操作前小环境要用400~800 mg/L的次氯酸钠溶液喷雾,操作过程应尽量避免杂菌污染。每次接种时容器口端最好用200 mg/L的次氯酸钠溶液浸湿的干净纱布擦拭,以防止噬菌体的污染。

母发酵剂一次制备后可置于0~-6℃冰箱中保存。对于混合菌种,每周活化一次即可。考虑到母发酵剂在活化过程中可能会带来杂菌、酵母、霉菌或噬菌体的污染,为保证产品质量,应定期更换它,一般最长不超过1个月。

(3)工作发酵剂的制备工艺(图3-4-1)

图3-4-1　工作发酵剂的制备流程

发酵剂的制备是乳品厂中最困难也是最主要的工艺之一。因此,厂家必须慎重地选择发酵剂的生产工艺及设备。发酵剂的制备要求极高的卫生条件,要把可能传染的酵母菌、霉菌、噬菌体的污染风险降低到最低限度,母发酵剂应该在有正压和配备空气过滤器的单独房间中制备。对设备的清洗系统也必须仔细地设计,以防清洗剂和消毒剂的残留物与发酵剂接触而污染发酵剂。中间发酵剂和生产发酵剂可以在离生产近一点的地方或在制备母发酵剂的房间里制备,发酵剂的每一次转接最好在无菌条件下操作。

中间发酵剂和生产发酵剂的制备工艺与母发酵剂的制备工艺基本相同,主要包括以下几个步骤:

①培养基的热处理。

把培养基加热到90~95℃,并在此温度下保持30~45 min。

②冷却至接种温度。

将杀菌后的培养基冷却到接种温度,接种温度根据所使用的发酵剂类型确定。可以按照商品发酵剂生产推荐的温度,也可以根据经验决定最适温度。

③接种。

培养基冷却到所需温度后,就可以加入定量的菌种。接种量要根据实际生产进行确定,而且接种要在无菌条件下进行操作。接种量的不同也会影响产生乳酸和芳香物质的比例。

④保温培养。

当接种结束,发酵剂与培养基混合后,细菌就开始增殖,培养时间由发酵剂中微生物类型、接种量等决定,一般为3~20 h,培养过程中要严格控制培养温度。发酵剂中球菌和杆菌的比例对培养温度有一定的影响,二者比例为4∶1时温度要控制在40℃左右,2∶1时是45℃,1∶1时约为43℃。菌种在这个阶段快速增殖,同时发酵乳糖产生乳酸;产香菌还会产生芳香物质,如丁二酮、乙醛等。乙醛是酸乳中风味物质的主要部分,保加利亚乳杆菌产生乙醛的能力比较强。嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌的共生作用能影响乙醛的产生。一般酸乳的pH值达到5时才有明显的乙醛产生;pH值为4.2时,乙醛含量最高。当乙醛含量为23~41 mg/kg及pH值在4.4~4.0时,酸乳的香味和风味最佳。因此,在酸乳生产中以2.5%~3%的接种量和2~3 h的培养时间,球菌∶杆菌=1∶1的比率,最适接种和培养温度为43℃为宜。

⑤冷却。

当发酵剂达到预定酸度后要及时进行冷却,冷却可以阻止细菌继续生长,以保证发酵剂具有较高的活力。

当发酵剂能在接种的6 h之内使用,冷却到10~20℃即可,否则需要冷却到5℃以下。在实际生产中,尤其是大规模生产时,为了能用到活力较强的发酵剂,最好每隔4 h制备一次发酵剂,既有利于安排生产,也能保证酸乳成品的质量。

⑥贮存。

为了更好地保存发酵剂的活力,对贮存方法已经进行了大量的研究工作。用液氮冷冻到-160℃来保存发酵剂,效果很好,而且在适当的温度下还能保存很长时间,如浓缩发酵剂、深冻发酵剂、冻干发酵剂等。深冻发酵剂比冻干发酵剂需要更低的贮存温度,而且最好用装有干冰的绝热塑料盒包装运输,时间不能超过12 h;而冻干发酵剂在20℃条件下运输10 d也不会缩短保质期,但是,购买者收到货后最好在建议的温度下贮存。

4.发酵剂的质量控制

(1)发酵剂的质量要求

乳酸菌发酵剂的质量,必须符合下列各项要求。

①凝块硬度适当,富有弹性,组织均匀一致,表面无变色、色裂、气泡及乳清分离现象。

②具有优良的酸味和风味,不得有腐败味、苦味、饲料味及酵母味等。

③凝块粉碎后,质地均匀,细腻滑润,略带黏性,不含块状物。活力测定时(酸度、感官、挥发酸、滋味)符合规定标准。

(2)发酵剂的质量检查

发酵剂的质量直接关系到成品质量,必须实行严格的检查制度。常用的检查方法如下:

①感官检查。

首先观察发酵剂的质地、组织状况、色泽及乳清析出情况;其次触摸凝乳的硬度、弹性及黏度;最后品尝酸味是否正常及有无异味。

②化学性质检查。

主要检查滴定酸度(°T),以90~110°T或0.8%~1%(乳酸度)为宜。如果滴定酸度达到0.8%以上,则可认为发酵剂活力良好。

③细菌检查。

包括测定总菌数、活菌数和杂菌总数、大肠菌群。

④发酵剂活力测定。

发酵剂的活力可以利用乳酸菌的繁殖产酸和色素还原等现象来评定,常用的活力测定方法如下:

酸度测定:向灭菌脱脂乳中加入3%的发酵剂,在37.8℃的恒温箱中培养3.5 h。然后测定其酸度,酸度达0.8%以上认为较好。

刃天青还原试验:在9 mL脱脂乳中加入1 mL的发酵剂和0.005%的刃天青溶液1 mL,在36.7℃的恒温箱中培养35 min以上,如完全褪色则表示活力良好。