乳酸菌發(fā)酵后處理工藝研究

◎ 張秉勝，李 錦，張永立

（1.中谷生物科技（大連）有限公司，遼寧 大連 116000；2.長春師范大學 生命科學學院，吉林 長春 130000）

1 國內(nèi)外乳酸菌制劑應(yīng)用情況

乳酸菌發(fā)酵劑是一種濃縮的發(fā)酵劑，其研究起源自中世紀初期，但直到20世紀60年代才有一些商業(yè)性的冷凍濃縮發(fā)酵劑出現(xiàn)。20世紀70年代中期，冷凍干燥濃縮乳酸菌發(fā)酵劑取得一定的發(fā)展，有了商業(yè)性的生產(chǎn)和應(yīng)用規(guī)模，冷凍干燥濃縮發(fā)酵劑含菌數(shù)較高，復(fù)水后具有較強的發(fā)酵活力，遺傳性較為穩(wěn)定，而且很容易儲藏，攜帶方便，使用較為安全[1]。乳酸菌發(fā)酵劑的真空冷凍干燥技術(shù)成為現(xiàn)代制備和保存生物材料的有效方法，凍干指的是冷凍和干燥技術(shù)，其有機結(jié)合有助于提高乳酸菌的存活率。液態(tài)發(fā)酵工藝所生產(chǎn)的微生物具有活性高，保存性好的特點，通過對比國內(nèi)外的發(fā)酵工藝發(fā)現(xiàn)，通過對發(fā)酵工藝自身的處理，采用復(fù)雜的不銹鋼攪拌發(fā)酵罐進行生產(chǎn)，再進行冷凍干燥處理，是提高乳酸菌儲存性和產(chǎn)品性能的關(guān)鍵。探討乳酸菌發(fā)酵的后處理工藝，能夠充分考慮動物菌群的實際特點以及液態(tài)發(fā)酵的具體方式，尋求微生物與環(huán)境的和諧關(guān)系，科學合理地使用乳酸菌達到最大化的生態(tài)效應(yīng)，并提升由乳酸菌所帶來的經(jīng)濟效益[2]。

2 乳酸菌的生產(chǎn)工藝及存在的問題

2.1 不耐高溫，貨架期短，生產(chǎn)成本高

乳酸菌不耐熱、不耐氧氣、不耐高溫，貨架期較短。在液態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)之后，乳酸菌的數(shù)量會逐漸減少，在液體環(huán)境下儲存乳酸菌會緩慢發(fā)酵，因此保質(zhì)期很短，酸度不斷增加，活性菌減少。

2.2 對菌種和發(fā)酵工藝研究不深入

乳酸菌作為對機體有益的生理性細菌具有營養(yǎng)和保健的功能，受到了相關(guān)領(lǐng)域的重視。對于乳酸菌的種類、繁殖時間、生產(chǎn)所需要溫度、保鮮技術(shù)、培養(yǎng)技術(shù)、保護劑材料、分批培養(yǎng)及未來發(fā)展等問題仍處于深入研究階段，有望在未來解決更高密度、高活性培養(yǎng)的難題，并能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)代化的發(fā)酵工藝，從而能簡化操作工藝，實現(xiàn)多維度保障[3]。

2.3 乳酸菌后處理工藝不深入

適合工業(yè)應(yīng)用的乳酸菌種類在逐漸增多，對于乳酸菌后處理工藝的研究正在不斷的深入，風味及口感的處理、營養(yǎng)價值的確定、保鮮技術(shù)和總體測定標準等都在不斷的完善。針對乳酸菌后處理工藝的深入探究，完善乳酸菌菌種篩選及后續(xù)發(fā)展，探討乳酸菌制備發(fā)酵時間、工藝、備料配方和綜合質(zhì)量等，將在單獨使用穩(wěn)定劑和綜合使用穩(wěn)定劑等各個領(lǐng)域都作出更好的貢獻。

3 乳酸菌后處理工藝

后處理工藝主要包括菌液濃縮和干燥工藝，通常做法是發(fā)酵液經(jīng)過離心或過濾得到菌泥，加入凍干保護劑進行真空冷凍干燥。針對保護劑的研究重點在于不同保護劑的使用效果以及篩選更好的保護劑成分。后處理工藝還包括包被技術(shù)：①前包被，即在發(fā)酵同時加入囊材，使乳酸菌在微囊內(nèi)進行發(fā)酵。②后包被，即將乳酸菌發(fā)酵液或菌粉與包衣材料結(jié)合進行包被、干燥處理。

為了提高乳酸菌發(fā)酵劑的生物活性，促進乳酸菌發(fā)酵并在其發(fā)酵后進行工業(yè)性保護，選擇凍干效果較好的保護劑作為探索和研究的載體，是分析乳酸菌發(fā)酵后凍干工藝的基礎(chǔ)，從而確定最佳的保護工藝和保護劑體系。對作為發(fā)酵劑后處理工藝的凍干技術(shù)進行優(yōu)化已成為當前發(fā)酵行業(yè)的主流研究方向，而乳酸菌活菌凍干技術(shù)則是該方向的核心。受凍干技術(shù)的冷凍干燥影響，發(fā)酵劑的活菌存活率、發(fā)酵活力、隱蔽性等都將成為該研究的關(guān)鍵，這對探索乳酸菌保護劑的凍干工藝具有十分重要的意義。

4 乳酸菌發(fā)酵后處理組合工藝建議

4.1 微囊包被發(fā)酵

乳酸菌在加工和運輸過程中易失活，進入動物消化道后大多數(shù)難以耐受胃酸、膽汁酸及胰液等的作用，并不能以足夠的數(shù)量到達腸道定植發(fā)揮益生性能。為解決這一問題，可采用微膠囊前包被技術(shù)對乳酸菌進行保護。

單層微膠囊的制備：無菌條件，取無菌處理后的海藻酸鈉溶液，加入待包被處理的微生物種子液（乳酸菌發(fā)酵液），混合均勻；將上述得到的混合液混入經(jīng)無菌處理的氯化鈣溶液中，攪拌均勻并固化，過濾，濾渣為單層微膠囊菌。

與傳統(tǒng)包被技術(shù)相比，微囊包被發(fā)酵所采用的工藝包埋率高，微膠囊中產(chǎn)品活菌含量高 （≥1011CFU·g-1）；具有良好的流動性和分散性，顆粒大小均勻（300～500 μm）、形態(tài)良好，易與其他原料混合均勻，便于添加；產(chǎn)品常溫儲存穩(wěn)定性能良好，貨架期長；對80 ℃高溫、胃酸和膽鹽的耐受性強；對病原菌有良好的抑制作用。在飼料中添加本產(chǎn)品可降低斷奶仔豬腹瀉發(fā)生率，提高畜禽生產(chǎn)性能，可替代或部分替代飼用抗生素，提升畜產(chǎn)品安全性和畜產(chǎn)品品質(zhì)[4]。

4.2 發(fā)酵液儲藏

乳酸菌的發(fā)酵后儲藏是乳酸菌產(chǎn)品性能保持穩(wěn)定的關(guān)鍵指標。利用沉淀池、離心機、真空濃縮設(shè)備和噴霧干燥設(shè)備等排除不穩(wěn)定品質(zhì)的設(shè)備，采用蔗糖、乳糖、葡萄糖、麥芽、山楂、山梨醇和磷酸鈉等凍干保鮮劑，對成型乳酸菌進行生化處理，以達到食品級的穩(wěn)定性。采用乳酸菌發(fā)酵后的凍干方法，將不同凍干保護劑的菌懸液分裝于小型凍干瓶中，時間12 h，保證乳酸菌凍干粉完全冷卻，6 h左右逐漸升溫，直至溫度達到15 ℃，產(chǎn)品含水量可達1.5%～2.5%。

4.3 加保護劑真空冷凍干燥

針對乳酸菌凍干保護機理，應(yīng)考慮乳酸菌發(fā)酵后的處理工藝，在乳酸菌凍干前添加保護介質(zhì)以減少其過度損傷，有選擇地提高乳酸菌凍干后的存活率。乳酸菌發(fā)酵后添加保護劑，乳酸桿菌和雙歧桿菌能夠明顯激活巨噬細胞的吞噬功能；乳酸菌培養(yǎng)階段的主要目的，是提高培養(yǎng)液單位體積內(nèi)的含菌數(shù)，選擇特定的培養(yǎng)方法和化學中和方法，給予乳酸菌以適宜的培養(yǎng)基，并加入凍干保護劑，以便于不影響乳酸菌在凍干過程中的成活率。例如，添加甘油和硫酸的實驗結(jié)果表明，二者有很好的抗凍效果[5]。

保護劑分為低分子化合物和高分子物質(zhì)2種，低分子化合物保護劑又分為酸性物質(zhì)、中性物質(zhì)和堿性物質(zhì)等不同的保護劑。不同的保護劑類型對微生物的保護作用不同，其化學結(jié)構(gòu)與保護效果有非常密切的關(guān)系。不穿透細胞膜的大分子物質(zhì)，有較強的親水特性，保護及利用氫鍵和親水基，形成穩(wěn)定的水分子層，從而阻礙膜內(nèi)結(jié)合水向外轉(zhuǎn)移，保護細胞結(jié)構(gòu)[1]。

5 結(jié)語

乳酸菌的發(fā)酵工藝和乳酸菌制備過程中的凍干工藝均有助于乳酸菌發(fā)酵后的處理，按照多年來的工作經(jīng)驗，總結(jié)其處理工藝的原則和過程，有助于改善乳酸菌發(fā)酵流程，使其更加具有活性和穩(wěn)定性。

乳酸菌微生態(tài)制劑對于很多領(lǐng)域均有重要的意義，是一條高效、無害、無污染的新發(fā)展之路。科學總結(jié)乳酸菌發(fā)酵處理工藝并對其進行研究，有助于在下一步通過直接的化學反應(yīng)和生物反應(yīng)，進一步促進微生物的全面提升。

本文通過多個角度分析乳酸菌發(fā)酵處理工藝，從而能夠?qū)ο嚓P(guān)領(lǐng)域內(nèi)的研究提供一定的理論參考，為進一步研究乳酸菌發(fā)酵和生產(chǎn)工藝流程打下更好的基礎(chǔ)。