1 微生物发酵技术对酸奶口感的优化

1.1 微生物菌种的选择与组合

微生物菌种的选择与组合在酸奶发酵过程中至关重要，直接影响最终产品的口感和质地。酸奶主要由乳酸菌发酵而成，其中最常用的菌种包括嗜热链球菌(Streptococcus thermophilus)和保加利亚乳杆菌(Lactobacillus delbrueckiisubsp.bulgaricus)。这两种菌种在发酵过程中起到协同作用，产生乳酸，使牛奶凝固，形成酸奶独特的质地和风味。

乳酸菌是酸奶发酵的核心菌种，其选择直接关系到酸奶的风味和质地。嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌在酸奶发酵中发挥了重要作用。嗜热链球菌主要负责乳糖的初步发酵，产生乳酸，降低牛奶的pH值，使得保加利亚乳杆菌在较低的pH环境中发挥作用，进一步发酵乳糖，并产生更多的乳酸和风味物质。保加利亚乳杆菌还能产生一定量的乙醛，这是酸奶中重要的风味成分之一。近年来，越来越多的研究关注其他乳酸菌种类的应用，如瑞士乳杆菌(Lactobacillus helveticus)、酪酸菌(Lactobacillus casei)和干酪乳杆菌(Lactobacillus rhamnosus)等。这些乳酸菌不仅能增强酸奶的风味，还能增加其功能性成分，如益生菌的数量，从而提高酸奶的健康效益。例如，瑞士乳杆菌能够分解牛奶中的蛋白质，产生丰富的肽类和氨基酸，提升酸奶的风味和营养价值。

除了乳酸菌外，双歧杆菌(Bifidobacterium)等益生菌的加入也逐渐成为酸奶发酵中的重要因素。双歧杆菌在肠道健康中扮演着重要角色，其在酸奶中的应用不仅能改善产品的营养价值，还能赋予酸奶更多的健康功能。双歧杆菌能够耐受胃酸和胆盐，定植于肠道内，抑制有害菌的生长，促进肠道健康。此外，酵母菌在酸奶中的应用也受到重视。酵母菌在发酵过程中能够产生二氧化碳和酒精，赋予酸奶独特的气泡感和风味。不同菌种的组合发酵能够形成复合发酵体系，进一步丰富酸奶的口感层次。

菌种的组合对酸奶的最终品质有显著影响，不同菌种的搭配不仅影响发酵速度，还会影响酸奶的风味和质地。研究表明，通过调整嗜热链球菌与保加利亚乳杆菌的比例，可以优化酸奶的酸度和质地。增加嗜热链球菌的比例可以加快酸奶的酸化速度，而增加保加利亚乳杆菌的比例则可以增强酸奶的风味和厚重感。菌种组合的优化还包括双歧杆菌与乳酸菌的联合应用。双歧杆菌与乳酸菌的协同作用可以改善酸奶的质地，使其更为细腻和顺滑。同时双歧杆菌能够分解复杂的碳水化合物，产生更多的短链脂肪酸，提高酸奶的健康功能。在酸奶中不同菌种的作用和化学变化如表1所示，这些菌种不仅在化学变化中各自发挥作用，还能通过相互协同进一步提升产品的整体品质。通过合理选择和组合微生物菌种，调控其发酵条件，可显著优化酸奶的口感和营养价值。

1.2 发酵工艺的优化

发酵工艺的优化在酸奶生产中起着至关重要的作用。优化的工艺不仅可以提升酸奶的口感和质地，还能改善其营养成分和功能性。发酵工艺的优化主要包括发酵温度和时间的控制、搅拌与冷却工艺的调整以及添加剂和辅料的使用。

发酵温度和时间是影响酸奶品质的关键参数。不同的温度和时间组合会影响乳酸菌的生长速度和代谢产物的生成，从而影响酸奶的酸度、质地和风味。乳酸菌在一定的温度范围内具有最佳活性，通常嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌的最佳发酵温度为42～45 ℃。在这一温度范围内，乳酸菌能够快速生长和繁殖，产生足够的乳酸，使牛奶凝固形成酸奶。较高的发酵温度(45 ℃)可以加快乳酸菌的代谢速度，使酸奶在较短时间内达到所需的酸度。过高的温度可能导致乳酸菌过早死亡，影响酸奶的质地和风味，因此需要在高效发酵和菌种存活之间找到平衡点。发酵时间的长短直接影响酸奶的酸度和质地，通常发酵时间控制在4～8 h。在发酵初期，乳酸菌迅速繁殖，乳酸浓度迅速上升，pH值迅速下降。在此阶段，适当延长发酵时间可以增加酸奶的酸度，改善其口感和质地。过长的发酵时间可能导致酸度过高，影响酸奶的口感和质地。实验研究发现，在42 ℃下发酵6 h，可以获得酸度适中、质地良好的酸奶。这一组合在实际生产中被广泛应用，但具体的发酵时间和温度仍需根据实际生产条件和消费者口味需求进行调整。

搅拌是酸奶发酵过程中不可或缺的一个环节，适度搅拌可以均匀分布乳酸菌，提高发酵效率，同时避免酸奶表面形成厚厚的凝固层。过度搅拌可能破坏酸奶的凝胶结构，影响其质地和口感。需要根据酸奶的黏度和发酵状态，优化搅拌速度和时间。发酵完成后，迅速冷却是稳定酸奶品质的关键步骤。快速降温可以抑制乳酸菌的继续代谢，稳定酸奶的酸度和质地。通常发酵结束后，酸奶需要迅速降温至4 ℃以下，并保持冷藏储存。冷却过程中，应避免过度搅动，以防破坏酸奶的凝胶结构。

在发酵过程中，合理使用添加剂和辅料可以进一步改善酸奶的口感和营养价值。例如，添加果胶、卡拉胶等稳定剂与乳蛋白相互作用，可以形成稳定的凝胶网络结构，提高酸奶的黏稠度和质地稳定性。通常稳定剂的添加量控制在0.1%～0.5%，根据具体产品需求进行调整。在酸奶发酵过程中，添加益生菌制剂可以增加产品的功能性，提升其健康价值。例如，双歧杆菌和乳酸菌的联合使用，可以增强酸奶的肠道健康功能。益生菌制剂的添加量通常控制在107～109CFU·g-1。

2 微生物发酵技术对酸奶营养价值的提升

2.1 发酵过程中的营养成分变化

酸奶在发酵过程中，营养成分发生了显著的变化，这些变化不仅提升了酸奶的营养价值，还增强了其健康功能。这些变化主要体现在乳糖降解与乳酸生成、蛋白质和氨基酸含量的变化以及维生素和矿物质的增加等方面(图1)。

(1)乳糖降解。

乳糖是牛奶中的主要碳水化合物，对于一些乳糖不耐受的消费者来说，乳糖的存在可能引起肠胃不适。在发酵过程中，乳酸菌如嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌利用乳糖作为能源，将其分解为葡萄糖和半乳糖，并进一步发酵生成乳酸。这一过程不仅降低了乳糖的含量，使得乳糖不耐受者也能够享用酸奶，还生成了乳酸，从而赋予酸奶独特的酸味，并通过降低pH值抑制有害微生物的生长，延长了酸奶的保质期。

(2)蛋白质分解。

牛奶中的蛋白质主要是酪蛋白和乳清蛋白，在乳酸菌的作用下被分解为多肽和氨基酸。这些小分子蛋白质分解产物不仅更易于被人体消化吸收，还显著提高了酸奶的营养价值。蛋白质分解过程会产生一些人体无法自行合成必须通过饮食摄取的氨基酸，如赖氨酸和亮氨酸，因此大大提升了酸奶的营养功能。

(3)维生素和矿物质含量变化。

乳酸菌的代谢活动能合成多种维生素，特别是B族维生素，如维生素B2和维生素B12，这些维生素在发酵过程中有所增加，进一步提升了酸奶的营养价值。维生素B2有助于维持正常的能量代谢，而维生素B12则对红细胞的生成和神经系统的正常功能至关重要。同时，发酵过程中乳酸的生成导致pH值下降，有助于提高矿物质如钙和镁的溶解度。这些矿物质在酸性环境中更容易被溶解和吸收，从而提高了它们的生物利用度。这意味着相比未发酵的牛奶，人体能够更有效地吸收发酵后的酸奶中的矿物质，尤其是钙，这对骨骼健康有重要作用。

2.2 功能性成分的增加

酸奶发酵过程中，通过合理选择发酵菌种、优化发酵条件和添加适当的辅料，可以显著提升益生菌、抗氧化物质、短链脂肪酸和生物活性肽等功能性成分的含量。

(1)选择具有较高增殖能力和耐酸性的乳酸菌和双歧杆菌，如Lactobacillus acidophilus和Bifidobacteriumlactis，可提升酸奶中的益生菌数量。控制发酵温度在37～42 ℃，并保持pH值在4.5～5.0，可以促进益生菌的生长和繁殖。此外，在发酵过程中添加益生菌制剂，可以提高初始菌浓度，确保发酵结束时益生菌的数量在109CFU·g-1以上。通过这些方法，可以有效增加酸奶中益生菌的含量，增强其肠道健康功能。

(2)增加抗氧化物质的关键在于优化发酵时间和添加抗氧化前体物质。发酵时间应控制在6～8 h，以确保乳酸菌能够充分代谢，生成更多的抗氧化肽和酚类化合物。在发酵基质中添加富含抗氧化前体物质的成分，如大豆蛋白和茶多酚，可以显著提高抗氧化物质的含量。通过适当的菌种选择和发酵条件的控制，能够最大限度地增加酸奶中的抗氧化物质，从而提升其抗氧化能力和健康价值。

(3)短链脂肪酸的增加主要通过选择适宜的菌种和提供合适的底物来实现。使用长双歧杆菌(Bifidobacterium longum)和植物乳杆菌(Lactobacillusplantarum)等能够代谢碳水化合物生成短链脂肪酸的菌种；在发酵基质中添加可发酵的膳食纤维，如低聚果糖和菊粉，作为短链脂肪酸生成的底物，均可以显著提升短链脂肪酸的含量。短链脂肪酸在肠道健康和代谢调节中发挥重要作用，通过选择合理的菌种和添加底物，可以有效提高酸奶的健康功能。

(4)生物活性肽具有抗高血压、抗菌、抗氧化和免疫调节功能，使用特定的菌种组合、优化蛋白质源和控制发酵条件可增加生物活性肽含量。选择具有高蛋白酶活性的乳酸菌，如Lactobacillus helveticus和Lactobacillus casei，可以有效促进生物活性肽的生成。在发酵基质中添加高质量的蛋白质源，如乳清蛋白和酪蛋白，可以确保充分的底物供给。通过控制发酵温度和时间，确保蛋白质在最适条件下被水解，可以最大限度地增加生物活性肽的含量。

3 结语

合理选择和组合乳酸菌和双歧杆菌等微生物菌种，优化发酵温度、时间及工艺条件，可以显著提升酸奶的口感和营养价值。在发酵过程中，微生物菌种通过代谢活动，显著增加了酸奶中益生菌、抗氧化物质、短链脂肪酸和生物活性肽等功能性成分的含量。这些功能性成分不仅提高了酸奶的营养价值，还赋予了其多种保健功能。未来的研究应进一步探索不同菌种组合和发酵条件对功能性成分生成的影响，以实现酸奶产品的持续改进和创新，从而更好地满足消费者对高品质乳制品的需求。