微生物与乳品发酵
陈倩仪
广东第二师范学院 11生物科学B班 11550804007
摘要:乳是最接近完善的的食品，是哺乳动物离开母体后必须依靠的最安全最营养的食品。因此，乳及乳制品亦是人们生活中常见的营养品之一。本文主要叙述了乳品的种类，乳品中微生物的种类。还简单介绍了乳品发酵剂，几种发酵乳制品，以及这几种乳制品的生产工艺流程。
关键词：微生物；乳品；发酵剂；乳制品 中图分类号：Q815；TS252 文献标识码:A
乳是从哺乳动物乳腺分泌出来的、白色或稍带黄色的、具有生理作用与胶体特性的液体，其主要成分包括水分、脂肪、蛋白质、乳糖、盐类、维生素、酶类、气体等。发酵乳制品是指以牛或其他牲畜的原乳、浓缩乳、乳粉和食品添加剂为原料，加入特定的乳酸菌或酵母菌及其他发酵剂，及发酵后制成的乳制品。目前全世界发酵食品总产值的约20%属于发酵乳制品。
1. 乳品种类 1.1. 牛乳[1]
牛乳是母牛分娩以后，为给犊牛提供生长所需营养，是动物出生后短时间内唯一的食物。其中含有水分、蛋白质、脂肪、碳水化合物、无机盐、磷脂类、维生素、酶、免疫体、色素、气体及动物体所需要的各种微量成分。
牛乳的蛋白质主要是含磷蛋白质——酪蛋白，含率平均2.9%；也含白蛋白及球蛋白，这3种蛋白质都含全部必需氨基酸。
牛乳的脂肪主要是棕榈酸、硬脂酸的甘油酯，也含少量低级脂肪酸如丁酸、己酸、辛酸，色素等；牛乳中的糖主要是乳糖，胆甾醇，色素等。牛乳中的灰分有钙、磷、铁、镁、钾、钠等。
1.2. 马乳[2]
在所有可利用的畜乳中，马乳的组成最接近人乳。马乳虽然蛋白质、脂肪较牛乳低，但乳糖含量比牛乳高30%左右，因此发酵能产生更多的酒精和其他风味物质。风味浓郁而强烈的马奶酒和马乳的组成成分有关。
马乳不能被凝乳酶凝固（因为马乳中κ-酪蛋白浓度较低，钙与酪蛋白的相互作用较弱，而且马乳的pH较高），因此，目前世界上还没有马乳干酪。
1.3. 山羊乳[2]
山羊乳一个独特的性质就是具有所谓的山羊骚味，目前，大多数认为与脂肪酸组成有关，特别是呈游离状态的低级挥发性脂肪酸。山羊乳的热稳定性和酒精稳定性低于牛乳。
优质的山羊乳干酪常用山羊乳或山羊乳与绵羊乳的混合乳制成。原料乳的脂肪酸组成不同赋予了山羊乳干酪独特的风味。成熟的山羊乳干酪具有辛辣的气味。且山羊乳缺乏胡萝卜素，因而制成的干酪颜色发白。
1.4. 牦牛乳[2]
牦牛乳脂肪含量较牛乳高。我国大多数牦牛乳在家庭用于奶茶、奶油、奶饼、酸奶的制备。在尼泊尔，牦牛乳主要用于制备干酪。牦牛乳也用于制作奶酒。
1.5. 骆驼乳[2]
在世界上的干旱地区，骆驼乳是乳的主要来源。饮水充足与否是影响驼乳组成的一个重要因素。当骆驼饮水充足时，驼乳中水分为84%～86%；当缺乏饮水时，驼乳中水分可达90%。骆驼的这一特性使其特性在干旱缺水时，母骆驼能将体内水分转移到乳中以供给幼子。
用骆驼乳制备奶油不同于用牛乳制备，由于骆驼乳脂肪不易分离，一般奶油出率很低。骆驼乳中胡萝卜素含量较低，因此骆驼乳比较白。骆驼乳是干旱和半干旱地区居民非常珍贵的食物，大多以鲜乳形式饮用，剩余的经自然发酵（25～30℃）制成酸奶。土库曼斯坦有用骆驼乳制造泡沫性奶酒。
2. 乳品中的微生物[1]
牛乳营养非常丰富，是一种营养比较完全的食品。鲜牛乳中固体物平均含量为12.5%，其中脂肪占3.8%，蛋白质占3.5%，乳糖占4.5%，灰分占0.7%。它们是各种微生物的优良培养基。因此，牛乳及其制品非常容易引起变质和病原微生物的传播，常见的微生物包括有细菌、酵母菌、霉菌等三大类。
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2.1. 鲜牛乳中的微生物 2.1.1. 乳酸菌
乳酸菌是能使碳水化合物分解产生乳酸的细菌，乳酸菌又可分为同型发酵的乳酸菌和异型发酵的乳酸菌。发酵乳糖只能产生乳酸的乳酸菌是同型发酵乳酸菌，而发酵乳糖产生乳酸并同时产生酒精、乙酸、二氧化碳等产物的乳酸菌是异型发酵乳酸菌。在乳中常见的乳酸菌有以下几种：乳链球菌、粪链球菌、液化链球菌、嗜酸链球菌。
2.1.2. 肠杆菌科
由于大肠菌群很容易从母牛的肠道中分离到，所以检测原料乳和乳制品的大肠菌群的作用是非常有限的。为了检验巴氏杀菌的效果，一般在巴氏消毒奶、奶油和其他乳制品中检测是否残留大肠菌群和磷酸酶。若两者都呈阳性，则说明巴氏杀菌操作不当；若大肠菌群结果为阳性，而磷酸酶的结果为阴性，则可说明巴氏消毒后产品被污染了。在乳中常见的肠杆菌群有以下两种：埃希氏菌属、产生气体菌。
2.1.3. 丙酸菌
丙酸菌能分解碳水化合物，发酵乳酸生成丙酸、丁酸、乙酸和二氧化碳等。丙酸菌繁殖最适温度为15～40℃，广泛存在于牛乳和干酪中，并可使干酪产生气孔和特殊的风味。
2.1.4. 丁酸菌
丁酸菌是能分解碳水化合物并产生丁酸、二氧化碳和氢气的丁酸发酵菌。繁殖最适温度是35～37℃。丁酸菌的污染源是牛粪及含有牛粪的土壤和水源，所以乳牛在饲用质量不良的青贮料的舍饲期，所含的牛乳含丁酸菌较多，而在放牧季节被丁酸菌污染的机会很少。
2.1.5. 假单胞菌属
如荧光假单胞菌和腐败假单胞菌，能产生各种荧光色素，能发酵葡萄糖。该属多数能使乳与乳制品蛋白质分解而变质。需氧性，适宜生长温度在25～30℃，但也能在低的温度中生长繁殖，广泛分布在泥土和水中。
2.1.6. 嗜热链球菌
能分解蔗糖、乳糖、果糖而产酸，繁殖最适温度为37℃，最低生长温度为19～21℃，最高温度为52℃，耐热性很强，加热60～65℃ 30min可以存活。71℃ 30min或82℃ 2.5min加热可杀死。
2.1.7. 芽孢杆菌属
如枯草杆菌、地衣芽孢杆菌、蜡状芽胞杆菌等。它们适宜生长温度在24～40℃，最高生长温度可达55℃。这类细菌广泛存在于牛舍周围和饲料中，它们的芽孢菌体对热和干燥具有较大的抵抗力。在需氧性的芽孢杆菌中，有许多菌种能产生两种不同的酶，一种是凝乳酶，另一种是蛋白酶。
2.1.8. 生碱菌
有些细菌能使牛乳中所含有的有机盐（柠檬酸盐）分解而形成碳酸盐，从而使牛乳转变为碱性。
2.1.9. 致病菌
在鲜乳液中，除有可能存在能引起牛乳房炎的病原菌外，有时，还可以出现人、畜共有的病原菌，例如流产布鲁士杆菌、结核杆菌、病原性大肠菌、沙门氏菌、葡萄球菌和溶血链球菌等。这些病原菌一旦进入牛乳和乳制品，可引起食物中毒或传染疾病。在乳中常见的致病菌有以下三种：葡萄球菌、炭疽芽胞杆菌、大肠杆菌。
2.1.10. 酵母和霉菌
在牛乳中经常见到的酵母主要有：脆壁酵母、洪氏球拟酵母、高加索乳酒球拟酵母、球拟酵母等。
常见的霉菌有乳粉孢霉、乳酪粉孢霉、黑念珠菌、变异念珠霉、蜡叶芽枝霉、乳酪青霉、灰绿青霉、灰录曲霉、和黑曲霉等。
青霉素和毛霉素的较少发现。
2.2. 乳粉中的微生物
乳粉是由全脂乳液或脱脂乳液经过浓缩、干燥而制成的干燥制品。因乳粉中水分含量较低，所存在的微生物不能生长，处于抑制的稳定状态。可是，乳粉在制作过程中，微生物的活动状况有何大的变化，反映在物料中微生物含量的增多或减少。乳房的包装有多种，但有一共同点，就是在包装容器内，都会抽取空气或充入氮气，这不仅可以防止乳粉营养成分的变性，还能有效地抑制需氧微生物的生长。但乳粉的生产过程很难将所有的微生物全部杀死，乳粉中还是有一定数量的微生物存活。乳粉中常见的微生物主要有以下几种：沙门氏菌、金黄色葡萄球菌、芽孢杆菌、大肠菌群、粪肠球菌和发酵粪化球菌。
除上述几种微生物以外，与乳粉有关的其他微生物物物种还有耶尔森氏菌和小肠结肠炎耶尔氏菌，他们与食物中毒有关。
此外，志贺氏菌、副溶血性链球菌、副溶血性弧菌以及病原性大肠埃希氏菌也是乳粉中可能存在的病原菌。必须引起足够的重视。
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3. 发酵菌
3.1. 发酵剂的种类[2]
所谓发酵剂是有一种或多种微生物组成的，用作发酵乳制品菌种的制剂。按其使用的形态可分为：液体发酵剂、粉末发酵剂等；按其用途可分为：干酪发酵剂、奶油发酵剂、酸乳发酵剂等。单一菌种的发酵剂，称为单一发酵剂；两种或两种以上菌种混合的发酵剂，称为混合发酵剂。混合发酵剂中，不同的微生物混合使用，能取长补短，并且从防止噬菌体污染的角度而言，也比单一菌种更有效。
3.2. 发酵剂的作用[2]
发酵剂是发酵乳制品生产的“种子”，发酵剂质量的好坏与发酵乳制品的质量密切相关。因此，发酵剂必须具有以下一系列的作用：乳酸发酵、风味产生、蛋白分解、脂肪分解、丙酸发酵、酒精发酵、抗菌物质的产生、混合发酵剂的共生作用。
3.3. 发酵剂的制备方法 3.3.1. 乳酸菌发酵剂[3]
常用来作为发酵剂的乳酸菌及其培养条件见表3-1
表3-1 常用乳酸菌的培养 细菌名称 乳杆菌属 保加利亚乳杆菌 嗜酸乳杆菌 干酪乳杆菌 乳球菌属 乳酸乳球菌乳酸亚种 乳酸乳球菌乳脂亚种 丁二酮乳酸乳球菌 链球菌属 嗜热链球菌 明串珠菌属 肠膜明串珠菌乳脂亚种 双歧杆菌属 乳酸、干酪、乳酸饮料、马奶酒等 嗜酸乳、路段饮料、乳酒等 乳酸饮料、乳酒等 发酵奶油、乳酒、干酪 发酵奶油、酸乳酪、干酪 发酵奶油、乳酒、干酪 酸乳、干酪 生长温度范围25～45℃ 最适温度37℃ 生长温度范围5～30℃ 最适温度20～30℃ 生长温度范围25～45℃ 最适温度37～41℃ 生长pH范围较广，有的菌株在pH9.6还能生长 生长pH范围在5.0以上，在pH4.4以下生长 生长pH范围4.5～8.5,初始生长最适pH6.5～7.0 生长温度范围10～53℃ 最适温度30℃ 酸性和中性可生长，pH9.6不能生长 生长温度范围2～53℃ 最适温度30～40℃ pH4.5可生长，pH9.0不能生长，最适pH5.5～6.2 适用的乳制品 生长温度范围及最适温度 生长pH范围及最适pH 发酵奶油、干酪、乳酪等 双歧杆菌发酵奶 注：引自张刚《乳酸细菌——基础、技术和应用》，2007
乳酸菌发酵剂可以分为直投式菌种和传代式菌种。
3.3.2. 酵母发酵剂[2]
用于奶酒酿造的酵母通常分为乳糖发酵型酵母和乳糖非发酵型酵母。
牛奶或乳清中的乳糖需要用乳糖发酵型酵母才能发酵。目前国内尚没有这类活性干酵母出售，所以要从菌种逐级扩大制备发酵剂。乳糖发酵型酵母主要有：乳酸克鲁维酵母、马克思克鲁维酵母、开菲尔假丝酵母、酒香酵母等。
对于乳糖非发酵型酵母，原则上所有酿酒酵母菌可选用。由于葡萄酒酵母发酵能产生优雅的香气，一些厂家乐意选用葡萄酒活性干酵母，而白酒行业常用汉逊产酯酵母和球拟酵母等增香酵母，由于可生成较多的乙酸乙酯，与奶酒的香气不协调，所以在奶酒发酵剂中很少采用。
3.3.3. 霉菌发酵剂[2]
对霉菌成熟干酪来说，已使用的菌种主要有：卡门培尔干酪青霉、娄地青霉、白地霉。 用传统的固体表面发酵方法，可产生青霉孢子作为发酵剂。
4. 发酵乳制品
对与发酵乳制品的分类目前没有统一的标准，按照产品的组分、形态及生产方法，一般可分为酸奶、干酪、奶酒、发酵酪乳、和酸性奶油等。下面主要介绍酸奶、干酪及奶酒。
4.1. 酸奶
酸奶是指以新鲜优质乳或乳制品为原料，并添加一定量的蔗糖，经均质（或不均质）、杀菌（或灭菌）、冷却后，加入特定的乳酸菌发酵剂发酵而制成的一类产品。
[4]
图4-1是目前我国市场上常见的酸奶于酸奶饮料产品。非发酵的调制型酸性乳饮料不属于酸奶的范畴。
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[2]
纯酸牛乳
酸奶﹙蛋白质含量≥2.3%﹚
发酵型
酸奶饮料﹙蛋白质含量＜2.3%﹚
调味牛乳 果料酸牛乳 饮用型酸奶
乳酸菌饮料
活性乳 杀菌乳
非发酵型
调制型酸性乳饮料
图4-1 酸奶与酸奶饮料产品的分类
（注：引自蒋明利《酸奶和发酵乳饮料生产工艺与配方》，2005）
凝固型 搅拌型
4.2. 干酪
根据联合国粮农组织（FAO）和世界卫生组织（WHO）的定义干酪是以牛乳、奶油、部分脱脂乳、酪乳或这些产品
的混合物为原料，经凝乳后分离乳清而制得的新鲜或发酵成熟的乳制品。未经发酵的产品称为新鲜乳酪；经发酵成熟后的产品称为成熟干酪。这两种干酪统称为天然干酪，而已天然干酪为原料可在加工制成加工干酪和干酪食品。目前，干酪是乳制品中耗乳量最大的品种。
干酪的具体种类与品种繁多。根据美国农业部介绍，世界上干酪的种类达800种以上，其中比较著名的有20种左右。国际乳品联合会提出以水分含量为标准，将天然干酪分为硬质干酪、半硬质干酪、软质干酪三大类，并根据成熟的特征或固形物中的脂肪含量来分类的方案。现在习惯上以天然干酪的软硬度以及与成熟有关的微生物结合起来对干
[5]
酪进行分类（表4-1）。
表4-1 天然干酪的分类
种类 新鲜 软质干酪 成熟 与成熟有关的微生物 不成熟 细菌 霉菌 细菌 霉菌 硬质干酪 特硬质干酪 注：引自孔宝华《乳品科学与技术》，2004。
[2]
水分含量/% 40～60 半硬质干酪 实心 有气孔 36～40 细菌 细菌（丙酸菌） 细菌 25～36 ＜25 4.3. 奶酒[2]
奶酒是以鲜乳、脱脂乳、乳清等为原料经乳酸-酒精发酵制成的一种酒。目前市场上各种奶酒，综合其原料、工艺、
感官指标、理化特性可以分为发酵型奶酒（牛奶酒、马奶酒）、发酵型乳清酒、蒸馏型奶酒、配置型奶酒（稀奶油酒、配置牛奶酒）和起泡奶酒（奶啤、起泡乳清酒、加气起泡奶酒）等类型。
参考文献
[1] 郭成宇.代乳品工程技术[M].北京：化学工业出版社，2004. [2] 陈福生.食品发酵设备与工艺[M].北京：化学工业出版社，2011. [3] 张刚.乳酸细菌——基础、技术和应用[M].北京：化学工业出版社，2007. [4] 蒋明利.酸奶和发酵乳饮料生产工艺与配方[M].北京：中国轻工业出版社，2005. [5] 孔宝华.乳品科学与技术[M].北京：科学出版社，2004.
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