CN102524389B - 液氮深冷造粒直投式酸奶发酵剂的制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种液氮深冷造粒直投式酸奶发酵剂制备工艺。该制备工艺包括如下步骤：(1)将乳酸菌发酵液采用孔径0.08μm～0.20μm陶瓷膜微滤收集菌体；(2)将步骤(1)收集的菌体重悬至含有冻干保护剂和脱脂乳的水溶液中；(3)将步骤(2)重悬得到的菌体溶液以液滴形式喷淋至液氮中造粒，之后收集固体颗粒产品，即可。该制备工艺获得的发酵剂菌种活力高，活菌数高，活力恢复时间短。

Description

液氮深冷造粒直投式酸奶发酵剂的制备工艺

技术领域

本发明涉及一种液氮深冷造粒直投式酸奶发酵剂的制备工艺。

背景技术

我国乳酸菌发酵食品市场发展迅猛，目前产业规模已经超过200亿元人民币，产量突破160万吨，发酵乳制品产销量年增长速度更是超过25％。直投式发酵剂(DVS)以其高浓度、高活力以及稳定的产香性、产粘性及产酸性等生产性能而备受发酵乳制品生厂商的青睐。然而，即便是常规酸乳直投式发酵剂，包含保加利亚乳杆菌(Lactobacillus bulgaricus)和嗜热链球菌(Streptococcus thermophilus)，也几乎完全被国外企业所垄断，如丹麦的丹尼斯克公司、科汉森公司、荷兰的DSM公司等。

现有技术中，发酵剂领域以及乳酸菌发酵食品领域的最新研究热点是具有特定功能的新型益生菌发酵剂和发酵食品。现今国内知名乳制品巨头伊利公司采用了芬兰Valio公司开发的LGG菌株，蒙牛乳业采用丹麦科汉森公司的双歧杆菌BB12菌株。目前，国内对自主知识产权菌株的选育工作起步于上世纪八、九十年代，由我国科研机构筛选并研究比较透彻的知名菌株有光明乳业股份有限公司的具降高血压功能的干酪乳杆菌Lactobacillus caseiLC2W(EP 1642963B 1)、降血脂功能的干酪乳杆菌Lactobacillus casei BD-II(US 7270994)、降血清胆固醇功能的植物乳杆菌Lactobacillus plantarumST-III(CN200410066891.7，CN03116377.7)、内蒙古农业大学的干酪乳杆菌Lactobacillus casei Zhang等。尽管上述菌种目前均处于研究和小规模产业化阶段，距离大规模的产业化应用尚需进行的工业化制备工艺研究和应用推广，但是为我国具有自主知识产权的、适合中国人群生理特性乳酸菌产品的产业化提供了极大的发展基础。

根据乳酸菌发酵剂的形态及生产方法，可将发酵剂分为：液体发酵剂、真空冷冻干燥发酵剂两种类型。

(1)液体发酵剂即传代型发酵剂，生产方式一般需要经过菌种活化、母发酵剂、中间发酵剂、生产发酵剂等工艺过程。主要弊端是：活菌含量低(10⁷～10⁸cfu/g)，接种量大(2～3％)保藏期短(4℃，1～2d)；并且还存在生产工序多、周期长；在发酵剂制备过程中，菌种经过多级扩大培养和繁衍，批次间质量不够稳定，极易退化和污染。该种发酵剂在发酵食品行业基本属于淘汰类型。

(2)真空冷冻干燥发酵剂，系乳酸菌经液体增殖培养，浓缩分离，之后与保护剂混溶，再经真空冷冻干燥工艺制备的乳酸菌冻干菌粉。具有活菌含量高、易保存管理、更强的稳定性和乳酸菌活力的特点，可直投式使用，是当今发酵剂的主要产品形式。但是，由于在冻干过程中产生损伤，且能耗较大等因素，冻干菌粉菌株存在复活时间较长和成本较高的弊端。

其中，冷冻浓缩发酵剂制备过程中涉及的菌体浓缩技术是制备高活力乳酸菌发酵剂极其关键的中间工艺环节，其目的不仅要将菌体与培养液分离，而且要求在保持菌体活性的前提下，获得较高的浓缩倍数和菌体收得率。目前，用于浓缩菌体的方法主要是离心分离法，根据所采用的离心机工作原理的差异分为固体保留式和自清式。固体保留式离心方式的菌体损失率一般在10％以上，由于菌体经受离心剪切作用时间较长，造成菌体的死亡率较高；自清式离心方式，浓缩菌体以一固体时间间隔排出离心机外，遭受的离心剪切力较小，但是菌体的浓缩倍率不高，一般在10～30倍之间。现有直投式酸奶发酵剂的现状亟待解决。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是为了克服现有技术中真空冷冻干燥发酵剂制备过程中离心收集菌体损失率和死亡率较高，真空冷冻干燥过程中能耗高、制备时间长，菌株损伤较为严重和复活时间长等的缺陷，而提供了一种菌种活力高，活菌数高，活力恢复时间短的液氮深冷造粒直投式酸奶发酵剂的制备工艺。

本发明提供一种直投式酸奶发酵剂的制备工艺包括如下步骤：

(1)将乳酸菌发酵液采用孔径0.08μm～0.20μm陶瓷膜微滤收集菌体；

(2)将步骤(1)收集的菌体重悬至含有冻干保护剂和脱脂乳的水溶液中；

(3)将步骤(2)重悬得到的菌体溶液以液滴形式喷淋至液氮中造粒，之后收集固体颗粒产品，即可。

下面，进一步本发明直投式酸奶发酵剂的制备工艺进行详细介绍：

(1)将乳酸菌发酵液采用孔径0.08μm～0.20μm陶瓷膜微滤收集菌体。

本发明中，所述的乳酸菌的菌株可为本领域常规使用的菌株，较佳的为嗜热链球菌Streptococcus thermophilus、保加利亚乳杆菌Lactobacillusbulgaricus、嗜酸乳杆菌Lactobacillus acidophilus、干酪乳杆菌Lactobacilluscasei或植物乳杆菌Lactobacillus plantarum；更佳的为干酪乳杆菌Lactobacillus casei LC2W菌株(CGMCC No.0828)或者植物乳杆菌Lactobacillus plantarum ST-III菌株(CGMCC No.0847)。

本发明中，所述的乳酸菌发酵液为本领域常规使用制备冷冻浓缩发酵剂使用的乳酸菌发酵液，一般由乳酸菌菌株经过2～3次扩培获得。

本发明中，所述的扩培为本领域常规操作，一般在发酵罐中，在按常规灭菌的乳酸菌培养基、或者含有物质X的水溶液中进行充氮厌氧培养，条件较佳的为：菌株接种量为1％～5％，发酵温度30℃～45℃，发酵时间6h～24h；更佳的为：接种量为2％～3％，发酵温度32℃～44℃，发酵时间8h～16h。其中，所述的物质X为水解乳蛋白、乳清蛋白或脱脂乳。

其中，所述的乳酸菌培养基的种类、含量具体使用和pH值，本领域技术人员均知道根据使用的乳酸菌菌种而相应调整，如嗜热链球菌Streptococcus thermophilus使用M17培养基pH恒定在6.5、保加利亚乳杆菌Lactobacillus bulgaricus、嗜酸乳杆菌Lactobacillus acidophilus、干酪乳杆菌Lactobacillus casei或植物乳杆菌Lactobacillus plantarum均使用MRS培养基等等。

其中，所述的水解乳蛋白为本领域常规使用的水解乳蛋白。所述的水解乳蛋白的含量为本领域常规使用，较佳的为3％～15％，百分比为水解乳蛋白占含有物质X的水溶液总量的质量百分比。

其中，所述的乳清蛋白为本领域常规使用的乳清蛋白。所述的乳清蛋白的含量为本领域常规使用，较佳的为3％～12％，百分比为乳清蛋白占含有物质X的水溶液总量的质量百分比。

其中，所述的脱脂乳为本领域常规使用的脱脂乳，一般为脱脂奶粉(或称脱脂乳粉)。所述的脱脂乳的含量为本领域常规使用，较佳的为8％～16％，更佳的为12％，百分比为脱脂乳占含有物质X的水溶液总量的质量百分比。

本发明中，所述的陶瓷膜微滤的材质较佳的为Al₂O₃、ZrO₂、TiO₂和SiO₂中的一元或多元复合材料；所述的陶瓷微滤膜的孔径大小较佳的为0.08μm～0.14μm。

本发明中，所述的陶瓷膜微滤的浓缩倍率较佳的为5～100倍，更佳的为10～50倍，进一步更佳的为20～30倍。

(2)将步骤(1)收集的菌体重悬至含有冻干保护剂和脱脂乳的水溶液中。

本发明中，所述的冻干保护剂为本领域常规的乳酸菌常规保护剂，较佳的为乳糖、蔗糖和海藻糖的一种或多种。所述的冻干保护剂的含量按本领域常规使用，较佳的为0～8％，百分比为冻干保护剂占步骤(2)重悬得到的菌体溶液的质量百分比。

本发明中，所述的脱脂乳为本领域常规使用的脱脂乳。所述的脱脂乳的含量为本领域常规使用，较佳的为8％～16％，百分比为脱脂乳占步骤(2)重悬得到的菌体溶液总量的质量百分比。

(3)将步骤(2)重悬得到的菌体溶液以液滴形式喷淋至液氮中造粒，之后收集固体颗粒产品，即可。

本发明中，所述的步骤(2)重悬得到的菌体中的菌体浓度较佳的为1.2×10¹⁰cfu/mL～9.9×10¹¹cfu/mL。

本发明中，所述的以液滴形式喷淋的液滴大小较佳的为1～10mm，更佳的为1～6mm，进一步更佳的为3～6mm。所述的以液滴形式喷淋的流量较佳的为1～25L/min。

本发明中，所述的液氮中造粒的温度一般为-196℃。

本发明中，所述的收集固体颗粒产品之后存储入库。所述的存储入库为本领域常规，一般将液氮深冷造粒乳酸菌直投式发酵剂颗粒置于-40～-80℃的冷柜中储存即可。

本发明中，所述的以液滴形式喷淋至液氮中造粒的设备较佳的为液氮深冷造粒设备；

所述液氮深冷造粒设备包括：一顶部设有一液体喷淋装置的密封腔体；

在所述密封腔体内设有一颗粒导流槽和一传输带，所述颗粒导流槽包括一第一端部和一第二端部，其中，所述第一端部位于所述液体喷淋装置的下方；所述传输带位于所述第二端部的下方，用于将所述第二端部传来的颗粒输出；

所述液氮深冷造粒设备还包括一液氮输送装置，用于将液氮输送至所述颗粒导流槽的第一端部。

本发明中，所述的液氮深冷造粒设备，较佳地，所述密封腔体内还设有一液氮回收装置，所述液氮回收装置与所述液氮输送装置连通。

本发明中，所述的液氮深冷造粒设备，较佳地，所述液氮回收装置包括一设置在所述传输带下方的液氮回收导流槽，用于传输未气化的液氮；及一设置在所述液氮回收导流槽下方的液氮缓存罐，用于储存未气化的液氮。

本发明中，所述的液氮深冷造粒设备，较佳地，所述液氮输送装置包括一将液氮输送至所述颗粒导流槽的第一端部的液氮泵，且所述液氮缓存罐与所述液氮泵连通。

本发明中，所述的液氮深冷造粒设备，较佳地，所述密封腔体设有真空保温夹层，顶部还包括一出气管路。

本发明中，所述的液氮深冷造粒设备，较佳地，所述液体喷淋设备包括多个喷嘴，所述喷嘴直径为1～10mm，喷嘴排列方式采用正三角形排列。

本发明中，所述的液氮深冷造粒设备，较佳地，所述颗粒导流槽长度为500～10000mm，宽度W为100～1000mm，高度H为100～400mm，底板倾角θ为1°～30°。

本发明中，所述的液氮深冷造粒设备，较佳地，所述液氮回收导流槽长度为500～10000mm，宽度W’为100～1000mm，高度H’为100～400mm，底板倾角θ’为1°～30°。

本发明中，所述的液氮深冷造粒设备，较佳地，所述传输带采用稳定工作温度范围为-196℃～380℃的食品级铁氟龙输送带。

本发明中，所述的液氮深冷造粒设备，较佳地，所述传输带的输出端还与一颗粒包装机匹配。

本发明所用试剂和原料除特殊说明外均市售可得。

在符合本领域常识的基础上，本发明中上述的各技术特征的优选条件可以任意组合得到本发明较佳实例。

本发明的积极进步效果在于：本发明的液氮深冷造粒直投式酸奶发酵剂的制备工艺可广泛用于发酵乳、蔬菜及饲料等行业，制备液氮深冷造粒直投式酸奶发酵剂，具有制备工艺简单、能耗低、成本低等优势，使用陶瓷膜微滤收集菌体实现菌体99.99％的收集率，制得液氮深冷造粒直投式酸奶发酵剂菌种活力高，存活率可达90％以上，远高于真空冷冻干燥制备的发酵剂50％存活率，活菌数可达1.2×10¹⁰cfu/mL～9.9×10¹¹cfu/mL，且发酵剂活力恢复较真空冷冻干燥制备的发酵剂的活力恢复时间2.0h～2.5h短0.5h～1.0h。

附图说明

图1为本发明一个具体设备实施例中液氮深冷造粒设备的结构示意图。

图2为图1中液体喷淋设备的放大示意图。

图3为图2所示液体喷淋设备的仰视图。

图4为图1中颗粒导流槽的结构示意图。

图5为图1中液氮回收导流槽的结构示意图。

图6为本发明实施例1的乳酸菌直投式发酵剂的制备工艺流程示意图。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

下述实施例中，百分比均为质量百分比。

所用原料的来源和设备的名称规格为：

脱脂乳粉：新西兰恒天然集团；

乳酸菌培养基：德国Merck公司；

实施例中，未注明具体条件的实验方法，均按照常规操作条件，或按照制造厂商所建议的操作条件。

设备实施例

图1是本发明液氮深冷造粒设备的一个实施例的结构示意图。

在该实施例中，液氮深冷造粒设备包括：顶部设有液体喷淋装置10的密封腔体30。液体喷淋装置10的结构如图2和图3所示，喷淋口采用圆形设计，根据产能设计其直径范围可以为50～500mm，可通过螺口、螺母对接的方法实现其与管路连接，方便拆洗。喷淋口设置多个喷嘴12，根据所需乳酸菌液氮深冷发酵剂颗粒的需求，喷嘴12直径可以为1～10mm。喷嘴排列方式采用正三角形排列，比正方形排列更为紧凑，相同面积比正方形多排10％左右。本领域的技术人员可以理解，喷淋口也可以根据要求采用方形或其它形状的设计。

在密封腔体30内设有颗粒导流槽70和传输带40，颗粒导流槽70包括第一端部和第二端部，其中所述第一端部位于液体喷淋装置10的下方；传输带40位于所述第二端部的下方，用于将所述第二端部传来的颗粒输出。

其中，颗粒导流槽70与水平面形成倾角θ，在具体实施例中，颗粒导流槽长度可以为500～10000mm，宽度可以为100～1000mm，高度可以为100～400mm，底板倾角θ可以为1°～30°(如图4所示)。在一个较佳实施例中，传输带40采用稳定工作温度范围为-196℃～380℃的食品级铁氟龙输送带，传输带40的输出端还与一颗粒包装机60匹配，颗粒50从传输带40落入包装机60进行包装。

液氮深冷造粒设备还包括液氮输送装置80，用于将液氮输送至所述颗粒导流槽的第一端部；液氮输送装置80包括将液氮输送至颗粒导流槽70的第一端部的液氮泵81。其中，液氮输送装置80可外部连接液氮存储装置来提供液氮源。

在一较佳实施例中，密封腔体30内还设有液氮回收装置90，液氮回收装置90与所述液氮输送装置80连通。液氮回收装置90包括设置在传输带40下方的液氮回收导流槽91，用于传输未气化的液氮；及设置在液氮回收导流槽91下方的液氮缓存罐92，用于储存未气化的液氮。此时，液氮缓存罐92与液氮泵81连通。在优选实施例中，液氮回收导流槽91的长度可以为500～10000mm，宽度可以为100～1000mm，高度可以为100～400mm，底板倾角η可以为1°～30°(如图5所示)。另外，传输带40靠近液氮回收导流槽91的这一端可以略向下倾斜，便于未气化的液氮流向液氮回收导流槽91。

在一个优选实施例中，密封腔体30设有真空保温夹层，顶部还包括一出气管路20，出气管路20用于排出气体。

液氮深冷造粒设备具体使用时，将重悬得到的浓缩菌体通过液体喷淋设备10迅速以液滴的形式喷入至装有一定倾角的颗粒导流槽70中，在来自液氮输送装置80输送的液氮作用下瞬间实现乳酸菌的液氮深冷造粒；乳酸菌深冷发酵剂颗粒在液氮流冲击和重力势能作用下，顺着颗粒导流槽70滑落至传输带40上，由传输带40将成型的直投式酸奶发酵剂颗粒传送至颗粒包装机60中，进行定量分装；分装好的直投式酸奶发酵剂颗粒，迅速放置于-40～-80℃的冷柜中储存。其中，气化液氮通过密封腔体顶部的出气管路20直接排入室外，避免因室内氮气浓度过高所造成的人身伤害。

实施例1液氮深冷造粒直投式酸奶发酵剂(嗜热链球菌)

本实施例的乳酸菌直投式发酵剂的制备工艺流程示意图如图6所示，使用设备实施例公开的设备。

制备方法包括下列步骤：

(1)按厂商所建议的培养条件，将实验室培养好得到的含有嗜热链球菌(Streptococcus thermophilus)菌株(来源于丹尼斯克商业化菌株)的M17培养基，按3％的接种量接种于8L灭菌M17培养基中，进行第1次扩培，培养温度45℃，培养时间6h；再按2％的接种于392L含有12％灭菌脱脂乳粉的水溶液中，进行第2次扩培，培养温度44℃，培养时间16h，pH恒定在6.5；扩培好的发酵液按2％的接种量接入19600L含有12％脱脂乳粉的灭菌水溶液中，进行第3次扩培，培养温度44℃，培养时间16h，pH恒定在6.5。培养过程中，发酵罐均充入氮气，维持厌氧发酵。

(2)将步骤(1)的液体采用材质为Al₂O₃、孔径大小为0.14μm的陶瓷微滤膜进行菌体浓缩循环，至浓缩倍率达到5倍，收集即菌体的溶液为4000L；

(3)将步骤(2)收集的菌体溶液重悬于与1000L含有40％脱脂奶粉和40％蔗糖的灭菌混合水溶液混合，搅拌均匀；其中，4000L的菌体的溶液与1000L含有40％脱脂奶粉和40％蔗糖的灭菌混合水溶液混合后，脱脂奶粉的浓度最终为8％，蔗糖最终为8％；

(4)将步骤(3)重悬得到的菌体溶液(浓缩菌悬液)以液滴喷淋的方式喷入-196℃液氮中，液滴大小为3mm，流量为1L/min；

(5)收集发酵剂固体颗粒，采用灭菌铝箔袋包装后，迅速放置于-40～-80℃的冷柜中储存。

实施例2液氮深冷造粒直投式酸奶发酵剂(保加利亚乳杆菌)

本实施例使用设备实施例公开的设备。

制备方法包括下列步骤：

(1)按厂商所建议的培养条件，将实验室培养好得到的含有保加利亚乳杆菌(Lactobacillus bulgaricus)菌株(来源于丹尼斯克商业化菌株)的MRS培养基2.5L，按1％的接种量接种于247.5L灭菌MRS培养基中，进行第1次扩培，培养温度37℃，培养时间24h；扩培好的发酵液按5％的接种量接入4750L灭菌MRS培养基中，进行第2次扩培，培养温度37℃，培养时间18h。扩培过程中，发酵罐均充入氮气，维持厌氧发酵；

(2)将步骤(1)的液体采用材质为Al₂O₃和ZrO₂复合材料、孔径大小为0.20μm的陶瓷微滤膜进行菌体浓缩循环，至浓缩倍率达到100倍，即收集的菌体的溶液为50L；

(3)将步骤(2)收集的菌体的溶液重悬于50L的含有32％脱脂奶粉的灭菌混合水溶液中，搅拌均匀；其中，50L菌体的溶液与50L的含有32％脱脂奶粉的灭菌混合水溶液混合，脱脂奶粉的浓度最终为16％；

(4)将步骤(3)重悬得到的菌体溶液(浓缩菌悬液)以液滴喷淋的方式喷入-196℃液氮中，液滴大小为6mm，流量为25L/min；

(5)收集发酵剂固体颗粒，采用灭菌铝箔袋包装后，迅速放置于-40～-80℃的冷柜中储存。

实施例3液氮深冷造粒直投式酸奶发酵剂(干酪乳杆菌)

本实施例使用设备实施例公开的设备。

制备方法包括下列步骤：

(1)按厂商所建议的培养条件，将实验室培养好得到的含有干酪乳杆菌Lactobacillus casei LC2W菌株(CGMCC No.0828，光明乳业股份有限公司)的MRS培养基，按3％的接种量接种于2L灭菌MRS培养基中，进行第1次扩培，培养温度30℃，培养时间8h；再按4％的接种于48L的灭菌的3％水解乳蛋白水溶液中，进行第2次扩培，培养温度32℃，培养时间16h，pH恒定在6.5；扩培好的发酵液按2％的接种量接入2450L灭菌的15％水解乳蛋白水溶液中，进行第3次扩培，培养温度32℃，培养时间16h，pH恒定在6.5。扩培过程中，发酵罐均充入氮气，维持厌氧发酵。

(2)将步骤(1)的液体采用材质为Al₂O₃与TiO₂复合材料、孔径大小为0.08μm的陶瓷微滤膜进行菌体浓缩循环，至浓缩倍率达到50倍，即收集的菌体的溶液为50L；

(3)将步骤(2)收集的菌体的溶液重悬于50L的含有16％脱脂奶粉、6％蔗糖、6％乳糖和4％海藻糖的灭菌混合水溶液中，搅拌均匀；其中，50L的菌体的溶液与50L的含有16％脱脂奶粉、6％蔗糖、6％乳糖和4％海藻糖的灭菌混合水溶液混合后，脱脂奶粉、蔗糖、乳糖和海藻糖的最终浓度分别为8％、3％、3％和2％；

(4)将步骤(3)重悬得到的菌体溶液(浓缩菌悬液)以液滴喷淋的方式喷入-196℃液氮中，液滴大小为1mm，流量为2L/min；

(5)收集发酵剂固体颗粒，采用灭菌铝箔袋包装后，迅速放置于-40～-80℃的冷柜中储存。

实施例4液氮深冷造粒直投式酸奶发酵剂(植物乳杆菌)

本实施例使用设备实施例公开的设备。

制备方法包括下列步骤：

(1)按厂商所建议的培养条件，将实验室培养好得到的含有植物乳杆菌Lactobacillus plantarum ST-III菌株(CGMCC No.0847，光明乳业股份有限公司)的MRS培养基，按1％的接种量接种于4L的灭菌MRS培养基中，进行第1次扩培，培养温度37℃，培养时间12h；再按4％的接种于96L灭菌的3％乳清蛋白水溶液中，进行第2次扩培，培养温度37℃，培养时间16h，pH恒定在6.5；扩培好的发酵液按2％的接种量接入4900L的灭菌的12％乳清蛋白水溶液中，进行第3次扩培，培养温度37℃，培养时间24h，pH恒定在6.5。扩培过程中，发酵罐均充入氮气，维持厌氧发酵。

(2)将步骤(1)的液体采用材质为Al₂O₃、ZrO₂、SiO₂和TiO₂四元复合材料、孔径大小为0.08μm的陶瓷微滤膜进行菌体浓缩循环，至浓缩倍率达到10倍，即收集的菌体的溶液为500L；

(3)将步骤(2)的收集的菌体的溶液重悬于250L的含有12％脱脂奶粉、0％蔗糖、6％乳糖和6％海藻糖的灭菌混合水溶液中，搅拌均匀；其中，500L的菌体的溶液与含有12％脱脂奶粉、0％蔗糖、6％乳糖和6％海藻糖的灭菌混合水溶液混合后，脱脂奶粉、蔗糖、乳糖和海藻糖的最终浓度分别为8％、0％、4％和4％；

(4)将步骤(3)重悬得到的菌体溶液(浓缩菌悬液)以液滴喷淋的方式喷入-196℃液氮中，液滴大小为1mm，流量为2L/min；

(5)收集发酵剂固体颗粒，采用灭菌铝箔袋包装后，迅速放置于-40～-80℃的冷柜中储存。

实施例5液氮深冷造粒直投式酸奶发酵剂(嗜酸乳杆菌)

本实施例使用设备实施例公开的设备。

制备方法包括下列步骤：

(1)按厂商所建议的培养条件，将实验室培养好得到的含有嗜酸乳杆菌(Lactobacillus acidophilus)菌株(来源于丹尼斯克商业化菌株)的MRS培养基2.5L，按1％的接种量接种于247.5L灭菌MRS培养基中，进行第1次扩培，培养温度37℃，培养时间24h；扩培好的发酵液按5％的接种量接入4750L灭菌MRS培养基中，进行第2次扩培，培养温度37℃，培养时间18h。扩培过程中，发酵罐均充入氮气，维持厌氧发酵；

(2)将步骤(1)的液体采用材质为Al₂O₃和ZrO₂复合材料、孔径大小为0.20μm的陶瓷微滤膜进行菌体浓缩循环，至浓缩倍率达到100倍，即收集的菌体的溶液为50L；

(3)将步骤(2)收集的菌体的溶液重悬于50L的含有32％脱脂奶粉的灭菌水溶液中，搅拌均匀；其中，50L的菌体的溶液与50L的含有32％脱脂奶粉的灭菌水溶液中混合后，脱脂奶粉的最终浓度为16％；

(4)将步骤(3)重悬得到的菌体溶液(浓缩菌悬液)以液滴喷淋的方式喷入-196℃液氮中，液滴大小为1mm，流量为2L/min；

(5)收集发酵剂固体颗粒，采用灭菌铝箔袋包装后，迅速放置于-40～-80℃的冷柜中储存。

效果实施例1验证实施例1～5产品的活菌数和菌种存活率

菌体计数方式采用平板浇注法，即将浓缩菌悬液或深冷造粒发酵剂用无菌生理盐水(0.85％的NaCl溶液)进行1/10的梯度稀释，至合适稀释梯度，吸取1mL菌体稀释液并转移至无菌平板上，待无菌琼脂培养基(嗜热链球菌采用M17琼脂培养基计数，保加利亚乳杆菌、嗜酸乳杆菌、干酪乳杆菌或植物乳杆菌用MRS琼脂培养基计数)冷却至45～50℃时，倾倒15～25mL于含有菌体稀释液的平板上，混匀并静止冷却。每个样品进行3次平行试验。冷却、凝固的平板放置于厌氧培养箱中倒置培养(培养温度和时间依据菌种而定)。培养结束后进行计数。

液氮深冷造粒过程中，菌体存活率＝N₁/N₀×100％。其中，N₀为浓缩菌悬液中菌体浓度；N₁为液氮深冷造粒后发酵剂中菌体浓度。浓缩菌悬液和液氮深冷造粒过程中的存活率见表1。

表1液氮深冷造粒过程中的乳酸菌存活率试验

由上表实验数据可知，嗜热链球菌、嗜酸乳杆菌、保加利亚乳杆菌、干酪乳杆菌和植物乳杆菌菌株在液氮深冷造粒过程中存活率较高，可实现90％以上的存活率。

效果实施例2验证实施例菌种发酵酸奶复活时间

微生物典型的生长曲线分为延滞期(适应期)、指数期、稳定期和衰亡期4个时期，适应期是指微生物刚刚被放进一个新环境里的适应过程，适应期的长短又称微生物复活时间，在此阶段生长速率为零。发酵乳中酸度(°T)增高，主要是乳酸菌增殖产酸的结果，所以测定乳中酸度，反映液氮深冷造粒直投式酸奶发酵剂在乳体系中生长情况和复活时间。

分别称取已巴氏杀菌的无抗鲜奶830g两份，一份用本发明(实施例1和2的产品)的液氮深冷造粒嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌发酵剂按接种量6×10⁶cfu/mL发酵，嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌菌种数量为1∶1；一份用丹尼斯克YO-MIX300冻干型发酵剂(真空冷冻干燥发酵剂)发酵，同样控制接种量6×10⁶cfu/mL发酵，嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌菌种数量为1∶1。发酵温度均控制在42±1℃，自接种后每隔30min测定一次滴定酸度。滴定酸度测定方法：取10ml发酵乳于150mL三角瓶中，加入20mL去离子水和0.5％酚酞酒精溶液0.5mL，摇匀；用0.1mol/L的NaOH溶液滴定至微红色并30秒不褪色，计算所消耗的NaOH溶液的体积V。滴定酸度(°T)＝V×10。

表2液氮深冷造粒直投式酸奶发酵剂复活时间试验

由上表实验数据可知，由本发明的发酵剂发酵的酸奶在接种后1h内酸度未发生明显变化，1h后酸度迅速上升，因此可以判断本发明发酵剂的复活时间约为1h；由真空冷冻干燥发酵剂发酵的酸奶在接种后2h内酸度未发生明显变化，2h后酸度迅速上升，因此可以判断真空冷冻干燥发酵剂的复活时间约为2h。本发明的发酵剂的菌种复活时间较真空冷冻干燥发酵剂要短。

Claims (16)

1.一种直投式酸奶发酵剂的制备工艺，其特征在于：其包括如下步骤：

（1）将乳酸菌发酵液采用孔径0.08μm～0.20μm陶瓷膜微滤收集菌体；

（2）将步骤（1）收集的菌体重悬至含有冻干保护剂和脱脂乳的水溶液中；

（3）将步骤（2）重悬得到的菌体溶液以液滴形式喷淋至液氮中造粒，之后收集固体颗粒产品，即可；

步骤（2）中，所述的冻干保护剂为乳糖、蔗糖和海藻糖的一种或多种；所述的冻干保护剂的含量为0～8%，但不包括0，所述的脱脂乳的含量为8%～16%，百分比为冻干保护剂或脱脂乳占步骤（2）重悬得到的菌体溶液的质量百分比；所述的步骤（2）重悬得到的菌体溶液中的菌体浓度为1.2×10¹⁰cfu/mL～9.9×10¹¹cfu/mL；

步骤（3）中，所述的以液滴形式喷淋至液氮中造粒的设备为液氮深冷造粒设备；

步骤（3）中，所述的以液滴形式喷淋的液滴大小为1～10mm；所述的以液滴形式喷淋的流量为1～25L/min；所述的喷淋中造粒的温度为-196℃；所述的收集固体颗粒产品之后存储入库，将直投式酸奶发酵剂颗粒置于-40～-80℃的冷柜中储存即可；

所述液氮深冷造粒设备包括：一顶部设有一液体喷淋装置的密封腔体；

在所述密封腔体内设有一颗粒导流槽和一传输带，所述颗粒导流槽包括一第一端部和一第二端部，其中所述第一端部位于所述液体喷淋装置的下方；所述传输带位于所述第二端部的下方，用于将所述第二端部传来的颗粒输出；

所述液氮深冷造粒设备还包括一液氮输送装置，用于将液氮输送至所述颗粒导流槽的第一端部。

2.如权利要求1所述的制备工艺，其特征在于：步骤（1）中，所述的乳酸菌的菌株为嗜热链球菌(Streptococcus thermophilus)、保加利亚乳杆菌(Lactobacillus bulgaricus)、嗜酸乳杆菌(Lactobacillus acidophilus)、干酪乳杆菌(Lactobacillus casei)或植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)。

3.如权利要求2所述的制备工艺，其特征在于：步骤（1）中，所述的乳酸菌的菌株为干酪乳杆菌(Lactobacillus casei)LC2W菌株或者植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)ST-Ⅲ菌株。

4.如权利要求1所述的制备工艺，其特征在于：步骤（1）中，所述的乳酸菌发酵液由乳酸菌的菌株经过2～3次扩培获得；所述的扩培为在发酵罐中，在按常规灭菌的乳酸菌培养基、或者含有物质X的水溶液中进行充氮厌氧培养，条件为：菌株接种量为1%～5%，发酵温度30℃～45℃，发酵时间6h～24h；所述的物质X为水解乳蛋白、乳清蛋白或脱脂乳；百分比为各成分占含有物质X的水溶液总量的质量百分比。

5.如权利要求4所述的制备工艺，其特征在于：步骤（1）中，所述的扩培的条件为：接种量为2%～3%，发酵温度32℃～44℃，发酵时间8h～16h；所述的水解乳蛋白的含量为3%～15%，所述的乳清蛋白的含量为3%～12%，所述的脱脂乳的含量为8%～16%，百分比为各成分占含有物质X的水溶液总量的质量百分比。

6.如权利要求5所述的制备工艺，其特征在于：步骤（1）中，所述的脱脂乳的含量为12%，百分比为各成分占含有物质X的水溶液总量的质量百分比。

7.如权利要求1所述的制备工艺，其特征在于：步骤（1）中，所述的陶瓷膜的材质为Al₂O₃、ZrO₂、TiO₂和SiO₂中的一元或多元复合材料；所述的陶瓷膜的孔径大小为0.08μm～0.14μm。

8.如权利要求1所述的制备工艺，其特征在于：步骤（1）中，所述的陶瓷膜微滤的浓缩倍率为5～100倍。

9.如权利要求8所述的制备工艺，其特征在于：步骤（1）中，所述的陶瓷膜微滤的浓缩倍率为10～50倍。

10.如权利要求9所述的制备工艺，其特征在于：步骤（1）中，所述的陶瓷膜微滤的浓缩倍率为20～30倍。

11.如权利要求1所述的制备工艺，其特征在于：步骤（3）中，所述的以液滴形式喷淋的液滴大小为1～6mm。

12.如权利要求11所述的制备工艺，其特征在于：步骤（3）中，所述的以液滴形式喷淋的液滴大小为3～6mm。

13.如权利要求1所述的制备工艺，其特征在于：所述密封腔体内还设有一液氮回收装置，所述液氮回收装置与所述液氮输送装置连通。

14.如权利要求13所述的制备工艺，其特征在于：

所述液氮回收装置包括一设置在所述传输带下方的液氮回收导流槽，用于传输未气化的液氮；及一设置在所述液氮回收导流槽下方的液氮缓存罐，用于储存未气化的液氮；

所述液氮输送装置还包括一将液氮输送至所述颗粒导流槽的第一端部的液氮泵，且所述液氮缓存罐与所述液氮泵连通；

所述密封腔体设有真空保温夹层，顶部还包括一出气管路。

15.如权利要求14所述的制备工艺，其特征在于：所述液氮回收导流槽长度为500～10000mm，宽度W’为100～1000mm，高度H’为100～400mm，底板倾角θ’为1°～30°；所述传输带采用稳定工作温度范围为-196℃～380℃的食品级铁氟龙输送带；所述传输带的输出端还与一颗粒包装机匹配。

16.如权利要求1所述的制备工艺，其特征在于：所述液体喷淋装置包括多个喷嘴，所述喷嘴直径为1～10mm，喷嘴排列方式采用正三角形排列；所述颗粒导流槽长度为500～10000mm，宽度W为100～1000mm，高度H为100～400mm，底板倾角θ为1°～30°。

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