CN103976018B - 一种制备机能性发酵乳制品之方法及以该方法制备之机能性发酵乳制品 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种低酸性、低量乳糖及富含低聚半乳糖及比菲德氏益生菌之机能性发酵乳制品之制备方法，及以该方法所制备之机能性发酵乳制品。其特征为于制作乳酸发酵用乳原料的过程中，利用乳糖分解酶(lactase)处理，将乳糖水解转化为低聚半乳糖。本发明另于乳酸菌发酵前添加果寡醣，增加比菲德氏益生菌之利用并促进其生长，且相对增加低聚半乳糖于最终产品之存留率。
Description
技术领域
本发明涉及一种制备低酸性、低量乳糖及富含低聚半乳糖及比菲德氏益生菌(Bifidobacterium)的机能性发酵乳制品之方法，和以所述方法制备之机能性发酵乳制品。
背景技术
各类乳制品中拥有最古老历史的就是优格乳。优格乳由牛奶制成，牛奶中含有良好的蛋白质、钙质及维生素等丰富营养，经过乳酸菌之发酵，产生风味独特且更易吸收营养的形式。发酵后牛奶的大分子初步被消化成小分子，乳糖含量降低，游离胺基酸含量提高及产生叶酸及维生素K等，以供人体利用。发酵过程中所分解出的乳酸与钙结合形成乳酸钙，容易被人体消化吸收，且其中钙磷比例和人体骨骼相似，故优格乳为钙质吸收的良好来源。
益生菌(probiotics)为一种或多种微生物，可增进人类或动物宿主肠内菌丛之质量，促进宿主之肠道健康，其中最常使用之益生菌菌株为乳酸菌。乳酸菌对健康有许多益处，且使用的历史悠久，已被认为是非常安全的，其功效包括缓和乳糖不耐症、增强免疫力、抑制病原菌、改善食物营养价值及消化性、降低胆固醇及抗肿瘤等活性。
乳酸菌之一般定义为可利用碳水化合物进行发酵，且可产生多量乳酸之细菌总称。通常具有下列共同特性：(1)革兰氏阳性菌，不具有运动性；(2)营养需求复杂，需要碳水化合物、胺基酸、核酸衍生物、维生素及多种生长素等；(3)通常缺乏过氧化氢酶活性及细胞色素；(4)厌氧、微好氧、耐氧厌氧性或兼性厌氧性，一般可于有氧状态生长，但以无氧状态生长较佳，亦有绝对厌氧者。
自然界存在之乳酸菌种类非常多，经过人类长时间服用与科学研究，已知某些乳酸菌种是肠道内正常的菌群之一，且具有机能性，即具有益生菌的潜力。常见的乳酸菌有保加利亚杆菌(Lactobacillusbulgaricus)、嗜热链球菌(Streptococcusthermophilus)、嗜酸乳杆菌(Lactobacillusacidophilus)及比菲德氏B菌(Bifidobacteriumbifidum)。一般于30-45℃最适合乳酸菌发酵产酸。其中，比菲德氏益生菌为人体年轻肠道最优势的有益菌种。
益生质(prebiotics)于肠胃道不会被水解和吸收，可选择性刺激肠道内一种或多种微生物之生长与活性。常见的益生质包括果寡醣(fructooligosaccharide)、低聚半乳糖(galactooligosaccharide)、异麦芽寡醣(isomaltooligosaccharide)及木寡醣(xylooligosaccharide)等，皆以β-醣苷键结，而人体消化道的醣解酶主要为α型，所以此些寡醣类益生质不会被消化道酶水解。益生菌与益生质两者共享时具有加乘的效果，称为共生质(Synbiotics)，研究显示益生质于体内及体外试验中皆具有促进益生菌生长的效果，并可提高益生菌的生理功能。
低聚半乳糖系一种低热量之醣类，热量约为一般醣类之50％，对热及酸具有极佳之安定性。GOS与植物纤维类似，可促进肠道蠕动，改善肠胃道功能。GOS亦为母乳中最重要之寡醣成分。文献指出，GOS对于肠内比菲德氏B菌和乳酸菌有增殖的效果，展现益生质之特性。
目前市售发酵乳中，乳糖转化为小分子之比率约为2至3成，故含有高量乳糖。此外，先前技艺所揭示之制备发酵乳之制程中，需额外添加寡醣类益生质，用以促进益生菌之生长；其并未教示或建议于制备保健机能性发酵乳之制程中处理乳原料，以使乳原料产生寡醣类益生质。
例如，台湾地区第099127616号专利申请案揭露一种包含乳酸球菌属(Lactococcus)菌株或益生菌之完全营养组合物，用于减少不同患者群中过敏症状，其中该组合物包含乳酸球菌属之益生菌。
台湾地区第091134913号专利申请案揭露一种可抑制胃幽门杆菌之优格乳配方，该发明之特征在于添加105-109CFU/mLBifidobacteriumlactis(Bb-12)，及额外添加0.02％～0.08％之低聚半乳糖，以有效维持该菌于保存末期之菌数。
WO2004/052121A1揭露一种益生质(prebiotics)的组成分，该发明每100mL约含有1至3公克的果寡醣，和2至20公克的低聚半乳糖，两种寡醣之聚合度皆约为2至7。相较于单独使用益生质，将果寡醣和低聚半乳糖之重量比约为0.01至50合并使用，对于乳酸杆菌(Lactobacilli)之生长促进更具有加乘性。
US2011/0,189,148A1揭露一种治疗乳糖不耐症相关症状并改善肠胃道健康的方法及组成物。该发明为牛乳制品、调味乳制品、优格及优格饮品等。该发明提供一种乳糖含量降低，并与有效含量益生质及/或益生菌结合的组成物。该发明物每份(240mL)中含有0.01％至5％(w/w)之乳糖，其使用Lactobacillus或Bifidobaterium或两者混合物作为益生菌，添加果寡醣、低聚半乳糖及木寡醣等作为益生质。
JP11-075774揭露一种将低聚半乳糖应用于优格制品之发明。该发明是在无糖发酵乳制品中添加低聚半乳糖促进肠道健康。再者，JP11-075681亦揭示将低聚半乳糖添加于发酵乳，或用于乳酸饮料。
台湾地区第099127161号专利申请案揭示一种制备富含低聚半乳糖及低量乳糖之乳制品之方法，其特征为以乳糖酶直接处理乳原料。然而，该专利申请案并未揭示使用益生菌进一步处理该乳制品，且并未揭示如何制备具有低酸性、低量乳糖及富含低聚半乳糖及比菲德氏益生菌的机能性发酵乳制品。
于此技艺中需要一种于发酵乳制程中，可同时有效减少乳糖、增加低聚半乳糖及益生菌，且降低发酵乳之酸性之方法。
发明内容
本发明据此提出一种制备机能性发酵乳制品之方法，包括：使用乳糖分解酶(lactase)处理乳原料，以提供酶水解乳原料；以比菲德氏益生菌处理该酶水解乳原料，以获得发酵乳原料；及进一步处理该发酵乳原料，以获得机能性发酵乳制品。
本发明之其中一特征为，运用乳糖分解酶处理乳原料以降低乳原料中的乳糖含量，并同时提高低聚半乳糖之含量，故本发明之制程可于单一步骤中同时达成(1)降低乳糖含量及(2)提高低聚半乳糖含量。本发明所制得之酶水解乳原料富含低聚半乳糖，故运用于后续比菲德氏益生菌发酵作用时，不需另外添加低聚半乳糖。低聚半乳糖可作为益生质，促进益生菌之生长及提供其养分，进而产生益生菌与益生质之间的共生效应。
本发明之另一特征为，使乳原料经过酶水解及乳酸菌发酵处理，二段式降低乳原料中之乳糖含量，获得乳糖含量小于0.8％(w/w)之无乳糖产品。降低乳原料中之乳糖含量为有益的，其可避免使用者产生乳糖不耐症。
本发明之又一特征为，使乳原料以乳糖分解酶处理获得酶水解乳原料后，再进行乳酸发酵，可大幅缩短乳酸发酵反应时间；相较于使用未经乳糖分解酶处理之乳原料进行乳酸发酵之方法，本发明方法之乳酸菌发酵反应时间可减少约8至10小时，即可达到所需菌量。据此，本发明无可预期地发现使用酶水解乳原料之优势。
本发明之再一特征为，将本发明之酶水解乳原料与比菲德氏益生菌共同培养，可获得具有低酸性(即，较高pH值)之发酵乳原料。
故利用本发明方法所制备之发酵乳制品，其特征为低酸性、含低量乳糖及富含低聚半乳糖及比菲德氏益生菌。
本发明之目的之一，是提供一种制备低酸性、含低量乳糖及高量低聚半乳糖之发酵乳原料的方法，其中是使用乳糖分解酶水解转化乳原料之大部分乳糖，进而产生含低量乳糖及高量低聚半乳糖之发酵乳原料。
本发明之另一目的，是使用乳糖分解酶水解乳原料中大部分乳糖，将乳原料制备成较易吸收利用的酶水解乳原料，故可加速后续乳酸菌发酵之进行。
本文所称「乳原料」可来自任何哺乳动物种类，包括但不限于来自牛、山羊或绵羊之乳源，优选者为源自牛之乳源。本发明之乳原料可于制程前进行改质，例如，将其转换为中脂乳、低脂乳、脱脂乳、乳浆蛋白、乳铁蛋白、乳清蛋白、乳清及乳糖。
再者，本文所称「乳原料」可经由任何干燥处理，例如，热风干燥及冷冻干燥，制成干燥状态之乳原料。使用于本发明制程前，可预先溶解于水中，供后续酶水解及乳酸菌发酵用。
本发明所使用之乳原料，可经过浓缩处理而呈现高浓度状态。本发明使用之乳原料所含固形物为约10至40％(w/w)。优选者，具有约20至40％(w/w)。本发明之一具体实施例是使用固形物含量为约10％(w/w)之乳原料；本发明之另一具体实施例是使用固形物含量为40％(w/w)之乳原料。
本文所称「酶水解乳原料」是指经乳糖分解酶处理之乳原料。本发明之方法中，是使用，以乳原料中之乳糖之重量计，约0.1～1％，优选者为约0.1～0.5％，更佳为约0.1～0.3％，之乳糖分解酶处理乳原料，以获得酶水解乳原料。本发明方法可使用任何来源的乳糖酶，其包括但不限于来自曲霉菌(Aspergillus)、酵母菌(Saccharomyces)、克鲁维酵母菌(Kluyveromyces)的乳糖酶。优选者为β-半乳糖苷酶(β-galactosidase)。根据本发明之一实施例，乳糖分解酶的单位酶活力优选为3000至5000U/g。本发明之具体实施例中，酶处理是在约40～50℃之下进行约60～70分钟之水解反应。
完成酶处理后，可使用习知之方法中止酶反应。例如，可将所得之酶水解乳原料加热灭酶，随后立即降温。加热灭酶温度约60至90℃，优选者约80至90℃，更佳者为约85至90℃。灭酶处理后降温至约10至20℃，优选者为降至约10℃。
酶水解乳原料之固形物含量为约10至40％(w/w)，优选者为约18至40％(w/w)。酶水解乳原料之乳糖含量为约0.8至1.2％(w/w)；低聚半乳糖含量为约3.0至3.5％，优选者为约3.4％。本发明之酶水解乳原料具有约6.3至6.6之pH值，优选者为约pH6.5。
将依据本发明之方法所制得之酶水解乳原料，进一步添加乳酸菌进行乳酸发酵，以获得发酵乳原料。
根据本发明之一实施例，是使用比菲德氏益生菌进行乳酸发酵，使发酵产品具有较低之酸度。本发明可使用任何比菲德氏益生菌，其包括但不限于Bifidobacterimbifidum,Bifidobacterimlongum,Bifidobacterimbreve及Bifidobacterimlactis。根据本发明之一实施例，比菲德氏益生菌为Bifidobacterimbifidum。本发明所添加的比菲德氏益生菌初始菌数优选者为约1×106～3×106CFU/g。本发明之一具体实施例所添加之初始菌数为约1.14×106CFU/g；本发明之又另一具体实施例所添加之初始菌数为约2.16×106CFU/g。
本发明之乳酸发酵之操作时间及温度，是在36至38℃，进行10至24小时发酵反应，优选者是在37℃下进行10小时发酵反应。本发明方法之乳酸发酵反应时间相较于先前技术可减少约8至10小时，即可达到所需菌量。
本发明之另一实施例中，于进行乳酸发酵前另添加，以乳原料之重量计，约0.5～5.0％之果寡醣。优选者是添加约2.0％之果寡醣。本发明添加果寡醣，可作为促进乳酸菌生长之益生质，相对减少乳酸菌对于低聚半乳糖之利用，增加低聚半乳糖于最终产品之存留率。低聚半乳糖对于酸性环境及加工热破坏之耐受性高，保留于最终产品可增加产品之机能性。
本发明之乳酸发酵反应条件可依本发明技术领域已知之发酵反应条件进行。如本发明技术领域中所属领域的技术人员所理解者，本发明方法所使用之乳酸菌数、乳酸菌种、操作温度及时间等条件，可由本发明技术领域中所属领域的技术人员，依据所使用之酶水解乳原料、乳酸菌种类、乳酸菌数量及所需之终产物等判断决定。
最后，可以习知处理乳制品之方法灭菌。例如，可使用巴斯德灭菌或UHT超高温瞬间灭菌。视需要，可运用无菌冷充填技术(asepticcoolingfillersystem)包装所得终产物。本发明可利用以下包材进行包装为最终产品，其包括但不限于，宝特瓶(Polyethyleneterephthalate,PET)、聚乙烯瓶(polyethylene,PE)及利乐包材(Tetrapack)。
依据本发明方法所制得之发酵乳原料，其固形物含量为约10至40％(w/w)，优选者为约10至20％(w/w)。
依据本发明方法所制得之发酵乳原料，每100公克含有约0.4至0.8％，优选者为约0.4至0.6％，之乳糖含量。
依据本发明方法所得之发酵乳原料每100公克含有约2.5至5.0％之低聚半乳糖，优选者具有约3.5至4.7％，之低聚半乳糖。
依据本发明方法所得之发酵乳原料，其中比菲德氏益生菌数为约1×108至6×108CFU/g，优选者为约6×108CFU/g。
本发明之一具体实施例中，发酵前添加2％果寡醣(实例2-2)，比菲德氏益生菌数由5×108(实例2-1)增加至6×108(实例2-2)。本发明之较佳具体实施例，发酵前添加2％果寡醣(实例1-2)，比菲德氏益生菌数由4×108(实例1-1)增加至6×108(实例1-2)。
依据本发明方法所得之发酵乳原料之pH为约4.3至5.5，优选者为约5.2至5.5。
将本发明之发酵乳原料经稀释后可制得发酵乳制品。本发明之发酵乳制品，每份240公克中含有约0.2至0.4％，优选者为约0.2至0.3％，之乳糖，可视为无乳糖产品。本发明之发酵乳制品，每份240公克含有约10％之固形物，且具有约1.2至2.5％之低聚半乳糖，优选者具有约1.8至2.4％之低聚半乳糖。据此，本发明之又一目的，是在提供一种低酸性、低量乳糖及富含低聚半乳糖与比菲德氏益生菌之高机能性发酵乳制品，其是依据本发明之方法所制作。
本发明之发酵乳制品可制成常温型态之乳饮料或乳制品，也可制成冷藏型态之乳饮料或乳制品。也可作为包括下列之食品之基底：冰淇淋、优格、优格乳、调味乳制品、奶昔、点心食品或保健饮料。
具体实施方式
以下实施例是用于对本发明做进一步说明，但非用以限制本发明之范围。
实例1-1至3-2之条件如表一所示，其中包括依据本发明方法所制得之酶水解乳原料、发酵乳原料及发酵乳制品之乳糖和低聚半乳糖含量，亦包含比菲德氏B菌(Bifidobacteriumbifidum)数及最终pH值。
实例1-1
将奶粉搅拌均匀溶解于水中，形成高浓度牛乳(固形物含量约为40％)，以每100g乳糖0.1g乳糖分解酶之速率添加乳糖分解酶，反应60分钟后随即加热至85～90℃进行灭酶。将酶反应完成之高浓度牛乳稀释至固形物含量约为19.9％。所得之酶水解乳原料之乳糖含量为0.9(g/100g)；低聚半乳糖含量为3.3(g/100g)。添加B.bifidum(3×106(CFU/g))于37℃发酵10小时，所得发酵乳原料之乳糖含量为0.5(g/100g)；低聚半乳糖含量为2.6(g/100g)；B.bifidum菌数为4×108(CFU/g)，最终pH值为5.2。
实例1-2
将奶粉搅拌均匀溶解于水中，形成高浓度牛乳(固形物含量约为40％)，以每100g乳糖0.1g乳糖分解酶之速率添加乳糖分解酶，反应60分钟后随即加热至85～90℃进行灭酶。将酶反应完成之高浓度牛乳稀释至固形物含量约为20％。所得之酶水解乳原料之乳糖含量为0.9(g/100g)；低聚半乳糖含量为3.3(g/100g)。乳酸发酵制程前，加入约2％(w/w)之果寡醣。添加B.bifidum(3×106(CFU/g))于37℃发酵10小时，所得发酵乳原料之乳糖含量为0.6(g/100g)；低聚半乳糖含量为3.5(g/100g)；B.bifidum菌数为6×108(CFU/g)，最终pH值为5.1。
实例2-1
将奶粉搅拌均匀溶解于水中，形成高浓度牛乳(固形物含量约为40％)，以每100g乳糖0.1g乳糖分解酶之速率添加乳糖分解酶，反应60分钟后随即加热至85～90℃进行灭酶。将酶反应完成之高浓度牛乳稀释至固形物含量约为20.23％。所得之酶水解乳原料之乳糖含量为0.9(g/100g)；低聚半乳糖含量为3.2(g/100g)。添加B.bifidum(2.8×106(CFU/g))于37℃发酵10小时，所得发酵乳原料之乳糖含量为0.5(g/100g)；低聚半乳糖含量为2.5(g/100g)；B.bifidum菌数为5×108(CFU/g)，最终pH值为5.2。
实例2-2
将奶粉搅拌均匀溶解于水中，形成高浓度牛乳(固形物含量约为40％)，以每100g乳糖0.1g乳糖分解酶之速率添加乳糖分解酶，反应60分钟后随即加热至85～90℃进行灭酶。将酶反应完成之高浓度牛乳稀释至固形物含量约为20.51％。所得之酶水解乳原料之乳糖含量为0.9(g/100g)；低聚半乳糖含量为3.2(g/100g)。乳酸发酵制程前，加入约2％(w/w)之果寡醣。添加B.bifidum(2.8×106(CFU/g))于37℃发酵10小时，所得发酵乳原料之乳糖含量为0.6(g/100g)；低聚半乳糖含量为3.6(g/100g)；B.bifidum菌数为6×108(CFU/g)，最终pH值为5.1。
实例3-1
将奶粉搅拌均匀溶解于水中，形成高浓度牛乳(固形物含量约为40％)，以每100g乳糖0.1g乳糖分解酶之速率添加乳糖分解酶，反应60分钟后随即加热至85～90℃进行灭酶。将酶反应完成之高浓度牛乳稀释至固形物含量约为20％。所得之酶水解乳原料之乳糖含量为1.0(g/100g)；低聚半乳糖含量为3.4(g/100g)。添加B.bifidum(1.14×106(CFU/g))于37℃发酵10小时，所得发酵乳原料之乳糖含量为0.6(g/100g)；低聚半乳糖含量为2.8(g/100g)；B.bifidum菌数为0.9×108(CFU/g)，最终pH值为5.2。
实例3-2
将奶粉搅拌均匀溶解于水中，形成高浓度牛乳(固形物含量约为40％)，以每100g乳糖0.1g乳糖分解酶之速率添加乳糖分解酶，反应60分钟后随即加热至85～90℃进行灭酶。将酶反应完成之高浓度牛乳稀释至固形物含量约为20.47％。所得之酶水解乳原料之乳糖含量为1.0(g/100g)；低聚半乳糖含量为3.4(g/100g)。乳酸发酵制程前，加入约2％(w/w)之果寡醣。添加B.bifidum(1.14×106(CFU/g))于37℃发酵10小时，所得发酵乳原料之乳糖含量为0.8(g/100g)；低聚半乳糖含量为4.7(g/100g)；B.bifidum菌数为1×108(CFU/g)，最终pH值为5.3。
实例1-1至3-2之各阶段乳产物，其低聚半乳糖、乳糖、比菲德氏益生菌含量及pH值如下表所示：
【表一】
将实例1-1至3-2所得之发酵乳制品，以UHT超高温瞬间灭菌(140℃/30秒)，并使用无菌冷充填技术包装。
虽然本发明已以优选实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属领域的技术人员，在不脱离本发明之精神与范围内，当可作些许的更动与修改，因此本发明之保护范围应视以上所附的权利要求书所界定者为准。
Claims (15)
1.一种制备低酸性、低量乳糖及富含低聚半乳糖及比菲德氏益生菌之机能性发酵乳制品之方法，其包括：
以乳糖分解酶(lactase)直接处理乳原料进行酶水解反应，以提供酶水解乳原料，其中所述乳糖分解酶为β-半乳糖苷酶(β-galactosidase)，所述乳糖分解酶之量为乳原料中乳糖之0.1至1％，酶水解反应是在40至50℃之下进行60至70分钟，且其中酶水解乳原料之乳糖含量为0.8至1.2％(w/w)，低聚半乳糖含量为3.0至3.5％(w/w)；
以比菲德氏益生菌处理该酶水解乳原料进行乳酸发酵反应，以获得发酵乳原料，其中乳酸发酵反应是在37℃进行10小时，且其中该发酵乳原料之pH为5.2至5.5，乳糖含量为0.4至0.8％，及低聚半乳糖含量为2.5至5.0％；及
处理该发酵乳原料，以获得机能性发酵乳制品。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述乳原料可来源自牛、山羊或绵羊。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述乳原料含有10至40％(w/w)之固形物。
4.如权利要求1所述的方法，其进一步包含将酶水解乳原料加热至60至90℃，之后降温至10至20℃。
5.如权利要求1所述的方法，其进一步包含用水将酶水解乳原料稀释2至4倍。
6.如权利要求1所述的方法，其中酶水解乳原料之固形物含量为10至40％(w/w)。
7.如权利要求1所述的方法，其中比菲德氏益生菌之添加量为1×106至3×106CFU/g，且其中所述比菲德氏益生菌为BifidobacteriumBifidum、Bifidobacterimlongum、Bifidobacterimbreve或Bifidobacterimlactis。
8.如权利要求1所述的方法，其进一步包含于乳酸发酵反应时加入0.5至5％(w/w)之果寡醣。
9.如权利要求1所述的方法，其中发酵乳原料之固形物含量为10至40％。
10.如权利要求1所述的方法，其中发酵乳原料含有1×108至6×108CFU/g之比菲德氏益生菌。
11.如权利要求1所述的方法，其中发酵乳制品之固形物含量为10％，乳糖含量为0.2至0.4％，及低聚半乳糖含量为1.2至2.5％。
12.如权利要求1所述的方法，其进一步包含以UHT超高温瞬间灭菌处理发酵乳制品。
13.如权利要求1所述的方法，其进一步包含以无菌冷充填技术包装发酵乳制品。
14.一种低酸性、含低量乳糖及富含低聚半乳糖及比菲德氏益生菌之发酵乳制品，其是由权利要求1至13中任一权利要求所述的方法所制备。
15.如权利要求14所述的发酵乳制品，其可进一步应用为冰淇淋、优格、优格乳、调味乳制品、奶昔、点心食品或保健饮料之基底。
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