TWI554214B - 一種製備低酸性、低量乳糖及富含半乳寡醣及比菲德氏益生菌之機能性發酵乳製品之方法及以該方法製備之機能性發酵乳製品 - Google Patents
一種製備低酸性、低量乳糖及富含半乳寡醣及比菲德氏益生菌之機能性發酵乳製品之方法及以該方法製備之機能性發酵乳製品 Download PDFInfo
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Description
本發明係關於一種製備低酸性、低量乳糖及富含半乳寡醣及比菲德氏益生菌的機能性發酵乳製品之方法，以及利用該方法所製備之機能性發酵乳製品。
各類乳製品中擁有最古老歷史的就是優酪乳。優酪乳由牛奶製成，牛奶中含有良好的蛋白質、鈣質及維生素等豐富營養，經過乳酸菌之發酵，產生風味獨特且更易吸收營養的形式。發酵後牛奶的大分子初步被消化成小分子，乳糖含量降低，游離胺基酸含量提高及產生葉酸及維生素K等，以供人體利用。發酵過程中所分解出的乳酸與鈣結合形成乳酸鈣，容易被人體消化吸收，且其中鈣磷比例和人體骨骼相似，故優酪乳為鈣質吸收的良好來源。
益生菌(probiotics)為一種或多種微生物，可增進人類或動物宿主腸內菌叢之品質，促進宿主之腸道健康，其中最常使用之益生菌菌株
為乳酸菌。乳酸菌對健康有許多益處，且使用的歷史悠久，已被認為是非常安全的，其功效包括緩和乳糖不耐症、增強免疫力、抑制病原菌、改善食物營養價值及消化性、降低膽固醇及抗腫瘤等活性。
乳酸菌之一般定義為可利用碳水化合物進行發酵，且可產生多量乳酸之細菌總稱。通常具有下列共同特性：(1)革蘭氏陽性菌，不具有運動性；(2)營養需求複雜，需要碳水化合物、胺基酸、核酸衍生物、維生素及多種生長素等；(3)通常缺乏過氧化氫酶活性及細胞色素；(4)厭氧、微好氧、耐氧厭氧性或兼性厭氧性，一般可於有氧狀態生長，但以無氧狀態生長較佳，亦有絕對厭氧者。
自然界存在之乳酸菌種類非常多，經過人類長時間服用與科學研究，已知某些乳酸菌種是腸道內正常的菌群之一，且具有機能性，即具有益生菌的潛力。常見的乳酸菌有保加利亞桿菌(Lactobacillus bulgaricus)、嗜熱鏈球菌(Streptococcus thermophilus)、嗜酸乳桿菌(Lactobacillus acidophilus)及比菲德氏B菌(Bifidobacterium bifidum)。一般於30-45℃最適合乳酸菌發酵產酸。其中，比菲德氏益生菌為人體年輕腸道最優勢的有益菌種。
益生質(prebiotics)於腸胃道不會被水解和吸收，可選擇性刺激腸道內一種或多種微生物之生長與活性。常見的益生質包括果寡醣、半乳寡醣、異麥芽寡醣及木寡醣等，皆以β-醣苷鍵結，而人體消化道的醣解酵素主要為α型，所以此些寡醣類益生質不會被消化道酵素水解。益生菌與益生質兩者共用時具有加乘的效果，稱為共生質(Synbiotics)，研究顯示益生質於體內及體外試驗中皆具有促進益生菌生長的效果，並可提高益生菌的生理功能。
半乳寡醣(galactooligosaccharides,GOS)係一種低熱量之醣類，熱量約為一般醣類之50%，對熱及酸具有極佳之安定性。GOS與植物纖維類似，可促進腸道蠕動，改善腸胃道功能。GOS亦為母乳中最重
要之寡醣成分。文獻指出，GOS對於腸內比菲德氏B菌和乳酸菌有增殖的效果，展現益生質之特性。
目前市售發酵乳中，乳糖轉化為小分子之比率約為2至3成，故含有高量乳糖。此外，先前技藝所揭示之製備發酵乳之製程中，需額外添加寡醣類益生質，用以促進益生菌之生長；其並未教示或建議於製備保健機能性發酵乳之製程中處理乳原料，以使乳原料產生寡醣類益生質。
例如，中華民國第099127616號專利申請案揭露一種包含乳酸球菌屬(Lactococcus)菌株或益生菌之完全營養組合物，用於減少不同患者群中過敏症狀，其中該組合物包含乳酸球菌屬之益生菌。
中華民國第091134913號專利申請案揭露一種可抑制胃幽門桿菌之優酪乳配方，該發明之特徵在於添加105-109 CFU/mL Bifidobacterium lactis(Bb-12)，及額外添加0.02%~0.08%之半乳寡醣，以有效維持該菌於保存末期之菌數。
WO 2004/052121 A1揭露一種益生質(prebiotics)的組成分，該發明每100 mL約含有1至3公克的果寡醣，和2至20公克的半乳寡醣，兩種寡醣之聚合度皆約為2至7。相較於單獨使用益生質，將果寡醣和半乳寡醣之重量比約為0.01至50合併使用，對於乳酸桿菌(Lactobacilli)之生長促進更具有加乘性。
US 2011/0,189,148 A1揭露一種治療乳糖不耐症相關症狀並改善腸胃道健康的方法及組成物。該發明係牛乳製品、調味乳製品、優格及優格飲品等。該發明提供一種乳糖含量降低，並與有效含量益生質及/或益生菌結合的組成物。該發明物每份(240 mL)中含有0.01%至5%(w/w)之乳糖，其係使用Lactobacillus或Bifidobaterium或兩者混合物作為益生菌，添加果寡醣、半乳寡醣及木寡醣等作為益生質。
JP 11-075774揭露一種將半乳寡醣應用於優格製品之發明。該發
明係於無糖發酵乳製品中添加半乳寡醣促進腸道健康。再者，JP 11-075681亦揭示將半乳寡醣添加於發酵乳，或用於乳酸飲料。
中華民國第099127161號專利申請案揭示一種製備富含半乳寡醣及低量乳糖之乳製品之方法，其特徵為以乳糖酶直接處理乳原料。然而，該專利申請案並未揭示使用益生菌進一步處理該乳製品，且並未揭示如何製備具有低酸性、低量乳糖及富含半乳寡醣及比菲德氏益生菌的機能性發酵乳製品。
於此技藝中需要一種於發酵乳製程中，可同時有效減少乳糖、增加半乳寡醣及益生菌，且降低發酵乳之酸性之方法。
本發明據此提出一種製備機能性發酵乳製品之方法，包括：使用乳糖分解酵素(lactase)處理乳原料，以提供酵素水解乳原料；以比菲德氏益生菌處理該酵素水解乳原料，以獲得發酵乳原料；及進一步處理該發酵乳原料，以獲得機能性發酵乳製品。
本發明之其中一特徵為，運用乳糖分解酵素處理乳原料以降低乳原料中的乳糖含量，並同時提高半乳寡醣之含量，故本發明之製程可於單一步驟中同時達成(1)降低乳糖含量及(2)提高半乳寡醣含量。本發明所製得之酵素水解乳原料富含半乳寡醣，故運用於後續比菲德氏益生菌發酵作用時，不需另外添加半乳寡醣。半乳寡醣可作為益生質，促進益生菌之生長及提供其養分，進而產生益生菌與益生質之間的共生效應。
本發明之另一特徵為，使乳原料經過酵素水解及乳酸菌發酵處理，二段式降低乳原料中之乳糖含量，獲得乳糖含量小於0.8%(w/w)之無乳糖產品。降低乳原料中之乳糖含量係有益的，其可避免使用者產生乳糖不耐症。
本發明之又一特徵為，使乳原料以乳糖分解酵素處理獲得酵素
水解乳原料後，再進行乳酸發酵，可大幅縮短乳酸發酵反應時間；相較於使用未經乳糖分解酵素處理之乳原料進行乳酸發酵之方法，本發明方法之乳酸菌發酵反應時間可減少約8至10小時，即可達到所需菌量。據此，本發明無可預期地發現使用酵素水解乳原料之優勢。
本發明之再一特徵為，將本發明之酵素水解乳原料與比菲德氏益生菌共同培養，可獲得具有低酸性(即，較高pH值)之發酵乳原料。
故利用本發明方法所製備之發酵乳製品，其特徵係低酸性、含低量乳糖及富含半乳寡醣及比菲德氏益生菌。
本發明之目的之一，係提供一種製備低酸性、含低量乳糖及高量半乳寡醣之發酵乳原料的方法，其中係使用乳糖分解酵素水解轉化乳原料之大部分乳糖，進而產生含低量乳糖及高量半乳寡醣之發酵乳原料。
本發明之另一目的，係使用乳糖分解酵素水解乳原料中大部分乳糖，將乳原料製備成較易吸收利用的酵素水解乳原料，故可加速後續乳酸菌發酵之進行。
本發明所指「乳原料」可源自於任何哺乳類動物，包括但不限於源自牛、山羊或綿羊之乳源，較佳者為源自牛之乳源。本發明之乳原料可於製程前改質，例如，將其轉換為中脂乳、低脂乳、脫脂乳、乳漿蛋白、乳鐵蛋白、乳清蛋白、乳清及乳糖。
再者，本發明之「乳原料」可經由任何乾燥處理，例如，熱風乾燥及冷凍乾燥，製成乾燥狀態之乳原料。使用於本發明製程前，可預先溶解於水中，供後續酵素水解及乳酸菌發酵用。
本發明所使用之乳原料，可經過濃縮處理而呈現高濃度狀態。本發明使用之乳原料所含固形物為約10至40%(w/w)。較佳者，係具有約20至40%(w/w)。本發明之一具體實施例係使用固形物含量為約10%(w/w)之乳原料；本發明之另一具體實施例係使用固形物含量為
40%(w/w)之乳原料。
本發明之「酵素水解乳原料」係指經乳糖分解酵素處理之乳原料。本發明之方法中，係使用，以乳原料中之乳糖之重量計，約0.1~1%，較佳為約0.1~0.5%，更佳為約0.1~0.3%，之乳糖分解酵素處理乳原料，以獲得酵素水解乳原料。根據本發明之一實施例，乳糖分解酵素為β-半乳糖苷酶(β-galactosidase)。本發明之具體實施例中，酵素處理係於約40~50℃之下進行約60~70分鐘之水解反應。
完成酵素處理後，可使用習知之方法中止酵素反應。例如，可將所得之酵素水解乳原料加熱滅酶，隨後立即降溫。加熱滅酶溫度約60至90℃，較佳者係約80至90℃，更佳者係約85至90℃。滅酶處理後降溫至約10至20℃，較佳者係降至約10℃。
酵素水解乳原料之固形物含量為約10至40%(w/w)，較佳係為約18至40%(w/w)。酵素水解乳原料之乳糖含量為約0.8至1.2%(w/w)；半乳寡醣含量為約3.0至3.5%，較佳為約3.4%。本發明之酵素水解乳原料具有約6.3至6.6之pH值，較佳為約pH 6.5。
將依據本發明之方法所製得之酵素水解乳原料，進一步添加乳酸菌進行乳酸發酵，以獲得發酵乳原料。
根據本發明之一實施例，係使用比菲德氏益生菌進行乳酸發酵，使發酵產品具有較低之酸度。本發明可使用任何比菲德氏益生菌，其包括但不限於Bifidobacterim bifidum,Bifidobacterim longum,Bifidobacterim breve及Bifidobacterim lactis。根據本發明之一實施例，比菲德氏益生菌為Bifidobacterim bifidum。本發明所添加的比菲德氏益生菌初始菌數較佳為約1×106~3×106 CFU/g。本發明之一具體實施例所添加之初始菌數為約1.14×106 CFU/g；本發明之又另一具體實施例所添加之初始菌數為約2.16×106 CFU/g。
本發明之乳酸發酵之操作時間及溫度，係於36至38℃，進行10
至24小時發酵反應，較佳者係於37℃下進行10小時發酵反應。本發明方法之乳酸發酵反應時間相較於先前技術可減少約8至10小時，即可達到所需菌量。
本發明之另一實施例中，於進行乳酸發酵前另添加，以乳原料之重量計，約0.5~5.0%之果寡醣。較佳者係添加約2.0%之果寡醣。本發明添加果寡醣，可作為促進乳酸菌生長之益生質，相對減少乳酸菌對於半乳寡醣之利用，增加半乳寡醣於最終產品之存留率。半乳寡醣對於酸性環境及加工熱破壞之耐受性高，保留於最終產品可增加產品之機能性。
本發明之乳酸發酵反應條件可依本發明技術領域已知之發酵反應條件進行。如本發明技術領域中具有通常知識者所理解，本發明方法所使用之乳酸菌數、乳酸菌種、操作溫度及時間等條件，可由本發明技術領域中具有通常知識者，依據所使用之酵素水解乳原料、乳酸菌種類、乳酸菌數量及所需之終產物等判斷決定。
最後，可以習知處理乳製品之方法滅菌。例如，可使用巴斯德滅菌或UHT超高溫瞬間滅菌。視需要，可運用無菌冷充填技術(aseptic cooling filler system)包裝所得終產物。本發明可利用以下包材進行包裝為最終產品，其包括但不限於，寶特瓶(Polyethylene terephthalate,PET)、聚乙烯瓶(polyethylene,PE)及利樂包材(Tetra pack)。
依據本發明方法所製得之發酵乳原料，其固形物含量為約10至40%(w/w)，較佳為約10至20%(w/w)。
依據本發明方法所製得之發酵乳原料，每100公克含有約0.4至0.8%，較佳為約0.4至0.6%之乳糖含量。
依據本發明方法所得之發酵乳原料每100公克含有約2.5至5.0%之半乳寡醣，較佳者具有約3.5至4.7%之半乳寡醣。
依據本發明方法所得之發酵乳原料，其中比菲德氏益生菌數為約1×108至6×108 CFU/g，較佳者為約6×108 CFU/g。
本發明之一具體實施例中，發酵前添加2%果寡醣(實例2-2)，比菲德氏益生菌數由5×108(實例2-1)增加至6×108(實例2-2)。本發明之較佳具體實施例，發酵前添加2%果寡醣(實例1-2)，比菲德氏益生菌數由4×108(實例1-1)增加至6×108(實例1-2)。
依據本發明方法所得之發酵乳原料之pH為約4.3至5.5，較佳者為約5.2至5.5。
將本發明之發酵乳原料經稀釋後可製得發酵乳製品。本發明之發酵乳製品，每份240公克中含有約0.2至0.4%，較佳為約0.2至0.3%之乳糖，可視為無乳糖產品。本發明之發酵乳製品，每份240公克含有約10%之固形物，且具有約1.2至2.5%之半乳寡醣，較佳者係具有約1.8至2.4%之半乳寡醣。據此，本發明之又一目的，係提供一種低酸性、低量乳糖及富含半乳寡醣與比菲德氏益生菌之高機能性發酵乳製品，其係依據本發明之方法所製作。
本發明之發酵乳製品可製成常溫型態之乳飲料或乳製品，亦可製成冷藏型態之乳飲料或乳製品。亦可應用為包括下列之食品之基底：冰淇淋、霜淇淋、優格、優格乳、調味乳製品、奶昔、點心食品或保健飲品。
以下實施例係用於對本發明做進一步說明，唯非用以限制本發明之範圍。
實例1-1至3-2之條件如表一所示，其中包括依據本發明方法所製得之酵素水解乳原料、發酵乳原料及發酵乳製品之乳糖和半乳寡醣含
量，亦包含比菲德氏B菌(Bifidobacterium bifidum)數及最終pH值。
將奶粉攪拌均勻溶解於水中，形成高濃度牛乳(固形物含量約為40%)，以每100 g乳糖0.1 g乳糖分解酵素之速率添加乳糖分解酵素，反應60分鐘後隨即加熱至85~90℃進行滅酶。將酵素反應完成之高濃度牛乳稀釋至固形物含量約為19.9%。所得之酵素水解乳原料之乳糖含量為0.9(g/100 g)；半乳寡醣含量為3.3(g/100 g)。添加B.bifidum(3×106(CFU/g))於37℃發酵10小時，所得發酵乳原料之乳糖含量為0.5(g/100 g)；半乳寡醣含量為2.6(g/100 g)；B.bifidum菌數為4×108(CFU/g)，最終pH值為5.2。
將奶粉攪拌均勻溶解於水中，形成高濃度牛乳(固形物含量約為40%)，以每100 g乳糖0.1 g乳糖分解酵素之速率添加乳糖分解酵素，反應60分鐘後隨即加熱至85~90℃進行滅酶。將酵素反應完成之高濃度牛乳稀釋至固形物含量約為20%。所得之酵素水解乳原料之乳糖含量為0.9(g/100 g)；半乳寡醣含量為3.3(g/100 g)。乳酸發酵製程前，加入約2%(w/w)之果寡醣。添加B.bifidum(3×106(CFU/g))於37℃發酵10小時，所得發酵乳原料之乳糖含量為0.6(g/100 g)；半乳寡醣含量為3.5(g/100 g)；B.bifidum菌數為6×108(CFU/g)，最終pH值為5.1。
將奶粉攪拌均勻溶解於水中，形成高濃度牛乳(固形物含量約為40%)，以每100 g乳糖0.1 g乳糖分解酵素之速率添加乳糖分解酵素，反應60分鐘後隨即加熱至85~90℃進行滅酶。將酵素反應完成之高濃度牛乳稀釋至固形物含量約為20.23%。所得之酵素水解乳原料之乳糖含量為0.9(g/100 g)；半乳寡醣含量為3.2(g/100 g)。添加B.bifidum(2.8×106(CFU/g))於37℃發酵10小時，所得發酵乳原料之乳
糖含量為0.5(g/100 g)；半乳寡醣含量為2.5(g/100 g)；B.bifidum菌數為5×108(CFU/g)，最終pH值為5.2。
將奶粉攪拌均勻溶解於水中，形成高濃度牛乳(固形物含量約為40%)，以每100 g乳糖0.1 g乳糖分解酵素之速率添加乳糖分解酵素，反應60分鐘後隨即加熱至85~90℃進行滅酶。將酵素反應完成之高濃度牛乳稀釋至固形物含量約為20.51%。所得之酵素水解乳原料之乳糖含量為0.9(g/100 g)；半乳寡醣含量為3.2(g/100 g)。乳酸發酵製程前，加入約2%(w/w)之果寡醣。添加B.bifidum(2.8×106(CFU/g))於37℃發酵10小時，所得發酵乳原料之乳糖含量為0.6(g/100 g)；半乳寡醣含量為3.6(g/100 g)；B.bifidum菌數為6×108(CFU/g)，最終pH值為5.1。
將奶粉攪拌均勻溶解於水中，形成高濃度牛乳(固形物含量約為40%)，以每100 g乳糖0.1 g乳糖分解酵素之速率添加乳糖分解酵素，反應60分鐘後隨即加熱至85~90℃進行滅酶。將酵素反應完成之高濃度牛乳稀釋至固形物含量約為20%。所得之酵素水解乳原料之乳糖含量為1.0(g/100 g)；半乳寡醣含量為3.4(g/100 g)。添加B.bifidum(1.14×106(CFU/g))於37℃發酵10小時，所得發酵乳原料之乳糖含量為0.6(g/100 g)；半乳寡醣含量為2.8(g/100 g)；B.bifidum菌數為0.9×108(CFU/g)，最終pH值為5.2。
將奶粉攪拌均勻溶解於水中，形成高濃度牛乳(固形物含量約為40%)，以每100 g乳糖0.1 g乳糖分解酵素之速率添加乳糖分解酵素，反應60分鐘後隨即加熱至85~90℃進行滅酶。將酵素反應完成之高濃度牛乳稀釋至固形物含量約為20.47%。所得之酵素水解乳原料之
乳糖含量為1.0(g/100 g)；半乳寡醣含量為3.4(g/100 g)。乳酸發酵製程前，加入約2%(w/w)之果寡醣。添加B.bifidum(1.14×106(CFU/g))於37℃發酵10小時，所得發酵乳原料之乳糖含量為0.8(g/100 g)；半乳寡醣含量為4.7(g/100 g)；B.bifidum菌數為1×108(CFU/g)，最終pH值為5.3。
實例1-1至3-2之各階段乳產物，其半乳寡醣、乳糖、比菲德氏益生菌含量及pH值如下表所示：
將實例1-1至3-2所得之發酵乳製品，以UHT超高溫瞬間滅菌(140℃/30秒)，並使用無菌冷充填技術包裝。
雖然本發明已揭露較佳實施例如上，然其並非用以限定本發
明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神與範圍內，可適當更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
Claims (19)
- 一種製備機能性發酵乳製品之方法，其包括：以乳糖分解酵素(lactase)直接處理乳原料進行酵素水解反應，以提供酵素水解乳原料，其中該乳糖分解酵素之量為乳原料中乳糖之0.1至1%，且其中該酵素水解乳原料之乳糖含量為0.8至1.2%(w/w)及半乳寡醣含量為3.0至3.5%(w/w)；以比菲德氏益生菌處理該酵素水解乳原料進行乳酸發酵反應，以獲得發酵乳原料，其中該發酵乳原料之pH為4.3至5.5，及含有0.4至0.8%之乳糖及2.5至5.0%之半乳寡醣；及處理該發酵乳原料，以獲得機能性發酵乳製品。
- 如請求項1之方法，其中該乳原料可來源自牛、山羊或綿羊。
- 如請求項1之方法，其中該乳原料含有10至40%(w/w)之固形物。
- 如請求項1之方法，其中該乳糖分解酵素為β-半乳糖苷酶(β-galactosidase)。
- 如請求項1之方法，其中酵素水解反應係於40至50℃之下進行60至70分鐘。
- 如請求項1之方法，其進一步包含將酵素水解乳原料加熱至60至90℃，之後降溫至10至20℃。
- 如請求項1之方法，其進一步包含用水將酵素水解乳原料稀釋2至4倍。
- 如請求項1之方法，其中酵素水解乳原料之固形物含量為10至40%(w/w)。
- 如請求項1之方法，其中比菲德氏益生菌之添加量為1×106至3×106CFU/g，且其中該比菲德氏益生菌為Bifidobacterium Bifidum、Bifidobacterim longum、Bifidobacterim breve或 Bifidobacterim lactis。
- 如請求項1之方法，其進一步包含於乳酸發酵反應時加入0.5至5%(w/w)之果寡醣。
- 如請求項1之方法，其中乳酸發酵反應係於36至38℃進行10至24小時。
- 如請求項1之方法，其中發酵乳原料之固形物含量為10至40%。
- 如請求項1之方法，其中發酵乳原料含有1×108至6×108CFU/g之比菲德氏益生菌。
- 如請求項1之方法，其中發酵乳原料之pH值為5.2至5.5。
- 如請求項1之方法，其中發酵乳製品之固形物含量為10%，乳糖含量為0.2至0.4%，及半乳寡醣含量為1.2至2.5%。
- 如請求項1之方法，其進一步包含以UHT超高溫瞬間滅菌處理發酵乳製品。
- 如請求項1之方法，其進一步包含以無菌冷充填技術包裝發酵乳製品。
- 一種發酵乳製品，其係由請求項1至17中任一項之方法所製備。
- 如請求項18之發酵乳製品，其可進一步應用為冰淇淋、霜淇淋、優格、優格乳、調味乳製品、奶昔、點心食品或保健飲品之基底。
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