瑞士乳杆菌发酵技术及其系列产品的工业化开发

ｂ－1瑞士乳杆菌发酵技术及其系列产品的工业化开发项目实施方案1．研究目的、意义和必要性（主要包括项目提出的背景和必要性，国内外现状和技术发展趋势、市场需求分析，本项目在产业链发展中的地位与作用，说明项目产业化前景以及对相关技术与产品及其产业的带动作用等）目前国外已经有多个特定保健功能的乳酸菌株被用于功能性酸奶的制造之中，提高了酸奶的保健效果。其保健功能主要包括抗高血压功能，抗肠道感染，抗腹泻，促进营养物质的消化吸收、调节胃肠道功能，提高免疫系统功能。这些特定的保健功能基于对发酵菌株和配方的长期选择，都具有动物实验和人群观察的深入研究基础，因而得到广大消费者的信任，提高了酸奶的附加值，创造了良好的社会效益和经济效益。我国奶业生产各环节技术水平是限制我国奶业发展的关键制约因素。与发达国家相比，我国乳制品的品种不多，在功能性产品，乳中生物活性物质的提取和乳制品的精深加工、功能性发酵乳制品的开发更显不足，但这些乳制品市场前景广阔。我国在未来的乳制品生产中应进一步开发乳制品品种以适应不同消费者的需要，开发乳蛋白活性肽、功能性发酵乳制品等品种。在开发功能性酸乳的过程中，乳蛋白肽引起了科学界和工业界的广泛关注。法国某公司制造了名为ProdietF2000的奶蛋白水解产物，包含有生物活性肽，具有缓解焦虑的特性。该产品能够舒缓精神，安定情绪，有助于减轻焦虑所产生的后果。美国、日本及欧盟的许多国家如瑞士目前已有类似含有功能性短肽的酸奶产品在市场上销售，得到了消费者的普遍认可。黑龙江儒泰生物工程有限责任公司开发生产的乳蛋白活性肽通过了国家体育总局兴奋剂检验中心的兴奋剂检测，可以用作运动员营养补剂和功能性营养成分。食用有关产品后在增强肌肉力量和快速恢复疲劳等方面产生明显的效果，并对产品进行了延缓衰老，免疫调节、降脂、降糖、术后康复等方面的临床人群实验。国内外的研究和市场现状表明，具有复合保健功能的发酵乳制品在我国具有极大的开发和加工潜力。实验证明保健酸乳的预防致癌物质引起的肠癌、降低血胆固醇含量、提高系统免疫功能，减轻过敏反应等功能作用多与酸乳中生物活性功能肽具有密切的关系。例如，以瑞士乳杆菌——瑞士乳杆菌发酵的酸乳中含有IIe-Pro-Pro和Val-Pro-Pro短肽，互以辅助降血压，缓解紧张，改善脑功能，提高记忆和学习能力，增加绝经期妇女血钙浓度的多种功能。血管紧张素I转换酶（AngiotensinIConventingEnzyme，ACE），它可以切除ｂ－2血管紧张素I的羧基端His—Leu二肽，形成至今已知升高血压活性最强的多肽——血管紧张素II；而血管紧张素I转换酶抑制肽（ACEIP）可以一定程度上抑制ACE的活性，在人体中产生降血压得作用。近年来，许多研究发现一些发酵乳制品具有一定的降血压作用；而且目前认为发酵乳的降血压作用与发酵乳中的ACE抑制肽有关。虽然乳酸菌的蛋白质水解酶系统较弱，但其胞外蛋白酶可限制性地水解乳蛋白质并将肽释放于培养基中。日本研究人员以瑞士乳杆菌发酵乳喂食小鼠，试验组较对照组ACE被抑制，并提高脑苷的水平，从而证明了瑞士乳杆菌的抑制到高血压，提高记忆力的作用。美国医学数据库MEDLINE迄今收集了357篇与瑞士乳杆菌相关涉及基因工程，酶学，营养学，工艺学的论文。美国专利数据库迄今授权了210篇关于瑞士乳杆菌的专利，另外公开了151篇。两大数据库的文献表明了国外科学家对于瑞士乳杆菌的研究兴趣和工程开发的步伐。芬兰VALIO乳品公司于上世纪末，投放了名为“EVOLUS”的含有瑞士乳杆菌的产品，经动物试验和临床试验证明具有抑制血管紧张素酶（ACE）的作用，可以缓解原发性高血压，该产品被美国食品技术（JournalofFoodTechnology）专栏作者评述为近年来的十大功能食品之一。VALIO乳品公司于2003年向我国推销该产品的专利使用权。日本CALPIS公司在国外开设10余家分公司制造以瑞士乳杆菌和酵母发酵的乳制品。最近还推出了粉剂盒和片剂的瑞士乳杆菌产品。现有VALIO、NESTLE、CALPIS等三家国外公司在我国获得专利，但是各自使用的菌种和技术路线有所不同。我国高校如天津科技大学和莱阳农学院等从2002年开始研究瑞士乳杆菌发酵乳的生理功能，开发功能性乳制品。天津科技大学赵征、王艳萍等从民间酸乳中分离了一株瑞士乳杆菌，命名为TUST-005，该菌种已经得到了中国科学院微生物研究所的鉴定。赵征等在完成天津市自然科学基金项目“功能性奶酪的开发与应用”中应用瑞士乳杆菌，制作硬制干酪和新鲜软质干酪，并用以发酵乳清，在试验中，通过多种方法降低瑞士乳杆菌的产酸能力，而保持其蛋白酶的活性，改进了产品的感官品质和功能作用。其中通过喷雾干燥改造瑞士乳杆菌的方法经国内查新检索，未见相近的报道。申报了“具有抑制血管紧张素转化酶功能的新鲜干酪及其制备方法”、“具有酪蛋白磷酸肽和血管紧张素抑制肽的乳清饮料及其制备方法”等四项国家发明专利。天津科技大学就瑞士乳杆菌的开发形成了从菌种、应用、功能检测比较完善的研究体系和放大试验的能力。在全国范围内，功能性酸奶将是开发重点，在未来几年中乳品企业将进入功能性酸奶的生产阶段。工业化开发瑞士菌酸乳已经成为我市乳品加工业主动参加全国乳业竞争的当务之急。ｂ－3本实施方案提出分别以牛乳为原料，以瑞士乳杆菌为发酵剂，工业化开发功能性酸乳、制品及瑞士菌发酵剂，为市场提供一系列具有显著保健功能、合理性价比的功能性发酵乳制品。本项目将有助于构建我市奶业科技创新体系与现代奶业产业化生产模式，提升我市奶业科技创新能力，提升我市乳品加工业的核心竞争力，推动我市奶业优质高效发展。参考文献[1]MaenoM.IdentificationofanantihypertensivepeptidefromcaseinhydrolysatesproducedbyaproteinasefromLactobacillusCP790.JournalofDairyScience;79（8）1316-1321.1997[2]SeppoL,TheeffectofaLactobacillusLBK16Hfermentedmilkonhypertension,studyonhumans.Milchwissenschaft;57（3）124127,2002[3]Sloan,A.ThetoptenFunctionalFoodTrends,FoodTechnology.54（4）,33-56,2000.[4]TakanoT,Milkderivedpeptidesandhypertensionreduction.InternationalDairyJournal;8（5/6）375-381,1998[5]Beutler,Preparationofdehydrationacidifiedmilkproduct,UnitedStatesPatent,5,972,393,1999.[6]N.P.Shah.Probioticbacteria:selectiveenumerationandsurvivalindairyfoods.J.DairySci.2001,83:894-907.[7]C.G.Vinderola,P.Mocchiutti,andJ.A.Reinheimer.Interactionsamonglacticacidstarterandprobioticbacteriausedforfermenteddairyproducts.2002,J.DairySci.85:721-729.[8]C.G.Vinderola,W.Prosello,T.D.Ghiberto,andJ.A.Reinheimer.Viabilityofprobiotic（Bifidobacterium,LactobacillusacidophilusandLactobacilluscasei）andnonprobioticmicroflorainArgentinianFrescocheese.J.DairySci.2001,83:1905-1911.[9]NarvaM,CollinM,Lamberg-AllardtC,KärkkäinenM,PoussaT,VapaataloH,KorpelaR:EffectsofLong-TermInterventionwithLactobacillushelveticus-FermentedMilkonBoneMineralDensityandBoneMineralContentinGrowingRats.AnnNutrMetab2004;48:228-234（DOI:10.1159/000080455）[10]MirkkaNarvaa,b,JussiHalleenc,EffectsofLactobacillushelveticusfermentedmilkonbonecellsinvitroLifeSciencesVolume75,Issue14,20August2004,Pages1727-1734.[11]张佳程,王海燕,王忠萍等.具有ACE抑制活性乳酸菌的特性研究.中国乳品工业.2003,31（2）.9-11.[12]华朝丽，赵征,瑞士乳杆菌、丁二酮链球菌混合培养制作酮香型酸奶的研究.中国乳品工业.2004,32（2）.17-20.ｂ－42．主要研究开发内容（必须清晰的叙述研究开发的具体内容及其要点）（1）瑞士乳杆菌发酵剂制备技术改造瑞士乳杆菌菌种，降低产酸能力，保持或提高蛋白酶的活性，优化培养和冷冻干燥的条件，分别制备喷雾干燥和冻干的菌种，在所开发的产品中评价菌种的性能和可靠性，为工业化生产奠定基础，设计批产1000g菌种的生产线。（2）瑞士乳杆菌发酵酸乳制造技术应用改造的瑞士乳杆菌，开发制造瑞士乳杆菌发酵酸乳的新技术，制造酸乳和新鲜干酪；检测功能性肽，通过体外实验和动物实验证明产品增加骨密度，辅助降血压功能的功能性；设计日产3吨产品的生产线。（2）瑞士乳杆菌发酵乳保健功能的评价技术利用瑞士乳杆菌等发酵高浓度浓缩，制造含有功能性肽、胞外多糖和低聚半乳糖等的功能饮料，检测功能性成分，通过动物实验证明产品的功能性。3．研究目标（包括总体目标、实施年限和进度安排、考核指标等）（1）总体目标完成批处理1000L的发酵乳试验。为工业化生产制备菌种，完成工业化生产线的设计。为消费者提供接受性良好，保健功能显著，价格性能比合理的乳制品。（2）技术经济指标①技术指标瑞士乳杆菌发酵乳和瑞士乳杆菌发酵及其干燥产品符合相关的国家标准和行业标准。经动物试验，表明具有增加骨密度，缓解原发性高血压的作用。冻干发酵剂：活菌数109/mL，保存期-18℃下1年。②经济指标以当前酸乳的经济指标估算瑞士乳杆菌发酵系列产品，其经济指标为：年产值2700万元，利税为990万元。生产线投资1000万元，1.5年可以回收投资。（3）考核指标以三批1000L中试合格产品，根据以上技术指标和经济指标申请省部级成果鉴定；申请国家发明专利3项；在核心期刊发表4篇论文，其中国际刊物1篇。（4）实施年限和进度安排ｂ－5①实施年限2006年4月——2009年4月②进度安排2006.4-2006.12:进行菌种干燥试验，进行1000L酸乳发酵试验、1000L新鲜软质干酪发酵试验；2007.1-2007.6:功能性酸乳和新鲜干酪的分析检验；发酵剂实验室试验；2007.7-2007.12:发酵酸乳和新鲜干酪的功能评价；发酵剂扩大试验与应用；瑞士乳杆菌发酵酸乳和新鲜干酪产品生产线设计；2008.1-2008.6:生产线改造；2008.7-2008.12:试产；2009.1-2009.4:总结、验收、鉴定。4．需要解决的关键技术问题和创新点（包括主要技术特点、创新点，需要解决的技术问题、能形成的知识产权情况等）（1）主要技术特点①应用具有保健功能的瑞士乳杆菌，在发酵牛乳过程中赋予制品以增加骨密度，辅助降血压的保健功能；②运用改造的瑞士乳杆菌，减少乳酸的生成，改善产品的感官品