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植物基软质奶酪类似物微生物保鲜强化的发酵与超高压处理优化

添加时间:2026-08-06 08:20:12

  

植物基软质奶酪类似物微生物保鲜强化的发酵与超高压处理优化(图1)

  随着植物基乳制品替代品需求的增长,植物基奶酪类似物的开发不断加速;然而其高水分含量及对微生物腐败的敏感性仍是影响产品稳定性与安全性的主要挑战。本研究旨在优化发酵与超高压处理条件,以强化植物基软质奶酪类似物(PBSCA)的微生物保鲜。研究人员采用响应面法(RSM

  随着植物基乳制品替代品需求的增长,植物基奶酪类似物的开发不断加速;然而其高水分含量及对微生物腐败的敏感性仍是影响产品稳定性与安全性的主要挑战。本研究旨在优化发酵与超高压处理条件,以强化植物基软质奶酪类似物(PBSCA)的微生物保鲜。研究人员采用响应面法(RSM)基于乳酸菌(LAB)生长与pH降低优化发酵条件,随后优化鹰嘴豆–大豆配方与超高压处理(HHP)工艺参数。最优发酵条件为25°C下接种量0.07 g LAB、发酵14.79 h,预测LAB生长达8.98 log10 CFU/g,pH为4.87。配方优化确定鹰嘴豆40%、大豆60%为最优比例,LAB生长达9.25 log10 CFU/g。随后HHP优化确立470 MPa处理5 min为最优条件,在维持活LAB种群的同时显著降低了总菌落数(TPC)、酵母与霉菌(Y&M)、大肠菌群及金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus);病原体挑战试验表明低水平单核细胞增生李斯特菌(Listeria monocytogenes)被完全消除,较高接种水平下约降低5 log10 CFU/g。在冷藏贮藏(4°C ± 1°C)期间,HHP处理的PBSCA至少80天维持满意的微生物品质,90天后变为不可接受;相比之下,发酵样品至多15天维持满意品质,20天后不可接受,而对照样品在第5天即为不可接受。致病性大肠杆菌(Escherichia coli)、沙门氏菌属(Salmonella spp.)及单核细胞增生李斯特菌在整个贮藏期间均未检出。这些发现表明,优化发酵联合HHP处理可通过抑制腐败微生物与病原体强化微生物保鲜,从而提高PBSCA冷藏期间的微生物稳定性,并为开发清洁标签、最小加工植物基奶酪替代品提供支持。

  研究背景方面,在健康意识提升、可持续发展关切、动物福利、饮食转型及社会趋势驱动下,植物基食品市场预计2030年达1620亿美元,占全球蛋白质市场2.1万亿美元的7.7%。其中植物基奶酪类似物因高蛋白、可持续及适合素食与无乳糖饮食而受到关注。全球约65%–70%人群存在不同程度乳糖不耐受,进一步推动乳制品替代品需求。奶酪类似物指在非乳脂肪与蛋白质等单独组分调配下部分或完全替代乳脂、满足特定功能需求的产品。鹰嘴豆与大豆等豆类营养良好、功能与发酵特性佳,是奶酪类似物开发的潜力原料;坚果基类替代品通常价格更高、蛋白较低且主要面向西方市场素食者。软质奶酪类似物因高水分与营养丰富极易微生物腐败,且缺乏乳品固有保鲜机制与有限热处理易致贮藏期腐败微生物与食源性病原体生长,确保微生物保鲜包括微生物安全与稳定性对其质量与冷藏表现至关重要,也是商业化关键挑战。乳酸酸菌(LAB)发酵可通过酸化、竞争排斥与抗菌代谢产物改善保鲜、感官与安全;然而仅发酵可能不足以保障高易腐奶酪类似物长期微生物稳定,尤其未经巴氏杀菌时。原料质量差、卫生不足与安全标准有限在小规模与中低收入国家会提高污染风险,近期欧洲一起植物基奶酪相关单核细胞增生李斯特菌暴发显示其在植物奶中增殖快于生乳。因此非热加工(NTP)如超高压处理(HHP)成为有前景的补充保鲜手段,可均匀作用于包装食品、有效灭活营养细胞且最小化对营养与感官的热损伤,已在乳与植物基食品微生物削减中显现效果。发酵与HHP整合可通过酸化抑制微生物与发酵后微生物稳定化形成协同保鲜策略,但关于非热加工障碍策略在奶酪类似物微生物保鲜中应用的研究仍有限。为此,研究人员采用响应面法(RSM)优化发酵条件、配方比例与HHP参数,并在冷藏期间评价优化产品的微生物安全、病原体灭活效能与微生物稳定性。

  关键技术方法方面,研究人员在马来西亚雪兰莪超市采购鹰嘴豆(Cicer arietinum L.)与大豆(Glycine max L.),经90°C±1°C 2 min漂烫、4°C±1°C 8 h浸泡预处理后均质榨汁制 legumes paste,以中温植物基发酵剂(含Lactococcus lactis subsp. cremoris、L. lactis subsp. lactis biovar diacetylactis与L. lactis subsp. lactis)进行发酵,后续加入营养酵母、盐与混合香草调味、4°C±1°C 约8 h成型并真空尼龙聚乙烯包装。研究依次采用中心复合设计(CCD)-RSM优化发酵(LAB接种量0.06–0.15 g、发酵时间4.69–27.31 h、25°C±1°C)、配方(鹰嘴豆与大豆比例35.86%–64.14%)、HHP(300–600 MPa、保压3–6 min、20°C±1°C)三组参数,并以标准平板计数与校准台式pH计测定LAB生长(log

  CFU/g)与pH,凯氏定氮测粗蛋白(×6.25),以工业HHP设备(Hiperbaric 55)处理样品;开展单核细胞增生李斯特菌(ATCC 35152)病原体挑战试验(低10

  CFU/g接种),选用PALCAM选择性琼脂与生化试验确认;对HHP处理后发酵PBSCA(PBSCA-H)、仅发酵PBSCA(PBSCA-F)与未处理对照PBSCA(PBSCA-C)在4°C±1°C冷藏定期检测TPC、LAB、Y&M、大肠菌群、E. coli、S. aureus、Salmonella spp.与L. monocytogenes,参照FSANZ与BPOM标准判定微生物品质,所有实验设三次生物学重复与技术重复,用Design-Expert 13.0进行RSM与ANOVA,Tukey法检验差异(p

  3.1. Optimization of PBSCA Fermentation Conditions:研究人员通过CCD-RSM对PBSCA发酵条件优化,变量为LAB接种量0.06–0.15 g与时间4.69–27.31 h(25°C±1°C),响应为LAB生长与pH。二次模型拟合良好(LAB R

  =0.9891),无显著失拟(p

  0.05)。数值优化得最优条件为0.07 g LAB接种、14.79 h发酵,预测LAB 8.98 log

  CFU/g、pH 4.88,无显著差异(p

  CFU/g LAB基于发酵食品报道水平与欧洲、Codex及马来西亚卫生部分别≥8与≥6 log

  CFU/g建议;pH降低至

  3.2. Optimization of PBSCA Formulation Conditions:在已优发酵条件下,研究人员以CCD-RSM优化鹰嘴豆与大豆比例(35.86%–64.14%),响应为蛋白质量(g/100 g)与LAB生长。二次模型显著拟合(蛋白R

  =0.9099),无显著失拟(p

  0.05)。数值优化得40%鹰嘴豆、60%大豆为最优,蛋白12.80 g/100 g、LAB 9.25 log

  CFU/g,期望值0.988;验证得蛋白12.86 g/100 g、LAB 9.20 log

  CFU/g,无显著差异(p

  0.05)。优化PBSCA符合马来西亚卫生部与Codex“高蛋白”及BPOM“蛋白质来源”标准,较对照提高26.73%。大豆提供蛋白与寡糖(棉子糖、水苏糖)作益生元底物,鹰嘴豆补充可发酵碳水化合物与改善质构;LAB计数9.25 log

  3.3. Optimization of HHP Processing Conditions:研究人员以CCD-RSM优化HHP压力300–600 MPa、时间3–6 min,响应为TPC、LAB与S. aureus(Y&M、大肠菌群、E. coli因无变异未纳入ANOVA)。二次模型预测良好(TPC R

  CFU/g、S. aureus完全抑制,期望值0.965;验证TPC 4.49 log

  CFU/g,无显著差异(p

  CFU/g存活,显示差异化压力敏感性;Y&M、大肠菌群、E. coli在所有HHP样品中未检出,说明中等HHP在蛋白–脂肪丰富鹰嘴豆–大豆基质中具有选择性灭活窗口,保留有益LAB并抑制致病菌与腐败菌。

  3.4. Pathogen Challenge Test:研究人员以ATCC 35152 L. monocytogenes对新鲜与HHP处理PBSCA进行挑战试验,对照低、高、中间、最大接种分别为3.97、6.71、1.18、2.41 log

  CFU/g;HHP(470 MPa、5 min)处理后低、中间、最大接种均25 g中未j9跨境服务检出,高接种降至1.70 log

  CFU/g削减。结果符合USDA、FSANZ、BPOM与欧委会即食食品L. monocytogenes微生物质控要求(25 g中未检出或

  CFU/g),并显示优化HHP对最低加工PBSCA微生物安全提升潜力,与既往400–500 MPa显著灭活L. monocytogenes文献一致。

  3.5. Evaluation of Microbiological Stability During Refrigerated Storage:研究人员在4°C±1°C下评价PBSCA-H、PBSCA-F、PBSCA-C微生物稳定性。HHP样品初始TPC约4.51 log

  CFU/g,Y&M、大肠菌群、S. aureus、E. coli、Salmonella spp.、L. monocytogenes均未检出/未达检测;PBSCA-H至80天维持满意微生物品质(TPC 2.55 log

  CFU/g仍为边际/不满意前),90天变为不可接受;PBSCA-F初始TPC 9.26 log

  CFU/g(主要源自接种LAB),15天内满意,20天后不可接受;PBSCA-C无LAB,第5天即不可接受。整个贮藏期E. coli、Salmonella spp.、L. monocytogenes均未检出。结果表明发酵酸化与HHP选择性灭活具协同保鲜效应,HHP延缓腐败菌增殖并保留部分LAB以维持竞争抑制,漂烫预处理与卫生操作亦贡献安全。

  讨论总结与结论翻译部分:研究人员讨论指出,RSM成功优化发酵、配方与HHP参数,获得高活LAB与适宜酸化及蛋白提升(40%鹰嘴豆、60%大豆)的植物基软质奶酪类似物;470 MPa、5 min HHP在削减腐败与病原微生物质同时保留存活LAB,可能与豆类基质保护及L. lactis启动菌株中度耐压有关;病原体挑战显示低水平L. monocytogenes完全消除、高水平约5 log

  CFU/g削减,符合多项国际微生物质控框架;冷藏下HHP处理样品微生物可接受期延至80天,远优于仅发酵(15天)与对照(5天),且全程未见检致病E. coli、Salmonella spp.与L. monocytogenes,说明优化发酵联合HHP通过抑制腐败与病原强化微生物保鲜并提高冷藏稳定性,支持清洁标签、最小加工植物基奶酪替代品发展。结论部分为:本研究成功优化发酵与HHP处理条件以增强PBSCA微生物保鲜。RSM确定最优发酵条件为25°C下0.07 g LAB接种量与14.79 h发酵,最优配方为40%鹰嘴豆与60%大豆,产高蛋白质与活LAB种群;随后470 MPa、5 min HHP有效降低腐败微生物与病原体同时维持LAB活性。病原体挑战试验证明低水平L. monocytogenes污染完全消除、较高接种水平显著削减。冷藏贮藏中HHP处理PBSCA至少80天维持满意微生物品质、90天后变为不可接受;发酵样品至多15天满意、20天后不可接受,对照第5天j9跨境服务即不可接受。致病E. coli、Salmonella spp.与L. monocytogenes全程未检出。总体而言,优化发酵联合HHP显著提升PBSCA微生物保鲜,展示NTP障碍技术在开发清洁标签、最小加工植物基奶酪替代品中的潜力。关于PBSCA感官与理化属性、营养成分与蛋白消化率的研究正在进行,将为其功能特征与消费者接受度提供补充见解。论文发表于《JOURNAL OF FOOD PROCESSING AND PRESERVATION》。