酸奶作為一種廣受歡迎的乳制品，以其獨特的口感和豐富的營養價值贏得了廣大消費者的青睞。近年來，隨著消費者對酸奶品質要求的不斷提升，酸奶的生產技術亦在持續改進。微生物發酵技術作為酸奶生產的核心，直接影響著產品的口感、質地和營養成分。通過科學地選擇和組合發酵菌種，以及優化發酵工藝，能夠顯著提升酸奶的品質和功能性。本文探討了微生物發酵技術在優化酸奶口感與營養價值方面的具體應用，系統分析乳酸菌、雙歧桿菌等微生物在發酵過程中的作用及其對營養成分的影響，并提出通過優化發酵條件和菌種組合來提升酸奶品質的策略和方法。
微生物菌種的選擇與組合在酸奶發酵過程中至關重要，直接影響最終產品的口感和質地。酸奶主要由乳酸菌發酵而成，其中最常用的菌種包括嗜熱鏈球菌(Streptococcus thermophilus)和保加利亞乳桿菌(Lactobacillus delbrueckiisubsp.bulgaricus)。這兩種菌種在發酵過程中起到協同作用，產生乳酸，使牛奶凝固，形成酸奶獨特的質地和風味。
乳酸菌是酸奶發酵的核心菌種，其選擇直接關系到酸奶的風味和質地。嗜熱鏈球菌和保加利亞乳桿菌在酸奶發酵中發揮了重要作用。嗜熱鏈球菌主要負責乳糖的初步發酵，產生乳酸，降低牛奶的pH值，使得保加利亞乳桿菌在較低的pH環境中發揮作用，進一步發酵乳糖，并產生更多的乳酸和風味物質。保加利亞乳桿菌還能產生一定量的乙醛，這是酸奶中重要的風味成分之一。近年來，越來越多的研究關注其他乳酸菌種類的應用，如瑞士乳桿菌(Lactobacillus helveticus)、酪酸菌(Lactobacillus casei)和干酪乳桿菌(Lactobacillus rhamnosus)等。這些乳酸菌不僅能增強酸奶的風味，還能增加其功能性成分，如益生菌的數量，從而提高酸奶的健康效益。例如，瑞士乳桿菌能夠分解牛奶中的蛋白質，產生豐富的肽類和氨基酸，提升酸奶的風味和營養價值。
除了乳酸菌外，雙歧桿菌(Bifidobacterium)等益生菌的加入也逐漸成為酸奶發酵中的重要因素。雙歧桿菌在腸道健康中扮演著重要角色，其在酸奶中的應用不僅能改善產品的營養價值，還能賦予酸奶更多的健康功能。雙歧桿菌能夠耐受胃酸和膽鹽，定植于腸道內，抑制有害菌的生長，促進腸道健康。此外，酵母菌在酸奶中的應用也受到重視。酵母菌在發酵過程中能夠產生二氧化碳和酒精，賦予酸奶獨特的氣泡感和風味。不同菌種的組合發酵能夠形成復合發酵體系，進一步豐富酸奶的口感層次。
菌種的組合對酸奶的最終品質有顯著影響，不同菌種的搭配不僅影響發酵速度，還會影響酸奶的風味和質地。研究表明，通過調整嗜熱鏈球菌與保加利亞乳桿菌的比例，可以優化酸奶的酸度和質地。增加嗜熱鏈球菌的比例可以加快酸奶的酸化速度，而增加保加利亞乳桿菌的比例則可以增強酸奶的風味和厚重感。菌種組合的優化還包括雙歧桿菌與乳酸菌的聯合應用。雙歧桿菌與乳酸菌的協同作用可以改善酸奶的質地，使其更為細膩和順滑。同時雙歧桿菌能夠分解復雜的碳水化合物，產生更多的短鏈脂肪酸，提高酸奶的健康功能。在酸奶中不同菌種的作用和化學變化如表1所示，這些菌種不僅在化學變化中各自發揮作用，還能通過相互協同進一步提升產品的整體品質。通過合理選擇和組合微生物菌種，調控其發酵條件，可顯著優化酸奶的口感和營養價值。
發酵工藝的優化在酸奶生產中起著至關重要的作用。優化的工藝不僅可以提升酸奶的口感和質地，還能改善其營養成分和功能性。發酵工藝的優化主要包括發酵溫度和時間的控制、攪拌與冷卻工藝的調整以及添加劑和輔料的使用。
發酵溫度和時間是影響酸奶品質的關鍵參數。不同的溫度和時間組合會影響乳酸菌的生長速度和代謝產物的生成，從而影響酸奶的酸度、質地和風味。乳酸菌在一定的溫度范圍內具有最佳活性，通常嗜熱鏈球菌和保加利亞乳桿菌的最佳發酵溫度為42～45 ℃。在這一溫度范圍內，乳酸菌能夠快速生長和繁殖，產生足夠的乳酸，使牛奶凝固形成酸奶。較高的發酵溫度(45 ℃)可以加快乳酸菌的代謝速度，使酸奶在較短時間內達到所需的酸度。過高的溫度可能導致乳酸菌過早死亡，影響酸奶的質地和風味，因此需要在高效發酵和菌種存活之間找到平衡點。發酵時間的長短直接影響酸奶的酸度和質地，通常發酵時間控制在4～8 h。在發酵初期，乳酸菌迅速繁殖，乳酸濃度迅速上升，pH值迅速下降。在此階段，適當延長發酵時間可以增加酸奶的酸度，改善其口感和質地。過長的發酵時間可能導致酸度過高，影響酸奶的口感和質地。實驗研究發現，在42 ℃下發酵6 h，可以獲得酸度適中、質地良好的酸奶。這一組合在實際生產中被廣泛應用，但具體的發酵時間和溫度仍需根據實際生產條件和消費者口味需求進行調整。
攪拌是酸奶發酵過程中不可或缺的一個環節，適度攪拌可以均勻分布乳酸菌，提高發酵效率，同時避免酸奶表面形成厚厚的凝固層。過度攪拌可能破壞酸奶的凝膠結構，影響其質地和口感。需要根據酸奶的黏度和發酵狀態，優化攪拌速度和時間。發酵完成后，迅速冷卻是穩定酸奶品質的關鍵步驟。快速降溫可以抑制乳酸菌的繼續代謝，穩定酸奶的酸度和質地。通常發酵結束后，酸奶需要迅速降溫至4 ℃以下，并保持冷藏儲存。冷卻過程中，應避免過度攪動，以防破壞酸奶的凝膠結構。
| 菌種 | 主要作用 | 化學變化 |
| 嗜熱鏈球菌 | 乳糖發酵，初步降解 | 乳糖轉乳酸，降低pH值 |
| 保加利亞乳桿菌 | 乳糖深度發酵，產生風味物質 | 進一步降解乳糖，產生乳酸和乙醛 |
| 瑞士乳桿菌 | 蛋白質降解，提升風味 | 蛋白質分解為肽和氨基酸 |
| 酪酸菌 | 增加質地和口感 | 產生乳酸提高酸奶黏稠度 |
| 干酪乳桿菌 | 提升益生菌數量 | 產生乳酸和其他代謝物 |
| 雙歧桿菌 | 提升腸道健康功能 | 分解復雜碳水化合物，產生短鏈脂肪酸 |
| 克魯維酵母 | 產生氣泡感和獨特風味 | 發酵產生成二氧化碳和乙醇 |
在發酵過程中，合理使用添加劑和輔料可以進一步改善酸奶的口感和營養價值。例如，添加果膠、卡拉膠等穩定劑與乳蛋白相互作用，可以形成穩定的凝膠網絡結構，提高酸奶的黏稠度和質地穩定性。通常穩定劑的添加量控制在0.1%～0.5%，根據具體產品需求進行調整。在酸奶發酵過程中，添加益生菌制劑可以增加產品的功能性，提升其健康價值。例如，雙歧桿菌和乳酸菌的聯合使用，可以增強酸奶的腸道健康功能。益生菌制劑的添加量通常控制在107～109CFU·g-1。
酸奶在發酵過程中，營養成分發生了顯著的變化，這些變化不僅提升了酸奶的營養價值，還增強了其健康功能。這些變化主要體現在乳糖降解與乳酸生成、蛋白質和氨基酸含量的變化以及維生素和礦物質的增加等方面(圖1)。
乳糖是牛奶中的主要碳水化合物，對于一些乳糖不耐受的消費者來說，乳糖的存在可能引起腸胃不適。在發酵過程中，乳酸菌如嗜熱鏈球菌和保加利亞乳桿菌利用乳糖作為能源，將其分解為葡萄糖和半乳糖，并進一步發酵生成乳酸。這一過程不僅降低了乳糖的含量，使得乳糖不耐受者也能夠享用酸奶，還生成了乳酸，從而賦予酸奶獨特的酸味，并通過降低pH值抑制有害微生物的生長，延長了酸奶的保質期。
牛奶中的蛋白質主要是酪蛋白和乳清蛋白，在乳酸菌的作用下被分解為多肽和氨基酸。這些小分子蛋白質分解產物不僅更易于被人體消化吸收，還顯著提高了酸奶的營養價值。蛋白質分解過程會產生一些人體無法自行合成必須通過飲食攝取的氨基酸，如賴氨酸和亮氨酸，因此大大提升了酸奶的營養功能。
乳酸菌的代謝活動能合成多種維生素，特別是B族維生素，如維生素B2和維生素B12，這些維生素在發酵過程中有所增加，進一步提升了酸奶的營養價值。維生素B2有助于維持正常的能量代謝，而維生素B12則對紅細胞的生成和神經系統的正常功能至關重要。同時，發酵過程中乳酸的生成導致pH值下降，有助于提高礦物質如鈣和鎂的溶解度。這些礦物質在酸性環境中更容易被溶解和吸收，從而提高了它們的生物利用度。這意味著相比未發酵的牛奶，人體能夠更有效地吸收發酵后的酸奶中的礦物質，尤其是鈣，這對骨骼健康有重要作用。
酸奶發酵過程中，通過合理選擇發酵菌種、優化發酵條件和添加適當的輔料，可以顯著提升益生菌、抗氧化物質、短鏈脂肪酸和生物活性肽等功能性成分的含量。
(1)選擇具有較高增殖能力和耐酸性的乳酸菌和雙歧桿菌，如Lactobacillus acidophilus和Bifidobacteriumlactis，可提升酸奶中的益生菌數量。控制發酵溫度在37～42 ℃，并保持pH值在4.5～5.0，可以促進益生菌的生長和繁殖。此外，在發酵過程中添加益生菌制劑，可以提高初始菌濃度，確保發酵結束時益生菌的數量在109CFU·g-1以上。通過這些方法，可以有效增加酸奶中益生菌的含量，增強其腸道健康功能。
(2)增加抗氧化物質的關鍵在于優化發酵時間和添加抗氧化前體物質。發酵時間應控制在6～8 h，以確保乳酸菌能夠充分代謝，生成更多的抗氧化肽和酚類化合物。在發酵基質中添加富含抗氧化前體物質的成分，如大豆蛋白和茶多酚，可以顯著提高抗氧化物質的含量。通過適當的菌種選擇和發酵條件的控制，能夠最大限度地增加酸奶中的抗氧化物質，從而提升其抗氧化能力和健康價值。
(3)短鏈脂肪酸的增加主要通過選擇適宜的菌種和提供合適的底物來實現。使用長雙歧桿菌(Bifidobacterium longum)和植物乳桿菌(Lactobacillusplantarum)等能夠代謝碳水化合物生成短鏈脂肪酸的菌種；在發酵基質中添加可發酵的膳食纖維，如低聚果糖和菊粉，作為短鏈脂肪酸生成的底物，均可以顯著提升短鏈脂肪酸的含量。短鏈脂肪酸在腸道健康和代謝調節中發揮重要作用，通過選擇合理的菌種和添加底物，可以有效提高酸奶的健康功能。
(4)生物活性肽具有抗高血壓、抗菌、抗氧化和免疫調節功能，使用特定的菌種組合、優化蛋白質源和控制發酵條件可增加生物活性肽含量。選擇具有高蛋白酶活性的乳酸菌，如Lactobacillus helveticus和Lactobacillus casei，可以有效促進生物活性肽的生成。在發酵基質中添加高質量的蛋白質源，如乳清蛋白和酪蛋白，可以確保充分的底物供給。通過控制發酵溫度和時間，確保蛋白質在最適條件下被水解，可以最大限度地增加生物活性肽的含量。
合理選擇和組合乳酸菌和雙歧桿菌等微生物菌種，優化發酵溫度、時間及工藝條件，可以顯著提升酸奶的口感和營養價值。在發酵過程中，微生物菌種通過代謝活動，顯著增加了酸奶中益生菌、抗氧化物質、短鏈脂肪酸和生物活性肽等功能性成分的含量。這些功能性成分不僅提高了酸奶的營養價值，還賦予了其多種保健功能。未來的研究應進一步探索不同菌種組合和發酵條件對功能性成分生成的影響，以實現酸奶產品的持續改進和創新，從而更好地滿足消費者對高品質乳制品的需求。
