瑞士乳杆菌发酵技术及其系列产品的工业化开发精修订.docx

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瑞士乳杆菌发酵技术及其系列产品的工业化开发精修订

SANY标准化小组#QS8QHH-HHGX8Q8-GNHHJ8-HHMHGN#

瑞士乳杆菌发酵技术及其系列产品的工业化开发

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。

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着保健功能、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

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（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..2004,32

（2）.17-20.

2．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，保健功能显着，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，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

①实施年限

2006年4月——2009年4月

②进度安排

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；

功能性酸乳和新鲜干酪的分析检验；发酵剂实验室试验；

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；

生产线改造；

试产；

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，改善产品的感官品质；

③喷雾干燥的瑞士乳杆菌发酵乳制品，为扩大产品销售范围创造条件；

④制备各产品所需的冻干菌种或喷雾干燥的菌种，为工业化创造必要的条件。

（2）创新点和需要解决的问题

①改造瑞士乳杆菌，降低产酸能力，保持蛋白酶活性；

②优化瑞士乳杆菌的发酵技术，制造具有增加骨密度，辅助降血压的功能食品；

③主要需要解决的问题：

建立识别酸乳和新鲜干酪中短肽的方法。

（3）专利和知识产权

本项目拟就以下方面申报中国专利：

1具有增加骨密度，辅助降血压功能的酸乳及其制备方法；

2具有增加骨密度，辅助降血压功能的新鲜干酪及其制备方法；

3制备低产酸能力的瑞士乳杆菌发酵剂的方法

在本项目立项前形成的专利权属于天津科技大学，天津海河乳业有限公司具有使用权。

在本项目执行过程中形成的知识产权由双方申请专利。

5.研究方法和工艺技术路线（尽可能清楚地叙述研究的具体方法和技术路线，包括实验方法、技术原理、工艺路线及其可行性分析等）

（1）菌种改造和发酵剂制备

本项目从通过培养过程的代谢调控，调节乳酸菌糖代谢途径，限制或减少乳酸的形成；结合化学中和培养法，解除代谢产物乳酸对乳酸菌生长的抑制，从而实现乳酸菌的快速生长和高浓度培养。

通过喷雾干燥和冷冻干燥制备，制备干粉发酵剂。

在干燥过程中改变工艺参数，降低产酸能力，并保持蛋白酶的活力。

（2）瑞士乳杆菌发酵酸乳和新鲜软质干酪

研究利用瑞士菌发酵制品的内在机理、工艺路线及加工参数，在小试的基础上分别进行50L、1000L的功能性乳制品的放大试验和中试，确定工业化生产的具体方案和各种参数及方法。

①瑞士乳杆菌发酵酸乳工艺流程

牛乳→杀菌冷却→接种培养→调味→包装→功能性酸乳→冷藏

↓

喷雾干燥→酸乳粉

②瑞士乳杆菌发酵新鲜干酪工艺流程

牛乳或复原乳→增浓→杀菌冷却→灌装→接种+加酶→灌装→培养→新鲜干酪→冷藏

（3）瑞士菌发酵乳制品中的功能性物质的分析与检测

应用酶技术、膜分离技术，凝胶过滤，分离浓缩发酵乳中的短肽，利用高压液相色谱、色质联用、氨基酸分析仪等技术识别短肽的结构。

（4）瑞士菌发酵乳制品中的保健功能评价

①体外需血管紧张素转化酶抑制作用的测定：

根据马尿酸组胺酰亮氨酸（HHL）在一定条件下经血管紧张素转化酶的作用生成马尿酸的原理，用过马尿酸的生成量间接测定ACE的活力大小，测定血管紧张素转化酶抑制肽的活性及其半抑制浓度（IC50）。

②辅助降血压作用的动物试验：

根据我国卫生部批准保健食品的功能测定方法进行。

③增加骨密度作用的动物试验：

根据我国卫生部批准保健食品的功能测定方法进行。

6．总经费预算、资金筹措方式及来源（包括项目总投资概算、新增资金筹措及来源、资金使用计划等）

经费预算（单位：

万元）

经费来源

预算金额

其中

2006年

2007年

2008年

来源合计

140

60

55

25

其

中

国家部委拨款

0

0

0

0

市财政拨款

30

15

10

5

区县财政配套

0

0

0

0

主管部门配套

0

0

0

0

单位自筹

110

45

45

20

银行贷款

0

0

0

0

其它

0

0

0

0

经费支出

预算金额

其中市财政拨款

计算依据

经费总额

140

30

其

中

人员费

39

0

设备费

42

14

购置设备仪器及其他资产明细见附表

能源材料费

14

5

购买牛乳等原料，购买菌种、试剂、动物

试验外协费

35

6

评价二项功能，每项万元

租赁费

0

0

差旅费

3

考察调研万元/次人

会议费

3

参加全国会议4次,国际会议2次

国际科技合作经费

0

0

贷款贴息费

0

0

管理费

单位管理费总额的5%

期初运行费

0

0

其它费用

1

申请专利、发表论文

特别说明：

7．预期的经济、社会效益分析及成果应用、产业化衔接情况（包括产品成本分析、产品单位售价与盈利预测、经济效益分析、项目投资评价、社会效益分析、转化和产业化安排等）

本项目的经济效益分析见表7-1。

表7-1项目经济效益分析

产品

年产量

/吨

出厂价

/万元/吨

年产值

/万元

利税率

利税

万元/年

投资

/万元

瑞士菌发酵酸乳

2000

1200

20%

240

500

瑞士菌发酵新鲜奶酪

1000

1500

50%

750

500

合计

3000

2700

990

1000

消费者对于酸乳制品的营养价值已有基本的了解，逐渐喜爱酸乳的感官品质，形成了分布在各年龄段的消费群体。

具有辅助降血压、增加骨密度的功能乳制品在国内尚属空白。

随着收入的提高，消费者对于酸乳1~元/包装的价位具有较好的承受能力。

消费者对于功能性食品亦有一定的认识，期待具有保健功能又具有食品基本形态的功能食品的问世。

这些都是瑞士乳杆菌发酵酸乳的工业化开发的有利条件。

生产具有增加骨密度、辅助降血压作用的乳制品将填补我国同类市场的空白，该类产品将会得到具有保健意识的中老年消费群体的欢迎。

该产品具有进一步开发的潜力，如改善记忆力、提高学习能力、缓解精神紧张、提高免疫力等功能，有望扩大消费者范围。

本项目以产学研合作的方式共同研制和开发，做到科研能力和生产能力有机结合，加快了科研成果产品的向生产的转化，缩短了产品的产业化进程。

本项目拟形成瑞士乳杆菌发酵酸乳2000吨/年、瑞士乳杆菌发酵新鲜干酪1000吨/年的生产能力。

在全国和我市酸乳市场容量中的比例很小，通过积极的宣传，可以获得应有的市场份额。

瑞士乳杆菌发酵酸乳及制品将会得到中、老年消费者的欢迎。

该项目年产酸乳产品2000吨，年产值为1200万元，年利税240万元；项目投资为500万元；年产新鲜软质干酪产品1000吨，年产值为1500万元，年利税750万元；项目投资为500万元；投资合计1000万元。

在销售正常的情况下，预计年可以回收投资，应该指出的是本方案所安排生产能力偏小，尚属市场试验的水平，如果能够顺畅销售，应该尽快扩大生产规模，创造更大的经济效益。

8．风险分析（包括技术、人员、市场、政策和项目承担单位等方面）

（1）技术风险

现已完成瑞士乳杆菌酸乳和新鲜干酪的试验，具备发酵酸乳核制造新鲜软质干酪的经验。

掌握测定短肽的方法及ACE抑制活性体外实验的方法。

短肽的分离与识别需要多种仪器和设备，部分检测需要外单位协作解决，其检测方法的确立需要深入研究。

评价“增加骨密度、辅助降血压”动物实验的方法还有待掌握。

（2）市场风险

瑞士乳杆菌发酵乳制品上市需要消费者的认同，需要一定的市场运作时间和过程，特别是新鲜乳制干酪属于高档产品，价格较高，存在一定的市场风险。

本课题组内包括负责市场开发的经营管理人员，同时在项目进行的主要阶段都要进行专业化的市场咨询，以保证技术开发与市场运作的密切结合。

9．研究工作基础条件（主要包括现有技术和工作基础、具备的条件、国内外的专利情况、研究队伍和产学研情况、是否取得小试成果或已通过鉴定、市科委前期资助情况等）

本项目的前期工作得到了2004年天津市科委面上项目“功能性奶酪系列产品的开发与研制”和天津科技大学2004年重点科研基金“瑞士菌发酵剂及国产干酪的研发”资助。

长期的发酵剂和乳品开发工作使本课题组积累了相应的研究经验和继续研究的设备条件；与企业的产学研合作可加速产品的市场化；目前各方面的条件已趋成熟，确保进一步研究工作的顺利进行。

（1）项目的前期工作和基础

①瑞士乳杆菌发酵酸乳的前期工作

课题组从众多乳酸菌中分离出若干种乳酸菌作为本课题中的瑞士菌中研究对象。

例如从一种民间培养的、具称可以缓解中度高血压的酸乳中分离出若干种乳酸菌，其中一种鉴定为瑞士乳杆菌（Lactobacillushelveticus）。

该菌传代性能稳定，连续接种培养10批次，产酸率和产酸速率均保持稳定，该菌种还具有抵抗噬菌体，抑制有害微生物生长的作用。

本课题组在已经优化了工艺条件的基础上，完成了50L酸乳和发酵的试验。

在42℃培养4小时，酸度达到％，pH为。

应用液相色谱和氨基酸分析仪测定瑞士乳杆菌酸乳上清液，其分子量分布在1000Da以下，IIe-Pro-Pro和Val-Pro-Pro短肽。

测定了酸乳上清液的血管紧张素转化酶抑制肽的活性为%。

为了给功能评价提供样品及作为保健食品扩大流通范围，课题组进行了喷雾干燥和冷冻干燥，干燥乳固体为13%的发酵乳；喷雾干燥菌粉中活菌数达到106Cfu/g，冷冻干燥达到108Cfu/g，使用这两种菌粉分别发酵牛乳，均取得与液体发酵剂相近的结果。

课题组拟扩大试验，应用试验样品进行动物喂养功能试验。

预期的保健功能包括增加骨密度，辅助降血压。

②项目的设备条件

天津科技大学食品工程与生物技术学院经过多年建设特别是天津市教委“十五实验室投资”的建设，现已具有批处理200L的液体食品试验加工线及30L生物活性物质试验线，前者包括混料、加热、均质、冷却、发酵、包装、冷藏等单元操作设备及其附属设施，后者包括水解、发酵、提取、超滤、浓缩、喷雾干燥和冷冻干燥设备。

具有1L、5L和50L的自动发酵罐、超低温冰箱、冷冻干燥机等制备菌种的设备；该院的液质联用等设备可以用于分子量分布的测定，该院具有流变仪和质地测定仪将能够有效检测上述乳品加工中的物理变化和评价产品的质量。

该院的动物实验室，可以用于进行功能评价。

（2）国内外专利情况

前已述及，三家国外公司就瑞士乳杆菌的应用在我国申请专利，已经获得授权。

本课题组就瑞士菌制造新鲜干酪和乳清饮料的相关技术申请国家发明专利4项，国家知识产权局已经受理。

本课题组申报新鲜干酪和乳清饮料的专利具有突破国外公司专利保护的目的。

（3）研究队伍

天津科技大学的课题组由两名教授（二名博导）、二名副教授和一名讲师和一名实验师组成，内有博士后一名、硕士二名、博士生二名。

本课题组人员来自食品工程、生物化学、微生物学、化学工程等学科，可以充分发挥多学科交叉，协同攻关的作用。

人员情况详见10、项目负责人和主要成员简介。

（4）产学研情况

见承担单位合作协议

（5）小试成果和市科委前期资助

本课题组承担的天津市自然基金项目“功能性奶酪系列产品的开发与应用”中包含本项目的主要技术，该项目已经通过天津市科委鉴定，技术水平被评为国内先进。

（6）产业链条中的位置和作用

我国乳业目前出现了低消费水平下的生产过剩，一些地区出现了“卖奶难”的状况，其主要原因产品品种较少，乳品的深加工程度较低，主要产品集中于超高温杀菌的液体乳、酸乳和乳粉，本项目的研究与开发将为乳业提供瑞士乳杆菌发酵乳制品的制造技术，发酵制造功能食品的技术，丰富消费者对于乳