乳酸菌與雙叉桿菌發酵豆奶之抗氧化活性

行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告

乳酸菌與雙叉桿菌發酵豆奶之抗氧化活性

計畫類別： 個別型計畫 計畫編號： NSC91-2313-B-002-309- 執行期間： 91 年 08 月 01 日至 92 年 07 月 31 日 執行單位： 國立臺灣大學食品科技研究所 計畫主持人： 周正俊 計畫參與人員： 王宜婕 報告類型： 精簡報告 處理方式： 本計畫可公開查詢

中 華 民 國 92 年 12 月 18 日

行政院國家科學委員會專題研究計畫執行進度報告

含雙叉桿菌乳酸菌發酵豆奶產品之製備

計畫編號：

NSC89-2313-B-002-206

執行期限：89 年 8 月 1 日至 90 年 7 月 31 日

報告日期：90 年 10 月 12 日

主持人：周正俊 國立台灣大學食品科技研究所

一、中文摘要 本研究乃探討含雙叉桿菌及乳酸菌發 酵豆奶產品之製造，比較不同雙叉桿菌及 乳酸菌之存活及對發酵豆奶成分之影響， 並將發酵豆奶進行乾燥後觀察菌種的存活 情形。結果顯示：乳酸菌中，L. bulgaricus 並不適合與所測試的雙叉桿菌進行豆奶發 酵。對 S. thermophilus 及其混合雙叉桿菌發 酵情況而言，最適的發酵時間是 24 小時； 而 32 小時的發酵時間對 L. acidophilus 組是 最有利的情況。在豆奶成分變化情況中， 添加雙叉桿菌可提高乳酸菌發酵豆奶的寡 醣利用率，並減少蔗糖被分解的情形，而 寡醣經菌種水解會增加基質中單醣的含 量。添加雙叉桿菌可提高乳酸菌發酵豆奶 之醋酸的產量，但乳酸含量會降低。豆奶 經乳酸菌發酵後粗蛋白質含量增加情形， 以 S. thermophilus 組最多，此時雙叉桿菌的 參 與 並 沒 有 顯 著 提 高 其 量 ； 但 L. acidophilus 則因加入雙叉桿菌而顯著提高 豆奶之粗蛋白含量。加入雙叉桿菌後，豆 奶中游離胺基酸的含量比乳酸菌單獨發酵 時多。相較於乳酸菌發酵豆奶，與雙叉桿 菌一起發酵後所測試的維生素 B 群含量皆 呈現增加的情況。發酵豆奶經冷凍乾燥後 乳酸菌或雙叉桿菌的活菌數亦均較噴霧乾 燥後高，其中以 S. thermophilus 和 B. longum 混合發酵後乾燥之存活情形最佳，分別為 75.12%和 51.89%。 關鍵字：雙叉桿菌,乳酸菌,發酵豆奶,乾燥 二、緣由與目的 黃豆是一種極具營養價值的豆科植物 產品，但含極高脂氧化酵素活性，常造成 產品之豆臭味，且含無法被人體消化道分 解之寡醣，被腸道中細菌加以水解產生氣 體而造成脹氣(Thananunkul et al., 1976)。為 了減少黃豆產品上述之缺點，利用乳酸菌 來進行乳酸發酵乃被認為是可行途徑之 一，這類產品可改進產品之風味與營養價 值。 近幾年由於對於雙叉桿菌在牛奶及奶 製品中之生長及扮演功能之研究與之瞭 解，在乳製品中添加雙叉桿菌乃為一種趨 勢，因為如此可提供具良好風味之產品又 能有益於使用者之健康。雙叉桿菌有助於 腸 道 中 正 常 微 生 物 族 群 之 維 持 。 Haenel (1970)指出喝母乳之嬰兒腸道中之腐敗菌 皆明顯的較少。此種拮抗機制，主要在於 雙叉桿菌可透過生長代謝中產生的醋酸和 乳酸，有效維持腸道保持在較低之 pH 值 （pH 約 5.5）（Barbero et al., 1952），而 使病原性及腐敗性細菌不易生長。 吾人曾初步進行雙叉桿菌在豆奶中生 長之探討，發現雙叉桿菌在豆奶中生長 2 天後菌數可增殖至約 108 /ml 且可分解黃豆 造成食用者脹氣之寡醣類，復因乳酸菌有 益人體健康且能幫助產生良好風味，故吾 人企圖進行含雙叉桿菌乳酸菌發酵豆奶產 品製造之探討。在此研究中將比較不同雙 叉桿菌在豆奶乳酸發酵過程中之存活，以 瞭解其對發酵豆奶成分之影響，並進一步 乾燥成粉末產品，觀察其中活菌數目之變 化，評估其作為膳食補助品之效益。 三、結果與討論 1.試驗菌株之篩選

表一是在豆奶中單獨或混合接種乳酸 菌或雙叉桿菌發酵期間 pH 和可滴定酸度 的變化情形。期間內因發酵產酸，酸度隨 者 pH 減少而增加，在所測試的乳酸菌中， 單獨以 S. thermophilus 發酵可產生最大量 的酸，經 48 小時發酵後，酸度由 0.06%升 為 0.43%。與 Mital 和 Steinkraus（1974） 結果相似地，L. bulgaricus 在豆奶中產酸量 最少。此外，與接種 B. longum 相較，豆奶 中含 B. infantis 時，其 pH 較低且酸度較 高，此與 Chou 和 Hou（2000）結果相符。 Samona 等人（1996）以酸乳酪菌株和 雙叉桿菌一起發酵牛奶發現，發酵的菌種 可以反應出產酸的情形，即菌種間存在程 度不同的影響力。表一中，當豆奶以不同 的雙叉桿菌和乳酸菌發酵後，出現不同的 pH（6.13~4.19）和酸度（0.09~0.25%）， 其中，以 B. longum 和 L. bulgaricus 共同發 酵時，會出現最低的酸度和最高的 pH 值， 當與雙叉桿菌共同培養時，S. thermophilus 組的產酸量會較其單獨發酵時低。同時接 種雙叉桿菌和 S. thermophilus 的豆奶在 24 小時後即可獲得最大的酸度，另一方面， 接種雙叉桿菌和 L. acidophilus 之豆奶在 32 小時後酸度達到最大值。 圖一與圖二為豆奶發酵期間雙叉桿菌 和乳酸菌的生長行為。雙叉桿菌單獨或混 合乳酸菌接種於豆奶中的生長情形與 Chou 和 Hou（2000）相似，B. infantis 和 B. longum 可於豆奶中生長，然而 B. infantis 生長較 B. longum 為佳。經 48 小時培養後，B. infantis 的數量增至 8.12 log CFU/ml，然而 B. longum 最後菌數約為 7.27 log CFU/ml。 另外，B. infantis 及 B. longum 共同與乳酸 菌培養時，雙叉桿菌最後菌數因乳酸菌和 雙叉桿菌菌種而異，雖然在前 8 小時培養 中，單獨以 B. infantis 培養並無顯著的生長 情形，但是與乳酸菌共同發酵時，菌數增 加 1.05~1.24 log CFU/ml；48 小時後，混合 乳酸菌生長的 B. infantis 之最後菌數均較 單獨培養時為高，其中以和 L. bulgaricus 共同培養者為最。混合乳酸菌的培養中， B. longum 的生長型態和單獨培養時很相 近，經 24 小時後菌數以混合培養者較高， Matsuyama 等人（1992）指出，B. longum 與 L. acidophilus 在豆奶中同時培養 20 小時 後之菌數較單獨培養時高；然而在本研究 中，發酵末期時混合乳酸菌培養的雙叉桿 菌只有 6.40~6.87 log CFU/ml，較單獨培養 時 7.27 log CFU/ml 少。 圖二為乳酸菌單獨培養於豆奶時表現 出不同程度的生長情況，在所測試的乳酸 菌中，L. acidophilus 經 48 小時發酵之菌數 最高，約 7.17 log CFU/ml，而 L. bulgaricus 最低，約 6.48 log CFU/ml，這與 Mital 和 Steinkrans（1974）及 Murti 等人（1993） 結果相同，推測是由於 L. bulgaricus 無法 利用豆奶中最主要的糖--蔗糖所致（Mital and Steinkrans1974; Pinthong et al., 1980）。 S. thermophilus 單獨培養初期於豆奶中生 長快速且於 24 小時達其菌量最大值，之後 菌數下降。Murti 等人（1993）報告中，雙 叉桿菌在 16 小時發酵期內誘發酸乳酪菌株 的最大生長，而本研究發現乳酸菌的生長 受雙叉桿菌影響的程度，因乳酸菌菌種而 異。L. acidophilus 與雙叉桿菌混合培養時 表現與單獨培養時相同的生長型態，但混 合培養時 L. acidophilus 菌量之最大值較 高。經混合培養 24 小時後，配合著最大產 酸量，S. thermophilus 和雙叉桿菌出現最大 菌量。此外，混合培養時 S. thermophilus 之菌量最大值與單獨培養時不相上下，而 混合 B. infantis 發酵的豆奶經 32 和 40 小 時，B. infantis 菌數分別為 7.64 和 7.62 log CFU/ml ， 兩 者 之 間 並 無 顯 著 性 差 異 （p<0.05），但 S. thermophilus 菌量則於 32 到 40 小時內顯著減少。 雖然 L. bulgaricus 單獨培養時可於豆 奶中生長，但與 B. longum 或 B. infantis 共 同培養 8 小時就測不到其之存在，Murti 等 人（1993）亦有相似的結果，因此在豆奶 中，雙叉桿菌對 L. bulgaricus 有負面的影 響。這除了與雙叉桿菌會競爭豆奶中的營 養成分之外，L. bulgaricus 死亡也可能受到 雙叉桿菌所產生的醋酸抑制所致。 綜合以上得知，L. bulgaricus 並不適合 與所測試的雙叉桿菌進行豆奶發酵。對 S. thermophilus 及其混合雙叉桿菌發酵情況

而言，最適的發酵時間是 24 小時；而 32 小時的發酵時間對 L. acidophilus 組是最有 利的情況。 2.雙叉桿菌對乳酸菌發酵豆奶之成分影響 表二在醣類的變化情形中，乳酸菌單 獨發酵時，寡醣的減少量以 S. thermophilus 組較多，且與雙叉桿菌一起發酵後，減少 情形更顯著，尤以搭配 B. infantis 者為優， 棉實糖減少 0.62 mmol/L 而水蘇四糖減 4.11 mmol/L，此乃因雙叉桿菌具有高活性 的α-galactosidase 及β-galactosidase，可水解 利用寡醣類（Desjardins et al., 1990）所致。 而蔗糖亦有含量下降的情況，加入雙叉桿 菌的發酵組之下降狀況較乳酸菌單獨發酵 時少，故知添加雙叉桿菌於乳酸菌發酵豆 奶中，可減少蔗糖的利用情況，且以 B. longum 之作用較明顯。豆奶經發酵後單醣 量會增加，以含 L. acidophilus 組，特別是 配合 B. infantis 時增量最大，果糖及葡萄糖 -半乳糖皆提高約 2.50 mmol/L。綜合以上得 知，添加雙叉桿菌可提高乳酸菌發酵豆奶 的寡醣利用率，並減少蔗糖被分解的情 形，此外，寡醣經菌種水解後，會增加基 質中單醣的含量。 有機酸含量方面，單獨以乳酸菌發酵 豆奶時，會產生大量乳酸，並伴隨少量之 醋酸，且以 S. thermophilus 的乳酸產量較佔 優勢，而加入 B. infantis 共同發酵時產量最 多，達 21.98 mmol/L；然而，與雙叉桿菌 共同發酵所產生的乳酸則未如乳酸菌單獨 發酵時多。故知以乳酸菌發酵豆奶時，添 加雙叉桿菌可提高醋酸的產量，但乳酸含 量會降低。 豆 奶 經 發酵後粗蛋白質含量增加情 形，以 S. thermophilus 組最多，而雙叉桿菌 的 參 與 並 沒 有 顯 著 提 高 其 量 ； 但 L. acidophilus 則因加入雙叉桿菌而顯著提高 粗蛋白含量達 0.09∼0.21%。與雙叉桿菌共 同發酵時，游離胺基酸的含量比乳酸菌單 獨發酵時多，以 S. thermophilus 為例，加入 雙叉桿菌發酵可分別提高游離胺基酸含量 3.05 （B. infantis 組）和 3.32 （B. longum 組）mmol/L。 維生素 B1、B2 及菸鹼酸的含量變化 情形中，以 L. acidophilus 單獨發酵後，豆 奶中菸鹼酸增加為 36.44 mg/100 ml，維生 素 B2 減少 10.96%，維生素 B1 則無顯著的 變化，此與 Denter 和 Bisping（1994）的結 果相符。若混合雙叉桿菌發酵時，所測試 的維生素 B 群含量皆呈現增加的情況。以 S. thermophilus 發酵豆奶後，菸鹼酸及維生 素 B2 分別減少 15.68%及 10.54%，而 B1 的變化與 L. acidophilus 單獨發酵相似，不 存在顯著性差異。混合雙叉桿菌發酵時， 除菸鹼酸含量減少外，維生素 B1 及 B2 的 含量均被提高。Keuth 和 Bisping（1993） 指出，在黃豆培養基質中，若菌數增多而 維生素含量減少，則維生素應為此菌所分 解利用，例如：菸鹼酸可被分解為 NAD＋ 或 NADP＋ ，而成為細菌之能量來源。由於 S. thermophilus 無論單獨或混合雙叉桿菌 進行發酵時，生長情況良好，故推論豆奶 中菸鹼酸含量減少，是被此菌所分解以產 生能量來源。 3.乾燥對發酵豆奶中菌數存活之影響 表三中，發酵豆奶藉出口溫度 60℃進 行 噴 霧 乾 燥 後 ， 以 B. longum 和 S. thermophilus 共同發酵者存活情形最佳，高 達 16.23%（S. thermophilus）和 23.06% （B.

longum），雖然 S. thermophilus 與 B. infantis

發 酵 組 中 S. thermophilus 存 活 率 為 17.44%，但與 16.23%間並無顯著性差異。 單就雙叉桿菌而言，B. longum 存活情形顯 著較 B. infantis 為佳，至於乳酸菌則以 S. thermophilus 優於 L. acidophilus，此與 Kim 和 Bhowmik（1990）結果相符。 經冷凍乾燥後發酵豆奶菌數存活情形 中，乳酸菌以 S. thermophilus 的存活率較 高，達 74.68∼75.12%，即具有較佳的抗凍 能 力 。 Kim 和 Bhowmik （ 1990 ） 以 L. bulgaricus 及 S. thermophilus 發酵酸酪乳再 進行冷凍乾燥後發現，與 Lactobacillus spp. 相較，S. thermophilus 不易出現冷凍傷害的 情況，此與本結果相符。雙叉桿菌則以 B. longum 的抗凍性較佳，若與 S. thermophilus 共同發酵後再進行冷凍乾燥，存活率最

高，可達 51.89%。

實驗中無論是乳酸菌或雙叉桿菌，經 冷凍乾燥後的存活率亦均較噴霧乾燥後 高，Johnosn 和 Etzel（1995）將 L. helveticus 分別進行噴霧及冷凍乾燥後發現，冷凍乾 燥後的存活率為 48%，而噴霧乾燥（出口 溫度 82℃）則只有 15%的存活率，由此可 得到印證。

四、參考文獻

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