在乳制品工业中,发酵稳定性直接关系到产品口感、货架期以及批次一致性。
近年来,恒温发酵工艺因流程紧凑、卫生风险相对可控等优势被广泛关注。
该工艺将发酵过程置于成品包装内完成,对菌种体系的可控性提出更高要求:一旦菌株活性存在细微差异,往往会被“放大”为酸度起伏、后续酸化偏快、凝胶网络不均等质量问题,影响消费者体验和企业生产成本。
围绕这一难题,俄科研人员提出智能构建复合发酵菌种的新方法,试图从菌株组合设计层面提升恒温发酵的稳定性。
问题在于,恒温包装内发酵的调控空间有限。
与开放式或可实时调整的发酵环境不同,包装内体系在温度、氧化还原状态、营养扩散以及代谢产物累积等方面更容易形成“固定边界”。
在这种边界条件下,嗜热链球菌与德氏乳杆菌保加利亚亚种等常用发酵菌的生长节律、产酸速度、代谢副产物以及胞外多糖生成能力,只要存在轻微偏差,就可能造成酸度上升曲线不一致,进而引发成品在储存期继续酸化甚至“超酸化”,同时导致质构松散或过度紧实,形成批次差异。
原因在于,传统菌种筛选与复配更多依赖经验或单指标评价,难以充分描述菌株之间的相互作用。
发酵并非单一菌株的独立行为,而是一个多菌株共存的动态系统:不同菌株之间会竞争营养、交换代谢中间体、相互影响增殖速度,并共同决定酸化轨迹与质地形成。
若仅关注某一菌株的产酸能力或生长强度,而忽视与其他菌株的代谢相容性,就可能在恒温发酵这一“窗口较窄”的条件下出现不稳定结果。
针对上述机制性难点,研发团队将“相容性分析与模型化评估”作为方法核心:一是对菌株产酸动态进行持续监测,以曲线特征而非单点数据刻画酸化过程;二是对菌株种群增殖动力学进行分析,评估不同菌株在同一体系中的增长节律及其匹配程度;三是对菌株胞外多糖合成能力进行评估,从而为质地稳定提供生物学支撑。
通过多维指标建模与筛选,构建出的复合多菌株配方呈现协同效应,不同菌株能够在同一体系中相互促进活性并保持稳定的发酵特性,使产品在不添加稳定剂的情况下仍能获得较为一致的质构表现。
影响层面,这一方法的价值主要体现在三方面:其一,提升恒温发酵工艺的过程可预测性,为企业降低批次波动、减少返工与报废提供技术工具;其二,在口感与质构方面,通过胞外多糖等内源性形成机制改善稳定性,有助于减少对外加稳定剂的依赖,契合部分市场对配方简化的需求;其三,为功能性发酵乳制品开发提供更可控的菌种底座,在满足特定酸度、质构或发酵周期目标时具有潜在优势。
在对策与工艺适配上,研发团队提出将菌种最佳活性温度区间设定在40—45℃。
这一温区安排的指向性在于兼顾发酵速度与后续酸化的平衡:发酵阶段需要足够的产酸效率以形成目标风味与凝胶结构,同时又要避免在储存期继续快速酸化导致口感失衡。
团队称,采用该菌种体系生产的产品在长期储存过程中品质表现稳定且可预测,体现出该方法对“发酵—储存”全链条酸化管理的关注。
前景方面,业内普遍认为,发酵乳制品正在从“以规模化为主”向“以品质稳定与细分功能为导向”演进。
智能化菌种构建思路若能在更广泛的原料条件、生产线配置与实际物流储存环境中得到验证,有望推动菌种开发从单菌株性能竞争转向系统性组合设计,进一步延伸至定制化微生物体系开发,用以满足不同产品形态、质构目标及特定功能需求。
与此同时,相关方法也需要在工业放大、菌种长期稳定性、供应链一致性以及法规合规等维度持续完善,才能更好实现从实验室到产业端的落地转化。
当前,全球食品工业正经历从规模化生产向精细化、定制化方向的深刻转变。
这项俄罗斯科研机构的研究突破表明,科学技术的进步不仅能够解决产业发展中的实际问题,更能够创造全新的可能性。
通过深化对微观生物机制的理解与应用,我们可以在保证产品品质与食品安全的前提下,实现更加环保、更加高效的生产模式。
这种以基础理论为支撑、以实际需求为导向的科研创新,必将为全球食品工业的健康发展注入新的动力。