乾燥粉末乳酸菌スターターの開発 (第3報 )

北海道立食品加 工研究 センター報告 No.21996[報
文]
77
乾燥粉末乳酸菌 ス ター ター の 開発 (第 3報 )
―― ヨー グ ル ト用 乳 酸 菌 の 乾 燥 化 ―
田村吉史 ・吉川修司 ・川上 誠
Fluidized Bed Drying of Lactic Acid Bacteria for Food Starter(Part IH)
一一―Drying of Lactic Acid Bacteria for Yogurt Products―
Yoshifumi TAMURA,Shuji YoSHIKAwAand Makoto Kewexenat
Lactic acid bacteria starters are used for many fermented milk products. However, these starters
are imported as freeze-dried products from Europe and the U.S., and are expensive and of limited
variety.
In this study, Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus and,Streptococcussaliaarius subsp.
thermophilus, both frequently used in the production of dairy products, were dehydrated using a fluidized
bed. The viability of the former strain after dehydration was low, regardlessof sucroseconcentration.
However, viability of the latter strain, which proved to be higher than that of the former strain in every
case, produced a maximum viability of 60 percent.
乳酸 菌発酵食 品 を工業 的規模 で安 定 生産 す る上 で,ス
タ ー ター は欠 かせ な い。 ヨー グル トや チ ー ズ な ど発酵 予L
製 品 の製造 に は広 く使 用 され て い る。しか し,ス ター タ ー
につ い てい くつか 問題 点 が上 げ られ る。 中 で も最 も大 き
い 問題 はス タ ー ター の価格 が 高 い こ と,供 給形 態 ・バ リ
実 験 方 法
1.供 試菌株
‐
わら
αθ
グ
′
′
菌株 は,乳 業技術協会 よ り購入 した ιαθ
猛 滋′
bttθ
″″subsp.bπ "洸 雰 B-5b(以
下 ι.みπ影涜 徳 ),
エ ー シ ョンが 乏 しい の 2点 で あ る。現在 市販 され てい る
食 品用乳酸菌 ス タ ー ター は,凍 結 品 あ るい は凍 結乾 燥 品
お よび S拗 めθ
θ
tt sα
ttαπtt subsp.滋″2の 力″
θθ
ι
バ 510
で あ る。 ス タ ー ター の 中 で も凍 結乾 燥 品 の製造 は,凍 結
や減 圧化 な どエ ネル ギ ー を要 す る過 程 が 多 く,割 高 とな
2。 供試培地
(以下 S厖 ″協″″株 )を 用 いた。
1)寒 天培地
る。乳酸 菌 ス ター タ ー は一 部 国産 の もの もあ るが ,多 く
は外 国 か らの輸 入 に頼 ってお り,い ず れ の ス タ ー ター も
した。
凍 結乾 燥 品 として供 給 され て い る。 輸送距 離 や時 間上 の
制約 もあ り,商 品 として複 数 の ス タ ー タ ー を有 す る国外
地 よリグル コー スを除 き,
ー
水 に替 えて除タ ンパ クしたチ ズホェー を用 いた。
の企 業 で あ って も,輸 出品 は凍 結乾 燥 品 に限 られ る。
この よ うな こ とか ら,保 管 に場 所 を取 らず ,取 扱 い と
管 理 が 容 易 な低 価格 の ス ター タ ー が 望 まれ て い る。また ,
ス タ ー タ ー のバ リエ ー シ ョン を豊 富 にす る こ とで,様 々
な特徴 を持 った乳製 品 が製造 され る可能性 が 秘 め られ て
い る。
本 報 で は,ヨ ー グル ト用乳酸 菌 の 流動 層乾 燥 法 に よる
乾 燥 化 を試 みた ので報 告 す る。
MRS培
地 :MRS broth(Difco)￨こ
MRS― Whey培
寒天 を 1.5%添 加
地 :MRS培
Rogosa培 地 :Difco
Rogosa―
W h e y 培 地 : R o g o s a 培地 よ リグル コー ス を
除 き, 水に替 えて除タンパ クしたチーズホエー を用 いた。
G A M 培 地 : 日水製薬
T P Y 培 地 : B ジd o t t ″
θ″ππ 分 離 用 培 地 1 ) に寒 天 を
1 . 5 % 添加す る。T P Y 培 地 は, ポ リペ プ トン 1 . 0 % , ポ
リペ プ トン S O . 5 % , グ ル コー ス 1 . 5 % , 酵 母 エ キス
0 . 2 5 % , ツ イン8 0 1 . O m l , 塩
酸 システ イ ン 0 . 0 5 % ,
K2HP04 0・ 2%,MgC12° 6H20 0・ 05%,ZnS04・ 7H2
田村 。他 :ヨ ー グル ト用 乳酸 菌 の乾 燥化
0 0.025%,CaC12 0・
015%,FeC13 TraCeで
,pHは
6.5で あ る。
流動 層乾 燥 に よって作 成 され た試料 を,定 法 に従 い イ
なお,除 タ ンパ ク したチ ー ズ ホ ェ ー は,チ ー ズ ホ エ ー
を lN HClを
オ ンスパ ッタ リング後 ,走 査型 電子顕微 鏡 に よ り行 った 。
用 い て pH 4.6に 調整 し,100°
C,30分 加 熱
して カゼ イ ン を沈殿 除去 し,次 に lN NaOHで
実 験 結 果 お よび 考 察
pH 7に
調整 し 100℃,30分 加 熱 して ホ エ ー タ ンパ ク を除去 し調
製 した。
1)生 育 に適 した培 地 の検 討
乾 燥 菌体 を作成 す る上 で ,大 量 の菌 が必 要 で あ る。この
3)液 体 培地
TPY培
8.電 子顕微 鏡観 察
た め液体 培 地 で大量培 養 す るが ,そ れ に先立 ち培 養 に適
″物 π 分 離用培 地 1)
地 :B′ あ らαι
pH調 製 剤 入 り TPY培
地 :pH調 製 剤 と して 炭 酸 カ
ル シ ウム を 0.3%添 加 した 。
MRS培
地 :MRS broth(Difco)
MRS培
地 (改):ポ リペ プ トン SO.5%及
の種類 を検 討 した。供 試菌株 を供 試培 地 に塗 抹 し,37℃ ,
2日 間培 養 して最 も良好 な生育 を示 す培 地 を選択 した 。
び シス テ イ
ン 0.05%添 加 した。
3.グ ル コー ス濃度 及 び初発 pHの 検 討
使 用培 地 :TPY培 地
グル コー ス添加 量 :1.5,3.0,5.0%
初 発 p H の 調 製 : K 2 H P 0 4 の 添 加 量 を 変 化 さ せ,
pH 6.7∼ 8.0と した。
なお,K2HP04は
した培 地 の選 択 が必 要 とな る。この た め,寒天培養 で培 地
,33.3%溶 液 ,グ ル コー ス は 50%溶
L.bπ 影 を πSを 用 い た場 合 ,Rogosa,Rogosa Whey,
GAMの 各培 地 には コ ロニ ー の形 成 が み られ なか った 。
MRS,MRS―
地 で は コロニ ー の形 成 はみ られ た
Whey培
が ,TPY培
地 と上ヒ較 して少 なか った。TPY培 地 で は,
一
培 地 上 面 に コロニ ー が 形成 され ,良 好 な生 育 が み られ
た。
″π″ カグ
′
然 を用 い た場 合 は,Rogosa,Rogosa
Wheyの 各培 地 には コロニ ー の形 成 が み られ なか った。
MRS,MRS― Whey,GAMの
各培 地 で は コロニ ー が形 成
S厖
地 で も,同 様 に コ ロ
液 を調製 し,滅 菌後 ,培 地 に別途 添加 した 。
され生育 は良好 で あ った 。 TPY培
4.供 試 菌 の 培 養
ニ ー が形 成 され 良好 な生 育 が み られ た。
寒 天培地 の場 合 は,37°C, 2日 間培 養 した 。
液体 培地 の場 合 は,37℃ で静 置培 養 した 。
5。 供 試 菌 の大 量培 養 及 び菌濃 縮液 の調 製
供 試乳酸菌 は,TPY培 地 を用 い て,24時 間,37°Cに て
ジ ャー フ ァー メ ンタ ー培 養 した 。培 養 中 は,培 養液 の pH
を 14%ア ンモ ニ ア水 を用 い て 6.5に 保 った 。
菌 濃縮液 は,培 養液 を 8,000 rpm,15分 間,遠 心分離
に よ り集菌 し,TPY培
したが って,二 .われ多 潅 お ,S励
につ い て も,TPY培
″物 の 力′
′
術 の い ずれ
地 を用 い た場 合 に生 育 が 良 好 で あ
る ことが半」
明 した 。
MRS培
地 は乳 酸 菌 の培 養 に良好 な培 地 とされ て い る
が ,供 試 菌株 の生 育 は TPY培 地 に比 べ か な り劣 って い
た (デー タ略 )。 この理 由 を推 測 す る と,TPY培
地 に含
まれ MRS培
地 に含 まれ てい な い成分 は,ポ リペ プ トン
地 100 mlに 懸濁 して調 製 した。
Sと システ イ ンで あ り,い ずれ も 二.ι
π"た パ の生 育 を
3)。
促 進 す る とされ てい る MRS培 地 に これ らを添加 して
プ レー トカ ウ ン ト培 地 を用 い
培 養 し,生 育 が 促進 され るか検 討 す る必 要 が あ る と考 え
6。 生 菌 数 の 測定
生 菌数浪1定には,BCP加
地 は BttdObαθ″物 %の 分離 に しば しば
た。
られ た。TPY培
7.流 動層乾燥
タ ロ グの 1006
使 用 され る培 地 で あ り,組 成 は ATCCカ
4、
′
′
αθグ
猛 層 は この 1006培 地
培 地 と酷似 してお り Lαιゎら
3、
で よ く生育 す る との文献 もあ る
1)流 動 層乾燥 の方法 及 び条件
第 1報 に準 じた の。
基材 として スキム ミル ク (雪印乳業 )を 用 い た 。
2)供 試乳酸 菌 の乾 燥化 にお ける保 護 剤 (シ ュ ク ロー ス)
2)乳 酸 菌 の液体 培 養
寒 天 培 地 で の 検 討 の 結 果, 最 も生 育 が 良 好 だ った
濃度 の影響
TPY培
流動 層乾 燥 にお け る保 護 剤 の濃 度 が 乳酸菌 の生 存 率 に
た。
与 え る影 響 を知 るた め に,そ の濃 度 を 0∼40%ま で変化
させ て生 残率 を計測 した。
生残 率 の計 算 方法 は,第 1報 に準 じた の。
地 の組 成 で , 乳 酸 菌 の液体 培 養 の 条件 を検 討 し
L.bπ″″ %Sの 菌数 お よび pHの 変 化 を図 1に 示 し
た。培養 1日 で急激 な菌数の増加があ り,そ の後徐 々に
低下 した。
TPY培 地 中での増殖 は急激であ り,培 養 1日 で生 菌
エ研究 センター報告 No.21996
北海道立食品カロ
6.0
7.0
Q
6.0
5.0
50
45
4.0
︲ 、
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ヽ∼
いヽ
55
6.0
口 5.5
Q
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5.0
／
01234567
／
培 養 日数 ( d a y s )
／
45
_た、
ヽ 1計
Ｇｏ︼
︶黒国期
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7.0
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¨
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…
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… 。…
︺Ｘ
sの
養 中 の生 菌 数
図 l T P Y 培 地 によ る L . b u l g a t t c u 培
と培地 p H の 変化
4.0
01234567
――□―
―
pH
一 ◇一 生 菌 数 (log)
培 養 日数 ( d a y s )
数 は最 大値 を示 した。1日 以 上培 養 を継続 す る と菌数 は
図 2
低 下 した。 さ らに菌数 を上昇 させ るに は培 地 を検 討 す る
必 要 が あ る。pHは 急激 に 5付 近 まで低下 す るが ,そ の後
の低 下 は緩 や かで あ つた 。炭酸 カル シウム を添加 しな い
場 合 ,1日 で pH 5以 下 とな り,2日 後 に は 4.3程 度 まで
ー
低 下 す る こ とが予備 試験 で示 され てお り(デ タ略),炭
L.bulgaricusの
ポ リペ プ トン S 及 び シ ス テ イ ン を
M
R
S
培
地 及 び T P Y 培 地 を用 い て 培 養
加
した
添
した場 合 の 生 菌 数 と p H の 変 化
pH
一 □一 TPY培
地
一 ◇一 ポ リペ プ トンS,シ ステイ ン添加 MRS培 地
生菌数 (log)
一 o一 TPY培
地
一 △一 ポ リペ プ トンS,シ ステイ ン添加 MRS培 地
酸 カル シウムが pH低 下 を抑 え,菌 数 の急激 な減 少 を抑
えて い る と考 え られた。菌数 を上 昇 させ る培 地 の検 討 と
地 と同量 の ポ リペ プ トン S
地 に,TPY培
して,MRS培
10 0
とシステイ ン を添加 して培 養 した結果 を図 2に 示 した。
ポ リペ プ トSと シ ス テ イ ン を添 加 した MRS培
地で
て適 応 す るの に時 間 がか か つて い る こ とを示 して い る.
この場 合 で も最 大 菌 数 は,TPY培
地 とほ とん ど変 わ ら
7.5
60
鶴ｏ一
︶無梱期
は,培 養 1日 目 に急激 な菌数 の減 少 が 見 られ,そ の後 急
激 に増加 した。 これ は供 試菌株 が , こ の培 地組 成 に対 し
■ 5_0
なか った.こ のた め,短 時 間 で 多 くの菌体 を回収 で きる
地 の方 が 有効 で あ つた 。
グル コー ス濃度 を変化 させ た ときの ,培 地 pH6.7の 場
ー
合 の生 菌数 お よび pH変 化 を図 3に 示 した。 グ ル コ ス
TPY培
濃度 を増 や して も生育 は促進 されず ,5%で は生育 が抑制
40
30
o12345
された。pHの 低 下 につ いて も,5%で は緩 や か で あ つた。
ポ リペ プ トン Sと シ ス テ イ ン を添 加 した MRS培 地 に
よる培 養,グ ル コー ス高濃度 に よる培 養 の結 果 か ら,供
試 菌株 の L.ι凛妥 ル バ は,高 浸透圧 下 で は生育 が 阻害 さ
れ る可台旨性が示 唆 され た。また,初発 pHは 7を 越 え る と
バ は生育 しな
抑制 され, 7 . 5 ∼ 8 と した場合, L . ろZ な滋θ
かった ( デー タ略) 。
/7rsは
s . r / 3 の″カグ
, 炭 酸 カル シウム無添加 の T P Y 培
地で も良好 な生育 を示 し, p H が 低下 して も菌数の低下
培養 日数 (days)
図 3
T P Y 培 地 に お い て グ ル コー ス 濃
L.bulgaricusの
度 を変 化 させ た場 合 の 生 菌 数 と p H の 変 化
pH
一 ロー グ ル コー ス 1.5%
一 ◇一 グ ル コー ス 30%
一 〇 ― グ ル コー ス 5.0%
生菌数 (log)
一 △一 グ ル コー ス 1.5%
一 田一 グ ル コー ス 3.0%
一 ◆一 グ ル コー ス 5.0%
田村 。他 :ヨ ー グル ト用乳酸菌 の乾 燥 化
は,ι .bπ多潅 塔 の場合 と比 べ穏や かで あった (デー タ
略)。 この結果か ら,両 供試菌の大量 培養 には,TPY培
された。供試菌株 と保護剤 の種類 と濃度,乾 燥条件の検
討な どが課題 となった。
地 を使用することとした。
S厖 物 ″ カグ
燃 を乾燥 した場合,生 残率 は保護剤無添
3)流 動層乾燥 における保護剤 の効果
ι.bπ多凌 客 の生残率 は,保 護剤 として用 い た シュク
ロー ス濃度 に関わ らず最高 で も2.5%と 非常 に低 く,第
1報 で報告 した L.タルπ″協解 とは全 く異 な るパ ター ン
を示 したの (図 4)。 乾燥粉末の水分 含量 は,シ ュクロー
ス濃度 に関わ らず 5∼6%で 一定であった。今回 の試験 か
ら,本 菌株 は 二.夕
″π″協物 に比 較 して乾燥 に弱 い事 が示
力日の場合 に 60%弱 と,高 い値 を示 した。む しろ保護剤で
あるシュクロー ス を添加す ると生残率 は低下 した.し か
し,シ ュクロー ス濃度 による差 はほ とん どな く,20∼40%
とほぼ一定である(図5)。 この傾向は これ まで乾燥 に供
してきたいずれの菌株 の場合の'0と も異 な り,菌 株 によ
り乾燥耐性や至適乾燥条件 が異 なることを示 して い る。
今後 は保護材の種類や乾燥条件 を変 え,至 適乾燥 条件の
検討 が課題 となった。
流動層乾燥 において作製 した乾燥菌体 (基剤 はスキム
ミルク)の 電子顕微鏡写真 を図 6, 7に 示 した。拝菌で
2.5
ある ι.ι
に多た バ (図6)及 び球菌である S励 物 ″ カグ
ルS
︵
ゝ︶ 絆 優期
．
Ｆ
︵
ゝ︶ 像く
′．
ＦＦ
・
・
・
・
・
・
′・
・
・
・
・
・
・・
・
・
0
10
20
30
40
保護材 (シュー ク ロー ス)濃 度
図 4
量 に 於 け る保 護 剤
(シ 翼 Lビ 2ヽ 搬
一 ロー 水
分 (%)
一 ◇一 生
残率 (%)
図 6 乾 燥 菌 体 の 電 子 顕 微 鏡 写 真 (L.bulgaHcus)
ス キム ミル ク表 面 に メ ロ ンの ネ ッ ト状 に拝 菌 で あ る
ιι
π鉾 ″ 雰 が付着 して い る様子 が示 され てい る
︵
ゝ︶辮 優 則
0
10
20
30
40
保護材 (シュー ク ロー ス)濃 度
t ll斃
図5 島
量に
於ける
保護
士
:2安
ツ
劣
薫
ア
農
￡
婁
― □― 水 分
(%)
一 ◇一 生
残率 (%)
図 7
乾燥 菌体 の 電子顕微 鏡 写真 ( S . t h e r m O p hu″
s)
=亀
段庭
F違
貪臨
:ゞ
難響 争 餓
００
北海道立食品加 工研究 センター報告 No.21996
(図 7)が スキム ミル ク上 に付 着 して い る様 子 が示 され て
The Prokaryotes, 2ed ed., 1, BALOWS. A,
い る。
TRUPER, H.G., DwoRKIN, Ⅳ
l, HARDER, W,
SCHLEIFER,K.‐ H.,p.816(1991)
要
吉川 ら :乾 燥粉末乳酸菌 ス ター ター の開発 (第 1
約
_
ヨー グル ト用乳酸菌 で あ る ι.滋滋 ι
グ subsp.ι笏′
″グ
αηtt subsp.励ι2722の
′
%Sの 乾 燥 化 を
カグ
μ η sと S滋 ″υ
試 みた。増 殖培地 は双 方 ともに TPY培
地 が適 して い た。
報)
HAMMES,ヽ
VP.,ヽ VEISS,N and HoLZAPFEL,｀
V.:
The Prokaryotes, 2nd ed., 2, BALOWS. A.,
TRUPER,H.G。
,DwoRKIN,M.,HARDER,W.,and
ι.ら
れ多潅 %Sを 流 動 層 乾 燥 させ た場 合 は,保 護 材 の
シュー ク ロー ス濃度 に関 わ らず生 残 率 が 低 かった。 S
COTE, R.: Americun Type Cultuer Collection
厖の の カグ
麻 を流動層乾燥 させた場 合 は,保 護材無添加
CATALOGUE OF BACTERIA AND
の場 合 に 60%と 最 も生残 率 が高 かった。
SCHLEIFER,K.― H.,p1535(1991)
PHAGES,17th ed.,GHERNA,R.,PIENTA,P.p.
328(1989)
文
献
1)BIAVATI, B., SGORBATI, B, and ScARDOVI, ヽ
吉 川 ら :乾 燥 粉 末 乳 酸 菌 ス タ ー タ ー の 開 発 (第 2
Z.:
報)