定義
開菲爾粒(Kefir grains)實際是開菲爾(Kefir)乳品的發酵劑，可用於家庭或工業化的開菲爾生產。它起源於俄羅斯北高加索地區，在古時當地的山嶽牧民將牛乳或山羊乳注入羊皮口袋經自然發酵生產酸乳酒，其殘留物再補加牛乳或山羊乳繼續發酵，經長期發酵後在皮口袋中形成不規則顆粒狀物體，即為開菲爾粒。
微生態特點
開菲爾粒的結構與組成
開菲爾粒(Kefir grains，簡稱KG)是由數種乳酸菌與酵母菌等微生物之間的共生作用而形成的特殊粒狀結構。其形狀比較有規則，多數呈花椰菜狀，也有少量的薄片狀和旋渦狀或紙卷樣等結構，表面捲曲、不平整或高度扭曲，直徑大多在 1-15mm不等，最高可達20mm 以上，多為白色或淡黃色(有時KG受到雜菌污染呈淡黃色)而富有彈性的菌塊。KG大約有50%的成分是由乳酸菌自身代謝向胞外分泌並蓄積的黏性多糖(由1:1 比例的半乳糖和葡萄糖)構成，它可作為微生物固定化的支撐體或棲息的多糖基質。此外，還有大量的水和少量蛋白質、脂肪和其它成分。具有活性的KG浮於乳的表面，可生長、分裂並將其特性傳給下一代以產生新粒。當它在乳中生長擴大時，觀察不到特性上的變化，僅看到粒由小變大，其數量的增加依賴於原粒的分裂，但是在沒有原粒的條件下人們無法合成新的開菲爾粒。
開菲爾粒中的菌相
1.乳酸菌
乳酸菌包括乳球菌屬、乳桿菌屬和明串珠菌屬
1.1乳球菌屬(Lactococcus) 包括乳酸乳球菌乳酸亞種(L.lactis subsp.lactis)、乳酸乳球菌丁二酮乳酸亞種(L.actis subsp.diacetilactis)和乳酸乳球菌乳脂亞種(L.lactissubsp. cremoris)等。它們屬於同型乳酸發酵菌，最適生長溫度30- 35℃，是開菲爾粒最多的、也是最具活力的一部分菌群，在發酵初期的幾個小時內就迅速產酸，當酸度達到 115 T 時即被抑制。
1.2乳桿菌屬(Lactobacillus) 包括嗜酸乳桿菌(L.acidophilus)、德氏乳桿菌(L.delbrueckii)、德氏乳桿菌乳酸亞種(L.delbrueckii subsp.lactis)、德氏乳桿菌保加利亞亞種(L.delbrueckii subsp.bulgaricus)、瑞士乳桿菌 ( L . h e l v e t i c u s ) 、馬乳 酒樣乳桿菌 ( L .kefiranofaciens)、乾酪乳桿菌(L. casei)、發酵乳桿菌(L.fermentum)、 短乳桿菌(L.brevis)、高加索奶乳桿菌(L.k efir ) 、布氏乳桿菌( L . buchneri )、嗜熱乳桿菌( L .thermophilus)等。其中前6種屬於同型乳酸發酵菌，後5種屬於兼性異型乳酸發酵菌，乾酪乳桿菌屬於異型乳酸發酵菌。它們最適生長溫度為37 -42℃，產酸能力較強，分解蛋白質生成胺基酸的能力也較強，能使牛乳變粘稠。Riviere(1963)首次發現了KG中25%的乾重是由L.brevis 或 L.kefir 分泌的胞外多糖所構成。德氏乳桿菌保加利亞亞種、瑞士乳桿菌、短乳桿菌和乾酪乳桿菌幾乎出現於所有KG中，KG的基質物質很可能由這些菌產生。
1.3明串珠菌屬(Leuconostoc) 包括腸膜明串珠菌腸膜亞種(L.mesenteroides subsp.mesenteroides)、腸膜明串珠菌葡聚糖亞種(L.mesnteroides subsp.dextranicum)等。它們最適生長溫度為20-30℃，能利用蔗糖合成大量莢膜葡聚糖，並產生多量的B族維生素，參與開菲爾乳特殊風味的形成，但產酸能力不強。
2酵母菌 與其他發酵乳製品的發酵劑最明顯的區別是：KG中分布著不同種類和數量的酵母菌，它給開菲爾乳帶來醇味、酯香和CO 。但若酵母菌過量將導致產生大量CO、乙醇和酵母臭 實際上開菲爾乳中酵母菌數量不足，原因是酵母菌繁殖世代時間較乳酸菌長，且不耐酸、易受開菲爾中其它菌產生的丁二酮和一些成分的抑制。KG中的酵母菌包括乳糖發酵型和乳糖非發酵型二類。前者包括乳酸酵母(Saccharomyces lactis)、脆壁酵母(Saccharomyces fragilis)、馬克斯克魯維酵母( Kluyveromycesmarxianus ) 、乳酸克魯維酵母(Kluyveromyces lactis)、脆壁克魯維酵母(Kluyveromycesfragilis)、乳酒假絲酵母(Candida kefir)、酒香酵母(Brettanomycesanomalus) 等；後者包括啤酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)、德氏酵母(S.delbrueckii)等。
3醋酸菌 紋膜醋酸桿菌(Acetobacter aceti)和惡臭醋酸桿菌(A.sancens)等被認為在維持KG中的菌相平衡和共生方面有重要作用，同時還有提高開菲爾粘度的作用 。
開菲爾粒中的菌相相互關係
KG中的微生物之間存在密切的共生關係，在分解蛋白腖生成維生素的條件下，乳酸菌被酵母菌和醋酸菌激活，而只有在乳酸菌存在時，乳糖非發酵型酵母和醋酸菌才能生長。乳酸菌通過作用於乳糖產生乳酸，為酵母菌和醋酸菌生長提供了良好的生長環境，當同型發酵乳酸菌生長受到抑制時，可使酵母菌積累酒精速度減慢。它們在牛乳中發酵、代謝產生的乳酸、乙醇、CO等物質，形成開菲爾乳品良好的口感和風味。其中生成的丁二酮、乙醛、羥丁酮、丙醛等各種揮發性羰基化合物與開菲爾乳品的風味有密切關係。
開發研製
至今，關於開菲爾粒有三個未解之謎而使它成為一種具有神奇色彩的有機物，即開菲爾粒是如何產生的在不使用原粒情況下為什麼不能生成新粒開菲爾粒的成粒機理等。實質上，開菲爾粒中菌相的共生關係和菌相比例關係不是恆定不變的。對大規模工業化生產而言，它存在著易變、不易控制、粒的回收、清洗及再處理後的使用都顯得過於麻煩等缺點。大量研究表明，不同地區、不同來源及相同來源，不同培養條件的開菲爾粒在菌相及其比例等方面都有許多不同。並不是所有開菲爾粒都能表現良好的發酵特性以生產出優質的開菲爾。Kasa1ica(1989)報導，南斯拉夫用開菲爾粒生產的開菲爾就頻繁出現了產品風味平淡、產氣量低等缺點。其原因是所使用的開菲爾粒中菌相共生關係較弱，比例失調。澳大利亞、德國等國家的開菲爾也存在因使用開菲爾粒而發生質量不穩定的報導。也有很多生產開菲爾的國家和地區已在積極開發和研製開菲爾的純培養發酵劑，而且卓有成效，有的因此而獲得了專利。如在1979年和1984年前蘇聯和聯邦德國有人因改良開菲爾粒發酵劑和研製開菲爾發酵劑而獲得專利。其產品中乙醇和CO含量很低，避免包裝脹罐問題。當然，在研究使用各種純培養發酵劑生產開菲爾時還存在許多問題，需要更進一步研究加以改進和解決。尤其是需要科學的理論依據，避免盲目篩選組合搭配。以往對開菲爾的理論研究，基本上被“神奇”開菲爾粒中的菌相所吸引，熱衷於開菲爾粒中菌種的分離鑑定與成粒機理及其對腫瘤作用等方面的研究，而忽視了開菲爾粒中菌相之間的相互作用及共生關係的研究，致使純培養發酵劑的研究缺乏明確的科學理論指導。由於傳統的開菲爾工作發酵劑的製備，一旦不使用開菲爾原粒，就無法繼續增殖、傳代，即使採用增殖後的開菲爾原粒的濾液製備工作發酵劑，不僅連續傳代時活力不穩定，而且也易發生雜菌污染或因開菲爾原粒共生菌群失衡，而使發酵乳製品的風味等品質性能下降，從而限制了傳統開菲爾發酵乳製品的商品化生產。只有利用從開菲爾粒中分離出發酵牛乳性能優良的乳酸菌和酵母菌，來製備高活力的純培養發酵劑，才能實現開菲爾的商品化生產。在20世紀90年代中期我國開始致力於研究開菲爾純培養發酵劑，因此，以篩選性狀優良的菌種組合，注重菌種之間的共生關係，開發研製優質開菲爾純培養發酵劑已是開菲爾產品由民間流傳走向大規模商品化生產的必然發展趨勢。
