乳酸菌发酵制备沙果渣可溶性膳食纤维的工艺研究

2010-07-04牛广财符殿滨汤华成王宪青魏文毅

黑龙江八一农垦大学学报 2010年3期

牛广财，符殿滨，汤华成，王宪青，魏文毅

（1.黑龙江八一农垦大学食品学院，大庆 163319；2.黑龙江省农业科学院园艺分院）

沙果（Malusasiatica）为蔷薇科植物林檎的果实，又名海棠果、五色果、联珠果等，是黑龙江省夏秋季节大量上市的水果。沙果中含有丰富糖类、有机酸、多酚、果胶、多种维生素、矿物质、微量元素等多种营养成分[1]。膳食纤维被人们称为第七营养素，是一种功能性食品基料。膳食纤维具有预防便秘、结肠癌及由冠状动脉硬化引起的心脏病的作用，能降低血清胆固醇、调节糖尿病人的血糖水平；改善食物消化过程，防止过度饮食引起的肥胖症等等[2-4]。膳食纤维的很多重要生理功能都与可溶性膳食纤维（SDF）有很大的关系，但一般膳食纤维中可溶性膳食纤维中含量都很低，只有3%～6%，无法达到膳食平衡要求。因此最近很多学者采用不同的方法对膳食纤维进行改性，以提高可溶性纤维的含量和达到提高膳食纤维生理功能的目的[5]。制备膳食纤维常见的方法，需要加入酸、碱、盐等试剂[6]，在处理过程中产生了大量阴离子和阳离子，给膳食纤维的利用带来一些不利因素。本研究以沙果渣为原料，采用保加利亚乳酸杆菌和嗜热链球菌，经微生物发酵，确定制备沙果可溶性膳食纤维的最佳工艺条件，改善沙果膳食纤维的理化特性，达到提高沙果膳食纤维生理功能的目的。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

沙果渣由大庆市隆赫达食品有限公司提供；菌种（保加利亚乳酸杆菌和嗜热链球菌以1∶1混合的菌种）由黑龙江八一农垦大学食品学院发酵实验室保藏；MRS培养基；95%无水乙醇；低脂奶粉（脂肪含量低于2%），市售；白砂糖等。

1.2 主要仪器与设备

DH4000型电热恒温培养箱，天津市泰斯特仪器有限公司；SPH-250型生化培养箱，上海森信实验仪器有限公司；HZQ-QX全温振荡器、BCN-1360B生物洁净工作台，哈尔滨东联电子技术开发有限公司；TD5A台式多管架离心机，长沙英泰仪器有限公司；DK-450B电热恒温水槽，上海森信仪器公司。

1.3 工艺流程

沙果渣→干燥→粉碎过筛→脱脂→调料→接种→发酵→抽滤→滤液醇析→干燥→产品

1.3.1 操作要点

发酵剂制备：以沙果渣与水质量比为1∶2进行打浆，通过4层滤布过滤制得汁液。以此汁液质量计算，取低脂奶粉2%，白砂糖1.5%，进行调匀，分装于20 mL试管中，置于高压灭菌锅中，于121℃，灭菌15 min。取保加利亚乳酸杆菌和嗜热链球菌（1∶1混合菌种）接种于上述培养基中，接代培养3次，制成发酵剂[7]。用血球计数板计数，保持菌数含量在 107～108个·mL-1。

调料：料水比为1∶20，并向料液中加入2%的脱脂奶粉和1.5%的白砂糖；将装料的三角瓶置于95℃水浴中，加热15 min进行灭菌。

发酵：在一定温度下发酵一定时间后取出即可。

滤液醇析：向滤液加入4倍体积95%乙醇，静止5～7 h，沉淀SDF，然后再进行离心，分离出沉淀，为发酵后沙果渣的可溶性膳食纤维即SDF。

干燥：分离出的SDF在60℃的鼓风干燥箱中进行干燥。将抽滤后的滤渣干燥后与SDF混合，得发酵活化后的沙果渣总膳食纤维。

1.4 试验方法

1.4.1 单因素试验

1.4.1.1 接种量对SDF得率的影响：取沙果渣12.000 g，分别接入4%、6%、8%、10%、12%的发酵剂，于40℃恒温培养箱中培养20 h，研究接种量对SDF得率的影响。

1.4.1.2 发酵时间对SDF得率的影响：取沙果渣12.000 g，接种量为10%，分别采用不同的发酵时间，即 10、15、20、25、30 h在 40 ℃恒温培养箱中培养。考察发酵时间对SDF得率的影响。

1.4.1.3 发酵温度对SDF得率的影响：取沙果渣12.000 g，接种量为10%，分别采用4个不同的发酵温度，即 36、38、40、42、44 ℃，在恒温培养箱中静置培养20 h。考察发酵温度对SDF得率的影响。

1.4.2 正交试验

在单因素试验基础上，以SDF得率为指标，选取三因素三水平的L9（33）正交试验进行工艺条件优化，因素水平见表1。

表1 正交试验因素水平表Table 1 Factors and levels of orthogonal experiment

1.4.3 SDF得率的测定

SDF得率（%）=沙果渣SDF干重（g）/沙果渣总膳食纤维干重（g）×100%

2 结果与分析

2.1 单因素试验分析

2.1.1 接种量对SDF得率的影响

由图1可知，随着接种量的增加，可溶性膳食纤维得率也在上升。在10%之前，可溶性膳食纤维得率增加幅度比较明显。当接种量大于10%时，所得可溶性膳食纤维的得率则呈下降趋势。表明接种量过大会导致前期发酵剧烈，后期动力不足。鉴于此，选择8%、10%和12%的接种量作为下一步正交试验的3个水平。

图1 接种量对SDF得率的影响Fig.1 Effects of inoculating volume on the SDF yield

2.1.2 发酵时间对SDF得率的影响

从图2可以看出，随着发酵时间的延长，可溶性膳食纤维的得率逐渐升高，发酵时间在20 h时，SDF的得率达到最高值，为9.66%。而发酵时间在20 h后，可溶性膳食纤维得率呈明显的下降趋势，因此，选择15、20和25 h的发酵时间作为下一步正交试验的3个水平。

2.1.3 发酵温度对SDF得率的影响

由图3可知，26℃时发酵速度较慢，且制取率较低。34℃时前期发酵剧烈，后期发酵动力不足，制取率较低。38～40℃时发酵速度最快，发酵平稳，SDF得率最高可达8.18%；当温度超过40℃时，可溶性膳食纤维得率随温度升高而降低。这是由于温度升高导致其本身分子结构受到破坏，从而使SDF得率降低。因此，发酵温度控制在40℃左右较为合适。

图2 发酵时间对SDF得率的影响Fig.2 Effects of fermentation time on the SDF yield

图3 发酵温度对SDF得率的影响Fig.3 Effects of fermentation temperature on the SDF yield

2.2 正交试验分析

试验中选用接种量、发酵时间、发酵温度为考察因素，以SDF得率为指标，按照表1进行L9（33）正交试验，实验结果及直观分析见表2。

表2 正交试验方案及结果分析Table 2 Design and results analysis of orthogonal experiment

图4 试验因素水平指标图Fig.4 Indices chart of factors and levels

由表2和图4可知，影响沙果渣可溶性膳食纤维得率的主次顺序是：发酵时间>接种量>发酵温度。由正交试验所得的最佳发酵制备沙果渣可溶性膳食纤维工艺条件为A2B3C2，即接种量10%，发酵时间25 h，发酵温度40℃。

通过验证试验（见表3），采用料液比1∶20，由保加利亚乳酸杆菌和嗜热链球菌（1∶1）进行微生物发酵，在上述的最佳工艺条件下，即在接种量10%，发酵时间25 h，发酵温度40℃，沙果渣可溶性膳食纤维的平均得率可达到9.72%；而非发酵条件下（料液比1∶20）的可溶性膳食纤维的平均得率仅为5.44%，明显低于最佳发酵条件下的SDF得率（表3）。这说明乳酸发酵法确实可以非常明显地提高沙果渣可溶性膳食纤维的得率。