乳酸菌的组合发酵条件优化

2016-04-07李晓鹏2刘昕1张忠明1何守贵2曹磊1张卫兵1

中国食品工业 2016年5期

关键词：发酵剂酸度乳酸菌

李晓鹏2，刘昕1 ，张忠明1，何守贵2，曹磊1，张卫兵1

（1.甘肃农业大学食品科学与工程学院，甘肃兰州730000；2. 甘肃金亚科技发展有限公司，甘肃兰州730000）

乳酸菌的组合发酵条件优化

李晓鹏2，刘昕1 ，张忠明1，何守贵2，曹磊1，张卫兵1

（1.甘肃农业大学食品科学与工程学院，甘肃兰州730000；2. 甘肃金亚科技发展有限公司，甘肃兰州730000）

以甘南牧区家庭自制牦牛乳酸奶中分离筛选出的乳酸菌为试验菌株，将其进行组合发酵试验，以期为工业生产提供理论依据。采用单因素试验考察了菌种组合比例、发酵温度、加糖量等因素对酸奶品质的影响，结果表明最佳菌株组合为Q2∶G4，该组合的最佳发酵条件为：发酵温度43.0 ℃、接种量4.0 %、菌株Q2∶G4的比例为1∶3。

组合发酵; 乳酸菌；优化

人类对乳酸菌发酵剂的研究始于19世纪末至20世纪初，Grigoroff在1905年首次对酸奶细菌学的研究，标志着人们利用自然环境中“天然乳酸菌”时代的结束[1-3]。而Petter和Lolkema在1950年发现酸乳生产中共同使用S.t和L.b产酸速率明显加快则是传统液体发酵剂应用的开始[4-6]。液体发酵剂使用方便、价廉，且大小生产厂家均可自行调制的特点，极大扩充了酸奶的生产领域，但在酸奶工业的进一步集约化、规模化发展中，传统发酵剂多次活化和扩培的烦琐工艺越来越不能满足要求；伴随着低温干燥生物技术的发展，西方乳业发达国家已开发出了用量小、邮寄储藏方便，能直接投入生产的多功能商品化发酵剂。

我国在发酵剂的研究方面比较滞后，目前还没有一家专业化发酵剂生产厂商。但我国的酸奶生产中，有80%以上的酸奶使用的发酵剂是浓缩型冻干发酵剂，其中绝大部分是购自国外知名发酵剂公司，导致发酵剂市场被国外企业垄断，每年花费高达15亿元来引进酸奶发酵剂[7]。因此，对于加强国内自主研发乳酸菌发酵剂制备的研究水平和工业化生产刻不容缓。

本研究是以甘南牧区家庭自制牦牛乳酸奶中分离筛选出的乳酸菌为试验菌株，将其进行组合发酵试验，以期为工业生产提供理论依据。

1、材料与方法

1.1 材料与设备

1.1.1 菌种

本实验室自甘南牧区发酵乳中分离筛选出的菌株Q2、Q5、G1、G3、G4、G6。

1.12 试剂

胰蛋白胨，酵母粉，酵母膏，琼脂糖，牛肉膏，蛋白胨，葡萄糖，磷酸氢二钾（钠），磷酸二氢钾（钠），硫酸氢二钾（钠），硫酸二氢钾（钠），氯化钙，氯化钠，氯化钾，硫酸镁，硫酸亚铁，氯化钠，硫酸锰，乙醇，双乙酰，氢氧化钠，以上试剂均为分析纯。脱脂奶粉（黑龙江完达山）为市售。

1.13 培养基

MRS固体培养基、SL培养基、Elliker培养基、脱脂乳固体培养基及脱脂乳液体培养基。

TJA 培养基：番茄汁50mL，酵母膏5g，牛肉膏10g，乳糖20g，葡萄糖2g，磷酸氢二钾2g，吐温-801mL，乙酸钠5g，加蒸馏水至1000mL，调节pH6.8±0.2，于121℃灭菌15min备用[8]。

APT培养基：胰胨10g，吐温-80lmL，酵母提取物5g，氯化钠5g，柠檬酸钠5g，硫酸镁0.8g，葡萄糖10g，氯化锰0.14g，磷酸氢二钾5g，硫酸亚铁0.04g，加蒸馏水至1000mL，调整pH值为6.7～7.0，121 ℃灭菌15min[8]。

1.14 设备

SW-CJ-2FD超净工作台（苏州净化设备有限公司），YX-280A高压灭菌锅（上海三申医疗器械有限公司），HG303-4电热恒温培养箱（南京实验仪器厂），XSP-18S显微镜（上海蔡康光学仪器有限公司），PB-203电子天平（Mettler-Toledo公司）pHS-25数显pH计（上海精密科学仪器厂）， KUBOTA3740冷冻离心机（日本KUBOTA久保田公司），YQX-1型厌氧培养箱（上海跃进医疗器械厂），冷冻干燥机（北京博医康医疗器械厂）。

1.2 试验方法

1.2.1 球菌与杆菌间的组合发酵

筛选菌株经过活化后，将其中的2株球菌与4株杆菌分别组合，以3%（V/V）的接种量接种于灭菌的牛奶中，41℃发酵，凝乳后放入冰箱中4℃冷藏24h后，测定其滴定酸度及黏度，并进行感官综合评价。球菌与杆菌的组合见表5。

1.2.2 复配比例的筛选

菌株Q2、G4活化后，将其发酵液分别按1∶1、1∶2、1∶3、2∶1、3∶1（V/V）进行复配，以3%（V/V）的接种量接种于含6%（m/m）蔗糖的灭菌牛奶中，41℃培养，凝乳后放入冰箱中4℃冷藏24h后，测定其酸度及黏度，并进行感官综合评价。

1.2.3 发酵温度的筛选

菌株Q2、G4活化后，将菌株Q2、Q4的发酵液按1∶3（V/V）进行复配后，以3%（V/V）的接种量接种于含6%（m/m）蔗糖的灭菌牛奶中，分别置于37、39、41、43、45℃培养，凝乳后放入冰箱中4℃冷藏24h后，测定其酸度及黏度，并进行感官综合评价。

1.2.4 接种量的筛选

菌株Q2、G4活化后，将菌株Q2、Q4的发酵液按1∶3（V/V）进行复配后，分别以2、3、4、5%（V/V）的接种量接种于含6%（m/m）蔗糖的灭菌牛奶中，置于43℃培养，凝乳后放入冰箱中4℃冷藏24h后，测定其酸度及黏度，并进行感官综合评价。

2、结果与分析

2.1 球菌与杆菌间的组合发酵

表1 组合发酵试验结果

由表1可见，8个组合所发酵酸奶的黏度在4.20～10.20 dpa. s之间，与市场上酸奶的黏度3～4dpa.s相比，8个组合所发酵的酸奶都有很好的黏度，且8个组合所发酵酸奶的黏度差异显著（P＜0.05）。B3组合的黏度最高，A4组合的黏度最低，8个组合所发酵酸奶的黏度从强至弱的顺序为B3＞A2＞A3＞B4＞B2＞A1＞B1＞A4。8个组合所发酵酸奶的酸度在74～100°T，满足酸奶奶酸度70～110°T之间的要求，且8个组合所发酵酸奶的酸度存在差异显著（P＜0.05）。8个组合发酵酸奶的酸度从高至低的顺序为：A3＞A2＞B3＞A1＞B4＞B2＞A4＞B1。从感官评价结果来看，8个组合所发酵酸奶的综合评价分值在79～88之间，8个组合发酵酸奶的综合评价分值存在差异显著（P＜0.05），其中，A3组合发酵酸奶的综合评价结果最好，A2组合发酵酸奶的综合评价结果最差。综上所述，筛选出A3组合为最佳组合，即菌株Q2和G4的组合为最佳组合。

2.2 复配比例的筛选

表2 菌种复配比例筛选结果

由表2可见，随着发酵剂中菌株复配比例不同，所发酵酸奶的黏度、滴定酸度及感官评价分值都出现明显的变化。5种不同发酵剂所发酵酸奶的黏度在7.00～9.10dPa.s之间，且存在显著差异（P＜0.05）。复配比例为1∶3（V/V）时所发酵酸奶的黏度最高，复配比例为1∶1（V/V）时发酵剂所发酵酸奶的黏度最低。滴定酸度结果显示，5种不同发酵剂所发酵酸奶的滴定酸度在86.00～96.00 °T之间，且存在显著的差异（P＜0.05）。复配比例为1∶3（V/V）时所发酵酸奶的酸度最高，复配比例为1∶1（V/V）时所发酵酸奶的酸度最低，感官评价结果显示，复配比例为1∶3（V/V）时所发酵酸奶的感官评价分值最高，与其余4种发酵剂所发酵酸奶的感官评价分值相比存在显著的差异（P＜0.05）。综上所述，最终筛选出最佳复配比例为1∶3，因为在接种比例为1∶3时，所发酵酸奶的黏度比较高，组织状态比较好，乳清析出也比较少，且发酵酸奶的滋气味也比较好。

2.3 发酵温度的筛选

表3 单因素试验最佳发酵温度筛选结果

由表3可见，随着发酵温度的变化，所发酵酸奶的黏度、滴定酸度及感官评价分值都出现较大的变化。着发酵温度的逐步升高，5个温度下所发酵酸奶的黏度也呈现递增的趋势。5个温度下所发酵酸奶的黏度在12～15dPa.s，说明5个温度下所发酵酸奶都具有很好的黏度。37℃下发酵的酸奶黏度最高，45℃下发酵的酸奶黏度最低，且不同温度下所发酵的酸奶黏度存在显著性差异（P＜0.05），因为发酵温度高时菌株发酵产酸比较快，酪蛋白凝结过快造成乳清析出，所以黏度就比较低。随着发酵温度的逐步升高，5个温度下所发酵酸奶的酸度也呈现先增大后减小的趋势。5个温度下所发酵酸奶的酸度在85～100°T之间，在酸奶产品要求的70～110°T之内。43℃下所发酵酸奶的酸度最高，37℃下所发酵酸奶的酸度最低，且5个温度下所发酵酸奶的酸度存在显著性差异（P＜0.05），因为所筛选菌株均为高温发酵菌株，在低温状态下代谢比较慢，产酸能力也比较弱。随着发酵温度的逐步升高，5个温度下所发酵酸奶的感官评价分值也呈现先增大后减小的趋势。43℃下所发酵酸奶的感官评价分值最高，37℃下所发酵酸奶的感官评价分值最低，且5个温度下所发酵酸奶的感官评价分值存在显著性差异（P＜0.05），因为发酵温度过高，菌株发酵酸奶的组织状态比较差；发酵温度过低，菌株产酸速率比较低，发酵酸奶的滋气味比较差。综上所述，筛选出43℃为最佳发酵温度。

2.4 接种量的筛选

表4 单因素试验最佳接种量试验结果

由表4可见，不同的接种量对发酵酸奶的黏度、酸度及感官评价分值均有较大的影响。黏度测定结果显示，4个接种量时所发酵酸奶的黏度都在9～11dPa.s之间，与市场现有酸奶的黏度相比偏高。2%接种量时所发酵酸奶的黏度最高，4%接种量时所发酵酸奶的黏度最低，4个接种量时所发酵酸奶的黏度存在显著性差异（P＜0.05），因为接种比例大，菌体发酵过程中菌体数增长比较快，产生的乳酸比较多，产酸过快容易造成乳清析出。酸度测定结果显示，4个接种量时所发酵酸奶的酸度在90～100°T之间，在酸奶产品要求的70～110°T之内。4%接种量时所发酵酸奶的酸度最高，2%接种量时所发酵酸奶的酸度最低，4个接种量时所发酵酸奶的酸度存在显著性差异（P＜0.05）。感官评价结果显示，4% 接种量时所发酵酸奶的感官评价分值最高，2%接种量对应发酵酸奶的感官评价分值最低，4个接种量时所发酵酸奶的酸度存在显著性差异（P＜0.05）。综上所述，在接种量为4%时，菌株发酵酸奶的感官状态最好，因此，筛选出最佳接种量为4%。