岭脊法分析具有高产EPS特性的乳酸菌的发酵酸乳条件
2007-04-11 16:22:18   来源：乳业科学与技术   评论：0 点击：

1前言

影响酸乳生产及品质的发酵条件主要有发酵剂、发酵温度、发酵时间、接种量等。生产酸乳使用的发酵剂大部分为混合发酵剂,混合发酵剂利用了杆菌和球菌混合培养时具有的共生效应,如保加利亚乳杆菌分解蛋白质产生的氨基酸可为嗜热链球菌的生长提供营养物质,而嗜热链球菌代谢产生的甲酸可促进保加利亚乳杆菌的生长。此外,杆菌与球菌的发酵特性对发酵乳制品的品质影响也不尽相同,如保加利亚乳杆菌对发酵乳制品中有机酸的形成起主导作用;而嗜热链球菌在发酵过程中,除进行产酸代谢,还产生2,3-丁二酮等发酵乳制品特有的风味物质[1]。混合嗜酸乳杆菌与嗜热链球菌发酵酸乳可以改善单纯用嗜酸杆菌发酵酸乳的涩味和单纯用嗜热链球菌发酵酸乳的强酸味,使产品酸甜适合,风味纯正[2]。接种量对酸奶生产的影响非常明显,加大接种量可以缩短乳酸菌生长的延迟期,提高产酸速度,缩短凝乳时间。但对于产品风味而言,接种量过大会产生不利影响。一般认为接种量小有利于球菌生长,接种量大有利于杆菌生长,为了酸奶特殊风味的形成,球菌或杆菌的生长都不易过于旺盛。培养温度对酸乳生产的影响很大,大部分乳杆菌的最适生长温度为37℃,嗜热链球菌的最适温度为41-42℃,培养温度越高,凝乳时间越短,产品风味相对较差[3]。本次试验主要研究高产EPS球菌与杆菌比例、发酵温度、接种量对酸乳生产与品质的影响,通过试验选定高产EPS菌株复合发酵酸乳的最佳的发酵条件。

2材料与方法

2.1主要材料

高产EPS菌株材料:LactG2、LactG4、LactQ2,均为试验分离,其中LactG2、LactG4分别为德氏乳杆菌乳亚种、瑞士乳杆菌,LactQ2为一未知的球菌。37℃条件下LactG2、LactG4单独发酵产EPS的量分别为166mg/kg、142mg/kg,42℃条件下LactQ2发酵产EPS的量为38mg/kg。全脂乳粉(新西兰);蔗糖(市售)。

2.2主要仪器MP-120pH计(瑞士Schwerzenbach公司);HWS-250型恒温培养箱(上海精宏设备有限公司);海尔冰箱;AL204电子天平(上海Mettertoledo公司);

2.3试验方法

2.3.1酸乳的生产工艺全脂乳粉→10%脱脂牛乳→加蔗糖8%→均质(60-70℃,20Mpa)→杀菌(95℃/10min)→冷却→接种→发酵→冷藏(4℃)。2.3.2单因素试验

2.3.2.1球菌与杆菌比单因素试验固定接种量3%,发酵温度37℃,使球菌与杆菌比分别在1:1、2:1、3:1、4:1、5:1条件下发酵酸乳,发酵终点为酸乳的滴定酸度达到70°T,达发酵终点的酸乳置于4℃冰箱中后发酵12h后感观评价。因杆菌的接种量相对较少,但对酸乳风味影响较强,从试验的操作及设计方便出发,本试验固定两种杆菌LactG2、LactG4的比为1:1,暂不考虑两种杆菌的比例变化对酸乳感观品质的影响。

2.3.2.2接种量的单因素试验固定发酵温度37℃,球菌与杆菌比4:1,使接种量分别在1%、2%、3%、4%、5%条件下发酵酸乳,发酵终点为酸乳的滴定酸度达到70°T,达发酵终点的酸乳置于4℃冰箱中后发酵12h后感观评价。

2.3.3发酵条件的优化试验发酵条件的优化试验选择Box-Behnken设计[4],其水平编码表见表1。试验按Box-Behnken设计方案进行,发酵终点为酸乳的滴定酸度达到70°T,分值为发酵酸乳置于4℃冰箱中后发酵12h后的感观评价分值。

2.3.4感观评价方法选择有品尝酸乳经验的18名试验员(男女各半)对酸乳的口感、滋味与香气、组织状态按表2进行打分,取其平均值[5]。

3结果与讨论

3.1单因素试验结果

3.1.1球菌与杆菌比单因素试验结果图1为球菌与杆菌比例变化对酸乳感观品质的影响关系图,从图中可见,球菌与杆菌的比例在1-4之间时,感观分值随比例的增大而增大,其中比例在1-2变化时,感观分值变化急剧,在2-4变化时感观分值变化缓和,比例在4-5时感观分值随比例的增大而减小。根据图1可得出球菌的比例的增大对酸乳的感观品质有先增强后减弱的作用,比例在2-4变化时感观分值较接近,因此选择此范围作为最适球菌与杆菌比例范围。

3.1.2接种量的单因素试验结果图2为接种量对酸乳感观品质的影响关系图,从图中可见,感观评分随接种量的增大而增大,在接种量1%-2%时,感观分值急剧变化,在接种量2%-5%时,感观分值变化缓和。接种量的增大能改善酸乳的感观品质,因接种量在4%以上时,酸乳的感观品质变化不明显,从节约生产成本出发,选2%-4%为最适的接种量范围。

3.2发酵条件的优化试验结果Box-Behnken设计方案及感观评价分值结果见表3,其中,A、B、C分别代表球菌与杆菌的比例、接种量、发酵温度。应用SAS9.0对表3的数据进行二次回归响应面分析,其原理是对试验结果进行二次多项式回归,进行逐项和方程的检验,预测响应值,指明响应面类型,若响应面为凸型,则在曲面内有最大响应值(点),若响应面为凹型,则在曲面内有最小响应值(点),这两种情况都可直接从曲面找出最优工艺参数。而当曲面较复杂时,响应面上即有凸点,又有凹点,则在曲面内无最优响应值(鞍面),即在所研究的影响因子的小同水平中无最佳控制点时,这种情况下可进行岭脊分析[7]。对表的试验结果通过SAS进行二次回归响应面分析,得到如下多元二次响应面回归模型:感观评价分=-123.63+6.64A+10.48B+9.76C+0.496A2-0.325B*A-1.254B2-0.065B*C-0.122C2表4为此二次响应面回归模型的方差分析表。由表可见,在α=0.05条件下,回归模型显著、模型拟合度不显著表明模型的拟合性好,无需建更高次模型。回归模型的决定系数为0.966,即表明96.6%的感观评分变异可由此回模型解释,模型可以用来估计感观评价分值。线性项与二次项显著表明单因素及单因素本身之间的交互对感观评分影响明显,交叉项不显著表明三因素之间的交互作用对感观评分的影响不明显。

表5为因素方差分析表[8],从表中可以看出影响酸乳感观评分的的各因素按影响大小分别为发酵温度、球菌与杆菌比例、接种量,其中发酵温度、球菌与杆菌比例对酸乳感观评分的影响显著,而接种量对酸乳感观评分的影响不显著。从典型分析表6可以看出,三因素的特征值有正有负,表明二次响应面为鞍面,无极值的存在,因此不能直接从二次响应面上找出最佳工艺参数,需进一步作岭脊分析。表7为岭脊分析分析结果,从表中可以看出,最大响应值的编码半径为1,此时球菌与杆菌的比例为3.976769,接种量为2.855728%,发酵温度为36.207736℃,感观评价得分为84.146964,考虑到生产实际,选择球菌与杆菌比4:1,接种量2.9%,发酵温度36℃作为最优发酵酸乳条件。

4结论

高产EPS菌株发酵酸乳的条件经Box-Behnken设计及SAS岭脊分析最终确定最优发酵酸乳条件为球菌与杆菌比4:1、接种量2.9%、发酵温度36℃。

5小结

综上所述,HPLC法可以根据牛初乳成分及蛋白质的不同生理特性采用不同的色谱柱和检测器对其进行分离检测,并且具有分离效率高、分析速度快、样品用量少、灵敏度高、分离和测定一次完成等优点。HPLC法分离蛋白质的不同模式可对其他领域蛋白质的研究提供强有力的手段。同时也看到,很难找到一种符合全部要求的理想的检测器和色谱柱。所以利用HPLC法分离检测蛋白质和牛初乳中其他成分的研究还将继续,以发现更方便快速、灵敏度更高、通用性更好的HPLC分析方法,推动畜牧业及蛋白质化学的发展。