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酸乳發(fā)酵工藝的優(yōu)化
引言
乳酸菌是指一群可發(fā)酵碳水化合物、產(chǎn)生乳酸的球菌和桿菌[1-3]。酸乳具有減輕乳糖不耐受癥,調(diào)整腸胃、減少疾病等功能。但酸乳生產(chǎn)中易出現(xiàn)發(fā)酵時間長,菌種活力不夠等問題,因此,進行酸乳工藝的優(yōu)化具有實際的意義。
1 材料與方法
1.1 實驗材料
(1)菌種:混合型乳酸菌(保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌,由法國羅地亞公司提供)
(2)新鮮無抗牛乳(收購合格奶源)
。3)脫脂奶粉(新西蘭)
1.2 實驗方法
。1)酸度測定:依照GB/T5009.46—2003
。2)產(chǎn)品感官評定:由6 名經(jīng)驗豐富的現(xiàn)場品控人員組成,采用百分制對產(chǎn)品質(zhì)量中的質(zhì)地、外觀、香味和滋味[4]進行評定,六個數(shù)據(jù)取平均值(取整數(shù))。
2 結(jié)果與分析
2.1 單一菌種發(fā)酵實驗
(1)嗜熱鏈球菌
、俳臃N量
接種量分別取1%、3%、5%,優(yōu)質(zhì)鮮奶43℃連續(xù)發(fā)酵12h,每2h 測一次酸度,具體如圖1 所示。由圖可知,接種量不同,產(chǎn)酸速度不同,隨著接種量的增大,產(chǎn)酸速度增大。接種量為3%和5%組,在發(fā)酵的2-4h 產(chǎn)酸速度增大,12h 后酸度分別長到76°T 和89°T,雖然3%組的酸度相比5%的有點低,但基本達到要求,且凝乳狀態(tài)良好;而1%組產(chǎn)酸速度緩慢,4-6h 產(chǎn)酸速度稍有提高,但隨后又進入緩慢狀態(tài),12h 后酸度僅達到62°T,凝乳狀態(tài)不好,質(zhì)地松軟。所以,對于嗜熱鏈球菌來說,接種量應取3%-5% 。
、诎l(fā)酵溫度
發(fā)酵溫度分別取40℃、43℃和45℃,接種量取3%,發(fā)酵12h,連續(xù)測定酸度。如圖2所示結(jié)果看出,發(fā)酵溫度為40℃時,嗜熱鏈球菌生長緩慢,一開始產(chǎn)酸速度很慢,直到8h時產(chǎn)酸速度才有所加快;而45℃時的高溫會抑制嗜熱鏈球菌的正常生長,產(chǎn)酸活性下降,因此酸度增加也很慢,12h 后仍達不到要求的酸度。所以對嗜熱鏈球菌來說,40℃發(fā)酵12h后酸乳凝乳狀態(tài)良好,但需要的時間太長,不利于酸乳生產(chǎn)進程,發(fā)酵溫度應選43℃。
③乳固體含量
乳固體含量分別取8%、10%、12%,接種量取3%,43℃發(fā)酵12h。
由結(jié)果可知,8%組在發(fā)酵12h 后酸度只長到78°T,沒有達到要求,且在發(fā)酵的2-4h,8%組產(chǎn)生乳清較多。10%組和12%組酸度在8h 時就長到89°T、97°T。因此,對于嗜熱鏈球菌來說,乳固體含量應在10%以上。
。2)保加利亞乳桿菌
、俳臃N量
接種量分別取1%、3%、5%,用優(yōu)質(zhì)鮮奶,43℃連續(xù)發(fā)酵12h,酸度變化圖4?梢钥闯,接種量的多少對產(chǎn)酸速度影響很大,接種量越大,產(chǎn)酸速度越快。對于保加利亞乳桿菌來說,接種量為3%組的在發(fā)酵4-6h 產(chǎn)酸速度加快;5%組的從發(fā)酵一開始產(chǎn)酸速度就很快,產(chǎn)生的酸味較強烈,有大量的乳清析出;1%組酸度增長的速度一直很緩慢,12h 后酸度僅達到79°T,并且質(zhì)地松軟,可以看見有輕度的流動狀態(tài),凝乳效果不理想。綜上分析,對于保加利亞乳桿菌來說,接種量選擇3%較適宜。
、诎l(fā)酵溫度
同嗜熱鏈球菌一樣,發(fā)酵溫度分別取40℃、43℃、45℃,接種3%的保加利亞乳桿菌,保溫發(fā)酵12h,連續(xù)測定其酸度,每2h 一次。由結(jié)果可知,發(fā)酵溫度越高,產(chǎn)酸速度也越快。發(fā)酵溫度為43℃、45℃,在發(fā)酵6-8h 產(chǎn)酸速度加快,12h 后酸度分別達到99°T、109°T;40℃發(fā)酵時產(chǎn)酸速度相對比較緩慢,12h 發(fā)酵酸度長到77°T。40℃發(fā)酵12h 酸度達不到要求,45℃發(fā)酵析出的乳清比較多。因此,推薦發(fā)酵溫度選取43℃。
③乳固體含量
同嗜熱鏈球菌,乳固體含量仍取8%、10%、12%,接種3%的保加利亞乳桿菌,43℃發(fā)酵12h,每2h 測一次酸度,由結(jié)果可以看出,乳固體含量不同,產(chǎn)酸速度不同,乳固體含量增大,產(chǎn)酸速度也增大,與其他兩組相比,乳固體含量為8%組的酸度增長緩慢,最終酸度達到79°T,基本達到要求,但乳清析出較多,凝乳效果也不好,質(zhì)地松軟。因此,對于保加利亞乳桿菌來說,乳固體含量為10%就能滿足發(fā)酵的要求。
2.2 酸乳發(fā)酵工藝優(yōu)化
在以上單因素實驗的基礎上,選取乳固體含量、接種量、發(fā)酵溫度、菌種配比四個因素進行正交試驗,進而對發(fā)酵工藝進行優(yōu)化,采用L9(34)正交試驗,每個因素設定3 個水平,正交試驗情況見下表所示[5,6]。
由上表極差分析知,各因素對產(chǎn)酸影響的大小依次為:乳固體含量>菌種配比>接種量>
發(fā)酵溫度,而各因素對感官的影響大小依次為:乳固體含量>菌種配比>發(fā)酵溫度>接種量。
。1)優(yōu)方案的確定
在該實驗中,感官評定是本實驗的評定指標,指標越大越好,所以應挑取每個因素的K1、K2、K3(或k1、k2、k3)中最大的值對應的那個水平,由于:
A 因素列:K1>K3>K2 B 因素列:K2>K1>K3 C 因素列:K2>K3>K1 D 因素列:
K3>K2>K1所以優(yōu)方案為 A1B2C2D3,即菌種配比為1:1,接種量為3%,發(fā)酵溫度為43℃,乳固體含量為12%。通過實驗發(fā)現(xiàn),乳固體含量為10%就基本能達到優(yōu)方案的效果,所以在工業(yè)生產(chǎn)中為節(jié)約成本,乳固體含量取10%即可。綜合以上分析得到的優(yōu)方案為A1B2C2D3(D2)。
。2)趨勢圖
上述優(yōu)方案是在給定的因素和水平的條件下得到的,若不限定給定的水平,有可能得到更好的實驗方案,所以我們可以將因素水平作為橫坐標,以它的實驗指標的平均值ki’為縱坐標,畫出因素水平與指標的關系圖——趨勢圖。
由上面幾個趨勢圖可以看出,當桿球比為1:1,接種量為3%,發(fā)酵溫度為43℃,乳固體含量為12%(10%以上即可)時,感官評定都是最高的。并且中間兩個連續(xù)的趨勢圖均呈倒鐘形,接種量為3%,發(fā)酵溫度為43℃時分別為各自的最優(yōu)水平。所以綜合組織狀態(tài)及感官評定最佳工藝水平組合為A1B2C2D3(D2)。根據(jù)試驗結(jié)果與分析,混合菌種發(fā)酵最佳工藝為桿球比1:1,接種量為3%,發(fā)酵溫度為43℃,乳固體含量為10%以上即可滿足酸乳品質(zhì)的要求。在此工藝下,酸乳凝乳質(zhì)地較硬,乳清析出較少,風味良好。
3 結(jié)論
。1)單一菌種發(fā)酵試驗表明,嗜熱鏈球菌的最優(yōu)發(fā)酵工藝為:接種量為3%-5%,發(fā)酵溫度為43℃,乳固體含量為10%以上;保加利亞乳桿菌的最優(yōu)發(fā)酵工藝為:接種量為3%,發(fā)酵溫度為43℃,乳固體含量為10%以上。
。2)單一菌發(fā)酵實驗,我們得出,只有嗜熱鏈球菌時表現(xiàn)出較低的酸度,保加利亞乳桿菌的產(chǎn)酸能力大于嗜熱鏈球菌,嗜熱鏈球菌在發(fā)酵過程中產(chǎn)粘?梢,兩種菌混合發(fā)酵時,各司其職,嗜熱鏈球菌產(chǎn)粘,滿足口感上的要求,保加利亞乳桿菌負責后期酸度的進一步提升。
。3)混合菌種發(fā)酵實驗,菌種配比、接種量、發(fā)酵溫度及乳固體含量均對酸乳的質(zhì)地、滋氣味造成影響,其中乳固體含量、菌種配比對其影響較大,但各因素之間又是相互影響和制約的。
。4)混合菌種發(fā)酵試驗最佳工藝條件:菌種配比(桿:球)=1:1,接種量為3%,發(fā)酵溫度43℃,乳固體含量為10%以上。
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