響應(yīng)曲面法研究干酪乳桿菌產(chǎn)酸性能的試驗(yàn)

■ 劉成江 吳 宏 郭安民 吳洪斌 王俊鋼 武冬梅 新疆農(nóng)墾科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所 ■ 李開(kāi)雄 石河子大學(xué)食品學(xué)院

傳統(tǒng)發(fā)酵制品中所需的微生物是從環(huán)境中偶然混入的野生菌株，到目前為止，發(fā)酵劑的應(yīng)用極為廣泛，各國(guó)均有眾多商品化微生物發(fā)酵劑，以德國(guó)為例，該國(guó)主要的10多家發(fā)酵劑生產(chǎn)廠(chǎng)可提供50余種微生物發(fā)酵劑產(chǎn)品[1]。本試驗(yàn)利用二次通用旋轉(zhuǎn)正交試驗(yàn)研究了干酪乳桿菌的產(chǎn)酸性能，確定了最佳產(chǎn)酸條件，使其在食品加工中得到更好的應(yīng)用[2，3]。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 菌種

干酪乳桿菌（Lactobacillus casei）購(gòu)于中國(guó)工業(yè)微生物菌種保藏中心。

1.1.2 培養(yǎng)基

（1）脫脂乳培養(yǎng)基：將12%脫脂乳粉溶液于0.6 kg/cm2滅菌20 min ，快速冷卻后置于30℃保溫箱中培養(yǎng)3 天，證實(shí)無(wú)菌后即可使用，用于干酪乳桿菌的活化和制備生產(chǎn)發(fā)酵劑[4]。

（2）牛肉浸液的制備：瘦牛肉洗凈切碎，稱(chēng)取550 g浸泡于1 375 mL水中12 h，過(guò)濾后在0.6 kg/cm2調(diào)pH 值至7.2～7.4；滅菌40 min后備用。

1.2 擴(kuò)大培養(yǎng)

30℃下培養(yǎng)2～3 天。

2 試驗(yàn)方法[5]

采用二次回歸旋轉(zhuǎn)正交組合設(shè)計(jì)，試驗(yàn)因素與水平對(duì)照如表1所示。

表1 試驗(yàn)因素與水平對(duì)照

表3 二次回歸模型參數(shù)

3 結(jié)果與討論

試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果如表2所示。

二次回歸模型參數(shù)如表3所示。由表3可知，各因素對(duì)LC產(chǎn)酸的影響程度從大到小的排列依次為：葡萄糖、葡萄糖酸-δ-內(nèi)酯、接種量和發(fā)酵溫度。LC的pH值的回歸方程為：pH=10.996745-0.666146×X1-2.248958×X2-0.427344×X3-0.273831×X4+2.893229×X1×X1+1.906250×X2×X1+8.447917×X2×X2-0.254687×X3×X1-0.453125×X3×X2+0.027682X3×X3-0.090625×X4×X1-0.058750×X4×X2+0.011313×X4×X3+0.004429×X4×X4

表2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

表4 最佳產(chǎn)酸條件及最優(yōu)條件下的pH值

最佳產(chǎn)酸條件及最優(yōu)條件下的pH值如表4所示。由表4可知，當(dāng)葡萄糖酸-δ-內(nèi)酯的添加量為0.848647%，葡萄糖的添加量為0.366162%，接種量為8.063693%，發(fā)酵溫度為31.595266℃時(shí)，干酪乳桿菌產(chǎn)酸量最大，pH值為4.232400。

為了觀(guān)察某2 個(gè)因素同時(shí)對(duì)pH值的影響，對(duì)回歸方程進(jìn)行降維分析，結(jié)果如圖1～6所示。

由回歸方程的方程顯著系數(shù)顯著性檢驗(yàn)結(jié)果可知，葡萄糖酸-δ-內(nèi)酯與葡萄糖之間的交互效應(yīng)不顯著。

由回歸方程的方程顯著系數(shù)顯著性檢驗(yàn)結(jié)果可知，葡萄糖酸-δ-內(nèi)酯與接種量之間存在著顯著的交互效應(yīng)。由等高線(xiàn)也可以看出二者之間的交互作用是不是具有顯著性，具有橢圓形的等高線(xiàn)說(shuō)明兩者之間的交互作用對(duì)乳酸菌產(chǎn)酸的影響較大。從圖4的響應(yīng)曲面圖可以看出，當(dāng)接種量較小時(shí)，pH值隨著葡萄糖酸-δ-內(nèi)酯添加量的降低迅速下降，但葡萄糖酸-δ-內(nèi)酯添加量降到0.47%左右時(shí)，pH值隨著葡萄糖酸-δ-內(nèi)酯添加量的降低而升高，不過(guò)升高的幅度并不大。當(dāng)接種量較大時(shí)，葡萄糖酸-δ-內(nèi)酯添加量對(duì)pH的影響與接種量較小的時(shí)候相似，只是下降和上升的轉(zhuǎn)折點(diǎn)是在葡萄糖酸-δ-內(nèi)酯添加量為0.83%左右，但最后pH值上升的速率較大。

從圖3可以看出，二維的等高線(xiàn)圖揭示了葡萄糖酸-δ-內(nèi)酯與溫度之間交互作用的作用規(guī)律，葡萄糖酸-δ-內(nèi)酯與溫度之間交互作用的作用規(guī)律與葡萄糖酸-δ-內(nèi)酯與接種量之間的作用規(guī)律基本是一致的。從圖5的響應(yīng)曲面圖可以看出，當(dāng)葡萄糖酸-δ-內(nèi)酯濃度較低時(shí)，隨著溫度的上升，pH值先緩慢下降后迅速上升，當(dāng)葡萄糖酸-δ-內(nèi)酯濃度較高時(shí)，隨著溫度的上升pH值先迅速下降后緩慢上升。

圖1 葡萄糖酸-δ-內(nèi)酯與葡萄糖交互作用對(duì)pH值影響的響應(yīng)面圖及其等高線(xiàn)

圖2 葡萄糖酸-δ-內(nèi)酯與接種量交互作用對(duì)pH值影響的響應(yīng)面圖及其等高線(xiàn)

圖3 葡萄糖酸-δ-內(nèi)酯與溫度交互作用對(duì)pH影響的響應(yīng)面圖及其等高線(xiàn)

圖4 葡萄糖與接種量交互作用對(duì)pH值影響的響應(yīng)面圖及其等高線(xiàn)

從圖4的二維等高線(xiàn)圖揭示了葡萄糖與接種量之間交互作用的作用規(guī)律，葡萄糖與接種量之間交互作用的作用規(guī)律與葡萄糖酸-δ-內(nèi)酯與溫度之間交互作用的作用規(guī)律以及葡萄糖酸-δ-內(nèi)酯與接種量之間的作用規(guī)律大體是一致的。從圖4的響應(yīng)曲面圖可以看出，當(dāng)葡萄糖和接種量一個(gè)因素相對(duì)固定的情況下，隨著另一因素水平的不斷增加，pH值表現(xiàn)出先下降后上升的規(guī)律，但當(dāng)兩因素在零水平左右的時(shí)候，上升和下降的幅度都很小。

圖5揭示了葡萄糖與溫度之間交互作用的作用規(guī)律。由回歸方程的方程顯著系數(shù)顯著性檢驗(yàn)結(jié)果可知，葡萄糖與溫度之間的交互效應(yīng)不顯著。當(dāng)溫度在某一水平時(shí)，隨著葡萄糖添加量的增加，pH值的變化很小，而當(dāng)葡萄糖在某一水平時(shí)，隨著溫度的變化，pH值的變化表現(xiàn)出同一規(guī)律，而且差異很小。

從圖6可以看出，二維的等高線(xiàn)圖揭示了溫度與接種量之間交互作用的作用規(guī)律，由回歸方程的方程顯著系數(shù)顯著性檢驗(yàn)結(jié)果可知，溫度與接種量之間存在著顯著的交互效應(yīng)。從圖6的響應(yīng)曲面圖可以看出，當(dāng)溫度在較高水平時(shí)，pH值隨著接種量的增加迅速升高，在溫度較低時(shí)，pH值隨著接種量的增加而逐漸下降。當(dāng)接種量在較低水平時(shí)，pH值隨著溫度的升高而下降，最后又有回升的趨勢(shì)，當(dāng)接種量較大時(shí)，pH值隨著溫度的升高先緩慢下降后迅速升高，當(dāng)溫度最高時(shí)，pH值也達(dá)到最大值，說(shuō)明在接種量較大時(shí)，溫度越高越不利于干酪乳桿菌的生長(zhǎng)。

4 結(jié)論

4.1 各因素對(duì)LC產(chǎn)酸的影響程度從大到小的排列依次為葡萄糖、葡萄糖酸-δ-內(nèi)酯、接種量和溫度。

圖5 葡萄糖與溫度交互作用對(duì)pH值影響的響應(yīng)面圖及其等高線(xiàn)

圖6 接種量與溫度交互作用對(duì)pH值影響的響應(yīng)面圖及其等高線(xiàn)

4.2當(dāng)葡萄糖酸-δ-內(nèi)酯的添加量為0.848647%、葡萄糖的添加量為0.366162%、接種量為8.063693%，發(fā)酵溫度31.595266℃時(shí)，干酪乳桿菌產(chǎn)酸量最大，pH值為4.232400?！?/p>

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