干酪乳桿菌純種發(fā)酵大豆乳工藝研究

王 佳 田洪濤 韓 璞 張麗芳 蔡 毅

(河北農(nóng)業(yè)大學食品科技學院,保定 071001)

干酪乳桿菌純種發(fā)酵大豆乳工藝研究

王 佳 田洪濤 韓 璞 張麗芳 蔡 毅

(河北農(nóng)業(yè)大學食品科技學院,保定 071001)

以從益生菌乳制品中自行分離選育出的生長繁殖力強、發(fā)酵活力高的干酪乳桿菌 (05-20)為試驗菌株。通過正交試驗研究了干酪乳桿菌純種發(fā)酵大豆乳的工藝條件。結(jié)果表明:干酪乳桿菌發(fā)酵含有 20%牛乳和 7%蔗糖的大豆乳(豆與水的比例為 1∶10)培養(yǎng)基的最適工藝條件為:總接種量 7%(活菌數(shù)約為 7× 107cfu/mL),基質(zhì)起始 pH 7.0,發(fā)酵溫度 37℃,有氧條件發(fā)酵;采用最適工藝條件進行干酪乳桿菌發(fā)酵大豆乳,凝乳時間為 5 h,發(fā)酵產(chǎn)品的總活菌數(shù)為 2.3×109cfu/mL,pH 4.5,滴定酸度 80.2°T;發(fā)酵產(chǎn)品呈乳白色,凝乳良好,質(zhì)地細膩,酸甜適口,具有濃郁的豆香和發(fā)酵香氣。本研究為工業(yè)化生產(chǎn)干酪乳桿菌發(fā)酵大豆酸乳產(chǎn)品及其推廣應(yīng)用提供了科學依據(jù),同時也為研制和開發(fā)其他多功能益生菌豆乳制品提供了新的思路和方法。

干酪乳桿菌 發(fā)酵 大豆酸乳 工藝

益生菌(probiotics)是指與人和動植物體保持共生關(guān)系的且對宿主具有健康促進作用的一大類微生物的總稱。益生乳酸菌是一類最具有代表性的能夠利用可發(fā)酵性糖類產(chǎn)生乳酸的益生菌,具有抗氧化活性,可以調(diào)節(jié)機體胃腸道正常菌群,抗腫瘤,免疫賦活等作用[1-2]。目前,國際公認的與人體共生的益生乳酸菌主要有:雙歧桿菌 (B ifidobacteria)、嗜酸乳桿菌 (Lactobacillus acidophilus)、干酪乳桿菌 (Lactoba2 cillus casei)、羅伊氏乳桿菌 (Lactobacillus reuteri)等[3]。而一般的乳酸菌,如用于酸奶發(fā)酵的保加利亞乳桿菌 (Lactobacillus bulgaricus)和嗜熱鏈球菌(Streptococcus ther m ophilus),雖對人體健康具有有益作用,但不能很好定植在人體腸道,對人體健康的有益作用大打折扣。干酪乳桿菌是在健康人體腸道中發(fā)現(xiàn)并分離出來,并用于生產(chǎn)酸乳飲料,但干酪乳桿菌發(fā)酵大豆乳產(chǎn)品并不多見。

干酪乳桿菌作為典型的益生菌,其營養(yǎng)要求除了需要水、碳源、氮源、無機鹽之外,還需要多種生長因子。大豆是遍及全球的主要糧食作物,它分布廣、產(chǎn)量頗高。鮮大豆中含碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪以及豐富的維生素和礦物質(zhì),尤其是含有大豆異黃酮、大豆抗氧化活性肽[4]等對人體有益。大豆異黃酮是目前大豆及其發(fā)酵制品中最引人注目的一種功能性成分,它具有抗氧化、抗腫瘤等生物活性及對人體骨質(zhì)的藥性作用[5]。大豆乳不僅在營養(yǎng)成分和功能性成分方面可與牛乳相媲美,而且不含膽固醇和乳糖,可防止動脈硬化和乳糖不耐癥的發(fā)生。所以,本試驗探討采用干酪乳桿菌純種發(fā)酵大豆乳工藝的可行性。

以從益生菌乳制品中自行分離選育出的干酪乳桿菌(05-20)為試驗菌株,研究干酪乳桿菌純種發(fā)酵大豆乳的工藝條件。為工業(yè)化生產(chǎn)干酪乳桿菌純種發(fā)酵大豆酸乳產(chǎn)品及其推廣應(yīng)用提供科學依據(jù),同時為研制和開發(fā)其它多功能益生菌豆乳制品提供新的思路和方法。

1 材料和方法

1.1 材料

1.1.1 菌種

干酪乳桿菌 (Lactobacillus casei)05-20,由河北農(nóng)業(yè)大學食品科技學院發(fā)酵工程實驗室從益生菌乳制品中分離選育的優(yōu)良菌株,該菌株按 1%(活菌數(shù)約 1×107cfu/mL)接入液體MRS培養(yǎng)基 37℃培養(yǎng)16 h即可到對數(shù)生長末期,活菌數(shù) 1.6×109cfu/mL;將活化好的菌體按 5%(活菌數(shù)約 5×107cfu/mL)接入無菌脫脂乳中,37℃培養(yǎng) 5 h左右即可凝乳堅實。

1.1.2 主要原料和試劑

1.1.3 培養(yǎng)基

MRS培養(yǎng)基[6]:其中液體用于菌種活化,固體用于菌種活菌數(shù)檢測。脫脂乳培養(yǎng)基 (脫脂奶粉與蒸餾水質(zhì)量體積比為 1∶7):用于檢測菌種活力。大豆乳培養(yǎng)基 (豆與蒸餾水比例為 1∶10,磨成豆?jié){):用于菌種活化和發(fā)酵劑制備。

1.2 主要儀器設(shè)備

FLC-3超凈臺:哈爾濱市東聯(lián)公司;YXQ﹣SU46﹣ 280S高壓滅菌鍋、SPX-150B-Z生化培養(yǎng)箱:上海博迅實業(yè)有限公司;FOM-Z150-2磨漿機:鎮(zhèn)江市丹徒區(qū)紀中電器廠;SIS60-70實驗型高壓均質(zhì)機:上海申鹿均質(zhì)機有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 菌種的活化

將干酪乳桿菌按1%(體積比)接種于試管MRS液體培養(yǎng)基中,37℃培養(yǎng),活化 1～3次,使培養(yǎng)時間在 12～18 h內(nèi)活菌數(shù)達到 1×109cfu/mL以上。將1%試管MRS菌液分別接種于試管無菌脫脂乳培養(yǎng)基中,37℃培養(yǎng),活化 2～3次,使凝乳時間在 5 h左右。將 1%試管脫脂乳菌液分別接種于試管大豆乳培養(yǎng)基中,37℃培養(yǎng),活化 2～3次,使干酪乳桿菌在大豆乳培養(yǎng)基中的凝乳時間達到 4.5～5.5 h,制成試管活化菌種。將1%試管大豆乳菌液接種于 100～300 mL三角瓶大豆乳培養(yǎng)基中,37℃培養(yǎng),干酪乳桿菌在大豆乳培養(yǎng)基中在 4～4.5 h凝乳后即為單菌母發(fā)酵劑。

1.3.2 工藝流程與技術(shù)路線

1.3.2.1 豆乳發(fā)酵培養(yǎng)基的制備

選豆(挑選表面光澤無霉爛變質(zhì)的大豆)→蒸餾水浸泡(豆與蒸餾水比例為 1∶10,25℃浸泡 12 h或至大豆飽和為止,含水量 65%左右)→堿水浸泡 (用0.25%的NaHCO3溶液浸泡 2h)→磨漿去渣→煮沸(豆?jié){ 100℃,10 min煮沸)→調(diào)配(用 0.1%的 HCl調(diào)節(jié)至 pH 7.0)→均質(zhì) (10 min)→殺菌 (100℃,10 min)→冷卻(至接種溫度 37℃左右)大豆乳發(fā)酵培養(yǎng)基(大豆乳中固形物、蛋白質(zhì)、脂肪、總糖質(zhì)量分數(shù)分別為 10.3%、3.3%、2.5%、2.9%)。

1.3.2.2 干酪乳桿菌純種發(fā)酵大豆乳工藝研究

對研制的大豆乳發(fā)酵培養(yǎng)基進行接種與發(fā)酵(在研究接種量、發(fā)酵溫度、發(fā)酵起始 pH值、有氧或無氧發(fā)酵方式等單因素對酸豆乳發(fā)酵與感官風味影響的基礎(chǔ)上,利用正交試驗優(yōu)化干酪乳桿菌純種發(fā)酵大豆乳的工藝條件),把發(fā)酵終止后的大豆酸乳放入 4℃冰箱,12 h后熟,制成干酪乳桿菌發(fā)酵酸豆乳產(chǎn)品。

1.3.3 測定方法

1.3.3.1 感觀指標

色澤、組織狀態(tài):取適量樣品置于潔凈燒杯中,在自然光下觀察色澤和組織狀態(tài)。滋味和氣味:先聞氣味,然后用溫開水漱口,通過品嘗確定樣品滋味和氣味。

1.3.3.2 活菌計數(shù)

平皿菌落計數(shù)法[6]:37℃有氧培養(yǎng) 36～48 h; Hungate厭氧滾管計數(shù)法[7],37℃厭氧培養(yǎng) 36～48h。

湖北作為中國南方長江流域的一個省份，應(yīng)該為有這樣一處與兵馬俑、半坡村齊名的大冶銅綠山古銅礦遺址而驕傲。兵馬俑、半坡村遺址是黃河文明的產(chǎn)物，而銅綠山古銅礦遺址是長江文明的產(chǎn)物。二者齊頭并進，形成華夏文明的源頭。

1.3.3.3 pH值測定

PHS-3C酸度計直接測定。

1.3.3.4 總酸測定

0.1 mol/L NaOH標準溶液滴定[8]。

1.3.3.5 統(tǒng)計分析方法

每個試驗均重復三次,試驗結(jié)果利用 SPSS軟件進行方差分析即 F檢驗處理間差異顯著性 (F= MSA/MSe),然后在方差分析處理間差異顯著性基礎(chǔ)上,用最小極差法即鄧肯氏新復極差法進行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 干酪乳桿菌純種發(fā)酵大豆乳工藝研究

2.1.1 接菌量對發(fā)酵的影響

根據(jù) 1.3.2.1技術(shù)路線,添加 20%的牛乳,7%蔗糖制成發(fā)酵培養(yǎng)基;采用干酪乳桿菌純種發(fā)酵劑以接種量 3%、5%、7%(活菌數(shù)分別約為 3×107、5× 107、7×107cfu/mL)分別接種上述培養(yǎng)基,37℃有氧發(fā)酵,記錄凝乳時間,檢測凝乳活菌數(shù)、pH值及滴定酸度,評價發(fā)酵產(chǎn)品的感官風味,結(jié)果見表 1。

對表 1結(jié)果進行方差分析顯示:分別以接種量3%、5%、7%接種發(fā)酵的大豆乳,凝乳時間差異極顯著(P<0.01),凝乳時活菌數(shù)、pH值、滴定酸度均差異不顯著(P>0.05)。發(fā)酵產(chǎn)品均凝乳堅實,質(zhì)地細膩,有發(fā)酵豆香,酸甜適口。結(jié)果說明,接種量對發(fā)酵大豆乳的凝乳時間影響極顯著,對凝乳時活菌數(shù)、pH值、滴定酸度影響不顯著。所以,可將接種量定為下一步正交試驗的備選因素。

表 1 接菌量對干酪乳桿菌 05-20純種發(fā)酵及感觀風味的影響

2.1.2 起始 pH值對發(fā)酵的影響

根據(jù) 1.3.2.1技術(shù)路線,添加 20%牛乳,7%蔗糖,pH值分別調(diào)至 6.0、6.5、7.0、7.5、8.0制成發(fā)酵培養(yǎng)基;干酪乳桿菌純種發(fā)酵劑接種量 5%,接種上述發(fā)酵培養(yǎng)基,37℃有氧發(fā)酵,記錄凝乳時間,檢測凝乳活菌數(shù)、pH值及滴定酸度,評價發(fā)酵產(chǎn)品的感官風味,結(jié)果見表 2。

表 2 起始 pH值對干酪乳桿菌 05-20純種發(fā)酵及感觀風味的影響

由表 2可見,基質(zhì)起始 pH值為 6.0時,發(fā)酵產(chǎn)品產(chǎn)生明顯分層現(xiàn)象;基質(zhì)起始 pH值 8.0時,培養(yǎng)基滅菌后顏色變黃,并且在發(fā)酵過程中產(chǎn)生分層現(xiàn)象,所以未進行指標檢測。對表 5結(jié)果進行方差分析顯示:發(fā)酵大豆乳凝乳時間差異極顯著 (P< 0.01)。起始 pH值分別為 6.5、7.0發(fā)酵豆乳凝乳時活菌數(shù)、pH值、滴定酸度均差異不顯著 (P>0.05),但是分別與起始 pH值 7.5發(fā)酵豆乳凝乳時的對應(yīng)試驗結(jié)果差異顯著(P<0.05)。起始pH值 7.0發(fā)酵的豆乳產(chǎn)品凝乳堅實,有發(fā)酵豆香,酸甜適中;起始pH值 6.5、7.5發(fā)酵豆乳在發(fā)酵過程中略有水析出,有發(fā)酵豆香。因此,基質(zhì)起始 pH可定為下一步正交試驗的備選因素。

2.1.3 溫度對發(fā)酵的影響

根據(jù) 1.3.2.1技術(shù)路線,添加 20%牛乳,7%蔗糖,pH值 7.0制成發(fā)酵培養(yǎng)基;采用干酪乳桿菌純種發(fā)酵劑接種量 5%,接種上述發(fā)酵培養(yǎng)基,分別在不同溫度 35、37、39、41℃有氧發(fā)酵,記錄凝乳時間,檢測凝乳活菌數(shù)、pH值及滴定酸度,評價發(fā)酵產(chǎn)品的感官風味,結(jié)果見表 3。

表 3 溫度對干酪乳桿菌 05-20純種發(fā)酵及感觀風味的影響

對表 3結(jié)果進行方差分析顯示:試驗菌株分別以35、37、39、41℃有氧發(fā)酵大豆乳,凝乳時間差異極顯著(P<0.01),凝乳時活菌數(shù)、滴定酸度、pH值差異均不顯著(P>0.05)。發(fā)酵產(chǎn)品均色澤乳白,凝乳堅實,具有發(fā)酵豆香,酸甜適中。所以,將發(fā)酵溫度作為下一步正交試驗的備選因素。

2.1.4 氧對發(fā)酵的影響

根據(jù) 1.3.2.1技術(shù)路線,添加 20%牛乳,7%蔗糖,pH值 7.0制成發(fā)酵培養(yǎng)基;采用干酪乳桿菌純種發(fā)酵劑接種量 5%,接種上述發(fā)酵培養(yǎng)基,分別進行37℃厭氧和好氧發(fā)酵,記錄凝乳時間,檢測凝乳時活菌數(shù)、pH值及滴定酸度,評價發(fā)酵產(chǎn)品的感官風味,結(jié)果見表4。

表 4 厭氧和好氧發(fā)酵對干酪乳桿菌 05-20純種發(fā)酵及感觀風味的影響

對表 4試驗結(jié)果進行 t檢測分析得出:試驗菌株在大豆乳中分別厭氧和好氧發(fā)酵方式所得各項檢測指標結(jié)果之間均不顯著(P>0.05);而且發(fā)酵產(chǎn)品凝乳堅實,有發(fā)酵豆香,酸甜適口。表明:采用干酪乳桿菌好氧發(fā)酵大豆乳工藝是可行的。在實際發(fā)酵生產(chǎn)中,采用好氧發(fā)酵可以簡化生產(chǎn)工藝,降低生產(chǎn)成本。因此,后續(xù)試驗均采用好氧發(fā)酵方式。

2.2 利用正交實驗優(yōu)化干酪乳桿菌純種發(fā)酵酸豆奶大豆乳的工藝條件

由上述單因素試驗選擇出三個因素及每個因素的三個水平,見表 5。

表 5 正交試驗因素水平表

采用三因素三水平 (L933)正交試驗發(fā)酵大豆乳,以凝乳時產(chǎn)品中的活菌數(shù)為試驗指標,加以考察各因素不同水平的凝乳時間及感官評價,綜合試驗確定出干酪乳桿菌發(fā)酵酸豆奶的最佳工藝,正交結(jié)果見表6。

表 6 干酪乳桿菌純種發(fā)酵大豆乳工藝條件優(yōu)化正交試驗結(jié)果

表 6結(jié)果表明,在接種量 (A),發(fā)酵溫度 (B),起始 pH值(C)三因素中,對干酪乳桿菌發(fā)酵大豆乳中活菌數(shù)指標的影響順序為:起始 pH值 >接種量 =發(fā)酵溫度,并確定干酪乳桿菌純種發(fā)酵大豆乳的最適工藝組合為:A3B1C2,即在含有 20%牛乳和 7%蔗糖的大豆乳培養(yǎng)基中,總接種量 7%(活菌數(shù)約為7×107cfu/mL),基質(zhì)起始 pH值 7.0,發(fā)酵溫度37℃,有氧條件發(fā)酵;采用最適工藝條件進行干酪乳桿菌純種發(fā)酵大豆乳的驗證性試驗,結(jié)果表明,凝乳時間為 5 h,發(fā)酵產(chǎn)品的總益生菌活菌數(shù)為 2.3×109cfu/mL、pH值為 4.5左右,滴定酸度 80.2°T,呈乳白色,凝乳堅實,質(zhì)地細膩,有發(fā)酵豆香。

3 討論與結(jié)論

隨著大豆功能性研究的深入和人們健康意識的提高,積極研制并開發(fā)多功能大豆乳制品將成為豆制品行業(yè)競爭的熱點和大眾的消費時尚。

Scalabrini等[9]和 Kamaly[10]采用雙歧桿菌發(fā)酵豆奶,雙歧桿菌是嚴格厭氧菌,操作要求嚴格,不利于工業(yè)生產(chǎn)。而本試驗所用干酪乳桿菌為兼性厭氧菌,可采用好氧方式發(fā)酵大豆乳。朱玉昌等[11]研究者采用短乳桿菌和嗜酸乳桿菌混菌發(fā)酵豆乳,凝乳需發(fā)酵 24 h。本試驗所用菌種發(fā)酵大豆乳凝乳僅需5 h,發(fā)酵凝乳時間縮短,可縮短發(fā)酵周期,提高設(shè)備利用率。本研究通過正交試驗確定了干酪乳桿菌發(fā)酵大豆乳最適工藝條件:在含有20%牛乳和7%蔗糖的大豆乳培養(yǎng)基中,基質(zhì)起始 pH值 7.0,接種量7%,通過 37℃有氧發(fā)酵制得大豆酸乳,其凝乳時間為 5 h,凝乳時益生菌總活菌數(shù) 2.3×109cfu/mL,pH值 4.5,滴定酸度 80.2°T。所研制發(fā)酵產(chǎn)品具有濃郁的豆香和發(fā)酵香氣,干酪乳桿菌發(fā)酵大豆乳產(chǎn)生的香氣掩蓋了豆乳中原有的豆腥味。關(guān)于干酪乳桿菌的產(chǎn)風味物質(zhì)特性和后酸化特性正在深入研究之中。

試驗研制的干酪乳桿菌純種發(fā)酵酸豆奶綜合了益生菌、大豆乳兩方面的功能于一身,具有廣闊的市場前景,而且為工業(yè)化生產(chǎn)干酪乳桿菌純種發(fā)酵大豆酸乳產(chǎn)品及其推廣應(yīng)用提供了科學依據(jù),同時為研制和開發(fā)其它多功能益生菌豆乳制品提供了新的思路和方法。

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Technology of SoybeanMilk Fermentation by UsingLactobacillus casei

Wang Jia Tian Hongtao Han Pu Zhang Lifang Cai Yi
(Food Science and Technology College,AgriculturalUniversity of Hebei,Baoding 071001)

Lactobacillus caseiisolated from dairy products and named as05-20 was taken as experi ment strain, which was oxygen-resistant,adversity-resistant and highly active.The fermentation conditions were studied.Re2 sults:The proper fer mentation conditions formaking satisfying soybean milk with addition of sugar 7%and milk 20% are ratio of soybean to water 1∶10(m/v),inoculum size 7%(7×107cfu/mL),initial pH 7.0,fermentation tem2 perature 37℃,and fer mentation time 5 h.The produced soybean milk has viable cell number more than 2.3×109cfu/ml,pH 4.5,acidity 80.2°T,and with milk white color,good curd property,good taste and full flavor.

Lactobacillus casei,fer mentation,soybean milk,technology

TS201.3 文獻標識碼:A 文章編號:1003-0174(2010)05-0085-05

河北省重大科技攻關(guān)專項(03220171D)

2009-04-19

王佳,男,1983年出生,碩士,益生乳酸菌及資源開發(fā)研究

田洪濤,男,1963年出生,教授,碩士生導師,食品微生物及發(fā)酵工程