周凌華，徐致遠(yuǎn)，王蔭榆，郭本恒，*，陳 衛(wèi)

（1.光明乳業(yè)股份有限公司技術(shù)中心，上海200436；2.江南大學(xué)食品學(xué)院，江蘇無(wú)錫214036）

干酪乳桿菌LC2W發(fā)酵性能的影響因素

周凌華1，徐致遠(yuǎn)1，王蔭榆1，郭本恒1，*，陳 衛(wèi)2

（1.光明乳業(yè)股份有限公司技術(shù)中心，上海200436；2.江南大學(xué)食品學(xué)院，江蘇無(wú)錫214036）

以褐色乳飲料使用的發(fā)酵乳終點(diǎn)酸度與pH為評(píng)價(jià)指標(biāo)，研究了接種量、發(fā)酵時(shí)間、原料乳蛋白質(zhì)含量對(duì)LC2W發(fā)酵性能的影響。在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上采用正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化工藝參數(shù)，優(yōu)化參數(shù)為：接種量6×106cfu/mL，發(fā)酵時(shí)間72h，蛋白質(zhì)含量4.0g/L。

干酪乳桿菌，pH，酸度，接種量，發(fā)酵時(shí)間，蛋白質(zhì)含量

采用干酪乳桿菌發(fā)酵脫脂牛奶與果葡糖漿組成的原料乳，再經(jīng)糖水稀釋、均質(zhì)、灌裝等工藝制成的褐色乳飲料，酸甜可口、風(fēng)味獨(dú)特，且富含高數(shù)量級(jí)的益生菌［1-3］，深受消費(fèi)者青睞，目前國(guó)內(nèi)乳品企業(yè)紛紛推出相應(yīng)的產(chǎn)品［4］。褐色益生菌乳飲料在發(fā)酵過(guò)程為使干酪乳桿菌大量增殖，并產(chǎn)生大量的有機(jī)酸提升產(chǎn)品的風(fēng)味與口感，通常使用干酪乳桿菌單株發(fā)酵［3，5-6］。干酪乳桿菌較普通發(fā)酵菌種生長(zhǎng)速度慢，發(fā)酵周期長(zhǎng)，研究干酪乳桿菌的發(fā)酵性能，促使其盡快繁殖產(chǎn)酸降低pH，對(duì)于提高產(chǎn)品風(fēng)味、縮短發(fā)酵周期以提高設(shè)備利用率具有重要的意義［7-9］。本文以褐色乳飲料使用的發(fā)酵乳酸度與pH為評(píng)價(jià)指標(biāo)，研究了菌種添加量、發(fā)酵時(shí)間及原料乳蛋白質(zhì)含量對(duì)干酪乳桿菌（Lactobacillus casei CGMCC NO.0828，LC2W）發(fā)酵性能的影響，在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，使用正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化得到LC2W發(fā)酵性能較佳的工藝參數(shù)，為該菌種的產(chǎn)業(yè)化與褐色益生菌乳飲料的生產(chǎn)與研究提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

脫脂奶粉 新西蘭乳品公司；菌種LC2W 光明乳業(yè)技術(shù)中心；果葡糖漿 大成嘉吉食品有限公司。

APV 1000型高壓均質(zhì)機(jī) 丹麥 APV公司；303A-2電熱恒溫培養(yǎng)箱、恒溫水浴鍋 山東省龍口市電爐制造廠(chǎng)；pHS-25數(shù)顯pH計(jì) 上海理達(dá)儀器廠(chǎng)；KA T25高速組織分散機(jī) 德國(guó)IKA公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 褐色發(fā)酵乳的制備［2，10］水、果葡糖漿、脫脂奶粉組成的原料乳（蛋白質(zhì)3.0%～5.5%）→攪拌溶解（40℃，30min）→均質(zhì)（60～65℃，20MPa）→高溫殺菌（95℃，90min）→冷卻至36℃→添加菌種LC2W（1×105～×107cfu/mL）→恒溫培養(yǎng)（36℃，24～84h）→冷卻至4～10℃

果葡糖漿添加量10%（W/W），脫脂奶粉蛋白質(zhì)含量34%（W/W）。

1.2.2 發(fā)酵性能的測(cè)定 滴定酸度與pH是反應(yīng)體系酸堿度的兩個(gè)指標(biāo)，存在一定聯(lián)系，但又非完全相同。滴定酸度反映了體系中游離與非游離氫離子的總量，是乳酸菌發(fā)酵性能的直接反應(yīng)；pH雖然僅反映游離氫離子的量，但pH對(duì)于確定酸對(duì)乳酸菌的抑制程度并預(yù)測(cè)乳酸菌的后續(xù)發(fā)酵能力則更為準(zhǔn)確。因此實(shí)際生產(chǎn)中通常采用滴定酸度與pH作為酸奶等發(fā)酵制品發(fā)酵程度的判定指標(biāo)［11-12］。

冷卻后的褐色發(fā)酵乳攪拌均勻，使用pHS-25數(shù)顯pH計(jì)10℃測(cè)定樣品的pH，并測(cè)定發(fā)酵乳樣品的滴定酸度，通過(guò)比較樣品的pH與酸度研究干酪乳桿菌LC2W的發(fā)酵性能。

2 結(jié)果與分析

2.1 菌種添加量對(duì)LC2W發(fā)酵性能的影響

在發(fā)酵乳制品中，菌種添加量對(duì)發(fā)酵速度有重要的影響［13-14］。菌種添加量過(guò)高雖然提高了發(fā)酵速度，但引起生產(chǎn)成本的上升；菌種添加量過(guò)低，盡管降低菌種成本，但發(fā)酵周期過(guò)長(zhǎng)，導(dǎo)致設(shè)備利用率低，引起生產(chǎn)成本上升。本實(shí)驗(yàn)在原料乳蛋白質(zhì)含量3.5g/L、37℃發(fā)酵72h，測(cè)定LC2W菌種添加量在1.0×105～3.2×107cfu/mL之間變化對(duì)發(fā)酵性能的影響，結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 菌種添加量對(duì)pH與酸度的影響

從圖1可知，接種量與酸度成正相關(guān)，與pH成負(fù)相關(guān)，即隨菌種量增加，發(fā)酵速度逐漸上升。菌種添加量自1×105cfu/mL增加到3.17×106cfu/mL過(guò)程中，酸度上升較快，pH降低較明顯；菌種添加量繼續(xù)增加到1.0×107cfu/mL與3.17×107cfu/mL，酸度雖然繼續(xù)增加，但增加幅度較小，pH僅小幅下降。綜合圖1可知，接種量對(duì)LC2W的發(fā)酵性能具有顯著作用，LC2W接種量為3.17×106cfu/mL的發(fā)酵性能較優(yōu)，繼續(xù)增加接種量并不能顯著提高發(fā)酵性能，綜合考慮發(fā)酵性能與成本因素，合適的接種量為3.17×106～1.0×107cfu/mL。

2.2 發(fā)酵時(shí)間對(duì)LC2W發(fā)酵性能的影響

干酪乳桿菌較長(zhǎng)的發(fā)酵周期影響設(shè)備利用率，增加了生產(chǎn)成本。通過(guò)對(duì)干酪乳桿菌LC2W發(fā)酵過(guò)程中發(fā)酵性能的研究，可以縮短發(fā)酵周期，有助于提高設(shè)備利用率，降低生產(chǎn)成本。本實(shí)驗(yàn)在原料乳蛋白質(zhì)含量3.5g/L、發(fā)酵溫度37℃、接種量4×106cfu/mL條件下，測(cè)定發(fā)酵時(shí)間對(duì)發(fā)酵性能的影響，結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 發(fā)酵時(shí)間對(duì)pH與酸度的影響

圖2可知，隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)，酸度增加，pH下降。發(fā)酵時(shí)間48h是一個(gè)顯著分界點(diǎn)，在24～48h發(fā)酵期間，干酪乳桿菌產(chǎn)酸較快，酸度上升與pH下降較為明顯；48～84h雖然酸度仍持續(xù)增加，pH繼續(xù)下降，但幅度已經(jīng)趨緩，且隨著發(fā)酵時(shí)間延長(zhǎng)，幅度逐漸減小。這可能是由于24～48h體系的有機(jī)酸對(duì)LC2W未形成抑制作用；而48h后，體系內(nèi)的有機(jī)酸濃度逐漸增加，對(duì)LC2W的生長(zhǎng)形成一定的抑制作用，且越到發(fā)酵后期，抑制作用越強(qiáng)。綜合圖2可得，60～72h酸度增加與pH下降幅度雖低于24～48h，但仍較明顯，繼續(xù)延長(zhǎng)發(fā)酵時(shí)間到84h，酸度與pH并無(wú)明顯變化。綜合考慮合適的發(fā)酵時(shí)間為60～72h。

2.3 基料蛋白質(zhì)含量對(duì)LC2W發(fā)酵性能的影響

發(fā)酵乳制品中，提高蛋白質(zhì)含量不僅可以增強(qiáng)凝乳強(qiáng)度，還具有在發(fā)酵后期緩沖有機(jī)酸對(duì)干酪乳桿菌的抑制作用［15］，提高干酪乳桿菌的發(fā)酵性能。本實(shí)驗(yàn)在接種量4×106cfu/mL，發(fā)酵時(shí)間72h條件下，比較了原料乳蛋白質(zhì)含量對(duì)LC2W發(fā)酵性能的影響，結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 蛋白質(zhì)含量對(duì)pH與酸度的影響

由圖3可知，隨原料乳蛋白質(zhì)含量增加，體系的終點(diǎn)發(fā)酵酸度與pH隨之增加。蛋白質(zhì)含量從3.0g/L增加到4.0g/L，體系的酸度上升較為明顯；蛋白質(zhì)含量從4.0g/L增加到5.5g/L，酸度雖繼續(xù)增加，但增加幅度逐漸減小。圖3中隨蛋白質(zhì)含量的增加，酸度的增加，pH反而逐漸上升，這主要是由于蛋白質(zhì)含量的增加，對(duì)有機(jī)酸緩沖作用增強(qiáng)，使LC2W保持相對(duì)較高的生長(zhǎng)速度。考慮到蛋白質(zhì)含量過(guò)高成本增加，且增加了翻缸、泵送等工藝難度，綜合圖3確定原料乳合適的蛋白質(zhì)含量為4.0g/L。

2.4 干酪乳桿菌LC2W發(fā)酵性能工藝參數(shù)的優(yōu)化

為使LC2W良好生長(zhǎng)繁殖，產(chǎn)生較多的乳酸，降低體系的pH，單因素實(shí)驗(yàn)確定較合適的接種量為3.17×106～1×107cfu/mL，發(fā)酵時(shí)間72h左右，基料蛋白質(zhì)含量4.0g/L?？紤]到各因素間的交互作用對(duì)LC2W發(fā)酵性能的影響，在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)研究接種量、發(fā)酵時(shí)間和原料乳蛋白質(zhì)含量對(duì)LC2W發(fā)酵性能的影響，并對(duì)三因素的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，以獲得較好的產(chǎn)酸發(fā)酵條件。實(shí)驗(yàn)因素及水平見(jiàn)表1，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2與表3。

表1 正交實(shí)驗(yàn)因素水平表

由表2可知，在選定的水平范圍內(nèi)，接種量、發(fā)酵時(shí)間、蛋白質(zhì)含量均對(duì)終點(diǎn)酸度有影響，由極差分析可知，接種量影響最顯著，發(fā)酵時(shí)間影響最小，但其影響程度與蛋白質(zhì)含量的影響十分接近。由表2可得，最佳工藝條件為A3B3C3，但通過(guò)表2比較可得，B2與B3對(duì)應(yīng)的K值K2與K3非常接近，即發(fā)酵時(shí)間66h與72h對(duì)酸度變化較小，考慮到縮短發(fā)酵周期降低成本因素，選用B2。蛋白質(zhì)含量的C2與C3的K值K2與K3十分接近，即蛋白質(zhì)含量4g/L與4.3g/L時(shí)終點(diǎn)酸度接近，考慮提高蛋白含量增加成本，選取C2。在表2基礎(chǔ)上優(yōu)化后的酸度較高時(shí)的較佳組合為A3B2C2。

由表3極差分析可知，在選定的水平范圍內(nèi)，接種量對(duì)pH影響最顯著，蛋白質(zhì)含量影響其小，影響程度與發(fā)酵時(shí)間的影響差異較小。由表3可得，最佳工藝條件為A3B3C1，表3中B2與B3對(duì)應(yīng)的K2與K3非常接近，即發(fā)酵時(shí)間66h與72h pH變化較小，考慮到縮短發(fā)酵周期因素，選用B2。蛋白質(zhì)含量各水平對(duì)應(yīng)的K值差異較小，在表3基礎(chǔ)上優(yōu)化得到最低pH的組合為A3B2C1。

表2 L9（34）正交設(shè)計(jì)方案及對(duì)酸度影響

表3 L（934）正交設(shè)計(jì)方案及對(duì)pH的影響

綜合表2與表3分析接種量、發(fā)酵時(shí)間與蛋白質(zhì)含量對(duì)LC2W發(fā)酵性能的影響，接種量與發(fā)酵時(shí)間在對(duì)酸度與pH的影響結(jié)果十分接近，蛋白質(zhì)含量的影響結(jié)果存在差異，考慮到蛋白質(zhì)含量越高對(duì)有機(jī)酸的緩沖作用越強(qiáng)，不同的蛋白質(zhì)濃度pH不能準(zhǔn)確反映發(fā)酵性能，蛋白質(zhì)含量水平影響主要以表2的酸度影響結(jié)果為主。在表2與表3優(yōu)化后的基礎(chǔ)上得到發(fā)酵性能較佳組合為A3B2C2，即LC2W接種量6×106cfu/mL，發(fā)酵時(shí)間66h，原料乳蛋白質(zhì)含量4.0g/L。

3 結(jié)論

3.1 接種量、發(fā)酵時(shí)間與基料蛋白質(zhì)含量對(duì)褐色益生菌乳飲料中LC2W的發(fā)酵性能影響較為顯著，為使LC2W發(fā)酵終點(diǎn)酸度較高、pH較低，適宜的接種量為3.17×106～1×107cfu/mL，發(fā)酵時(shí)間60～72h，原料乳蛋白質(zhì)濃度4.0g/L。

3.2 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，接種量對(duì)LC2W發(fā)酵性能影響最顯著，發(fā)酵時(shí)間與蛋白質(zhì)含量影響較接近，優(yōu)化后得到LC2W發(fā)酵性能較優(yōu)的工藝參數(shù)為接種量6×106cfu/mL，發(fā)酵時(shí)間66h，蛋白質(zhì)濃度4.0g/L。

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Influence factors on lactobacillus casei LC2W’s fermentation performance

ZHOU Ling-hua1，XU Zhi-yuan1，WANG Yin-yu1，GUO Ben-heng1，*，CHEN Wei2
（1.Technical Center，Bright Dairy&Food Co.，Ltd.，Shanghai 200436，China；2.School of Food Science and Technology，Jiangnan University，Wuxi 214036，China）

The acidity and pH of yogurt which was used to produce brown milk drink were chosen as the estimated index，the effect of inoculation amount，fermentation time，amount of protein in raw milk on the fermentation performance of LC2W was compared by single-factor test.The optimal parameters obtained by orthogonal experiment were：inoculation amount 6.0×106cfu/mL，fermentation time 72h，protein content 4.0g/L.

Lactobacillus casei；pH；acidity；inoculation amount；fermentation time；protein content

TS201.3

A

1002-0306（2010）12-0168-03

2009-12-07 *通訊聯(lián)系人

周凌華（1977-），男，工程師，碩士，研究方向：發(fā)酵乳制品。

國(guó)家“十一五”科技支撐計(jì)劃（2006BAD04A06）。