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        納豆菌菌粉復(fù)水工藝優(yōu)化研究

        2021-07-19 05:28:02嚴(yán)美婷
        現(xiàn)代食品 2021年10期
        關(guān)鍵詞:菌粉活菌數(shù)脫脂乳

        ◎嚴(yán)美婷,張 良

        (江西省食品發(fā)酵研究所,江西 宜春 336000)

        納豆是大豆經(jīng)納豆菌發(fā)酵而成的一種傳統(tǒng)食品,納豆中含有納豆激酶,其作用廣泛,具有抗血栓、降血壓、抗腫瘤等多種生理功能[1-3]。高活力的納豆菌既可以縮短發(fā)酵時(shí)間,減少發(fā)酵過程中的污染,減少成本,也能提高納豆激酶酶活性,因此提高納豆菌的發(fā)酵活力至關(guān)重要。

        納豆菌菌粉相比較于液態(tài)種子液,其明顯優(yōu)勢是污染小,且使用更加便捷。從成本考慮,降低了菌種存放的條件,在低溫干燥的環(huán)境下可保存。但納豆菌菌粉由于經(jīng)過干燥處理,其細(xì)胞及活力都受到了損傷,因此在進(jìn)行發(fā)酵或繁殖之前,必須對其復(fù)水活化,恢復(fù)損傷的細(xì)胞,經(jīng)一定時(shí)間的培養(yǎng)后恢復(fù)其正常的生理功能[4-5]。目前納豆菌的研究主要集中在納豆激酶高產(chǎn)菌株的選育及液態(tài)發(fā)酵條件的優(yōu)化,以及添加輔佐材料及一些化學(xué)藥品對納豆激酶酶活產(chǎn)生的影響,而忽略了納豆菌菌粉的復(fù)水活化條件對納豆菌發(fā)酵活力的影響[6]。因此掌握納豆菌菌粉的復(fù)水活化機(jī)理,選擇合適的復(fù)水活化條件對提高納豆菌的發(fā)酵活力至關(guān)重要。

        本文對納豆菌菌粉的復(fù)水活化工藝進(jìn)行研究,通過單因素和正交試驗(yàn)優(yōu)化其復(fù)水工藝,以期尋找出最佳的納豆菌菌粉復(fù)水活化條件,提高其發(fā)酵活力,進(jìn)而為納豆食品的生產(chǎn)及制備提供參考。

        1 材料與方法

        1.1 材料與試劑

        納豆菌菌粉,江西省食品發(fā)酵研究所微生物實(shí)驗(yàn)室保存;脫脂乳粉,光明脫脂奶粉;牛肉膏、蛋白胨,北京奧博星生物技術(shù)有限責(zé)任公司;酵母膏(分析純),杭州微生物試劑二廠;可溶性淀粉(分析純),廣東汕頭市西隴化工廠。

        1.2 培養(yǎng)基

        牛肉膏蛋白胨瓊脂培養(yǎng)基:牛肉膏0.3%,蛋白胨1%,瓊脂1.5%~2.5%,NaCl 0.5%,pH 為7.4~7.6。

        發(fā)酵液培養(yǎng)基:可溶性淀粉3%,酵母膏2%,K2HPO40.01%,KH2PO40.01%,CaCl20.05%,pH 為6.5。

        1.3 儀器與設(shè)備

        BXM-30R 立式壓力蒸汽鍋(上海博訊實(shí)業(yè)有限公司)、UV-9100 紫外可見分光光度計(jì)(北京瑞利分析儀器公司)、BS224S 電子天平(賽多利斯科學(xué)儀器(北京)有限公司)、SHP-160 型生化培養(yǎng)箱(上海三發(fā)科學(xué)儀器有限公司)、TGL-16G 臺式離心機(jī)(長沙湘智離心機(jī)儀器有限公司)、HH-4 恒溫水浴鍋(國華電器有限公司)及SPH-304 恒溫?fù)u床(上海世平實(shí)驗(yàn)有限公司)。

        1.4 單因素實(shí)驗(yàn)

        1.4.1 復(fù)水劑種類的選擇

        以無菌水、生理鹽水、納豆菌培養(yǎng)種子液、黃豆汁以及4%、8%和12%的脫脂乳粉作為復(fù)水活化劑,將納豆菌菌粉以1∶200 的比例(W/V)與復(fù)水劑混合,置于32 ℃的恒溫箱中復(fù)水活化60 min 后用平板菌落計(jì)數(shù)法計(jì)算活菌數(shù)[7],再將其接種至發(fā)酵液中進(jìn)行液態(tài)發(fā)酵[8],用福林酚法[9]測定發(fā)酵液中納豆激酶酶活,從而確定最佳的復(fù)水劑種類。

        1.4.2 菌粉與復(fù)水劑比例的選擇

        將納豆菌菌粉與復(fù)水劑分別按1∶50、1∶100、1∶150、1∶200、1∶250、1∶300 和1∶350 的比例混合,置于32 ℃恒溫箱中復(fù)水活化60 min,測定活菌數(shù)及發(fā)酵液中納豆激酶酶活,從而確定最佳的比例。

        1.4.3 復(fù)水時(shí)間的選擇

        將納豆菌菌粉與復(fù)水劑以1∶200 的比例(W/V)混合后置于32 ℃恒溫箱中分別復(fù)水活化20 min、40 min、60 min、80 min、100 min 和120 min,測定活菌數(shù)及發(fā)酵液中納豆激酶酶活,從而確定最佳的復(fù)水時(shí)間。

        1.4.4 復(fù)水溫度的選擇

        將納豆菌菌粉與復(fù)水劑以1∶200 的比例(W/V)混合后分別置于20 ℃、24 ℃、28 ℃、32 ℃、36 ℃、40 ℃和44 ℃的恒溫箱中復(fù)水活化60 min,測定活菌數(shù)及發(fā)酵液中納豆激酶酶活,從而確定最佳的復(fù)水溫度。

        1.5 正交優(yōu)化實(shí)驗(yàn)

        根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果,分別選取納豆菌菌粉與復(fù)水劑比例(A)、復(fù)水溫度(B)和復(fù)水時(shí)間(C)3 個(gè)因素進(jìn)行正交優(yōu)化實(shí)驗(yàn)。其正交實(shí)驗(yàn)水平因素設(shè)計(jì)見表1。

        表1 正交實(shí)驗(yàn)水平因素設(shè)計(jì)表

        2 結(jié)果與分析

        2.1 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

        2.1.1 復(fù)水劑種類對納豆菌菌粉復(fù)水活化的影響

        由圖1 可知,不同的復(fù)水劑對納豆菌菌粉復(fù)水活化的效果不同,無菌水對菌粉的復(fù)水活化效果最差,以8%脫脂乳和12%脫脂乳作為復(fù)水劑時(shí)效果最好,菌粉復(fù)水活化后活菌數(shù)及納豆激酶酶活較高,其中兩者的活菌數(shù)相差較小,而以8%脫脂乳為復(fù)水劑時(shí)納豆激酶酶活高于12%脫脂乳復(fù)水劑,故選擇8%脫脂乳粉作為最佳復(fù)水劑。

        圖1 復(fù)水劑種類對納豆菌菌粉復(fù)水活化的影響圖

        2.1.2 菌粉與復(fù)水劑的比例對納豆菌菌粉復(fù)水活化的影響

        由圖2 可知,活菌數(shù)隨菌粉與復(fù)水劑比例升高呈下降趨勢,這是由于隨著復(fù)水劑含量的增加,菌粉的含量相對減少所導(dǎo)致。而納豆激酶酶活呈先增加后下降趨勢,當(dāng)比例為1∶100 時(shí)酶活最高,為629.325 U·mL-1,這說明在此比例下復(fù)水劑對菌粉的復(fù)水效果最好,復(fù)水活化后納豆菌的活力最強(qiáng)。故綜合數(shù)據(jù)分析,選擇該比例前后接近的梯度1∶75、1∶100、1∶125 作為該因素3 個(gè)水平進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)。

        圖2 菌粉與復(fù)水劑的比例對納豆菌菌粉復(fù)水活化的影響圖

        2.1.3 復(fù)水溫度對納豆菌菌粉復(fù)水活化的影響

        由圖3 可知,活菌數(shù)和納豆激酶酶活隨著復(fù)水溫度的升高都呈先升高后降低的趨勢,納豆菌菌粉在36 ℃條件下復(fù)水后活菌數(shù)最高,在40 ℃條件下復(fù)水活化后納豆激酶酶活最高,但此溫度下的活菌數(shù)與36 ℃條件下的活菌數(shù)相差不大,因此綜合考慮選擇32 ℃、36 ℃、40 ℃作為該因素3 個(gè)水平進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)。

        圖3 復(fù)水溫度對納豆菌菌粉復(fù)水活化的影響圖

        2.1.4 復(fù)水時(shí)間對納豆菌菌粉復(fù)水活化的影響

        由圖4 看出,從20~60 min 這段時(shí)間納豆菌活菌數(shù)和納豆激酶酶活增加明顯,當(dāng)菌粉復(fù)水60 min后其活菌數(shù)和納豆激酶酶活達(dá)到最高,活菌數(shù)達(dá)5.051×108CFU·mL-1,發(fā)酵后酶活達(dá)587.924 U·mL-1。繼續(xù)增加復(fù)水時(shí)間,活菌數(shù)和納豆激酶酶活都下降,說明復(fù)水時(shí)間過長,反而對納豆菌菌粉活化不利。綜上分析,選擇以60 min 為基準(zhǔn)上下10 min 為梯度的3 個(gè)水平:50 min、60 min、70 min 作為該因素3 個(gè)水平進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)。

        圖4 復(fù)水時(shí)間對納豆菌菌粉復(fù)水活化的影響圖

        2.2 正交優(yōu)化實(shí)驗(yàn)結(jié)果

        對正交實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理,正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2,方差分析見表3。由表2 可知,Rc>RA>RB,則表明各因素對實(shí)驗(yàn)影響大小為C >A >B,由表3可知菌粉與復(fù)水劑比例和復(fù)水時(shí)間對納豆激酶酶活的影響顯著(P<0.05),復(fù)水溫度對酶活的影響不顯著(P>0.05)。由表4 可知,A2與A3差異不顯著,與A1差異顯著,較佳水平為A2(k2最大),B 因素的各水平對納豆激酶酶活力的影響無差異,但較佳水平為B2,C2與C3、C1間差異顯著,較佳水平為C2,故納豆菌菌粉的最佳復(fù)水工藝方案為A2B2C2。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證得出采用此工藝納豆菌菌粉復(fù)水活化后活菌數(shù)達(dá)5.268×108CFU·mL-1,納豆激酶酶活達(dá)750.062 U·mL-1,因此納豆菌菌粉的最佳復(fù)水工藝為:以8%的脫脂乳粉作為復(fù)水活化劑,發(fā)酵劑與復(fù)水劑比例為1∶100,復(fù)水溫度為36 ℃,復(fù)水時(shí)間為60 min。

        表2 正交試驗(yàn)結(jié)果表

        表3 方差分析結(jié)果表

        表4 多重比較結(jié)果表

        3 結(jié)論

        納豆菌菌粉在用于發(fā)酵納豆前需進(jìn)行復(fù)水活化,恢復(fù)細(xì)胞的正常功能。本文采用單因素及正交實(shí)驗(yàn)對納豆菌菌粉的復(fù)水活化工藝進(jìn)行了優(yōu)化,確定了菌粉最佳復(fù)水活化工藝為:以8%脫脂乳粉為復(fù)水劑,發(fā)酵劑與復(fù)水劑比例為1∶100,復(fù)水溫度為36 ℃,復(fù)水時(shí)間為60 min,在此條件下納豆菌菌粉經(jīng)復(fù)水活化后活菌數(shù)達(dá)到了5.268×108CFU·mL-1,用于液態(tài)發(fā)酵時(shí)納豆激酶酶活達(dá)750.062 U·mL-1。

        此復(fù)水工藝有效地提高了納豆菌菌粉的活性,從而有利于提高納豆及其制品的生產(chǎn)效率及其穩(wěn)定性。

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