干酪乳桿菌純種發酵大豆乳工藝研究

王 佳 田洪濤 韓 璞 張麗芳 蔡 毅

(河北農業大學食品科技學院,保定 071001)

干酪乳桿菌純種發酵大豆乳工藝研究

王 佳 田洪濤 韓 璞 張麗芳 蔡 毅

(河北農業大學食品科技學院,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酵大豆乳的工藝條件。結果表明:干酪乳桿菌發酵含有 20%牛乳和 7%蔗糖的大豆乳(豆與水的比例為 1∶10)培養基的最適工藝條件為:總接種量 7%(活菌數約為 7× 107cfu/mL),基質起始 pH 7.0,發酵溫度 37℃,有氧條件發酵;采用最適工藝條件進行干酪乳桿菌發酵大豆乳,凝乳時間為 5 h,發酵產品的總活菌數為 2.3×109cfu/mL,pH 4.5,滴定酸度 80.2°T;發酵產品呈乳白色,凝乳良好,質地細膩,酸甜適口,具有濃郁的豆香和發酵香氣。本研究為工業化生產干酪乳桿菌發酵大豆酸乳產品及其推廣應用提供了科學依據,同時也為研制和開發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酵性糖類產生乳酸的益生菌,具有抗氧化活性,可以調節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現并分離出來,并用于生產酸乳飲料,但干酪乳桿菌發酵大豆乳產品并不多見。

干酪乳桿菌作為典型的益生菌,其營養要求除了需要水、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、產量頗高。鮮大豆中含碳水化合物、蛋白質、脂肪以及豐富的維生素和礦物質,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的藥性作用[5]。大豆乳不僅在營養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生。所以,本試驗探討采用干酪乳桿菌純種發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酵大豆乳的工藝條件。為工業化生產干酪乳桿菌純種發酵大豆酸乳產品及其推廣應用提供科學依據,同時為研制和開發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,由河北農業大學食品科技學院發酵工程實驗室從益生菌乳制品中分離選育的優良菌株,該菌株按 1%(活菌數約 1×107cfu/mL)接入液體MRS培養基 37℃培養16 h即可到對數生長末期,活菌數 1.6×109cfu/mL;將活化好的菌體按 5%(活菌數約 5×107cfu/mL)接入無菌脫脂乳中,37℃培養 5 h左右即可凝乳堅實。

1.1.2 主要原料和試劑

1.1.3 培養基

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

1.2 主要儀器設備

FLC-3超凈臺:哈爾濱市東聯公司;YXQ﹣SU46﹣ 280S高壓滅菌鍋、SPX-150B-Z生化培養箱:上海博迅實業有限公司;FOM-Z150-2磨漿機:鎮江市丹徒區紀中電器廠;SIS60-70實驗型高壓均質機:上海申鹿均質機有限公司。

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液體培養基中,37℃培養,活化 1～3次,使培養時間在 12～18 h內活菌數達到 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基中,37℃培養,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基中,37℃培養,活化 2～3次,使干酪乳桿菌在大豆乳培養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三角瓶大豆乳培養基中,37℃培養,干酪乳桿菌在大豆乳培養基中在 4～4.5 h凝乳后即為單菌母發酵劑。

1.3.2 工藝流程與技術路線

1.3.2.1 豆乳發酵培養基的制備

選豆(挑選表面光澤無霉爛變質的大豆)→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(豆漿 100℃,10 min煮沸)→調配(用 0.1%的 HCl調節至 pH 7.0)→均質 (10 min)→殺菌 (100℃,10 min)→冷卻(至接種溫度 37℃左右)大豆乳發酵培養基(大豆乳中固形物、蛋白質、脂肪、總糖質量分數分別為 10.3%、3.3%、2.5%、2.9%)。

1.3.2.2 干酪乳桿菌純種發酵大豆乳工藝研究

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

1.3.3 測定方法

1.3.3.1 感觀指標

色澤、組織狀態: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。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

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

湖北作為中國南方長江流域的一個省份，應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物，而銅綠山古銅礦遺址是長江文明的產物。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 統計分析方法

每個試驗均重復三次,試驗結果利用 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上,用最小極差法即鄧肯氏新復極差法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 干酪乳桿菌純種發酵大豆乳工藝研究

2.1.1 接菌量對發酵的影響

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

對表 1結果進行方差分析顯示:分別以接種量3%、5%、7%接種發酵的大豆乳,凝乳時間差異極顯著(P<0.01),凝乳時活菌數、pH值、滴定酸度均差異不顯著(P>0.05)。發酵產品均凝乳堅實,質地細膩,有發酵豆香,酸甜適口。結果說明,接種量對發酵大豆乳的凝乳時間影響極顯著,對凝乳時活菌數、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純種發酵及感觀風味的影響

2.1.2 起始 pH值對發酵的影響

根據 1.3.2.1技術路線,添加 20%牛乳,7%蔗糖,pH值分別調至 6.0、6.5、7.0、7.5、8.0制成發酵培養基;干酪乳桿菌純種發酵劑接種量 5%,接種上述發酵培養基,37℃有氧發酵,記錄凝乳時間,檢測凝乳活菌數、pH值及滴定酸度,評價發酵產品的感官風味,結果見表 2。

表 2 起始 pH值對干酪乳桿菌 05-20純種發酵及感觀風味的影響

由表 2可見,基質起始 pH值為 6.0時,發酵產品產生明顯分層現象;基質起始 pH值 8.0時,培養基滅菌后顏色變黃,并且在發酵過程中產生分層現象,所以未進行指標檢測。對表 5結果進行方差分析顯示:發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發酵豆乳凝乳時活菌數、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發酵豆乳凝乳時的對應試驗結果差異顯著(P<0.05)。起始pH值 7.0發酵的豆乳產品凝乳堅實,有發酵豆香,酸甜適中;起始pH值 6.5、7.5發酵豆乳在發酵過程中略有水析出,有發酵豆香。因此,基質起始 pH可定為下一步正交試驗的備選因素。

2.1.3 溫度對發酵的影響

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

表 3 溫度對干酪乳桿菌 05-20純種發酵及感觀風味的影響

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

2.1.4 氧對發酵的影響

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

表 4 厭氧和好氧發酵對干酪乳桿菌 05-20純種發酵及感觀風味的影響

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

2.2 利用正交實驗優化干酪乳桿菌純種發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)正交試驗發酵大豆乳,以凝乳時產品中的活菌數為試驗指標,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酵酸豆奶的最佳工藝,正交結果見表6。

表 6 干酪乳桿菌純種發酵大豆乳工藝條件優化正交試驗結果

表 6結果表明,在接種量 (A),發酵溫度 (B),起始 pH值(C)三因素中,對干酪乳桿菌發酵大豆乳中活菌數指標的影響順序為:起始 pH值 >接種量 =發酵溫度,并確定干酪乳桿菌純種發酵大豆乳的最適工藝組合為:A3B1C2,即在含有 20%牛乳和 7%蔗糖的大豆乳培養基中,總接種量 7%(活菌數約為7×107cfu/mL),基質起始 pH值 7.0,發酵溫度37℃,有氧條件發酵;采用最適工藝條件進行干酪乳桿菌純種發酵大豆乳的驗證性試驗,結果表明,凝乳時間為 5 h,發酵產品的總益生菌活菌數為 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,質地細膩,有發酵豆香。

3 討論與結論

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

Scalabrini等[9]和 Kamaly[10]采用雙歧桿菌發酵豆奶,雙歧桿菌是嚴格厭氧菌,操作要求嚴格,不利于工業生產。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酵豆乳,凝乳需發酵 24 h。本試驗所用菌種發酵大豆乳凝乳僅需5 h,發酵凝乳時間縮短,可縮短發酵周期,提高設備利用率。本研究通過正交試驗確定了干酪乳桿菌發酵大豆乳最適工藝條件:在含有20%牛乳和7%蔗糖的大豆乳培養基中,基質起始 pH值 7.0,接種量7%,通過 37℃有氧發酵制得大豆酸乳,其凝乳時間為 5 h,凝乳時益生菌總活菌數 2.3×109cfu/mL,pH值 4.5,滴定酸度 80.2°T。所研制發酵產品具有濃郁的豆香和發酵香氣,干酪乳桿菌發酵大豆乳產生的香氣掩蓋了豆乳中原有的豆腥味。關于干酪乳桿菌的產風味物質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,而且為工業化生產干酪乳桿菌純種發酵大豆酸乳產品及其推廣應用提供了科學依據,同時為研制和開發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研究

田洪濤,男,1963年出生,教授,碩士生導師,食品微生物及發酵工程