干酪乳桿菌LC2W發酵性能的影響因素

周凌華，徐致遠，王蔭榆，郭本恒，*，陳 衛

（1.光明乳業股份有限公司技術中心，上海200436；2.江南大學食品學院，江蘇無錫214036）

干酪乳桿菌LC2W發酵性能的影響因素

周凌華1，徐致遠1，王蔭榆1，郭本恒1，*，陳 衛2

（1.光明乳業股份有限公司技術中心，上海200436；2.江南大學食品學院，江蘇無錫214036）

以褐色乳飲料使用的發酵乳終點酸度與pH為評價指標，研究了接種量、發酵時間、原料乳蛋白質含量對LC2W發酵性能的影響。在單因素實驗基礎上采用正交實驗優化工藝參數，優化參數為：接種量6×106cfu/mL，發酵時間72h，蛋白質含量4.0g/L。

干酪乳桿菌，pH，酸度，接種量，發酵時間，蛋白質含量

采用干酪乳桿菌發酵脫脂牛奶與果葡糖漿組成的原料乳，再經糖水稀釋、均質、灌裝等工藝制成的褐色乳飲料，酸甜可口、風味獨特，且富含高數量級的益生菌［1-3］，深受消費者青睞，目前國內乳品企業紛紛推出相應的產品［4］。褐色益生菌乳飲料在發酵過程為使干酪乳桿菌大量增殖，并產生大量的有機酸提升產品的風味與口感，通常使用干酪乳桿菌單株發酵［3，5-6］。干酪乳桿菌較普通發酵菌種生長速度慢，發酵周期長，研究干酪乳桿菌的發酵性能，促使其盡快繁殖產酸降低pH，對于提高產品風味、縮短發酵周期以提高設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酵乳酸度與pH為評價指標，研究了菌種添加量、發酵時間及原料乳蛋白質含量對干酪乳桿菌（Lactobacillus casei CGMCC NO.0828，LC2W）發酵性能的影響，在單因素實驗基礎上，使用正交實驗設計優化得到LC2W發酵性能較佳的工藝參數，為該菌種的產業化與褐色益生菌乳飲料的生產與研究提供理論依據。

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 光明乳業技術中心；果葡糖漿 大成嘉吉食品有限公司。

APV 1000型高壓均質機 丹麥 APV公司；303A-2電熱恒溫培養箱、恒溫水浴鍋 山東省龍口市電爐制造廠；pHS-25數顯pH計 上海理達儀器廠；KA T25高速組織分散機 德國IKA公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 褐色發酵乳的制備［2，10］水、果葡糖漿、脫脂奶粉組成的原料乳（蛋白質3.0%～5.5%）→攪拌溶解（40℃，30min）→均質（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（36℃，24～84h）→冷卻至4～10℃

果葡糖漿添加量10%（W/W），脫脂奶粉蛋白質含量34%（W/W）。

1.2.2 發酵性能的測定 滴定酸度與pH是反應體系酸堿度的兩個指標，存在一定聯系，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，是乳酸菌發酵性能的直接反應；pH雖然僅反映游離氫離子的量，但pH對于確定酸對乳酸菌的抑制程度并預測乳酸菌的后續發酵能力則更為準確。因此實際生產中通常采用滴定酸度與pH作為酸奶等發酵制品發酵程度的判定指標［11-12］。

冷卻后的褐色發酵乳攪拌均勻，使用pHS-25數顯pH計10℃測定樣品的pH，并測定發酵乳樣品的滴定酸度，通過比較樣品的pH與酸度研究干酪乳桿菌LC2W的發酵性能。

2 結果與分析

2.1 菌種添加量對LC2W發酵性能的影響

在發酵乳制品中，菌種添加量對發酵速度有重要的影響［13-14］。菌種添加量過高雖然提高了發酵速度，但引起生產成本的上升；菌種添加量過低，盡管降低菌種成本，但發酵周期過長，導致設備利用率低，引起生產成本上升。本實驗在原料乳蛋白質含量3.5g/L、37℃發酵72h，測定LC2W菌種添加量在1.0×105～3.2×107cfu/mL之間變化對發酵性能的影響，結果見圖1。

圖1 菌種添加量對pH與酸度的影響

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

2.2 發酵時間對LC2W發酵性能的影響

干酪乳桿菌較長的發酵周期影響設備利用率，增加了生產成本。通過對干酪乳桿菌LC2W發酵過程中發酵性能的研究，可以縮短發酵周期，有助于提高設備利用率，降低生產成本。本實驗在原料乳蛋白質含量3.5g/L、發酵溫度37℃、接種量4×106cfu/mL條件下，測定發酵時間對發酵性能的影響，結果見圖2。

圖2 發酵時間對pH與酸度的影響

圖2可知，隨著發酵時間的延長，酸度增加，pH下降。發酵時間48h是一個顯著分界點，在24～48h發酵期間，干酪乳桿菌產酸較快，酸度上升與pH下降較為明顯；48～84h雖然酸度仍持續增加，pH繼續下降，但幅度已經趨緩，且隨著發酵時間延長，幅度逐漸減小。這可能是由于24～48h體系的有機酸對LC2W未形成抑制作用；而48h后，體系內的有機酸濃度逐漸增加，對LC2W的生長形成一定的抑制作用，且越到發酵后期，抑制作用越強。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，繼續延長發酵時間到84h，酸度與pH并無明顯變化。綜合考慮合適的發酵時間為60～72h。

2.3 基料蛋白質含量對LC2W發酵性能的影響

發酵乳制品中，提高蛋白質含量不僅可以增強凝乳強度，還具有在發酵后期緩沖有機酸對干酪乳桿菌的抑制作用［15］，提高干酪乳桿菌的發酵性能。本實驗在接種量4×106cfu/mL，發酵時間72h條件下，比較了原料乳蛋白質含量對LC2W發酵性能的影響，結果見圖3。

圖3 蛋白質含量對pH與酸度的影響

由圖3可知，隨原料乳蛋白質含量增加，體系的終點發酵酸度與pH隨之增加。蛋白質含量從3.0g/L增加到4.0g/L，體系的酸度上升較為明顯；蛋白質含量從4.0g/L增加到5.5g/L，酸度雖繼續增加，但增加幅度逐漸減小。圖3中隨蛋白質含量的增加，酸度的增加，pH反而逐漸上升，這主要是由于蛋白質含量的增加，對有機酸緩沖作用增強，使LC2W保持相對較高的生長速度。考慮到蛋白質含量過高成本增加，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含量為4.0g/L。

2.4 干酪乳桿菌LC2W發酵性能工藝參數的優化

為使LC2W良好生長繁殖，產生較多的乳酸，降低體系的pH，單因素實驗確定較合適的接種量為3.17×106～1×107cfu/mL，發酵時間72h左右，基料蛋白質含量4.0g/L。考慮到各因素間的交互作用對LC2W發酵性能的影響，在單因素實驗基礎上，通過正交實驗研究接種量、發酵時間和原料乳蛋白質含量對LC2W發酵性能的影響，并對三因素的參數進行優化，以獲得較好的產酸發酵條件。實驗因素及水平見表1，實驗結果見表2與表3。

表1 正交實驗因素水平表

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

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

表2 L9（34）正交設計方案及對酸度影響

表3 L（934）正交設計方案及對pH的影響

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

3 結論

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

3.2 正交實驗結果表明，接種量對LC2W發酵性能影響最顯著，發酵時間與蛋白質含量影響較接近，優化后得到LC2W發酵性能較優的工藝參數為接種量6×106cfu/mL，發酵時間66h，蛋白質濃度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 *通訊聯系人

周凌華（1977-），男，工程師，碩士，研究方向：發酵乳制品。

國家“十一五”科技支撐計劃（2006BAD04A06）。