響應(yīng)面分析法優(yōu)化乳酸菌發(fā)酵鰱魚下腳料水解液的研究

摘要：采用乳酸菌（Lactobacillus）發(fā)酵鰱魚（Hypophthaimichthys molitrix）下腳料水解液，通過響應(yīng)面分析法優(yōu)化其最佳的工藝條件。結(jié)果表明，優(yōu)工藝條件為蔗糖添加量1.80%、乳酸菌接種量1.97%、發(fā)酵溫度42.23 ℃、發(fā)酵時間43.04 h，水解液感觀評價均值能達(dá)到92.02分，該水解液具有特殊乳酸發(fā)酵香味和風(fēng)味，酸度、甜度適中，口感良好。

關(guān)鍵詞：乳酸菌（Lactobacillus）；發(fā)酵；鰱魚（Hypophthaimichthys molitrix）下腳料；響應(yīng)面分析法

中圖分類號：TQ921+.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）17-4175-04

Optimization of Lactobacillus Fermentation of the Hydrolysates of Silver Carp

By-product by Response Surface Methodology

JIANG Sheng-tao1，2，LIN Biao-sheng1，CHEN Li-min1，LAI Xue-lian1

（1.Longyan University，Longyan 364000，F(xiàn)ujian，China； 2.Ningde Normal University，Ningde 352100，F(xiàn)ujian，China）

Abstract： The Lactobacillus fermentation of the hydrolysates of silver carp by-product was studied and the technological conditions were optimized by response surface methodology. The results indicated that the optimal technological conditions were as follows， sugar concentration 1.80%， seeding amount of Lactobacillus 1.97%， fermented for 43.04 h under 42.23 ℃， the mean value of sensory estimate was reached 92.02， the flavor of the fermentation liquid was best with peat-reek of lactic acid， and the liquid tasted sweet and sour， very delicate.

Key words： Lactobacillus； fermentation； silver carp by-product； response surface methodology

收稿日期：2013-01-21

基金項目：福建省教育廳B類龍巖學(xué)院校立服務(wù)海西項目（JB09209）；2012年福建省“大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)培訓(xùn)計劃”項目

作者簡介：江勝滔（1971-），男，福建建甌人，講師，碩士，主要從事微生物發(fā)酵工程研究，（電話）18659774588（電子信箱）windtom-jiang@163.com。

乳酸菌（Lactobacillus）是指能發(fā)酵糖類主要產(chǎn)物為乳酸的一類無芽孢、革蘭氏陽性細(xì)菌的總稱。乳酸菌能分解食物中的糖類、蛋白質(zhì)，合成維生素，對脂肪類化合物也有微弱的分解能力，能提高脂肪類食物的消化率，促進(jìn)其消化吸收[1]。

在魚類加工過程中會產(chǎn)生大量的下腳料，包括魚頭、魚尾、魚骨、魚鰭等。據(jù)報道，這些下腳料占魚總重的40%～55%[2]。大量的下腳料不僅造成環(huán)境的污染，而且其營養(yǎng)價值也未得到充分利用，因此必須加強(qiáng)對下腳料有效利用，提高魚的附加利用價值。下腳料用清水洗凈后剪切成小片后用組織搗碎機(jī)搗碎，制備成水解液，經(jīng)過酸化處理后可以作為肥料或者飼料添加劑。水解液的制備可以采用硫酸等無機(jī)酸，也可以采用乳酸等有機(jī)酸。利用有機(jī)酸降低酸度具有更大的優(yōu)勢，使用時保藏時間較長、無需中和處理，并且能被土壤利用，可提高飼料的營養(yǎng)價值且不破壞土壤[3]。采用乳酸菌發(fā)酵鰱魚（Hypophthaimichthys molitrix）下腳料水解液，不僅能夠除去大部分的腥味，賦予水解液特殊的發(fā)酵香味，而且還能增加水解液中的其他風(fēng)味物質(zhì)，使鰱魚下腳料水解液的整體風(fēng)味得到了很大改善[4]。本研究采用乳酸菌發(fā)酵鰱魚下腳料水解液，通過響應(yīng)面分析法優(yōu)化其發(fā)酵工藝條件，為提高鰱魚等水產(chǎn)品下腳料產(chǎn)品附加值的研究與開發(fā)利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

鰱魚下腳料包括鰱魚的魚頭、魚尾、魚骨、魚鰭及剩余的魚肉等均取自龍巖學(xué)院校大門對面的某酒店。嗜熱鏈球菌（Streptococcus thermophilus）、保加利亞乳桿菌（Lactobacillus bulgaricus）由中國普通微生物菌種保藏管理中心提供。

嗜熱鏈球菌MRS培養(yǎng)基：葡萄糖5.0 g、牛肉膏10.0 g、蛋白胨10.0 g、酵母膏5.0 g、乙酸鈉5.0 g、檸檬酸氫二銨2.0 g、吐溫-80 1.0 mL、磷酸氫二鉀2.0 g、硫酸鎂0.05 g、硫酸錳0.2 g、碳酸鈣20.0 g、蒸餾水1 000 mL、pH 6.8，固體培養(yǎng)基加20.0 g瓊脂。

保加利亞乳桿菌培養(yǎng)基：葡萄糖20.0 g、牛肉膏10.0 g、蛋白胨10.0 g、酵母膏5.0 g、檸檬酸氫二銨2.0 g、磷酸氫二鉀2.0 g、吐溫-80 1.0 mL、醋酸鈉5.0 g、硫酸鎂0.2 g、硫酸錳0.2 g、蒸餾水1 000 mL、pH 6.8，固體培養(yǎng)基加20.0 g瓊脂。

1.2 方法

1.2.1 乳酸菌種的活化與培養(yǎng) 將保藏于實驗室的嗜熱鏈球菌和保加利亞乳桿菌，接種于三角瓶液體培養(yǎng)基中，置于37 ℃培養(yǎng)18～20 h，待用。

1.2.2 乳酸菌發(fā)酵鰱魚下腳料水解液的工藝流程 鰱魚下腳料水解液→裝入250 mL三角瓶中→100 ℃水浴鍋中殺菌15 min→冷卻至40 ℃→加入蔗糖調(diào)節(jié)→接種乳酸菌（1∶1接種嗜熱鏈球菌及保加利亞乳桿菌）→恒溫發(fā)酵→滅活→感觀評價

1.2.3 工藝流程中各參數(shù)的單因素優(yōu)化 參照文獻(xiàn)[5，6]，對乳酸菌發(fā)酵鰱魚下腳料水解液的工藝流程各參數(shù)進(jìn)行單因素試驗。蔗糖添加量取1%、2%、3%、4%、5%，乳酸菌接種量1%、2%、3%、4%、5%，發(fā)酵溫度35、37、39、42、44 ℃，發(fā)酵時間24、32、40、48、56 h，以水解液感觀評價為指標(biāo)，確定較優(yōu)的各因素取值范圍，用于響應(yīng)面分析法優(yōu)化的參數(shù)水平。感觀評價標(biāo)準(zhǔn)[7]：總分100分，以10個學(xué)生打分平均值為準(zhǔn)。色澤：色澤均勻一致；氣味：有明顯的發(fā)酵乳香氣；滋味：酸甜適中；組織狀態(tài)：表面光滑，細(xì)膩，凝塊均勻。

1.2.4 響應(yīng)面分析法優(yōu)化乳酸菌發(fā)酵鰱魚下腳料水解液的工藝流程 在單因素試驗的基礎(chǔ)上，根據(jù)Box-Benhnken中心組合試驗設(shè)計原理，采用響應(yīng)面分析法，以感官品質(zhì)作為評價指標(biāo)，利用Design-Expert 7.0軟件在4因素3水平上對乳酸菌發(fā)酵鰱魚下腳料水解液的工藝流程中的影響因素蔗糖添加量、乳酸菌接種量、發(fā)酵溫度、發(fā)酵時間進(jìn)行優(yōu)化，確定最佳的工藝流程[8]。Box-Benhnken設(shè)計的因素與水平見表1。

2 結(jié)果與分析

2.1 乳酸菌發(fā)酵鰱魚下腳料水解液的工藝流程單因素試驗結(jié)果

2.1.1 蔗糖添加量對水解液感觀評價的影響 蔗糖添加量對水解液感觀評價的影響如圖1所示。由圖1可知，隨著蔗糖添加量增大，水解液甜度太高，綜合評分均值降低。蔗糖添加量在1%～3%時綜合評分均值較高，因此選定這3個數(shù)值作為響應(yīng)面分析法優(yōu)化的因素水平。

2.1.2 乳酸菌接種量對水解液感觀評價的影響 乳酸菌接種量對水解液感觀評價的影響如圖2所示。由圖2可知，隨著乳酸菌接種量增大，水解液酸度太高，綜合評分均值降低。乳酸菌接種量在1%～3%時綜合評分均值較高，因此選定這3個數(shù)值作為響應(yīng)面分析法優(yōu)化的因素水平。

2.1.3 發(fā)酵溫度對水解液感觀評價的影響 發(fā)酵溫度對水解液感觀評價的影響如圖3所示。由圖3可知，隨著發(fā)酵溫度升高，乳酸菌發(fā)酵速度加快，發(fā)酵效果較好，綜合評分均值較高；但當(dāng)溫度超過42 ℃以后，綜合評分均值呈下降趨勢，可能是發(fā)酵溫度過高，乳酸菌死亡較多。發(fā)酵溫度在39、42、44 ℃時綜合評分均值較高，因此選定這3個數(shù)值為響應(yīng)面分析法優(yōu)化的因素水平。

2.1.4 發(fā)酵時間對水解液感觀評價的影響 發(fā)酵時間對水解液感觀評價的影響如圖4所示。由圖4可知，隨著發(fā)酵時間延長，乳酸菌發(fā)酵產(chǎn)酸，改善了水解液風(fēng)味，綜合評分均值增加；但當(dāng)乳酸菌發(fā)酵時間過長，產(chǎn)酸過多，綜合評分均值呈下降趨勢。發(fā)酵時間在32、40、48 h時綜合評分均值較高，因此選定這3個數(shù)值作為響應(yīng)面分析法優(yōu)化的因素水平。

2.2 響應(yīng)面優(yōu)化試驗結(jié)果

以綜合感觀評價為指標(biāo)進(jìn)行Box-Benhnken設(shè)計結(jié)果見表2所示。利用Design-Expert 7.0軟件進(jìn)行回歸分析，得到感觀評價均值和各因素變量之間的二元回歸方程為：Y=-1 067.803 75+29.760 00×A-11.052 00×B+38.148 29×C+15.737 04× D+0.720 00×A×B-0.503 00×A×C-0.034 687×A×D+0.615 00×B×C+0.116 56×B×D-0.120 87×C×D-2.352 42×A2-

5.377 42×B2-0.393 79×C2-0.125 49×D2。

對回歸模型進(jìn)行方程分析，結(jié)果見表3所示。該模型具有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.000 1），失擬項不顯著（P=0.083 4>0.05），表明回歸方程擬合情況好、誤差小，能較好地描述各因素與響應(yīng)值之間的真實關(guān)系，可以利用該方程確定最優(yōu)的工藝流程。從各因素方差分析結(jié)果看，對乳酸菌發(fā)酵鰱魚下腳料水解液的感觀評價均值影響大小依次順序為：發(fā)酵時間（D）>發(fā)酵溫度（C）>乳酸菌接種量（B）>蔗糖添加量（A），其中發(fā)酵時間（D）和發(fā)酵溫度（C）對響應(yīng)值結(jié)果影響顯著，乳酸菌接種量（B）和蔗糖添加量（A）對響應(yīng)值結(jié)果影響不顯著。

各因素響應(yīng)面曲面分析結(jié)果如圖5所示。根據(jù)所得的模型可預(yù)測得到最優(yōu)的乳酸菌發(fā)酵鰱魚下腳料水解液的感觀評價均值最高的工藝條件為：蔗糖添加量1.80%、乳酸菌接種量1.97%、發(fā)酵溫度42.23 ℃、發(fā)酵時間43.04 h，在該條件下感觀評價均值能達(dá)到92.08分。分別按上述的最優(yōu)工藝條件進(jìn)行3次平行試驗，所得的乳酸菌發(fā)酵鰱魚下腳料水解液的感觀評價均值為92.02分，與理論預(yù)測值92.08分接近，重復(fù)性較好，說明響應(yīng)面優(yōu)化所得的工藝條件參數(shù)準(zhǔn)確、可靠、可行。

3 結(jié)論

通過響應(yīng)面分析法優(yōu)化了乳酸菌發(fā)酵鰱魚下腳料水解液的最優(yōu)工藝流程。結(jié)果表明，在最優(yōu)工藝條件蔗糖添加量1.80%、乳酸菌接種量1.97%、發(fā)酵溫度42.23 ℃、發(fā)酵時間43.04 h下，水解液感觀評價均值能達(dá)到92.02分，該水解液具有特殊乳酸發(fā)酵香味和風(fēng)味，酸度、甜度適中，口感良好。

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（責(zé)任編輯 屠 晶）